CN106655003B - 一种工频输电线路和设备的检测装置与跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工频输电线路和设备的检测装置与跟踪方法，包括无人机机体、垂直设置在无人机机体头部的被动式阵列磁感应天线装置、设置在无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路、姿态与距离数据处理器和飞行控制器构成。本发明通过设定被动式阵列磁感应天线装置对输电线路周围磁场进行实时的告诉采样，并通过数据的分析比较优化采样的频率和时间，从而使阵列扫描与采集控制电路采集到的数据发送到进行姿态与距离数据处理器，分别通过姿态数据处理器对飞控姿态进行控制分析，同时通过距离数据处理器对无人机距离输电线路的远近进行实时控制，完成无人飞机控制系统顺利完成沿输电线路进行信息采集的任务。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统输配电行业飞行器巡线自动检测技术领域，尤其涉及一种工频输电线路和设备的检测装置与跟踪方法。
背景技术
目前，电力公司对输电线路的维护、检测和抢修等作业，基本上依然按照区段划分任务，依靠人工现场对线路巡情况进行检查。线路缺陷发现的及时和准确性，取决于巡线员业务能力、责任心和班组管理人员的监察巡视的落实，不能杜绝因巡视不到位引发的各种事故的发生。同时，有些输电线路架设在深林、湿地、高山地区，人员到达缓慢、困难、效率低，不可能做到定期巡视维护，冰雪、地震、洪涝灾害等恶劣自然条件下巡检难度更大。目前取代人工巡线的主要方法是采用无人机巡检作业，包括遥控巡检飞行和自主避障跟踪巡检飞行两种作业方式，两种作业方式都需要飞行器与输电线路保持合理的距离和相对位置，方便的线路跟踪、避障技术等，现有的针对工况线路的并没有较好的技术实现上述目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种工频输电线路和设备的检测装置与跟踪方法，能够自动识别输电线路空间位置，进而为飞行器提供导航、跟踪、控制信号的空中跟踪传感装置，以实现飞行器的避障、自动跟踪巡线飞行功能。
本发明采用下述技术方案：
一种工频输电线路和设备的检测装置，包括无人机机体、垂直设置在无人机机体头部的被动式阵列磁感应天线装置、设置在无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路、姿态与距离数据处理器和飞行控制器构成；所述的被动式阵列磁感应天线装置的输出端连接无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路的输入端，无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路的输出端连接姿态与距离数据处理器的输入端，姿态与距离数据处理器的与飞行控制器的电连接；
所述的阵列扫描与采集控制电路包括滤波调理电路、外部基准电路、高速模数转换器、阵列扫描与采集控制器和DIP开关，所述被动式阵列磁感应天线装置的输出端连接滤波调理电路输入端，滤波调理电路的输出端通过高速模数转换器连接阵列扫描与采集控制器的输入端，外部基准电路的输出端也高速模数转换器连接阵列扫描与采集控制器的输入端，DIP开关与阵列扫描与采集控制器相连接，阵列扫描与采集控制器的输出端连接被动式阵列磁感应天线装置的输入端。
所述的被动式阵列磁感应天线装置包括基板，基板上设置有驱动电路、稳压电路、谐振采样电路和多个磁感应子单元，所述多个电磁感应子单元阵列均匀设置，记为M*N列矩阵，则驱动电路包括行总驱动电路、M路行驱动电路、N路列驱动电路和M*N个与门电路，磁感应子单元与与门电路一一对应；所述的行总驱动电路、M路行驱动电路和N路驱动电路均为NPN三极管，每一行所在的电磁感应子单元对应一个行NPN三极管进行驱动，每一列所在的电磁感应子单元对应一个列NPN三极管进行驱动，行总驱动电路为一个行总驱动NPN三极管；
所述的电磁感应子单元包括有一对电感线圈、第一低导通电阻开关管和第二低导通电阻开关管，所述的一对电感线圈由两个正交分布的电感串联组成，所述一对电感线圈的一端连接第二低导通电阻开关管的集电极，第一低导通电阻开关管发射极同时连接第二低导通电阻开关管的发射极；
所述任意一个在同一行电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的发射极均与所在行对应行NPN三极管的集电极相连接；其中M-1个行NPN三极管的发射极均与行总驱动NPN三极管的集电极相连接，剩余一个行NPN三极管的发射极与行总驱动NPN三极管的发射极相连接，行总驱动NPN三极管的发射极接地连接，所述M个行NPN三极管和行总驱动NPN三极管的基极均为驱动电路输入端；
所述任意一个在同一列电磁感应子单元中第一低导通电阻开关管的发射极均与所在列对应列NPN三极管的发射极相连接，同时由下到上，下方电磁感应子单元中一对电感线圈的另一端与与其相邻的上方电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的发射极相连，同一列最上方的电磁感应子单元中一对电感线圈的另一端与所在列对应列NPN三极管的发射极相连接；
所述任意一个行NPN三极管的基极同时与所在行中任意一个电磁感应子单元中第一低导通电阻开关管的基极和所在行中任意一个与门电路的第一输入端相连接；所述任意一个列NPN三极管的基极分别与所在列中任意一个与门电路的第二输入端相连接，任意一个与门电路的输出端与与其对应的电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的基极相连接；
所述N个列NPN三极管的集电极相互连接后分别与稳压电路的输出端和采样电路的输入端相连接。
所述的高速模数转换器采用AD9223搭配外部基准电路组成高速采样电路。
所述的阵列扫描与采集控制器采用STM32F104，运算速度远远高于高速模数转换器AD9223的采样速率。
阵列扫描与采集和姿态与距离数据处理包括有第一处理器和第二处理器，第一数据处理器控制扫描与采集处理器进行本周期扫描与采集的同时，第二数据处理器对上一周期采集到的的数据进行处理，并把处理后的数据发送到飞控系统中，从而大大提高了系统的响应速度，满足飞行器飞控实时信息输出的要求。
一种基于如权利要求1所述的工频输电线路和设备的跟踪方法，包括如下步骤：
A：首先，启动工频输电线路和设备的检测装置，手动操作空气其飞向待测工频输电线路周围，然后启动自动追踪功能；
B：自动追踪功能启动时，由螺旋管电感线圈组成n×m矩阵型电磁场传感阵列即开始实时测量工作，阵列扫描与采集控制器按照设定方式控制n×m矩阵型电磁场传感阵列，并将采集到的信息传输给的姿态与距离数据处理器；
C：姿态与距离数据处理器对接受到的数据信息进行数据处理，从而判定当前工频输电线路和设备的检测装置距离输电线路的距离远近以及工频输电线路和设备的检测装置与输电线路空间敷设走向是否保持一致，如果一致，继续保持当前飞行测量状态，如果不一致，则通过飞行控制器调整，使工频输电线路和设备的检测装置与输电线路距离和空间敷设走向保持一致。
所述步骤C中判定当前工频输电线路和设备的检测装置距离输电线路的距离远近中，距输电线X距离P点位置的磁场分布由下式确定
对于无限长输电线有
P点处电感为L的线圈产生的感应电动势为：
ε＝NSB＝NSBm cosθsin(ωt)＝εm cosθsin(ωt)
其中，N是线圈匝数，S是线圈横截面积，与线圈自感L有关，θ是磁感应强度矢量方向B与线圈轴线的夹角、且与线圈在磁场中的姿态位置有关，当频率、电感一定时，电感两端产生的感应电动势正比于距离X，ε∝LBm sin(ωt)∝L/X。
传感阵列组件与阵列扫描与采集控制器之间还保含有稳压电路、谐振采样电路、滤波调理电路、高速模数转换电路等。
所述的步骤中所述设定方式包括如下方式：逐点扫描、逐行扫描、逐列扫描，从而快速扫描驱动和信号采集。
本发明通过设定被动式阵列磁感应天线装置对输电线路周围磁场进行实时的告诉采样，并通过数据的分析比较优化采样的频率和时间，从而使阵列扫描与采集控制电路采集到的数据发送到进行姿态与距离数据处理器，分别通过姿态数据处理器对飞控姿态进行控制分析，同时通过距离数据处理器对无人机距离输电线路的远近进行实时控制，完成无人飞机控制系统顺利完成沿输电线路进行信息采集的任务。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明所述被动式阵列磁感应天线装置的电路原理图；
图3为本发明所述单个电磁感应子单元的局部接线示意图；
图4为本发明所述谐振采样电路及等效电路示意图；
图5为本发明的流程图；
图6为本发明所述输电线路周围磁场计算示意图；
图7本发明所述距输电线X距离P点位置的磁场分布图。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明一种工频输电线路和设备的检测装置，包括无人机机体、垂直设置在无人机机体头部的被动式阵列磁感应天线装置、设置在无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路、姿态与距离数据处理器和飞行控制器构成；所述的被动式阵列磁感应天线装置的输出端连接无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路的输入端，无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路的输出端连接姿态与距离数据处理器的输入端，姿态与距离数据处理器的与飞行控制器的电连接；
所述的阵列扫描与采集控制电路包括滤波调理电路、外部基准电路、高速模数转换器、阵列扫描与采集控制器和DIP开关，所述被动式阵列磁感应天线装置的输出端连接滤波调理电路输入端，滤波调理电路的输出端通过高速模数转换器连接阵列扫描与采集控制器的输入端，外部基准电路的输出端也高速模数转换器连接阵列扫描与采集控制器的输入端，DIP开关与阵列扫描与采集控制器相连接，阵列扫描与采集控制器的输出端连接被动式阵列磁感应天线装置的输入端。
所述的被动式阵列磁感应天线装置包括基板，基板上设置有驱动电路、稳压电路、谐振采样电路和多个磁感应子单元，所述多个电磁感应子单元阵列均匀设置，记为M*N列矩阵，则驱动电路包括行总驱动电路、M路行驱动电路、N路列驱动电路和M*N个与门电路，磁感应子单元与与门电路一一对应；所述的行总驱动电路、M路行驱动电路和N路驱动电路均为NPN三极管，每一行所在的电磁感应子单元对应一个行NPN三极管进行驱动，每一列所在的电磁感应子单元对应一个列NPN三极管进行驱动，行总驱动电路为一个行总驱动NPN三极管；所述的电磁感应子单元包括有一对电感线圈、第一低导通电阻开关管和第二低导通电阻开关管，所述的一对电感线圈由两个正交分布的电感串联组成，所述一对电感线圈的一端连接第二低导通电阻开关管的集电极，第一低导通电阻开关管发射极同时连接第二低导通电阻开关管的发射极；所述的电感线圈采用螺旋管电感线圈。
所述任意一个在同一行电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的发射极均与所在行对应行NPN三极管的集电极相连接；其中M-1个行NPN三极管的发射极均与行总驱动NPN三极管的集电极相连接，剩余一个行NPN三极管的发射极与行总驱动NPN三极管的发射极相连接，行总驱动NPN三极管的发射极接地连接，所述M个行NPN三极管和行总驱动NPN三极管的基极均为驱动电路输入端；
所述任意一个在同一列电磁感应子单元中第一低导通电阻开关管的发射极均与所在列对应列NPN三极管的发射极相连接，同时由下到上，下方电磁感应子单元中一对电感线圈的另一端与与其相邻的上方电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的发射极相连，同一列最上方的电磁感应子单元中一对电感线圈的另一端与所在列对应列NPN三极管的发射极相连接；
所述任意一个行NPN三极管的基极同时与所在行中任意一个电磁感应子单元中第一低导通电阻开关管的基极和所在行中任意一个与门电路的第一输入端相连接；所述任意一个列NPN三极管的基极分别与所在列中任意一个与门电路的第二输入端相连接，任意一个与门电路的输出端与与其对应的电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的基极相连接；
所述N个列NPN三极管的集电极相互连接后分别与稳压电路的输出端和采样电路的输入端相连接；所述的谐振采样电路包括多个电容和低阻开关，其中第一一端与稳压电源输出端相连，另一端接地，其余电容一端也与稳压电源输出端相连，其余电容的另一端通过低阻开关接地。所述的谐振采样电路中电容为独石电容。谐振采样电路是由可控连接的多个并联电容组成，不同的扫描采集工作模式，谐振采样等效电容对应的容值不同，以匹配不同的谐振等效电感。如图4所示，本发明实施例中，谐振采样电路包括多个电容和低阻开关，其中电容C3一端与稳压电源输出端相连，另一端接地，C4和C5电容一端也与稳压电源输出端相连，另一端通过低阻开关接地。谐振采样电路获取的数据组经由阵列扫描与采集控制器，按照设计的算法进行幅值判别处理与存储，由此可将50HZ交流信号每单周期的幅值采样时间缩短至小于5ms。某单元(或某列，或某行)选通、采样、幅值判别处理与存储后，依次进行下一单元(下一列，下一行)的重复操作，直至完成全部单元的操作，此为一个完整的扫描采样周期。传感阵列组件在阵列扫描与采集控制器的控制下，按照上述过程循环往复的持续工作。进一步等效后的电路，其中等效电容C取决于谐振电容选择控D12和D13，D12和D13的不同组合与阵列扫描工作模式相对应，如下表所示。
所述的低阻开关，采用双路低导通电阻模拟开关器件MAX4608；C3，C4，C5电容器采用独石电容。
对于50HZ的工频信号，由谐振频率的计算公式可知
其中f0＝50HZ，则有
应用例中选L＝100MH，带入上式可计算出
C＝101.32pF
取C＝100pF，根据不同的扫描工作模式，对应上表和电路图，即可计算出C3，C4和C5。
传感阵列装置作为输电线周围磁场信息探测、检测环节，由扫描采集控制环节控制，实现磁场分布状态与强度信息的采集，再由后续数据信号处理环节解算出被探测目标(高压输电线路)的位置、距离等信息。
包括有插座，所述插座设置在基板的一侧，且谐振采样电路的各个接线均与插座相连接。所述的插座为24线，其中连接列驱动电路10根线、行驱动电路11根线、1路地线、1路电源线、1路信号输出线。本发明中通过阵列扫描与采控制器可设定、转换多种扫描和采样工作模式，以适应不同应用要求。高精度稳压电路为天线装置提供高稳定度的直流电源，阵列扫描与采集控制器控制列驱动电路和行驱动电路，可以按照设定顺序依次选通n×m矩阵诸单元、或逐列、或逐行、或全部单元，被选通的电磁感应线圈和谐振采样等效电容组成谐振信号采集器，采集到的电磁感应信号经滤波调理电路处理后，由高速模数转换器对其进行高速采样。
以下将对本发明的优先实施例进行详细的描述；应当理解，优先实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
所述10×10矩阵型电磁场传感阵列有100个磁感应单元按照10行、10列分布，
本发明的磁感应单元，每个磁感应单元由2个电感线圈和2个低导通电阻开关管组成，两个电感量L1＝L2＝50mH、外形9×12mm的线圈分别安装在电路板的正反面，成正交分布。列驱动和行驱动有效时(高电平)，对应单元的电感被选通(L1和L2)，与谐振电容C组成并联谐振采样电路，在低导通电阻开关管的控制下扫描和采样工作模式不同，对应C的取值不同，工作于逐列扫描采集模式C＝C3、逐点扫描采集模式C是C3和C4的并联、逐行扫描采集模式C是C3和C4及C5三者并联，谐振采样电路对磁感应信号进行采集。与此同时，Q3处于截止状态，当列驱动有效而行驱动无效时，Q3处于导通状态而将本单元的电感短路，此时处于同列其它行(非本行)单元的采样时段。其中第i行、第j列的单元电路如图3所示。需要说明的是，为了便于描述单元电路的特点与工作原理，对本单元周边的电路做了简化或等效处理。概括的描述，本发明中单元电路与外部的连接信号有六类九处：
A点，接列控制信号Lj，高电平有效，QLj导通，选通该列；反之QLj截止。
B、C点，C接下一列对应的列驱动管，B接列上一列对应的列驱动管直到谐振采样电路，各列是并联关系。BC通道也称为列选择通道。
D点，接行控制信号Hi，高电平有效，QHi导通，选通该行，通过行控制管QH10接地(逐点扫描和逐行扫描工作模式时，H10为低电平，行控制管QH10导通)，或通过QH9接地(逐列扫描和面扫描工作模式时，H10为高电平，QH10截止；而此时H10为高电平，QH9导通，各列的串联信号经QH9接地)。
E点，接行控制管QH10(除最后行外)后到地。逐点扫描和逐行扫描工作模式时，QH10导通；逐列扫描和面扫描工作模式时，QH10截止。
F点，接下一行对应的与门。
G点，接下一行对应的电感。
K点，为0～9个信号，逐行信号数量递减，每个信号连接本列后面各单元的短接管Q’ij。
S点，接前一列的行选择通道，由行驱动管QHi控制该通道与地线的“通”与“断”。
L，单元电感，由两个电感L1和L2串联组成，取L1＝L2，采用9X12-50MH电感(定制)。
选通单元的简化等效电路就是一个等效电感L。
本发明能够实现的扫描工作模式描述如下：
(1)逐点扫描模式
某行驱动信号有效，某列驱动信号有效，行控制信号有效，则选通某单元。依次选通各单元，如
(2)逐行扫描模式
某行驱动信号有效，全列驱动信号有效，行控制信号有效，则选通某行。依次选通各行，如
(3)逐列扫描模式
某列驱动信号有效，全行驱动信号有效，行控制信号无效，则选通某列。依次选通各列，如
(4)面扫描模式
全列驱动信号有效，全行驱动信号有效，行控制信号无效，则选通整个整列，如
本发明能够通过被动式阵列电感线圈实时感知输电线是否存在，通过结合多个扫描模式，进一步的感知飞行器相对输电线的距离信息和位置角度信息，为后续信号处理电路提供判别依据。本发明搭载无人机能够自动识别输电线路空间位置，进而为飞行器提供导航、跟踪、控制信号的空中跟踪传感装置，以实现飞行器的避障、自动跟踪巡线飞行功能，具有非常广阔的市场前景。
一种基于上文所述的工频输电线路和设备的跟踪方法，如图5所示，包括如下步骤，
A：首先，启动工频输电线路和设备的检测装置，手动操作空气其飞向待测工频输电线路周围，然后启动自动追踪功能；
B：自动追踪功能启动时，由螺旋管电感线圈组成n×m矩阵型电磁场传感阵列即开始实时测量工作，阵列扫描与采集控制器按照设定方式控制n×m矩阵型电磁场传感阵列，并将采集到的信息传输给的姿态与距离数据处理器；具体包括如下步骤：步骤1：通过阵列扫描与采集控制器对由多个电磁感应子单元阵列设置的被动式阵列磁感应天线装置进行控制采集：任选一个电磁感应子单元，做为采样起始，阵列扫描与采集控制器控制高速模数转换器以频率为U的采样速率(则周期为1/U)，连续对被动式阵列磁感应天线装置进行采样，并把采集到的N个数据组成一个数据帧，把得到的数据帧依次发送到阵列扫描与采集控制器；对于50HZ的工频信号，由谐振频率的计算公式可知
其中f0＝50HZ，则有
应用例中选L＝100MH，带入上式可计算出
C＝101.32pF
取C＝100pF，根据不同的扫描工作模式，对应上表和电路图，即可计算出C3，C4和C5。
传感阵列装置作为输电线周围磁场信息探测、检测环节，由扫描采集控制环节控制，实现磁场分布状态与强度信息的采集，再由后续数据信号处理环节解算出被探测目标(高压输电线路)的位置、距离等信息。
步骤2：阵列扫描与采集控制器对获取的当前数据帧中的N个数据依次进行数字滤波、阈值比对以及对其进行是否为极值点或零点的判断；
步骤3：如果当前数据帧的情况不满足极值点或零点条件，则进行下一数据帧的采样判断；反之，当前数据帧满足极值点或者零点条件，停止接收下一数据帧；
步骤4：对满足极值点或者零点条件的数据帧的平均值进行幅值提取处理，存储幅值，完成当前采样单元的扫描采集；
步骤5：重复步骤A-D按照采样顺序对其它采样单元进行扫描采集，直到完成设定时间周期的所有扫描。
所述步骤4中由于是连续采样，所以在得到极值数据的同时，也或获得了一定数量的附近点数据，理论上由极值点数据和任一附近点数据即可得到信号幅值参数，但多个附近点数据的参与计算，可以修正最终幅值参数误差，提高精度，所述的精度误差的修正过程包括以下步骤：
步骤41：被测量曲线表达式
被测量曲线极值为
步骤42：若Yp是最大值，则Yp＝Am，Yp是实测值，得到幅值；
若Yp是最小值，则Yp＝-Am，Yp是实测值，得到幅值；
步骤43：若Yp是零，则有结合任一邻近数据
建立方程组求解，其中只有Am和两个未知数，故也可得到幅值。把
C：姿态与距离数据处理器对接受到的数据信息进行数据处理，从而判定当前工频输电线路和设备的检测装置距离输电线路的距离远近以及工频输电线路和设备的检测装置与输电线路空间敷设走向是否保持一致，如果一致，继续保持当前飞行测量状态，如果不一致，则通过飞行控制器调整，使工频输电线路和设备的检测装置与输电线路距离和空间敷设走向保持一致。
传感阵列组件与阵列扫描与采集控制器之间还保含有稳压电路、谐振采样电路、滤波调理电路、高速模数转换电路等。所述的步骤中所述设定方式包括如下方式：逐点扫描、逐行扫描、逐列扫描，从而快速扫描驱动和信号采集。
由被动式阵列磁感应天线装置、阵列扫描与采集控制电路、姿态与距离数据处理器三部分组成，被动式阵列磁感应天线装置与后续控制、信息处理环节的关系见检测与跟踪方法原理框图1所示。
被动式阵列磁感应天线装置采用由螺旋管电感线圈组成n×m矩阵型电磁场传感阵列作为输电线路沿线空间磁场感知装置(距离输电线路越近，磁场强度越高)，根据输电线路空间敷设走向(通常是平行于地面)，传感阵列平面与输电线保持平行且垂直于地面(该位置状态由飞行器的姿态控制系统实现)。
依据输电线路的特定电压等级以及飞行器的空间坐标(飞行器自带卫星定位接收机)，实时感知输电线的存在与否？感知飞行器相对输电线的距离信息和位置角度信息，为后续信号处理电路提供判别依据，如图2所示。阵列扫描与采集控制电路按照一定方式控制n×m矩阵型电磁场传感阵列，可逐点扫描、逐行扫描、逐列扫描等，实现快速扫描驱动和信号采集，并将信息传输给后面的姿态与数据处理器。姿态与距离数据处理器按照特别设计的快速数据处理算法，通过数字滤波、曲线拟合算法处理，解算出姿态参数、距离参数并实时传送至机载飞空系统，用于调整飞行器的飞行轨迹，实现对输电线路的自动跟踪与壁障飞行。
以下将对本发明的优先实施例进行详细的描述；应当理解，优先实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
被动式阵列磁感应天线装置包括n×m矩阵型电磁场传感阵列、列驱动电路、行驱动电路、谐振采样电路、高精度稳压电路，阵列扫描与采集控制电路由滤波调理电路、外部基准电路、高速模数转换器、阵列扫描与采集控制器和DIP开关组成，姿态与距离数据处理器采用ARM内核处理器。
传感阵列组件由高精度稳压源供电，阵列扫描与采集控制器控制列驱动电路和行驱动电路，可以按照设定顺序依次选通n×m矩阵诸单元，被选通的电磁感应线圈和谐振采样电容组成谐振信号采样电路，采集到的电磁感应信号经滤波调理电路处理后，由高速模数转换器对其进行高频采样，采样获取的数据组由阵列扫描与采集控制器，按照设计的算法进行幅值判别处理与存储，由此可将50HZ交流信号的幅值采样时间缩短至小于5ms。每单元选通、采样、幅值判别处理与存储后，依次进行下一单元的重复操作，直至完成全部单元的操作，此为一个完整的扫描采样周期。传感阵列组件在阵列扫描与采集控制器的控制下，按照上述过程循环往复的持续工作。
每个扫描采样周期所采集存储的数据组，在本周期的最后阶段通过高速串口传输给姿态与距离数据处理器，处理器根据本周期的数据安装设计算法解算出方位、俯仰、横滚、距离等参数，并实时传输给机载飞控系统。如图6所示，所述步骤C中判定当前工频输电线路和设备的检测装置距离输电线路的距离远近中，距输电线X距离P点位置的磁场分布由下式确定
对于无限长输电线有
P点处电感为L的线圈产生的感应电动势为
ε＝NSB＝NSBm cosθsin(ωt)＝εm cosθsin(ωt)
其中，N是线圈匝数，S是线圈横截面积，与线圈自感L有关，θ是磁感应强度矢量方向B与线圈轴线的夹角、且与线圈在磁场中的姿态位置有关，当频率、电感一定时，电感两端产生的感应电动势正比于距离X，ε∝LBm sin(ωt)∝L/X。
距输电线X距离P点位置的磁场分布图如图7所示。依据传感阵列各单元的检测数据，可以构建出输电线路与传感阵列间的相对位置关系(方位角α、俯仰角β、横滚角γ)与距离参数(X)。而飞行控制参数的中通过得到各个磁感应子单元点与输电传输线路的距离进行调整姿态为飞行控制领域的公知技术，在此不再赘述。
本发明所述的高压输电线路通常沿与地面平行方向架空敷设，依据电压等级不同线路与地面的距离是固定的某确定值(斜坡、丘陵地带也是如此)。传感阵列组件与阵列扫描与采集控制器之间还保含有稳压电路、谐振采样电路、滤波调理电路、高速模数转换电路等，系统控制电路原理如图1所示。
Claims (8)
1.一种工频输电线路和设备的检测装置，其特征在于：包括无人机机体、垂直设置在无人机机体头部的被动式阵列磁感应天线装置、设置在无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路、姿态与距离数据处理器和飞行控制器构成；所述的被动式阵列磁感应天线装置的输出端连接无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路的输入端，无人机机体内部的阵列扫描与采集控制电路的输出端连接姿态与距离数据处理器的输入端，姿态与距离数据处理器的与飞行控制器的电连接；
所述的阵列扫描与采集控制电路包括滤波调理电路、外部基准电路、高速模数转换器、阵列扫描与采集控制器和DIP开关，所述被动式阵列磁感应天线装置的输出端连接滤波调理电路输入端，滤波调理电路的输出端通过高速模数转换器连接阵列扫描与采集控制器的输入端，外部基准电路的输出端也高速模数转换器连接阵列扫描与采集控制器的输入端，DIP开关与阵列扫描与采集控制器相连接，阵列扫描与采集控制器的输出端连接被动式阵列磁感应天线装置的输入端；
所述的被动式阵列磁感应天线装置包括基板，基板上设置有驱动电路、稳压电路、谐振采样电路和多个电磁感应子单元，所述多个电磁感应子单元阵列均匀设置，记为M*N列矩阵，则驱动电路包括行总驱动电路、M路行驱动电路、N路列驱动电路和M*N个与门电路，电磁感应子单元与与门电路一一对应；所述的行总驱动电路、M路行驱动电路和N路驱动电路均为NPN三极管，每一行所在的电磁感应子单元对应一个行NPN三极管进行驱动，每一列所在的电磁感应子单元对应一个列NPN三极管进行驱动，行总驱动电路为一个行总驱动NPN三极管；
所述的电磁感应子单元包括有一对电感线圈、第一低导通电阻开关管和第二低导通电阻开关管，所述的一对电感线圈由两个正交分布的电感串联组成，所述一对电感线圈的一端连接第二低导通电阻开关管的集电极，第一低导通电阻开关管发射极同时连接第二低导通电阻开关管的发射极；
任意一个在同一行电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的发射极均与所在行对应行NPN三极管的集电极相连接；其中M-1个行NPN三极管的发射极均与行总驱动NPN三极管的集电极相连接，剩余一个行NPN三极管的发射极与行总驱动NPN三极管的发射极相连接，行总驱动NPN三极管的发射极接地连接，所述M个行NPN三极管和行总驱动NPN三极管的基极均为驱动电路输入端；
任意一个在同一列电磁感应子单元中第一低导通电阻开关管的发射极均与所在列对应列NPN三极管的发射极相连接，同时由下到上，下方电磁感应子单元中一对电感线圈的另一端与与其相邻的上方电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的发射极相连，同一列最上方的电磁感应子单元中一对电感线圈的另一端与所在列对应列NPN三极管的发射极相连接；
任意一个行NPN三极管的基极同时与所在行中任意一个电磁感应子单元中第一低导通电阻开关管的基极和所在行中任意一个与门电路的第一输入端相连接；任意一个列NPN三极管的基极分别与所在列中任意一个与门电路的第二输入端相连接，任意一个与门电路的输出端与与其对应的电磁感应子单元中第二低导通电阻开关管的基极相连接；
所述N个列NPN三极管的集电极相互连接后分别与稳压电路的输出端和采样电路的输入端相连接；
所述的电感线圈采用螺旋管电感线圈；
所述的谐振采样电路包括多个电容和低阻开关，其中一个电容与稳压电源输出端相连，另一端接地，其余电容一端也与稳压电源输出端相连，其余电容的另一端通过低阻开关接地。
2.根据权利要求1所述的工频输电线路和设备的检测装置，其特征在于：所述的高速模数转换器采用AD9223搭配外部基准电路组成高速采样电路。
3.根据权利要求2所述的工频输电线路和设备的检测装置，其特征在于：所述的阵列扫描与采集控制器采用STM32F104，运算速度高于高速模数转换器AD9223的采样速率。
4.根据权利要求3所述的工频输电线路和设备的检测装置，其特征在于：阵列扫描与采集和姿态与距离数据处理包括有第一处理器和第二处理器，第一数据处理器控制扫描与采集处理器进行本周期扫描与采集的同时，第二数据处理器对上一周期采集到的数据进行处理，并把处理后的数据发送到飞控系统中，从而提高了系统的响应速度，满足飞行器飞控实时信息输出的要求。
5.一种基于权利要求1所述的工频输电线路和设备的检测装置的跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：
A：首先，启动工频输电线路和设备的检测装置，手动操作空气其飞向待测工频输电线路周围，然后启动自动追踪功能；
B：自动追踪功能启动时，由螺旋管电感线圈组成n×m矩阵型电磁场传感阵列即开始实时测量工作，阵列扫描与采集控制器按照设定方式控制n×m矩阵型电磁场传感阵列，并将采集到的信息传输给的姿态与距离数据处理器；
C：姿态与距离数据处理器对接受到的数据信息进行数据处理，从而判定当前工频输电线路和设备的检测装置距离输电线路的距离远近以及工频输电线路和设备的检测装置与输电线路空间敷设走向是否保持一致，如果一致，继续保持当前飞行测量状态，如果不一致，则通过飞行控制器调整，使工频输电线路和设备的检测装置与输电线路距离和空间敷设走向保持一致。
6.根据权利要求5所述的工频输电线路和设备的检测装置的跟踪方法，其特征在于：所述步骤C中判定当前工频输电线路和设备的检测装置距离输电线路的距离远近中，距输电线X距离P点位置的磁场分布由下式确定
对于无限长输电线有
P点处电感为L的线圈产生的感应电动势为：
ε＝NSB＝NSBmcosθsin(ωt)＝εmcosθsin(ωt)
其中，N是线圈匝数，S是线圈横截面积，与线圈自感L有关，θ是磁感应强度矢量方向B与线圈轴线的夹角、且与线圈在磁场中的姿态位置有关，当频率、电感一定时，电感两端产生的感应电动势正比于距离X，ε∝LBmsin(ωt)∝L/X。
7.根据权利要求6所述工频输电线路和设备的检测装置的跟踪方法，其特征在于：传感阵列组件与阵列扫描与采集控制器之间还包含有稳压电路、谐振采样电路、滤波调理电路、高速模数转换电路。
8.根据权利要求7所述工频输电线路和设备的检测装置的跟踪方法，其特征在于：所述的步骤中所述设定方式包括如下方式：逐点扫描、逐行扫描、逐列扫描，从而快速扫描驱动和信号采集。
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