本发明涉及水下新型水流和水压信号获取技术领域，特别是涉及一种水下仿生侧线感知阵列。
背景技术：
鱼类在水中高度灵活机动的能力，根本源自其有发达的侧线感知系统，通过感知周围环境变化，提取出有用信息，轻松的躲避障碍物和危险。鱼类的侧线系统启发了科学家的思维，人造侧线系统通过模仿鱼类侧线对环境的感知。人工侧线系统的感知研究具有重大的科研价值与实际应用价值。
鱼类通过神经元的偏移来感知外界刺激，并以电流的形式进行传递，是一个集机械和电场的生物过程，与大多传感器的工作原理与之相似。结合鱼类表皮神经丘感知特点，近年来，研究人员设计出各种微机械分布的流体感知器以及各种形式的人工侧线系统，用以感知水流的速度和强度，极少同时对水流和水压信号进行综合测量分析。这些研究能通过感知系统对周围变化的流体进行感知，能够感知到流体信息，估计流体的方向和速度，但是离真实鱼类侧线还有很大差距，其稳定性，精确性需要进一步保证。
技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种水下仿生侧线感知阵列，结构简单，布置合理，功能完善，利用特殊的仿生侧线阵列结构本体式结构代替鱼类的侧线管，起到了对水流和水压复合传感器滤波保护作用，能够准确的测量出各个方向的水流流速和水压压力，通过仿鱼类侧线结构布置感知阵列，可以起到对水流及水压的综合感知作用。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种水下仿生侧线感知阵列，包括仿生侧线阵列结构本体、流道通水孔、内部通道以及若干水流和水压复合传感器，其中，水流和水压复合传感器包括电活性聚合物智能材料纤毛、压强传感器、电极和底座，仿生侧线阵列结构本体沿长度方向内部开设有内部通道，水流和水压复合传感器设置在内部通道内，仿生侧线阵列结构本体一侧开设有若干个与内部通道相连通的流道通水孔；底座设置在内部通道内，底座上设置有四个电极，底座上设置有电活性聚合物智能材料纤毛压强传感器布置在底座上。
本发明进一步的改进在于，仿生侧线阵列结构本体为矩形结构。
本发明进一步的改进在于，内部通道的横截面为半圆形。
本发明进一步的改进在于，半圆形的直径为电活性聚合物智能材料纤毛长度的四分之一到二分之一。
本发明进一步的改进在于，流道通水孔至少为5个。
本发明进一步的改进在于，电活性聚合物智能材料纤毛与底座垂直设置；每个电活性聚合物智能材料纤毛设置在相邻的流道通水孔的中间位置。
本发明进一步的改进在于，电活性聚合物智能材料纤毛为长方体状，四个侧面引出四个正负电极，电极设置在底座上。
本发明进一步的改进在于，压强传感器布置在底座上。
本发明进一步的改进在于，电极连接数据采集通道。
本发明进一步的改进在于，底座通过螺栓固定在内部通道内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中水流和水压复合传感器布置在仿生侧线阵列结构本体内，相对封闭的环境可以起到滤波保护作用，避免水流和水压复合传感器受到外围大流场环境的影响，从而在形成一个相对稳定的环境，变化的水流通过一个流道通水孔进入，从另一个流道通水孔流出，流水带动电活性聚合物智能材料纤毛发生偏转，从而能准确的测量出水流的大小。本发明结构简单，布置合理，功能完善，利用特殊的仿生侧线阵列结构本体式封装结构代替鱼类的侧线管，起到了对水流和水压复合传感器滤波保护作用，能够准确的测量出各个方向的水流流速和水压压力，通过仿鱼类侧线结构布置感知阵列，可以起到对水流及水压的综合感知作用。本发明具有模拟鱼类侧线系统，同时感知水流和水压变化，抗干扰能力强、灵敏度和精度高，可以为精确感知侧线阵列周围水环境变化提供测量依据。
进一步的，流道通水孔直径过大，会使仿生侧线阵列结构本体失去滤波保护作用，直径过小会使水流和水压复合传感器对水流变化不敏感，而影响测量精度。
进一步的，引出四个正负电极，可以测量两个相互垂直方向的水流流速，两个方向水流流速组合，则可以得到平面内任意方向的水流流速。
进一步的，每组仿生侧线阵列结构本体内至少有四个水流和水压复合传感器可以测量一个方向的水流与水压梯度的变化。
附图说明
图1是本申请实例的结构示意图；
图2是本申请实例的传感器结构示意图；
图3是是本申请实例的阵列布置结构示意图。
图4为沿图3中a-a’线的剖视图。
图中：1、仿生侧线阵列结构本体，2、流道通水孔，3、电活性聚合物智能材料纤毛，4、压强传感器，5、内部通道，6、底座，7、电极，8、水流和水压复合传感器，9鱼类侧线。
具体实施方式
本发明提供一种水下仿生侧线感知阵列，结构简单，布置合理，功能完善，利用特殊的仿生侧线阵列结构本体式封装结构代替鱼类的侧线管，起到了对水流和水压复合传感器滤波保护作用，能够准确的测量出各个方向的水流流速和水压压力，通过仿鱼类侧线9结构布置感知阵列，可以起到对水流及水压的综合感知作用。
为了更好的理解上述方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式上对上述方案进行详细的说明。
如图1-图4所示，一种水下仿生侧线感知阵列，包括仿生侧线阵列结构本体1、流道通水孔2、电活性聚合物智能材料纤毛3、压强传感器4、内部通道5、底座6、电极7和水流和水压复合传感器8，所述的水流和水压复合传感器8数量为若干，参见图2，水流和水压复合传感器8由电活性聚合物智能材料纤毛3、压强传感器4、电极7和底座6构成，仿生侧线阵列结构本体1沿长度方向内部开设有内部通道5，水流和水压复合传感器8设置在内部通道5内，仿生侧线阵列结构本体1一侧开设有至少5个与内部通道5相连通的流道通水孔2；底座6设置在内部通道5内，底座6上设置有四个电极7，底座6上设置有电活性聚合物智能材料纤毛3，电活性聚合物智能材料纤毛3与底座6垂直设置；压强传感器4布置在底座6上，不与纤毛和电极发生干涉。本发明中的电活性聚合物智能材料纤毛3为ipmc离子交换聚合金属材料。
电极7连接数据采集通道，底座6通过螺栓固定在内部通道5内。
在实际应用中，所述的仿生侧线阵列结构本体1为矩形结构，在一侧壁至少开设有5个流道通水孔2。可根据不同的工作状况，调整流道通水孔2的位置布置和数量，但应保证顶部至少有5个流道通水孔2。
在实际应用中，所述的水流和水压复合传感器8安装在两个流道通水孔2正中间位置。水流和水压复合传感器8安装在两个流道通水孔中间，能保证水流和水压复合传感器8处于最好的工作状态，对水流水压的检测更加准确。水流和水压复合传感器8布置在仿生侧线阵列结构本体1内，相对封闭的环境可以起到滤波保护作用，避免水流和水压复合传感器8受到外围大流场环境的影响，从而在形成一个相对稳定的环境，变化的水流通过一个流道通水孔2进入，从另一个流道通水孔2流出，流水带动电活性聚合物智能材料纤毛3发生偏转，从而能准确的测量出水流的大小。
在实际应用中，所述的流道通水孔2的横截面形状为半圆形，直径为电活性聚合物智能材料纤毛3长度的四分之一到二分之一之间，依据实际测量及工作状况，在指定区间内调整。流道通水孔2直径过大，会使仿生侧线阵列结构本体失去滤波保护作用，直径过小会使水流和水压复合传感器8对水流变化不敏感，而影响测量精度。
在实际应用中，所述的电活性聚合物智能材料纤毛3为长方体，四个侧面引出四个正负电极7。传统的纤毛为圆柱体，引出两个正负电极7只能测量一个方向的水流流速。将电活性聚合物智能材料纤毛3设计成长方体，并引出四个正负电极7，可以测量两个相互垂直方向的水流流速，两个方向水流流速组合，则可以得到平面内任意方向的水流流速。
在实际应用中，参见图3和图4，所述的仿生侧线阵列结构本体1在水下航行器上按照仿鱼类侧线9结构布置，每组仿生侧线阵列结构本体1内部至少包括四个水流和水压复合传感器8。模仿鱼类侧线9进行结构布置，在实际应用中取得了很好的效果，但也可以根据特殊情况，进行适当修改。每组仿生侧线阵列结构本体1内至少有四个水流和水压复合传感器8可以测量一个方向的水流与水压梯度的变化。
在实际应用中，所述的水流和水压复合传感器8以及电活性聚合物智能材料纤毛3布置在底座6正中间，压强传感器4布置在底座6右上方。电活性聚合物智能材料纤毛3测量水流大小，压强传感器4测量水压大小，两者按图2结构布置，共同构成水流和水压复合传感器8，模仿鱼类侧线9测量水压与水流及其梯度变化。
每个纤毛四个侧面分别连接四个正负电极构成水流传感器，水流传感器和压强传感器组合构成水流和水压复合传感器，根据仿生侧线结构外观布局安装水流和水压复合传感器，组成水流和水压综合感知阵列，通过数据采集系统获取阵列各通道电信号，通过分析阵列信号即可判断侧线周围水流和水压信息。本发明具有模拟鱼类侧线系统，同时感知水流和水压变化，抗干扰能力强、灵敏度和精度高，可以为精确感知侧线阵列周围水环境变化提供测量依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更改或修饰为同等变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。