北京航空航天大学：无人机飞行参数检测新突破！研发柔性传感贴片，0.14Pa 超高分辨率 + 快速算法，误差低至

传统无人机飞行参数检测系统（如空速管、机身测压孔）结构复杂、影响气动布局，难以适配小型化需求；现有柔性传感方案则存在分辨率低、依赖耗时神经网络算法等问题，制约检测精度与响应速度。

针对这一困境，北京航空航天大学团队创新研发出 “超薄柔性双模传感贴片”，集成差分压力传感器阵列与矢量流速传感器，搭配自主开发的 “压力 - 速度融合（PVF）解析算法”，实现攻角、侧滑角、空速的高精度快速检测，传感贴片厚度仅 0.21mm，压力分辨率达 0.14Pa，三项飞行参数平均误差分别低至 0.22°、0.35°、0.73m/s，为小型无人机精准控制提供新方案。

核心产品

1. 核心器件：柔性传感贴片

结构设计：多层聚酰亚胺（PI）键合而成，集成两大核心模块 —— 双层层电容式差分压力传感器阵列（含 FPC 电极、PI 敏感层、微流道层）和矢量流速传感器（钒氧化物热敏电阻阵列），总厚度 0.21mm；

制备工艺：通过 PI 前驱体旋涂、光刻电极、激光蚀刻微流道、真空热压键合制成，压力传感器测量孔直径仅 1.1mm，实现精准定位；

关键特性：压力检测范围 ±1.0kPa，灵敏度 2.0×10² fF/Pa，分辨率 0.14Pa；流速传感器适配 10-35m/s 空速范围，支持航向流速（Vz）测量；兼容机翼曲面贴合，无气动干扰。

2. 核心算法：压力 - 速度融合（PVF）解析算法

核心逻辑：基于经典三点算法改进，引入流速传感器的航向流速（Vz），解耦攻角（AOA）与侧滑角（AOS），无需大量训练数据，计算效率比神经网络提升 10 倍以上；

计算流程：先通过压力数据解算攻角与面内流速（Vxy），再结合航向流速（Vz），通过几何分解得到侧滑角（tanβ=Vz/Vxy）与实际空速（V∞=√(Vxy²+Vz²)）。

研究成果

1. 结构设计：双模集成 + 差分结构，突破传感瓶颈

（1）双层层电容式差分压力传感器

创新设计：上下双压力腔 + 中间 PI 敏感层，参考压力孔通过微流道接入下腔，上腔感应翼面压力，通过上下腔电容差分（ΔC=CP-CM）计算压力差，避免单一电容传感器在正负压力下的非线性问题；

优势：在 ±1.0kPa 范围内保持线性输出，测量孔直径 1.1mm，既保证定位精度，又不牺牲灵敏度，0-1Pa 小量程下分辨率可达 12mPa。

（2）矢量流速传感器

工作原理：基于量热法，中心微加热器建立温度梯度，四周钒氧化物热敏电阻阵列检测温度分布，通过 Wheatstone 电桥放大信号，精准测量航向流速（Vz），为侧滑角解算提供关键数据。

（3）算法创新：解耦核心参数，降低计算成本

突破传统三点算法局限：传统算法无法在机翼前缘解算侧滑角，PVF 算法通过 “压力 + 流速” 双模数据，实现攻角与侧滑角独立解算，无需复杂迭代，实时响应性提升显著。

2. 应用：无人机飞行参数精准检测（风洞试验验证）

适配场景：小型固定翼无人机，贴片贴合 NACA0024 翼型前缘，无气动干扰；

测试条件：攻角 ±10°、侧滑角 0°-6°、空速 10-35m/s，覆盖无人机常规飞行范围；

实际效果：实时输出攻角、侧滑角、空速数据，最大误差分别小于 0.60°、0.50°、0.90m/s，满足无人机稳定控制的精度要求。

图文导读

图 1：传感贴片结构与算法原理

（a）爆炸视图：清晰展示 PI 基板、微流道层、PI 敏感层、FPC 电极的多层集成，总厚度 0.21mm；

（b）压力传感器工作原理：上下腔电容随压力变化反向联动，差分处理提升灵敏度与线性度；

（d）算法逻辑：贴片贴合机翼，通过压力数据解算攻角，流速数据解算侧滑角，最终合成空速，直观呈现双模融合思路。

图 2：传感性能校准

（b-c）压力响应：±1000Pa 范围内电容差分信号线性度优异，分辨率 0.14Pa；

（e）流速校准：流速传感器输出与航向流速（Vz）呈良好线性关系，适配 10-35m/s 空速范围，为侧滑角解算提供可靠数据。

图 3：PVF 算法解码原理

（a）空速分解：将实际空速（V∞）分解为面内流速（Vxy）与航向流速（Vz），通过几何关系解算侧滑角；

（c-e）仿真验证：不同空速、侧滑角条件下，计算值与实际值高度吻合，证明算法稳定性。

图 5：飞行参数检测误差

（a-d）误差分析：四项测试条件下，攻角平均误差 0.22°、侧滑角 0.35°、空速 0.73m/s，误差分布均匀，无明显偏置，满足工程应用要求。

该研究通过 “高分辨率传感硬件 + 低耗理解析算法” 的协同创新，解决了小型无人机飞行参数检测的 “小型化、高精度、快响应” 三大痛点，为柔性电子在航空航天领域的产业化应用奠定基础。

来源：J见May微柔