基于十二面体Kiri-origami基底与绝对压力传感器阵列的三维水流矢量传感器

《Advanced Sensor Research》：Three-Dimensional Water Flow Vector Sensor using an Absolute Pressure Sensor Array on a Dodecahedral Origami Substrate

　　

近期的海洋应用，包括水产养殖监测和水下无人机，需要紧凑且节能的传感器用于三维（3D）水流测量。然而，传统的三维水流传感器通常体积庞大且能耗高，限制了它们在上述系统中的应用。本研究提出了一种轻量、低功耗的三维水流矢量传感器，该传感器将多个绝对压力元件集成在球形外壳上。随流速和角度变化的表面压力分布通过神经网络回归模型进行分析，以估计三维水流矢量。绝对压力传感器的使用简化了制造工艺，而十二面体Kiri-origami基底则实现了传感器元件的紧凑且对称布置。这种结合Kiri-origami基底与低功耗压力传感器的简洁传感器设计，实现了约0.1 kg的总重量和约55 mW的功耗。基于仿真的评估确认了其具有低角度依赖性的高估计精度，水洞实验证明了该传感器对水流变化的灵敏度。训练后的模型在0.4 m/s及以上的流速下实现了0.03 m/s的速度误差和5°的角度误差。这些结果表明，所提出的传感器作为三维海洋水流测量的紧凑且节能的解决方案具有潜力。

近年来，水产养殖环境监测和紧凑型无线水下无人机等应用对能够感知周围三维（3D）水流环境的轻量、低功耗传感器需求日益增长。传统三维水流传感器中，螺旋桨式和热线式因复杂机械结构难以实现多轴测量；电磁式（EC