CN212843518U - 一种自动定向瞬变电磁天线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种自动定向瞬变电磁天线装置，包括天线组件，天线组件包括发射天线及接收天线，分别用于发射和接收电磁信号；横向转动机构，包括与天线组件相连接的第一驱动机构，第一驱动机构用于调节天线组件在水平方向旋转角度；纵向转动机构，包括固定座，固定座设置在横向转动机构底部，固定座内设置有第二驱动机构，第二驱动机构用于调节天线组件在纵向方向旋转角度；支撑架组件，设置在纵向转动机构底部，用于对天线组件、横向转动机构及纵向转动机构进行支撑。本实用新型公开的瞬变电磁天线装置无需人工手持天线，则可以根据需要控制天线组件在水平或纵向方向转动，从而在转动预定角度后可以精确测量出方位角和俯仰角。

Description

一种自动定向瞬变电磁天线装置

技术领域

本实用新型涉及瞬变电磁技术领域，尤其涉及一种自动定向瞬变电磁天线装置。

背景技术

瞬变电磁设备可以进行隧道施工不良地质超前预报。瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈天线(或接地电极)观测二次感应涡流场的方法。瞬变电磁法可解决的地质问题不断扩大，几乎涉及了物探工作的各个领域：矿产勘探，构造探测，水文与工程地质调查，环境调查与监测以及考古等。

在瞬变电磁探测中，对探测过程中天线的姿态角进行准确测量，是保证对地质灾害等低阻异常进行精确探测的关键。姿态角包括方位角和俯仰角等，如果在天线姿态角测量不准确，则会导致在后期视电阻率成图中，异常的位置出现偏差，进而导致后续隧道施工出现位置失误。

现阶段，市面上使用的瞬变电磁设备，都是人工手持天线，容易受到环境干扰，天线的姿态角的精准性不高，稳定性也不够。这就导致后续测量数据无法准确的对隧道施工不良地质进行超前预报。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种自动定向瞬变电磁天线装置，来解决现有技术中人工手持天线导致，导致天线的姿态角的精准性不高，稳定性也不够的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种自动定向瞬变电磁天线装置，包括天线组件、横向转动机构、纵向转动机构及支撑架组件；其中，

天线组件，包括发射天线及接收天线，分别用于发射和接收电磁信号；

横向转动机构，包括与天线组件相连接的第一驱动机构，所述第一驱动机构用于调节天线组件在水平方向旋转角度；

纵向转动机构，包括固定座，所述固定座设置在横向转动机构底部，所述固定座内设置有第二驱动机构，第二驱动机构用于调节天线组件在纵向方向旋转角度；

支撑架组件，设置在纵向转动机构底部，用于对天线组件、横向转动机构及纵向转动机构进行支撑。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述天线组件还包括与发射天线及接收天线相连接的安装座，所述发射天线包括由金属导线绕成的两个线圈，两线圈面之间有夹角，所述接收天线位于所述线圈的夹角平分线上。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述第一驱动机构包括安装箱、第一步进电机、主齿轮、从齿轮、第一蜗杆、扇形齿轮及转动轴，所述安装箱竖直固定设置在第二驱动机构上，第一步进电机固定设置在安装箱内，安装箱内竖直设置有第一安装板及第二安装板，第一蜗杆转动设置在第一安装板及第二安装板之间，第一步进电机固定设置在第一安装板一侧，第一安装板的另一侧分别设置有相互啮合的主齿轮和从齿轮，从齿轮与第一蜗杆的一端固定连接，主齿轮与第一步进电机的输出轴固定连接，扇形齿轮转动设置在安装箱内上方且与第一蜗杆啮合连接，所述扇形齿轮通过转动轴与安装座固定连接。

进一步，优选的，所述第一驱动机构设置有两个，且对称设置在天线组件两侧。

更进一步，优选的，所述横向转动机构还包括固定架，两组所述第一驱动机构固定设置在固定架上，所述固定架与第二驱动机构固定连接。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述第二驱动机构包括第二步进电机、第二蜗杆、齿轮盘及转动盘，所述齿轮盘水平设置在固定座内且与固定座转动连接，转动盘固定设置在齿轮盘的顶面，所述固定架与转动盘顶面固定连接，第二蜗杆转动设置在安装箱内并与齿轮盘啮合连接，第二步进电机固定在固定座侧壁，第二步进电机的输出轴伸入固定座内并通过减速器与第二蜗杆相连接。

进一步，优选的，所述齿轮盘与固定座之间通过转动轴承相连接。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述支撑架组件包括连接座、三条支撑杆及调节组件，所述连接座固定设置在固定座底部，三条所述支撑杆绕连接座中心轴线对称设置，支撑杆的上端与连接座铰连接，支撑杆的下端铰接有支撑座，调节组件设置在三条所述支撑杆之间。

进一步，优选的，所述调节组件包括连接件、铰接杆、滑动件及锁紧扣，所述滑动件套设在支撑杆上，支撑杆的外侧面上设置有条形槽，锁紧扣设置在滑动件上，用于与条形槽进行卡紧以使滑动件在支撑杆上锁紧，连接件设置在三条支撑杆之间，铰接杆的一端与连接件铰连接，另一端与滑动件铰连接。

进一步，还包括与天线组件相连接的瞬变电磁主机。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型公开的自动定向瞬变电磁天线装置，通过设置第一驱动机构可以调节天线组件在水平方向的旋转角度，从而使天线组件在旋转到预定角度后可以准确测量出俯仰角；通过设置第二驱动机构可以调节天线组件在纵向方向的旋转角度，从而使天线组件在旋转到预定角度后可以准确测量出方位角；通过设置支撑架组件可以对天线组件、横向转动机构及纵向转动机构进行支撑。相对于现有技术而言，本实用新型公开的瞬变电磁天线装置无需人工手持天线，则可以根据需要控制天线组件在水平或纵向方向转动，从而在转动预定角度后可以精确测量出方位角和俯仰角。

(2)本实用新型的发射天线两线圈面之间有夹角，给两线圈通以相反方向的电流，通过场源叠加的原理，使得发射天线前方的场源强，前方一次场近似水平激发，后方天线外的场源变弱，实现发射的一次场前后不均匀，突出前方异常响应，减弱天线后方的二次场影响，接收天线位于发射天线两线圈的夹角平分线上，就相当于水平接收发射天线前方二次场的地质信息，使接收到的地质信息更准确。

(3)通过设置调节组件，方便在使用时将支撑杆撑开起到支撑固定作用，不使用时通过调节组件将支撑杆收拢方便携带。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的自动定向瞬变电磁天线装置立体结构示意图；

图2为本实用新型公开的第一驱动机构的结构示意图；

图3为本实用新型公开的纵向转动机构的结构示意图；

图4为本实用新型公开的支撑架组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种自动定向瞬变电磁天线装置，包括天线组件1、横向转动机构2、纵向转动机构3及支撑架组件4。

其中，天线组件1，包括发射天线11及接收天线12，分别用于发射和接收电磁信号；

横向转动机构2，包括与天线组件1相连接的第一驱动机构20，第一驱动机构20用于调节天线组件1在水平方向旋转角度；

纵向转动机构3，包括固定座31，固定座31设置在横向转动机构2底部，固定座31内设置有第二驱动机构30，第二驱动机构30用于调节天线组件1在纵向方向旋转角度；

支撑架组件4，设置在纵向转动机构3底部，用于对天线组件1、横向转动机构2及纵向转动机构3进行支撑。

采用上述技术方案，通过设置第一驱动机构20可以调节天线组件1在水平方向的旋转角度，从而使天线组件1在旋转到预定角度后可以准确测量出俯仰角；通过设置第二驱动机构30可以调节天线组件1在纵向方向的旋转角度，从而使天线组件1在旋转到预定角度后可以准确测量出方位角；通过设置支撑架组件4可以对天线组件1、横向转动机构2及纵向转动机构3进行支撑。相对于现有技术而言，本实用新型公开的瞬变电磁天线装置无需人工手持天线，则可以根据需要控制天线组件1在水平或纵向方向转动，从而在转动预定角度后可以精确测量出方位角和俯仰角。

具体的，本实用新型还通过如下技术方案进行实现。

参照附图1所示，为了实现对发射天线11及接收天线12进行固定，本实施中的天线组件1还包括用于与发射天线11及接收天线12相连接的安装座13，同时通过安装座13方便与第一驱动机构20进行连接。本实施例中的发射天线11包括由金属导线绕成的两个线圈，两线圈面之间有夹角，两线圈面之间的夹角小于180度，接收天线12位于所述线圈的夹角平分线上。采用这样的技术方案，发射天线11两线圈面之间有夹角，给两线圈通以相反方向的电流，通过场源叠加的原理，使得发射天线11前方的场源强，前方一次场近似水平激发，后方天线外的场源变弱，实现发射的一次场前后不均匀，突出前方异常响应，减弱天线后方的二次场影响，接收天线12位于发射天线11两线圈的夹角平分线上，就相当于水平接收发射天线11前方二次场的地质信息，使接收到的地质信息更准确。

参照附图2所示，作为本实用新型一些实施例，第一驱动机构20包括安装箱201、第一步进电机202、主齿轮203、从齿轮204、第一蜗杆205、扇形齿轮206及转动轴207，安装箱201竖直固定设置在第二驱动机构30上，第一步进电机202固定设置在安装箱201内，安装箱201内竖直设置有第一安装板208及第二安装板209，第一蜗杆205转动设置在第一安装板208及第二安装板209之间，第一步进电机202固定设置在第一安装板208一侧，第一安装板208的另一侧分别设置有相互啮合的主齿轮203和从齿轮204，从齿轮204与第一蜗杆205的一端固定连接，主齿轮203与第一步进电机202的输出轴固定连接，扇形齿轮206转动设置在安装箱201内上方且与第一蜗杆205啮合连接，扇形齿轮206通过转动轴207与安装座13固定连接。采用上述技术方案，通过第一步进电机202带动主齿轮203转动，主齿轮203带动从齿轮204转动，从齿轮204在转动的过程中带动第一蜗杆205在第一安装板208及第二安装板209之间转动，第一蜗杆205与扇形齿轮206啮合转动，扇形齿轮206在转动的过程中通过转动轴207带动安装座13在纵向方向发生转动，最终实现对天线组件1在纵向方向进行旋转调节。当旋转到预定角度后，天线组件1获取该位置俯仰角数据。

作为优选实施方式，第一驱动机构20设置有两个，且对称设置在天线组件1两侧。由此，通过设置两组第一驱动机构20，一方面可以对天线组件1进行稳固的支撑，另一方面，可以使天线组件1在纵向方向旋转更加稳定。

为了使两个第一驱动机构20能够间隔竖直固定，本实施例中的横向转动机构2还包括固定架21，两组所述第一驱动机构20固定设置在固定架21上，固定架21与第二驱动机构30固定连接。

参照附图3所示，作为本实用新型的一些实施例，第二驱动机构30包括第二步进电机301、第二蜗杆302、齿轮盘303及转动盘304，齿轮盘303水平设置在固定座31内且与固定座31转动连接，转动盘304固定设置在齿轮盘303的顶面，固定架21与转动盘304顶面固定连接，第二蜗杆302转动设置在固定座31内并与齿轮盘303啮合连接，第二步进电机301固定在固定座31侧壁，第二步进电机301的输出轴伸入固定座31内并通过减速器与第二蜗杆302相连接。采用上述技术方案，通过第二步进电机301与减速器相连，实现对第二蜗杆302转动减速，在通过第二蜗杆302与齿轮盘303啮合来进行逐级减速。齿轮盘303在水平转动的同时，带动转动盘304进行水平转动，从而驱动横向转动机构2及天线组件1在水平方向进行旋转。

为了使齿轮盘303相对于固定座31转动更加平稳，齿轮盘303与固定座31之间通过转动轴承305相连接。

为了使天线组件1能够在进行方位角或俯仰角测量过程中，能够不受外部环境影响，本实施采用了支撑架组件4对天线组件1、横向转动机构2及纵向转动机构3进行支撑。具体的，参照附图4所示，支撑架组件4包括连接座41、三条支撑杆42及调节组件40，连接座41固定设置在固定座31底部，三条所述支撑杆42绕连接座41中心轴线对称设置，支撑杆42的上端与连接座41铰连接，支撑杆42的下端铰接有支撑座43，调节组件40设置在三条所述支撑杆42之间。采用上述技术方案，通过三条支撑杆42及调节组件40的配合，可以使支撑杆42竖立在底面上，并通过支撑座43与地面进行稳定接触，支撑杆42上端通过与连接座41铰连接，可以方便通过调节组件40进行支撑或收拢。

为了实现对支撑杆42的撑开或收拢，本实用新型的所采用的调节组件40包括连接件401、铰接杆402、滑动件403及锁紧扣404，滑动件403套设在支撑杆42上，支撑杆42的外侧面上设置有条形槽(421)421，锁紧扣404设置在滑动件403上，用于与条形槽(421)421进行卡紧以使滑动件403在支撑杆42上锁紧，连接件401设置在三条支撑杆42之间，铰接杆402的一端与连接件401铰连接，另一端与滑动件403铰连接。采用这样的技术方案，当需要将支撑杆42撑起时，通过拉动铰接杆402带动滑动件403在支撑杆42上滑动，使三个铰接杆402与连接件401处于同一平面内，滑动件403沿支撑杆42向下滑动，此时，支撑杆42撑开角度最大，通过锁紧扣404扣压条形槽(421)421内壁，使得滑动件403与支撑杆42进行紧固，完成对支撑杆42的撑开操作。当需要将支撑杆42收拢时，首先松开锁紧扣404，然后将多条支撑杆42向内靠拢，此时，滑动件403沿支撑杆42向上移动，滑动件403向上移动的过程中，通过铰接杆402带动连接件401向下移动，从而完成对支撑杆42的收拢，当收拢完成后，通过锁紧扣404将滑动件403与支撑杆42锁紧，避免支撑杆42自动撑开。

为了实现对天线组件1进行电磁信号发送和数据接收，本实施还包括与天线组件1相连接的瞬变电磁主机。由此，可以在天线组件1在水平方向或纵向方向旋转预定角度后，可以由瞬变电磁主机控制发射天线11发射电磁信号，并通过接收天线12接收电磁信息，并最终在瞬变电磁主机上进行方位角及俯仰角的显示。

需要说明的是，本实施例中的第一步进电机202及第二步进电机301也可以采用瞬变电磁主机进行控制其转动速度、方向及转动角度。或是采用单独的PLC控制器进行控制。步进电机控制属于现有技术，此处不做赘述。

以上仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：包括天线组件(1)、横向转动机构(2)、纵向转动机构(3)及支撑架组件(4)；其中，

天线组件(1)，包括发射天线(11)及接收天线(12)，分别用于发射和接收电磁信号；

横向转动机构(2)，包括与天线组件(1)相连接的第一驱动机构(20)，所述第一驱动机构(20)用于调节天线组件(1)在水平方向旋转角度；

纵向转动机构(3)，包括固定座(31)，所述固定座(31)设置在横向转动机构(2)底部，所述固定座(31)内设置有第二驱动机构(30)，第二驱动机构(30)用于调节天线组件(1)在纵向方向旋转角度；

支撑架组件(4)，设置在纵向转动机构(3)底部，用于对天线组件(1)、横向转动机构(2)及纵向转动机构(3)进行支撑。

2.如权利要求1所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述天线组件(1)还包括与发射天线(11)及接收天线(12)相连接的安装座(13)，所述发射天线(11)包括由金属导线绕成的两个线圈，两线圈面之间有夹角，所述接收天线(12)位于所述线圈的夹角平分线上。

3.如权利要求2所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述第一驱动机构(20)包括安装箱(201)、第一步进电机(202)、主齿轮(203)、从齿轮(204)、第一蜗杆(205)、扇形齿轮(206)及转动轴(207)，所述安装箱(201)竖直固定设置在第二驱动机构(30)上，第一步进电机(202)固定设置在安装箱(201)内，安装箱(201)内竖直设置有第一安装板(208)及第二安装板(209)，第一蜗杆(205)转动设置在第一安装板(208)及第二安装板(209)之间，第一步进电机(202)固定设置在第一安装板(208)一侧，第一安装板(208)的另一侧分别设置有相互啮合的主齿轮(203)和从齿轮(204)，从齿轮(204)与第一蜗杆(205)的一端固定连接，主齿轮(203)与第一步进电机(202)的输出轴固定连接，扇形齿轮(206)转动设置在安装箱(201)内上方且与第一蜗杆(205)啮合连接，所述扇形齿轮(206)通过转动轴(207)与安装座(13)固定连接。

4.如权利要求3所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述第一驱动机构(20)设置有两个，且对称设置在天线组件(1)两侧。

5.如权利要求4所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述横向转动机构(2)还包括固定架(21)，两组所述第一驱动机构(20)固定设置在固定架(21)上，所述固定架(21)与第二驱动机构(30)固定连接。

6.如权利要求5所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述第二驱动机构(30)包括第二步进电机(301)、第二蜗杆(302)、齿轮盘(303)及转动盘(304)，所述齿轮盘(303)水平设置在固定座(31)内且与固定架(21)转动连接，转动盘(304)固定设置在齿轮盘(303)的顶面，所述固定架(21)与转动盘(304)顶面固定连接，第二蜗杆(302)转动设置在固定座(31)内并与齿轮盘(303)啮合连接，第二步进电机(301)固定在固定座(31)侧壁，第二步进电机(301)的输出轴伸入固定座(31)内并通过减速器与第二蜗杆(302)相连接。

7.如权利要求6所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述齿轮盘(303)与固定座(31)之间通过转动轴承(305)相连接。

8.如权利要求1所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述支撑架组件(4)包括连接座(41)、三条支撑杆(42)及调节组件(40)，所述连接座(41)固定设置在固定座(31)底部，三条所述支撑杆(42)绕连接座(41)中心轴线对称设置，支撑杆(42)的上端与连接座(41)铰连接，支撑杆(42)的下端铰接有支撑座(43)，调节组件(40)设置在三条所述支撑杆(42)之间。

9.如权利要求8所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：所述调节组件(40)包括连接件(401)、铰接杆(402)、滑动件(403)及锁紧扣(404)，所述滑动件(403)套设在支撑杆(42)上，支撑杆(42)的外侧面上设置有条形槽(421)，锁紧扣(404)设置在滑动件(403)上，用于与条形槽(421)进行卡紧以使滑动件(403)在支撑杆(42)上锁紧，连接件(401)设置在三条支撑杆(42)之间，铰接杆(402)的一端与连接件(401)铰连接，另一端与滑动件(403)铰连接。

10.如权利要求1所述的一种自动定向瞬变电磁天线装置，其特征在于：还包括与天线组件(1)相连接的瞬变电磁主机。

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