CN112298556A - 一种低空航磁探测无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低空航磁探测无人机，包括装置本体，装置本体的顶端可拆卸安装有驱动机构，驱动机构的顶端转动连接有旋翼，装置本体的一端可拆卸安装有尾翼，装置本体的底端从左到右依次可拆卸安装有前起落架和主起落架，装置本体的另一端可拆卸安装有伸杆，伸杆的另一端可拆卸安装有筒体，筒体的顶端活动套接有顶盖。本发明通过设置了屏蔽罩，利用了屏蔽罩位于驱动机构和磁通门之间正中处表面，且屏蔽罩的材质为坡莫合金，从而使得屏蔽罩将剩磁磁场“吸收”到磁屏蔽罩中，从而减少对磁探头的干扰，进一步增加了该装置的使用效果，提高了该装置在运行时的稳定性能以及安全程度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，更具体地说，本发明为一种低空航磁探测无人机。
背景技术
磁力探测，是通过观测和分析由岩石、矿石或其他探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其他探测对象分布规律的一种地球物理方法，磁力探测的主要手段为地面磁探和航空磁探，航空磁探就是把灵敏的磁力仪装载在行器上，用于检测地下矿体和地质体的磁场变化，是磁力探测必备的手段。在复杂地理环境和大面积探测领域，不论是可行性还是效率方面，航空磁探都具有地面磁探方式无法比拟的优势，但由于航空磁探技术的门槛高，成本高，目前还是大量以传统的地面磁探为主要的磁力探测手段，航空磁探当前阶段主要以有人飞机为主，可携带高精度航磁探测设备，具有精度高，效率高的优点，但其存在人员伤亡风险，并且运营和维护成本巨大，国内仅有极少数单位有能力应用该技术，采用无人机进行低成本航磁探测技术的出现将为地面磁测带来新的机会，从技术变革到生产方式变革，驱动整个产业的进化，这同时是小型化航磁无人机系统尚待开发的巨大商机，无人机航空磁探是近年来发展迅速的新的航磁探测方式，作为有人飞机探测的一种新的补充和发展趋势，具有环境适应性好和运行成本低的优势，市场前景广阔。
但是其在实际使用时，仍旧存在一些缺点，如：
由于国内目前可用的航磁勘探的无人机系统较少，而且多数使用比较大型的固定翼无人机或直升机作为装载平台，系统维护使用复杂，使用费用较高，无法满足巨大的市场需求，因此开发低成本、小型化的无人机航磁探测系统，具有广阔的市场前景。
目前市场上普遍采用的铯光泵磁力仪航磁平台，虽然其采用的系统设备价格远低于市面主流设备，设备成本仅为主流设备的1/4，有效降低了平台的生产成本，但设备的精度和稳定性难以保证，另外由于无人飞行器普遍机身尺寸较小，飞行器内铁磁性物质、金属物质的存在，必然要产生附加的磁场作用于磁力仪传感器上，从而影响磁力仪性能的发挥和磁测质量，飞行器上各种干扰远大于磁测仪器的固有噪声。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种低空航磁探测无人机，通过设置无人机磁探仪组件，通过对小型长航时无人机进行专业化改造，集成了磁探头伸杆结构，并通过对机身铁磁性部件和信号发射部件等干扰源添加磁屏蔽措施以降低飞行器自身对磁探头的干扰，通过磁补偿算法进一步消减飞行器自身干扰对磁探头的影响，从而使得磁探头的性能得到最大化发挥。在地面则通过加设基准站并利用磁补偿算法来消除地磁日变对探测数据的影响，从而得到了媲美大型航磁探测设备的高精度地磁数据。该系统实现了航磁系统的小型化，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低空航磁探测无人机，包括装置本体，所述装置本体的顶端可拆卸安装有驱动机构，所述驱动机构的顶端转动连接有旋翼，所述装置本体的一端可拆卸安装有尾翼，所述装置本体的底端从左到右依次可拆卸安装有前起落架和主起落架，所述装置本体的另一端可拆卸安装有伸杆，所述伸杆的另一端可拆卸安装有筒体，所述筒体的顶端活动套接有顶盖，所述筒体的内壁表面可拆卸安装有光泵磁力仪，所述筒体的内部固定粘接有减震材料层，所述伸杆的表面可拆卸安装有磁通门，所述磁通门的内部电连接有连接电线，所述磁通门的表面固定粘接有一层碳纤维布，所述伸杆的表面固定套接有限位套，所述装置本体的表面固定连接有屏蔽罩；
所述光泵磁力仪的输出端电性连接有磁补偿仪，所述磁补偿仪的输入端电性连接有TMR磁力仪，所述磁补偿仪的输入端电性连接有无人机平台，所述磁补偿仪的输出端电性连接有数据平台，所述磁补偿仪的输入端电性连接有三轴陀螺，所述磁补偿仪的输入端电性连接有供电电池Ⅳ，所述磁补偿仪的输入端电性连接有RTK活动端Ⅰ，所述三轴陀螺的输入端电性连接有降压模块Ⅰ，所述降压模块Ⅰ的输入端电性连接有供电电池Ⅱ，所述RTK活动端Ⅰ的输出端电性连接有飞控设备，所述飞控设备的输入端分别电性连接有执行机构单元、传感器和供电系统Ⅰ，所述飞控设备的输出端电性连接有机载数据链Ⅰ，所述机载数据链Ⅰ的输出端电性连接有地面数据链Ⅰ，所述地面数据链Ⅰ的输出端电性连接有地面监控站，所述地面监控站的输入端电性连接有RTK基站Ⅰ，所述降压模块Ⅰ的输出端电性连接有机载数据链Ⅱ，所述机载数据链的输出端与磁补偿仪的输入端电性连接，所述机载数据链Ⅱ的输出端电性连接有地面数据链Ⅱ，所述地面数据链Ⅱ的输出端电性连接有地面同步设备，所述地面同步设备的输出端电性连接有地面信息接收与处理系统单元，所述地面数据链的输出端电性连接有降压模块Ⅱ，所述降压模块Ⅱ的输入端电性连接有RTK活动端Ⅱ，所述降压模块Ⅱ的输出端分别电性连接有供电电池Ⅲ和地面日变站，所述RTK活动端Ⅱ的输入端电性连接有PTK活动端Ⅱ的输入端电性连接有RTK基站Ⅱ，所述地面日变站的输出端电性连接有地面日变探头。
在一个优选地实施方式中，所述光泵磁力仪安装于伸杆的头部，所述光泵磁力仪的材质为碳纤维复合材料。
在一个优选地实施方式中，所述筒体的外径范围为五十毫米至六十毫米，所述筒体的内壁厚度值范围为零点八毫米至一点二毫米，所述筒体的长度值范围为一百五十毫米至一百七十毫米。
在一个优选地实施方式中，所述伸杆为中空圆筒状构件。
在一个优选地实施方式中，所述减震材料层的厚度值范围为一毫米至三毫米，且减震材料层的材质为海绵材料。
在一个优选地实施方式中，所述光泵磁力仪、TMR磁力仪和磁补偿仪共同组成一个无人机磁探仪组件。
在一个优选地实施方式中，所述飞控设备、执行机构单元、传感器、供电系统Ⅰ和机载数据链Ⅰ共同组成飞控系统单元。
在一个优选地实施方式中，所述地面数据链Ⅰ、地面监控站和RTK基站Ⅰ共同组成一个飞行器地面检测系统单元。
在一个优选地实施方式中，所述限位套的数量为两个，两个所述限位套分别位于磁通门的左右两侧，所述屏蔽罩位于驱动机构和磁通门之间正中处位置。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过设置了无人机磁探仪组件以及探测设备空中单元，通过对小型长航时无人机进行专业化改造，集成了磁探头伸杆结构，并通过对机身铁磁性部件和信号发射部件等干扰源添加磁屏蔽措施以降低飞行器自身对磁探头的干扰，通过磁补偿算法进一步消减飞行器自身干扰对磁探头的影响，从而使得磁探头的性能得到最大化发挥。在地面则通过加设基准站并利用磁补偿算法来消除地磁日变对探测数据的影响，从而得到了媲美大型航磁探测设备的高精度地磁数据。该系统实现了航磁系统的小型化、低成本应用、实用化，具有广阔的市场前景；
2、本发明通过设置了屏蔽罩，利用了屏蔽罩位于驱动机构和磁通门之间正中处表面，且屏蔽罩的材质为坡莫合金，从而使得屏蔽罩将剩磁磁场“吸收”到磁屏蔽罩中，从而减少对磁探头的干扰，进一步增加了该装置的使用效果，提高了该装置在运行时的稳定性能以及安全程度；
3、本发明通过设置了限位套，利用了限位套固定套接在伸杆表面贴合碳纤维布的位置，使得碳纤维布与磁通门之间的贴合度进一步增强，同时增加了磁通门的稳定性，避免了磁通门在伸杆的表面发生左右位移的不良问题；
4、本发明为尽量减少飞控系统对航磁系统的影响，将飞控系统从设备舱后方整体后移到了机身动力油箱后方，相比原布局，飞控系统与航磁探测系统之间的距离增加了0.5米左右，也起到了一定的隔离作用，消减了对磁探头的干扰。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的图1的A处放大结构示意图。
图3为本发明的伸杆局部结构示意图。
图4为本发明的筒体内剖面结构示意图。
图5为本发明的无人机磁探仪系统框图。
图6为本发明的系统框图。
附图标记为：1、装置本体；2、驱动机构；3、旋翼；4、尾翼；5、主起落架；6、前起落架；7、伸杆；8、筒体；9、顶盖；10、光泵磁力仪；11、减震材料层；12、磁通门；13、连接电线；14、碳纤维布；15、磁补偿仪；16、TMR磁力仪；17、无人机平台；18、数据平台；19、三轴陀螺；20、供电电池Ⅳ；21、所述；22、RTK活动端Ⅰ；23、供电电池Ⅱ；24、飞控设备；25、执行机构单元；26、传感器；27、供电系统Ⅰ；28、机载数据链Ⅰ；29、地面数据链Ⅰ；30、地面监控站；31、RTK基站Ⅰ；32、机载数据链Ⅰ；33、地面数据链Ⅱ；34、地面同步设备；35、地面信息结构与处理系统单元；36、降压模块Ⅱ；37、RTK活动端Ⅱ；38、供电电池Ⅲ；39、地面日变站；40、地面日变探头；41、RTK基站Ⅱ；42、限位套；43、屏蔽罩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1-6所示的一种低空航磁探测无人机，包括装置本体1，所述装置本体1的顶端可拆卸安装有驱动机构2，所述驱动机构2的顶端转动连接有旋翼3，所述装置本体1的一端可拆卸安装有尾翼4，所述装置本体1的底端从左到右依次可拆卸安装有前起落架6和主起落架5，所述装置本体1的另一端可拆卸安装有伸杆7，所述伸杆7的另一端可拆卸安装有筒体8，所述筒体8 的顶端活动套接有顶盖9，所述筒体8的内壁表面可拆卸安装有光泵磁力仪 10，所述筒体8的内部固定粘接有减震材料层11，所述伸杆7的表面可拆卸安装有磁通门12，所述磁通门12的内部电连接有连接电线13，所述磁通门 12的表面固定粘接有一层碳纤维布14，所述伸杆7的表面固定套接有限位套 42，所述装置本体1的表面固定连接有屏蔽罩43；
所述光泵磁力仪10的输出端电性连接有磁补偿仪15，所述磁补偿仪15 的输入端电性连接有TMR磁力仪16，所述磁补偿仪15的输入端电性连接有无人机平台17，所述磁补偿仪15的输出端电性连接有数据平台18，所述磁补偿仪15的输入端电性连接有三轴陀螺19，所述磁补偿仪15的输入端电性连接有供电电池Ⅳ20，所述磁补偿仪15的输入端电性连接有RTK活动端Ⅰ21，所述三轴陀螺19的输入端电性连接有降压模块Ⅰ22，所述降压模块Ⅰ22的输入端电性连接有供电电池Ⅱ23，所述RTK活动端Ⅰ21的输出端电性连接有飞控设备24，所述飞控设备24的输入端分别电性连接有执行机构单元25、传感器26和供电系统Ⅰ27，所述飞控设备24的输出端电性连接有机载数据链Ⅰ28，所述机载数据链Ⅰ28的输出端电性连接有地面数据链Ⅰ29，所述地面数据链Ⅰ29的输出端电性连接有地面监控站30，所述地面监控站30的输入端电性连接有RTK基站Ⅰ31，所述降压模块Ⅰ22的输出端电性连接有机载数据链Ⅱ32，所述机载数据链32的输出端与磁补偿仪15的输入端电性连接，所述机载数据链Ⅱ32的输出端电性连接有地面数据链Ⅱ33，所述地面数据链Ⅱ33的输出端电性连接有地面同步设备34，所述地面同步设备34的输出端电性连接有地面信息接收与处理系统单元35，所述地面数据链33的输出端电性连接有降压模块Ⅱ36，所述降压模块Ⅱ36的输入端电性连接有RTK活动端Ⅱ37，所述降压模块Ⅱ36的输出端分别电性连接有供电电池Ⅲ38和地面日变站39，所述RTK活动端Ⅱ37的输入端电性连接有PTK活动端Ⅱ37的输入端电性连接有RTK基站Ⅱ41，所述地面日变站39的输出端电性连接有地面日变探头40。
所述光泵磁力仪10安装于伸杆7的头部，所述光泵磁力仪10的材质为碳纤维复合材料，所述筒体8的外径范围为五十毫米至六十毫米，所述筒体8 的内壁厚度值范围为零点八毫米至一点二毫米，所述筒体8的长度值范围为一百五十毫米至一百七十毫米，所述伸杆7为中空圆筒状构件，所述减震材料层11的厚度值范围为一毫米至三毫米，且减震材料层11的材质为海绵材料，所述光泵磁力仪10、TMR磁力仪16和磁补偿仪15共同组成一个无人机磁探仪组件，所述飞控设备24、执行机构单元25、传感器26、供电系统Ⅰ27 和机载数据链Ⅰ28共同组成飞控系统单元，所述地面数据链Ⅰ29、地面监控站30和RTK基站Ⅰ31共同组成一个飞行器地面检测系统单元。
具体参考说明书附图4，所述限位套42的数量为两个，两个所述限位套 42分别位于磁通门12的左右两侧，所述屏蔽罩43位于驱动机构2和磁通门 12之间正中处位置。
实施方式具体为：利用了屏蔽罩43位于驱动机构2和磁通门12之间正中处，采用坡莫合金制作磁屏蔽罩43，并布置环绕在这些干扰源周围，利用坡莫合金的高磁导率，将剩磁磁场“吸收”到磁屏蔽罩43中，从而减少对磁探头的干扰，这些磁屏蔽罩43依据干扰源外形制作，并在加工完成之后，进行了退火消磁处理，经实际测试，机身剩磁干扰在安装屏蔽罩43后，相比安装之前减少了50％左右，取得了较好的屏蔽效果。
本发明工作原理：
第一步：首先操作人员正常组装好该装置的各个组件，然后正常启动该装置。
第二步：所述操作人员将限位套42固定套接在伸杆7表面贴合碳纤维布 14的位置，使得碳纤维布14与磁通门12之间的贴合度进一步增强，同时增加了磁通门12的稳定性，避免了磁通门12在伸杆7的表面发生左右位移的不良问题，接着利用了屏蔽罩43位于驱动机构2和磁通门12之间正中处表面，屏蔽罩43将剩磁磁场“吸收”到磁屏蔽罩43中，从而减少对磁探头的干扰，进一步增加了该装置的使用效果。
第三步：首先操作人员正常关闭该装置，接着操作人员检查该装置各个组件之间的固定性是否正常，然后更换和维修掉该装置内部的老化和磨损较严重的零件。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低空航磁探测无人机，包括装置本体(1)，所述装置本体(1)的顶端可拆卸安装有驱动机构(2)，所述驱动机构(2)的顶端转动连接有旋翼(3)，所述装置本体(1)的一端可拆卸安装有尾翼(4)，所述装置本体(1)的底端从左到右依次可拆卸安装有前起落架(6)和主起落架(5)，其特征在于：所述装置本体(1)的另一端可拆卸安装有伸杆(7)，所述伸杆(7)的另一端可拆卸安装有筒体(8)，所述筒体(8)的顶端活动套接有顶盖(9)，所述筒体(8)的内壁表面可拆卸安装有光泵磁力仪(10)，所述筒体(8)的内部固定粘接有减震材料层(11)，所述伸杆(7)的表面可拆卸安装有磁通门(12)，所述磁通门(12)的内部电连接有连接电线(13)，所述磁通门(12)的表面固定粘接有一层碳纤维布(14)，所述伸杆(7)的表面固定套接有限位套(42)，所述装置本体(1)的表面固定连接有屏蔽罩(43)；
所述光泵磁力仪(10)的输出端电性连接有磁补偿仪(15)，所述磁补偿仪(15)的输入端电性连接有TMR磁力仪(16)，所述磁补偿仪(15)的输入端电性连接有无人机平台(17)，所述磁补偿仪(15)的输出端电性连接有数据平台(18)，所述磁补偿仪(15)的输入端电性连接有三轴陀螺(19)，所述磁补偿仪(15)的输入端电性连接有供电电池Ⅳ(20)，所述磁补偿仪(15)的输入端电性连接有RTK活动端Ⅰ(21)，所述三轴陀螺(19)的输入端电性连接有降压模块Ⅰ(22)，所述降压模块Ⅰ(22)的输入端电性连接有供电电池Ⅱ(23)，所述RTK活动端Ⅰ(21)的输出端电性连接有飞控设备(24)，所述飞控设备(24)的输入端分别电性连接有执行机构单元(25)、传感器(26)和供电系统Ⅰ(27)，所述飞控设备(24)的输出端电性连接有机载数据链Ⅰ(28)，所述机载数据链Ⅰ(28)的输出端电性连接有地面数据链Ⅰ(29)，所述地面数据链Ⅰ(29)的输出端电性连接有地面监控站(30)，所述地面监控站(30)的输入端电性连接有RTK基站Ⅰ(31)，所述降压模块Ⅰ(22)的输出端电性连接有机载数据链Ⅱ(32)，所述机载数据链(32)的输出端与磁补偿仪(15)的输入端电性连接，所述机载数据链Ⅱ(32)的输出端电性连接有地面数据链Ⅱ(33)，所述地面数据链Ⅱ(33)的输出端电性连接有地面同步设备(34)，所述地面同步设备(34)的输出端电性连接有地面信息接收与处理系统单元(35)，所述地面数据链(33)的输出端电性连接有降压模块Ⅱ(36)，所述降压模块Ⅱ(36)的输入端电性连接有RTK活动端Ⅱ(37)，所述降压模块Ⅱ(36)的输出端分别电性连接有供电电池Ⅲ(38)和地面日变站(39)，所述RTK活动端Ⅱ(37)的输入端电性连接有PTK活动端Ⅱ(37)的输入端电性连接有RTK基站Ⅱ(41)，所述地面日变站(39)的输出端电性连接有地面日变探头(40)。
2.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述光泵磁力仪(10)安装于伸杆(7)的头部，所述光泵磁力仪(10)的材质为碳纤维复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述筒体(8)的外径范围为五十毫米至六十毫米，所述筒体(8)的内壁厚度值范围为零点八毫米至一点二毫米，所述筒体(8)的长度值范围为一百五十毫米至一百七十毫米。
4.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述伸杆(7)为中空圆筒状构件。
5.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述减震材料层(11)的厚度值范围为一毫米至三毫米，且减震材料层(11)的材质为海绵材料。
6.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述光泵磁力仪(10)、TMR磁力仪(16)和磁补偿仪(15)共同组成一个无人机磁探仪组件。
7.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述飞控设备(24)、执行机构单元(25)、传感器(26)、供电系统Ⅰ(27)和机载数据链Ⅰ(28)共同组成飞控系统单元。
8.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述地面数据链Ⅰ(29)、地面监控站(30)和RTK基站Ⅰ(31)共同组成一个飞行器地面检测系统单元。
9.根据权利要求1所述的一种低空航磁探测无人机，其特征在于：所述限位套(42)的数量为两个，两个所述限位套(42)分别位于磁通门(12)的左右两侧，所述屏蔽罩(43)位于驱动机构(2)和磁通门(12)之间正中处位置。
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