CN215098240U - 一种多旋翼无人机及航磁探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于航测采集技术领域，涉及一种多旋翼无人机及航磁探测系统，多旋翼无人机包括飞行机体和重心配置平衡架，重心配置平衡架包括与飞行机体可拆卸连接的连接件和贯穿连接件水平方向设置的伸缩组件，伸缩组件上设置有用于安装检测元件的安装组件。航磁探测系统包括上述多旋翼无人机、设置于伸缩组件的微型航磁探测系统和计算机地面站系统，计算机地面站系统与微型航磁探测系统无线连接。本多旋翼无人机可以调节安装于重心配置平衡架上的航磁探测系统的重心，从而使多旋翼无人机的飞行更加稳定，提高测量精度；同时本系统测量结果不受探头空间姿态变化影响，测量精度高，无人机航磁作业可以无需进行航磁补偿。

Description

一种多旋翼无人机及航磁探测系统

技术领域

本实用新型涉及航测采集技术领域，更具体地说，它涉及一种多旋翼无人机及航磁探测系统。

背景技术

航空磁力测量(aeromagnetic survey)，又称航空磁测或航空磁力勘探，简称航磁或航磁测量，是航空物探方法中使用时间最早、最成熟和最多的磁测方法。它是将航空磁力仪及其配套的辅助设备装载在飞行器上，在测量地区上空按照预先设定的测线和高度对地磁场强度或梯度进行测量的地球物理方法。与地面磁测相比具有较高的测量效率，且不受水域、森林、沼泽、沙漠和高山的限制。同时由于飞行是在距地表一定的高度进行的，从而减弱了地表磁性不均匀体的影响，能够更加清楚地反映出深部地质体的磁场特征。

航空磁力探测最早用于海军针对潜艇引起的磁异常进行探测，后用于民用的航空物理勘探工作。2009年10月16日，我国第一套无人机陆地航磁探测系统在内蒙古赤峰市敖汉旗贝子府地区进行了首次试飞，并取得了成功。该系统由中科院遥感所牵头，中科院大气物理所、电子所、地质与地球物理所及北京大学现代物理中心等多家单位共同承担。以CH-3无人机为平台的航磁探测系统具有飞行质量高、可夜航作业、方便灵活等特点，该系统已经在黑龙江多宝山地区开展了试验性面积测量工作，数据质量优秀。2017年陕西省核工业地质局二一一大队物探测绘院低空多旋翼无人机航磁测量系统通过测试验收，该系统将钾铷光泵磁力仪固定在无人机机身下方，脚架中心处进行飞行磁测。目前市场上有公司采用磁通门磁力仪作为探头，硬连接的方式固定在多旋翼无人机下方，或伸出一定距离进行飞行磁测，容易造成无人机飞行重心不稳。

但是，由于目前市场上主流商业铷光泵磁力仪探头均是采用传统工艺和技术制作而成，其整体重量一般在2kg以上，探头一般在0.5kg以上。无人机机体有大量磁性零部件，特别是电机马达旋转后产生的干扰磁场更是对磁力仪探头影响非常大，故一般磁力仪探头安装方案都需要原理无人机机体。采用吊舱或者无磁杆伸出一定距离以避免磁干扰。采用吊舱的方式结构简单，但是由于飞行中空气扰动，会是的吊舱摇摆不定，获取的GPS位置和磁场数据会有明显的波纹特征，同时，磁力仪探头材料中有遗留的微弱磁性物质，也会对姿态摇摆不定的探头带来方向差的干扰。

而采用磁通门磁力仪探头由于工作原理的优势，可以做的很轻小，但是磁通门是通过计算三个正交方向上线圈测量出磁场分量的平方和开根号获得的。实际生产制造的磁通门是无法完全真正正交，且线圈的各方面性能也不可能完全相同，同时数字采集器中AD转换也有误差等因素，导致磁通门存在轴向干扰，比例系数，正交度误差等，使磁通门测量结果非常容易受到自身姿态变化而引起的测量误差。即使磁通门磁力仪采用了航磁补偿技术，测量结果相对航磁测量精度而言，仍然会有不足。

综上所述，现有的现有的无人机搭载航空磁力探测系统后重心不稳以及现有的航空磁力探测系统还存在着探测精度低的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种多旋翼无人机，用于解决现有的无人机搭载航空磁力探测系统后重心不稳的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种多旋翼无人机，包括飞行机体和重心配置平衡架，所述重心配置平衡架包括与所述飞行机体可拆卸连接的连接件和贯穿所述连接件水平方向设置的伸缩组件，所述伸缩组件上设置有用于安装检测元件的安装组件。

作为一优选的实施方式，所述伸缩组件包括固定于所述连接件的第一管件、与所述第一管件滑动配合的第二管件、与所述第二管件滑动配合的第三管件，所述第一管件设置有用于固定第二管件的第一锁合件，所述第二管件上设置有用于固定所述第三管件的第二锁合件；所述第一管件贯穿所述连接件水平方向设置。

作为一优选的实施方式，所述安装组件包括设置于所述第一管件远离所述第二管件一端的第一安装件、设置于第二管件远离所述第一安装件一端的第二安装件和设置于所述第三管件远离所述第一安装件一端的第三安装件。

作为一优选的实施方式，所述连接件包括第一连接部、第二连接部、第三连接部和承载平衡部，所述第二连接部位于第一连接部的底端，所述第一连接部、第二连接部在水平面上的平行投影呈十字形，所述第三连接部设置有两个且分别位于所述第三连接部底部长度方向的两侧，每个所述第三连接部开设有供所述伸缩组件穿过的安装孔，所述承载平衡部设置有两个且分别设置于所述第一连接部长度方向的两侧；所述第一连接部、第二连接部、第三连接部和承载平衡部的顶端均分别开设有若干螺纹孔。

作为一优选的实施方式，重心配置平衡架包括碳纤维架。

本实用新型的另一个目的在于提供一种航磁探测系统，用于解决现有的航空磁力探测系统还存在着探测精度低的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种航磁探测系统，包括上述所述的一种多旋翼无人机、设置于所述伸缩组件的微型航磁探测系统和计算机地面站系统，所述计算机地面站系统与所述微型航磁探测系统无线连接；所述微型航磁探测系统包括：

铷光泵磁力仪探头，安装于所述伸缩组件的一端；

铷光泵磁力仪控制系统，安装于所述伸缩组件的远离所述铷光泵磁力仪探头的一端，所述铷光泵磁力仪控制系统与铷光泵磁力仪探头控制连接，测量发生磁共振吸收现象时的射频线圈频率，通过磁旋比系数计算获得外磁场强度数据；

GPS天线，用于获得GPS坐标数据和PPS信号；

激光高度计，用于获得的高程数据；

多数据同步采集系统，安装于所述伸缩组件的远离所述铷光泵磁力仪探头的一端，所述多数据同步采集系统与铷光泵磁力仪控制系统、GPS天线和激光高度计电连接，所述多数据同步采集系统还与连接计算机地面站系统无线连接。

作为一优选的实施方式，所述铷光泵磁力仪探头与所述飞行机体之间的距离大于2.5米。

作为一优选的实施方式，所述微型航磁探测系统还包括数据存储U盘，所述数据存储U盘与多数据同步采集系统连接，存储飞行测量数据。

作为一优选的实施方式，所述微型航磁探测系统还包括姿态仪，所述姿态仪与多数据同步采集系统连接，用于获得无人机飞行的俯仰、滚转、偏航角度。

作为一优选的实施方式，所述微型航磁探测系统还包括气压计，所述气压计与多数据同步采集系统连接。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

其一，本多旋翼无人机，采用在飞行机体的底端设置重心配置平衡架，重心配置平衡架设置有伸缩组件，可以用于调节安装于重心配置平衡架上的航磁探测系统的重心，从而使多旋翼无人机的飞行更加稳定；

其二，本航磁探测系统，轻量化设计的微型铷光泵磁力仪探头重量小于30 克，位置设置可以远离飞行机体磁干扰，重心配置平衡架可以使系统重心能够很容易调整到无人机重心同一垂直轴线上；本实用新型采用的微机电实现的微型铷光泵磁力仪探头是总场磁力仪探头，相对矢量磁通门磁力仪，其测量结果不受探头空间姿态变化影响，故测量误差小，精度高；本系统的无人机航磁作业可以无需进行航磁补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。其中：

图1是本实用新型多旋翼无人机的结构示意图；

图2是本实用新型中连接件的立体图；

图3是航磁探测系统中微型航磁探测系统与计算机地面站系统的连接框图。

图中，100、多旋翼无人机；110、飞行机体；120、连接件；121、第一连接部；122、第二连接部；123、第三连接部；124、承载平衡部；131、第一管件；132、第二管件；133、第三管件；141、第一安装件；142、第二安装件； 143、第三安装件；210、微型航磁探测系统；211、铷光泵磁力仪探头；212、铷光泵磁力仪控制系统；213、GPS天线；214、激光高度计；215、多数据同步采集系统；216、数据存储U盘；217、姿态仪；218、气压计；220、计算机地面站系统。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例：

如图1至图3所示，一种航磁探测系统，包括多旋翼无人机100、微型航磁探测系统210和计算机地面站系统220，多旋翼无人机100包括飞行机体110和重心配置平衡架，所述重心配置平衡架包括与所述飞行机体110可拆卸连接的连接件120和贯穿所述连接件120水平方向设置的伸缩组件，所述伸缩组件上设置有用于安装检测元件的安装组件，多旋翼无人机100的选型范围很广，适合市面上大批量生产的性价比高的无人机系统，如大疆无人机M600 Pro或者 M300 RTK等多旋翼无人机100系统，所有设备总重量小，并以电池为动力，搭载能力高，同时具备小空间垂直起降能力；微型航磁探测系统210设置于所述伸缩组件，所述计算机地面站系统220与所述微型航磁探测系统210无线连接。

如图1至图3所示，所述连接件120包括第一连接部121、第二连接部122、第三连接部123和承载平衡部124，所述第二连接部122位于第一连接部121的底端，所述第一连接部121、第二连接部122在水平面上的平行投影呈十字形，所述第三连接部123设置有两个且分别位于所述第三连接部123底部长度方向的两侧，每个所述第三连接部123开设有供所述伸缩组件穿过的安装孔，所述承载平衡部124设置有两个且分别设置于所述第一连接部121长度方向的两侧；所述第一连接部121、第二连接部122、第三连接部123和承载平衡部124的顶端均分别开设有若干螺纹孔。具体地，可以通过螺丝将连接件120安装到飞行机体110上，拆装都非常方便。承载平衡部124可当做配重块，以保持重心配置平衡架的重心位于飞行机体110的下方。

如图1和图2所示，所述伸缩组件包括固定于所述连接件120的第一管件 131、与所述第一管件131滑动配合的第二管件132、与所述第二管件132滑动配合的第三管件133，所述第一管件131设置有用于固定第二管件132的第一锁合件，所述第二管件132上设置有用于固定所述第三管件133的第二锁合件；所述第一管件131贯穿所述连接件120水平方向设置。具体地，第一管件131 穿过两个安装孔固定于第三连接部123上。第一锁合件可以为螺栓，螺栓穿过第一管件131的侧壁并与第一管件131螺纹连接，转动螺栓可以使螺栓的端部抵接第二管件132，第二锁合件与第一锁合件相似，此处不再赘述。

如图1所示，所述安装组件包括设置于所述第一管件131远离所述第二管件132一端的第一安装件141、设置于第二管件132远离所述第一安装件141一端的第二安装件142和设置于所述第三管件133远离所述第一安装件141一端的第三安装件143。

优选地，重心配置平衡架包括碳纤维架，可以减轻飞行重量。

如图1和图3所示，所述微型航磁探测系统210包括：铷光泵磁力仪探头 211、铷光泵磁力仪控制系统212、GPS天线213、激光高度计214和多数据同步采集系统215。

铷光泵磁力仪探头211安装于所述第三管件133上的第三安装件143上，铷光泵磁力仪探头211是以氦等气体以及碱金属钾、铷、铯等元素的原子在外磁场中产生的塞曼分裂为基础，并采用光泵和磁共振技术研制成的磁力仪。所述铷光泵磁力仪探头与所述飞行机体110之间的距离大于2.5米，可以减小飞行机体110对于铷光泵磁力仪探头211的电磁干扰干扰，从而提高测量精度。

铷光泵磁力仪控制系统212安装于第一管件131的第一安装件141上，可以减小铷光泵磁力仪对于铷光泵磁力仪探头211的电磁干扰干扰，从而提高测量精度，所述铷光泵磁力仪控制系统212与铷光泵磁力仪探头211控制连接，测量发生磁共振吸收现象时的射频线圈频率，通过磁旋比系数计算获得外磁场强度数据。

GPS天线213，获得GPS坐标数据和PPS信号，GPS天线213采用无磁性安装的GPS+北斗双频有源天线，将GPS/北斗导航系统型号发送到位于数据采集及矫正补偿装置内的GPS接收机内，结算获得GPS坐标数据和Pul se Per Second(PPS)信号。

激光高度计214，获得的高程数据，具体地。激光高度计214可以从市场购买，激光高度计214获得的高程数据可用于不同高度获得磁场数值的延拓计算。

多数据同步采集系统215，所述多数据同步采集系统215与铷光泵磁力仪控制系统212、GPS天线213和激光高度计214电连接，所述多数据同步采集系统 215还与连接计算机地面站系统220无线连接。

优选地，所述微型航磁探测系统210还包括姿态仪217，所述姿态仪217与多数据同步采集系统215连接，用于获得无人机飞行的俯仰、滚转、偏航角度。

优选地，所述微型航磁探测系统210还包括气压计218，所述气压计218与多数据同步采集系统215连接，用于获得无人机飞行时相对起飞点的气压高度。

优选地，所述微型航磁探测系统210还包括数据存储U盘216，所述数据存储U盘216与多数据同步采集系统215连接，存储飞行测量数据。具体地，数据存储U盘216将每次运行期间的飞行测量的数据存储于文件内。数据包括GPS UTC时间，经纬度坐标，GPS高度，WGS84UTM坐标，UTM zone，有效GPS卫星个数，GPS信号质量，GPS坐标水平精度，GPS坐标系起伏信息，俯仰，偏航角度数据，铷光泵磁力仪控制系统212数据。

综上所述，

本实用新型采用微型化，轻量化设计的微型铷光泵磁力仪探头211重量小于30克，位置设置可以远离飞行机体110磁干扰，重心配置平衡架可以使系统重心能够很容易调整到无人机重心同一垂直轴线上；本实用新型采用的微机电实现的微型铷光泵磁力仪探头211是总场磁力仪探头，相对矢量磁通门磁力仪，其测量结果不受探头空间姿态变化影响，故测量误差小，精度高；本系统的无人机航磁作业可以无需进行航磁补偿。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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)

1.一种多旋翼无人机，其特征在于：包括飞行机体和重心配置平衡架，所述重心配置平衡架包括与所述飞行机体可拆卸连接的连接件和贯穿所述连接件水平方向设置的伸缩组件，所述伸缩组件上设置有用于安装检测元件的安装组件。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机，其特征在于：所述伸缩组件包括固定于所述连接件的第一管件、与所述第一管件滑动配合的第二管件、与所述第二管件滑动配合的第三管件，所述第一管件设置有用于固定第二管件的第一锁合件，所述第二管件上设置有用于固定所述第三管件的第二锁合件；所述第一管件贯穿所述连接件水平方向设置。

3.根据权利要求2所述的一种多旋翼无人机，其特征在于：所述安装组件包括设置于所述第一管件远离所述第二管件一端的第一安装件、设置于第二管件远离所述第一安装件一端的第二安装件和设置于所述第三管件远离所述第一安装件一端的第三安装件。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机，其特征在于：所述连接件包括第一连接部、第二连接部、第三连接部和承载平衡部，所述第二连接部位于第一连接部的底端，所述第一连接部、第二连接部在水平面上的平行投影呈十字形，所述第三连接部设置有两个且分别位于所述第三连接部底部长度方向的两侧，每个所述第三连接部开设有供所述伸缩组件穿过的安装孔，所述承载平衡部设置有两个且分别设置于所述第一连接部长度方向的两侧；所述第一连接部、第二连接部、第三连接部和承载平衡部的顶端均分别开设有若干螺纹孔。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种多旋翼无人机，其特征在于：所述重心配置平衡架包括碳纤维架。

6.一种航磁探测系统，其特征在于：包括如权利要求1-5任意一项所述的一种多旋翼无人机、设置于所述伸缩组件的微型航磁探测系统和计算机地面站系统，所述计算机地面站系统与所述微型航磁探测系统无线连接；所述微型航磁探测系统包括：

铷光泵磁力仪探头，安装于所述伸缩组件的一端；

铷光泵磁力仪控制系统，安装于所述伸缩组件的远离所述铷光泵磁力仪探头的一端，所述铷光泵磁力仪控制系统与铷光泵磁力仪探头控制连接，测量发生磁共振吸收现象时的射频线圈频率，通过磁旋比系数计算获得外磁场强度数据；

GPS天线，用于获得GPS坐标数据和PPS信号；

激光高度计，用于获得的高程数据；

多数据同步采集系统，安装于所述伸缩组件的远离所述铷光泵磁力仪探头的一端，所述多数据同步采集系统与铷光泵磁力仪控制系统、GPS天线和激光高度计电连接，所述多数据同步采集系统还与连接计算机地面站系统无线连接。

7.根据权利要求6所述的一种航磁探测系统，其特征在于：所述铷光泵磁力仪探头与所述飞行机体之间的距离大于2.5米。

8.根据权利要求7所述的一种航磁探测系统，其特征在于：所述微型航磁探测系统还包括数据存储U盘，所述数据存储U盘与多数据同步采集系统连接，存储飞行测量数据。

9.根据权利要求7所述的一种航磁探测系统，其特征在于：所述微型航磁探测系统还包括姿态仪，所述姿态仪与多数据同步采集系统连接，用于获得无人机飞行的俯仰、滚转、偏航角度。

10.根据权利要求6所述的一种航磁探测系统，其特征在于：所述微型航磁探测系统还包括气压计，所述气压计与多数据同步采集系统连接。

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