CN219496697U - 应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，包括支架、起降架、连接架、支撑架、磁力仪安装架、探头安装架，起降架上侧安装有连接架，所述起降架连接有支架，所述起降架下侧设置有支撑架，所述支架上侧分别安装有磁力仪安装架、探头安装架。本实用新型使用多传感器同时采集并进行梯度测量，提高测量精确度和工作效率；有效降低了探测的成本，是成本最为低廉的一种高精度探测方式。

Description

应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统

技术领域

本实用新型涉及物理勘探技术领域，尤其是一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统。

背景技术

铯光泵磁力仪是以原子能级在磁场中产生塞曼效应为基础，利用光泵作用和磁共振技术研制而成的高灵敏度、高精度的磁测设备，具有梯度容差大，无零点漂移、温漂小、抗干扰能力强等优点。

未爆弹(Unexploded Ordnance UXO)主要指战争或其他军事活动后遗留的尚未引爆的地雷、炸弹、炮弹、手榴弹、各种子母弹甚至导弹等。然而，大部分未爆弹埋藏地下，首先需要对其准确探测，而后才能进行清理。因此，如何准确探测出未爆弹对于解决未爆弹问题至关重要。

目前的探雷器是一种工兵器材，用于探测可能存在的地雷，分为便携式、车载式和机载式。其最基本的类型，是通过辐射的电磁场在埋藏的金属物体中产生涡流，再感应到这种涡流以发现和定位地雷。现代探雷器还有其他的原理，如雷达波探雷、土壤介电常数异常探雷等手段。

探雷器按携带和运载方式不同，分为便携式、车载式和机载式三种类型。便携式探雷器供单兵搜索地雷使用，又称单兵探雷器，多以耳机声响变化作为报警信号。车载式探雷器以吉普车、装甲输送车作为运载车辆，用于道路和平坦地面上探雷，以声响、灯光和屏幕显示等方式报警，能在报警的同时自动停车。它的探雷速度较快，适于伴随和保障坦克、机械化部队行动。机载式探雷器使用直升机作为运载工具，用于在较大地域上对地雷场实施远距离快速探测。

便携式探雷器与车载式探雷器的工作原理主要有两种：一种是利用探雷器辐射电磁场，使地雷的金属零件受激产生涡流，涡流电磁场又作用于探雷器的电子系统，使之失去原来的平衡状态，或者通过探雷器的接收系统检测涡流电磁场信号，从而得知金属物体(地雷)的位置。它能可靠地发现带有金属零件的地雷，但容易受到战场上弹片等金属物体的干扰。另一种原理是利用地雷与周围土壤的介电常数等物理特性的差异，引起探雷器辐射的微波电磁场发生畸变，通过检测畸变场信号来判断地雷的位置。但土壤中的非地雷异物(如树根)，土壤密度的突变，土壤中的空腔以及湿度的不均匀等，都可能引起虚假信号。因此，在使用上述两种工作原理的探雷器时，都要辅以探雷针。后一种工作原理的探雷器，不适合在水下环境工作。机载式探雷器实际是一种谐波雷达，如美国的金属再辐射雷达探测器，它是通过检测地雷二次辐射的三次谐波来搜索地雷。它能够排除地面反射波的干扰，可以远距离发现撒布的地雷。

而上面的这些方法对未爆弹探测来说，并不是十分有效，而且由于需要人在现场操作，具有一定的危险性，为解决这一问题，现今通过无人机进行探测，但是现今无人机安装探测器的安装结构简单，只能安装少数探测装置，过多的探测安装安装影响探测的正常进行。

实用新型内容

为了克服现有技术中探测未爆物过于危险且技术落后的问题，本实用新型提供一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，能无零点漂移，不需要严格确定方向，能够连续记录数据，方便安装在无人机平台上，可以有效和高效的对未爆物进行准确探测。

为实现上述目的，本实用新型提供了具体如下方案：

一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于包括支架、起降架、连接架、支撑架、磁力仪安装架、探头安装架，起降架上侧安装有连接架，所述起降架连接有支架，所述起降架下侧设置有支撑架，所述支架上侧分别安装有磁力仪安装架、探头安装架。

所述连接架和无人机连接，所述无人机下侧设置有螺纹凸起，所述连接架上侧通过螺纹套管结构和螺纹凸起连接，所述螺纹套管上侧开设有固定孔，所述固定孔内安插有固定栓，所述固定栓顶端螺纹安装有固定螺母。

所述起降架上侧安装有加强杆。

所述支架上侧安装有磁力仪安装架、探头安装架，所述探头安装架为多个，固定在支架上侧的横杆上，所述探头安装架包括固定杆、卡箍结构，所述固定杆固定在卡箍结构一侧。

所述探头安装架为多个，多个探头安装架采取平行并列方式，间距0.5m，所述探头安装架安装于飞机下方约1-2m位置。

所述磁力仪安装架为卡箍式安装结构。

本申请的有益效果为：本实用新型有利于提高未爆物探测的准确性，有助于增强未爆物探测安全性，无人机铯光泵梯度系统，属于无损勘察技术，具有生态环保的理念，是可持续发展的新型技术方法。

本实用新型探头安装架为多个，多个探头安装架采取平行并列方式，间距0.5m，所述探头安装架安装于飞机下方约1-2m位置。使用时将多个探头传感器安装在探头安装架上，由于多个传感器同时采集，这样采集回来的数据带有梯度测量功能，请参考图1，设置有四个探头，那么每2个相邻探头之间的差值就成为了梯度数据，可以有三组梯度数据进行计算。提高了工作效率和测量精度。

本实用新型使用多传感器同时采集并进行梯度测量，提高测量精确度和工作效率；有效降低了探测的成本，是成本最为低廉的一种高精度探测方式。

附图说明

图1为本实用新型一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统的结构示意图；

图3为本实用新型一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统实施例磁补偿软件模块的磁干扰模型化补偿流程示意图；

图4为本实用新型一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统实施例铯光泵梯度数据合成器的电路结构示意图。

图5为本实用新型应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统连接架结构图。

如，支架1、起降架2、连接架3、支撑架4、磁力仪安装架5、探头安装架6、航磁补偿器7。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实用新型为一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，包括支架、起降架、连接架、支撑架、磁力仪安装架、探头安装架，起降架上侧安装有连接架，所述起降架连接有支架，所述起降架下侧设置有支撑架，所述支架上侧分别安装有磁力仪安装架、探头安装架。所述连接架和无人机连接，所述无人机下侧设置有螺纹凸起，所述连接架上侧通过螺纹套管结构和螺纹凸起连接，所述螺纹套管上侧开设有固定孔，所述固定孔内安插有固定栓，所述固定栓顶端螺纹安装有固定螺母。所述起降架上侧安装有加强杆。所述支架上侧安装有磁力仪安装架、探头安装架，所述探头安装架为多个，固定在支架上侧的横杆上，所述探头安装架包括固定杆、卡箍结构，所述固定杆固定在卡箍结构一侧。所述探头安装架为多个，多个探头安装架采取平行并列方式，间距0.5m，所述探头安装架安装于飞机下方约1-2m位置。所述磁力仪安装架为卡箍式安装结构。

本实用新型使用时将其安装在无人机平台上，磁法设备安装在无人机平台上，磁法设备设有多个铯光泵探头和航磁补偿器，其中，铯光泵探头安装在探头安装架，磁通门磁力仪安装在磁力仪安装架上，为设定有效测量宽度、铯光泵探头设有等间距，航磁补偿器用于补偿无人机平台的运动噪声，同时通过数传电台将铯光泵探头的数据实时发送至地面站上显示。人机采用无磁性材料,采用铝合金或钛合金材料。无人机平台上设有磁补偿软件模块，用于野外采集数据，然后数据导入到电脑中，通过同步采集的磁补偿探头数据，对多个铯光泵探头的数据进行补偿计算，计算无人机平台的磁补偿系数，生成补偿系数后，对系数进行微调。无人机上还设置有铯光泵梯度数据合成器，用于航磁补偿器的采集的原始数据记录，铯光泵梯度数据合成器放置在飞机的下方。

实施例2

请参阅图1-3所示，无人机磁探测系统方案采用多旋翼无人机(或者无人直升机)，将磁法设备安装在无人机平台上上，避免人员接触危险区域。

在磁法探测模式下，4个铯光泵探头安装在6旋翼无人机平台上，探头间距0.5m，有效测量宽度约2m。同时配备航磁补偿器、磁补偿探头补偿飞机平台的运动噪声，通过数传电台将探头数据实时发送至地面站上显示。

无人机平台具备仿地飞行功能，仿地飞行时探头离地探测距离最近为0.5m到1m；探头的最大探测高度取决于无人机，一般无人机最大飞行高度均在1000m以上。遇到灌木丛等特殊地形，会影响无人机飞行及探测，规划路径时进行规避。

由于多个传感器同时采集，这样采集回来的数据带有梯度测量功能，请参考图1，设置有四个探头，那么每2个相邻探头之间的差值就成为了梯度数据，可以有三组梯度数据进行计算。提高了工作效率和测量精度。

1.磁法设备在无人机平台上的安装

作为搭载航磁设备的飞机平台，飞机本身的磁性越小越好，根据磁性的强弱，平台的主要磁性来源有：直流电机内部的永磁体、永磁铁零件(如某些阀门)、铁磁性结构材料、大电流的电缆等。飞机磁性对航磁数据有较大影响，为降低飞机磁性，需要从以下几方面入手：

(1)飞机平台去磁

机体结构件尽量采用无磁性材料。铁磁性金属主要是钢材，在强度允许情况下，采用铝合金或钛合金替代。例如起落架，靠近磁敏感探头的螺丝等。

(2)永磁体的屏蔽

机上的各种电动机的永磁体具有较大的磁性，首先布置上应当尽量远离光泵探头和磁补偿探头，其次是用高导磁材料为电机制作屏蔽罩，使得磁铁的磁性在屏蔽罩内闭环，减少向空气中的漏磁。

(3)设计安装结构件

将磁探仪磁敏感探头尽量远离电动机，设计如下图所示的安装结构，光泵探头和磁补偿探头安装于飞机下方约1.2m位置，4个光泵探头采取平行并列方式。航磁补偿器、数传电台、RTK卫星接收机等部件安装在上部载荷平台上：

无人机平台为磁探仪系统的载体，并且无人机平台进行了消磁处理，已得到好的磁场测量数据，光电吊舱拍摄实时的视频，并通过数传电台将视频回传到基站电脑上，以方便操作员判断无人机位置和实时了解飞行状态；RTK模块提供准确的坐标定位；两个差分天线分别提供航向和坐标信号，航向和坐标信号都传输给RTK模块，以便RTK模块提供准确的坐标定位；航磁补偿器记录和存储磁通门组件和光泵探头组件的磁场信号，并将所测到的磁场信号进行计算和处理，已得到原始数据和补偿后的磁测数据。四个铯光泵探头除了提供了各自的总场磁场信号外，还提供了彼此之间的水平梯度信号，水平梯度信号可以更好的判断出未爆物的位置；并且同时测量，提高了工作效率。

采取上述措施后，在无人机下方铯光泵探头安装位置，飞机的剩余磁场由改进前的最大50nT降低至30nT左右。

磁补偿软件模块通过同步采集的磁补偿探头数据，对多个铯光泵探头的数据进行补偿计算，计算无人机平台的磁补偿系数。生成补偿系数后可对系数进行微调。

2.飞行测量前性能指标测试：

①以往资料的收集、消化与吸收

根据航磁测量任务，收集测区以往的地质、物性、物探、化探、矿产、钻孔等油气成藏相关资料。大致了解区内的地层岩体、磁性特征、油气分布及成藏基本特征。确定测区具体位置，规划测线。

②仪器设备的安装与调试

安装前应确认无人机及机载航磁测量系统的各设备工作正常，地面静止状态下的磁探头方向差应≤0.25nT。将机载航磁测量系统安装到无人机上后，应对系统进行集成调试，特别是应将铯光泵磁探头的测量方位调整到适当位置，以保证采集到最佳数据。

③无人机航磁系统的测试

航磁仪静态噪声水平测试：

在机载航磁测量系统安装在无人机上并完成调试后，在地面使用机外电源系统供电，仅开启机载航磁测量系统，其它仪器不工作，观测时间不少于2h。按采样率20Hz统计静态噪声水平。

磁日变基站静态噪声水平测试：

根据要求，磁日变观测点应选择在磁场平静、磁梯度小、人文干扰小、地形平坦开阔地段。并连续观测不少于12h，判断环境的磁干扰，确定磁日变基值。要求磁日变基站的静态噪声水平达到一级资料。

航磁补偿飞行：

航磁补偿飞行区域应选在地磁场相对平静且离测区较近的区域，飞行测试线的方向一般应与设计的主测线和切割线方向一致。

磁补偿飞行分为补偿和补偿后检查两个飞行阶段。补偿阶段得到的补偿精度达到要求后，再进行一次补偿后检查飞行。补偿检查飞行的目的在于确认补偿效果的好坏。

铯光泵梯度数据合成器的电路结构框图如图3所示，包含微处理器、多路串口芯片、电平转换、电源等部分。多路串口芯片同时接收多台铯光泵传感器的数据并存入芯片内部的多路FIFO中，微处理器定时从各路FIFO中读取数据并按特定格式组合后上传。

GPS静态定位精度测试：

航磁系统中GPS需在基地某固定点观察其静态定位精度。需连续观测并记录30min以上，根据观测的坐标数据，计算静态定位精度。

一致性测试：

多台仪器同时开展测量飞行时，需要事先在地面对仪器开展一致性测试，要求：两台同类型等精度磁力仪对比观测，连续5小时测量差值应＜0.5nT。

对比飞行测试：

对比测试飞行是在完成仪器组织调试及各项标定补偿之后，在机场附近选择具有代表性的地区进行。主要测试和确定两个方面的：无人机航磁系统的稳定性、可靠性、准确性和最佳的飞行高度。

在完成地面测试的基础上，进行无人机航磁系统的飞行试验，以检验无人机及在飞行过程中的无线通讯、远程控制、飞行控制性能以及航磁设备运行的稳定性、测量数据的准确性、数据链路的实时传输和监控等。以确保无人机航磁系统运行整体可靠。

3.外业勘探工作测量方法

①制定飞行计划及基本要求

以预先选定的机场为作业飞行基地，按设计的测线、切割线和基线进行作业飞行。每架次飞行时，应预先制订好飞行计划，按照作业技术要求进行测量飞行。在测区作业飞行完成的中后期进行重复线测量飞行。

②基线飞行

航空磁测系统应定期进行基线飞行测量。基线应选择在磁场平稳、出航和返航较方便的地段。

在基线上进行一次不同高度测量飞行。

通过测量飞行和数据处理，比较不同飞行高度的测量质量。

③测线飞行

测区作业期间，飞行控制、飞机维护、数据测量、数据处理人员应相互积极配合，提前做好飞行前的准备工作，以保证测量飞行工作的顺利进行，提高飞行测量的效率。

完成每架次飞行测量后，数据处理人员应及时对测量数据进行预处理和质量分析，并及时提供各种质量统计报表，确认数据质量。同时准备下一架次的飞行测量任务。

④切割线飞行

切割线飞行测量方式与测线相同，且尽可能与测线飞行高度接近、一次完成整条切割线的飞行测量。

⑤重复线飞行

在主测线飞行的过程中，应及时安排重复线飞行，用于飞行测量数据的重复性质量检查。重复线飞行应尽量保持与第一次测线飞行的高度和航迹相同，并布设正向、方向重复线测量。

⑥野外飞行职责分工

在项目野外飞行实施过程中，由飞行人员负责无人机的性能指标及日常维护工作，每台无人机应至少有两名具有飞行资格的飞控员组成。项目组派出具有多年野外经验的地面仪器维护人员和数据监测员，一架飞机最少一名数据监测员、一名地面仪器人员，主要负责测量仪器的安装、检查、调试，每天起飞前和降落后分别检查仪器的工作状态是否正常，同时负责磁日边站的架设及数据收录。

在正式飞行工作过程中，由项目组数据监测员全程监控仪器的工作状态，并对可能出现的问题准备好解决方案，实时监控飞行质量，对不能现场解决的问题通知飞控员返航。当天飞行完成后对数据进行预处理，查看数据资料，对数据资料不合格的通知飞控员，并根据工作进度安排重飞。

野外生产作业之前，应确定好工作区域是可以进行无人机飞行的区域，与当地的政策法规等规定不冲突，如果有冲突，应向相关部门进行飞行申报。野外飞行期间，地面控制站采用流动作业的方式，根据测区地形事先选好基地，根据飞行进度，选择当前测区一定范围内飞控有利的基地，以保证无人机飞行安全，如有条件，可在工作区域内设置1-2个观察站，以便实时可以观察到飞机的飞行状态。

4.资料解释

绘图采用Golden Software公司的Surfer进行绘制平面成果图。

使用未爆炸物软件进行目标定位识别

5.提交资料及编写报告

包括：原始观测数据，质量检查成果，测线布设成果等数据电子文档。图件、勘探报告。

1)航空磁法平面成果图；

2)其它相关图件；

3)工作成果报告，包括如下内容：(1)任务依据和要求；(2)地形、地质；(3)勘探原理及野外工作方法的选择原则及采取的技术措施；(4)测网布置和数据采集；(5)资料整理与解释，提供目标定位识别结果；编写报告。以上成果均含相应电子文档。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本实用新型提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于包括支架、起降架、连接架、支撑架、磁力仪安装架、探头安装架，起降架上侧安装有连接架，所述起降架连接有支架，所述起降架下侧设置有支撑架，所述支架上侧分别安装有磁力仪安装架、探头安装架。

2.按照权利要求1所述的一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于所述连接架和无人机连接，所述无人机下侧设置有螺纹凸起，所述连接架上侧通过螺纹套管结构和螺纹凸起连接，所述螺纹套管上侧开设有固定孔，所述固定孔内安插有固定栓，所述固定栓顶端螺纹安装有固定螺母。

3.按照权利要求1所述的一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于所述起降架上侧安装有加强杆。

4.按照权利要求1所述的一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于所述支架上侧安装有磁力仪安装架、探头安装架，所述探头安装架为多个，固定在支架上侧的横杆上，所述探头安装架包括固定杆、卡箍结构，所述固定杆固定在卡箍结构一侧。

5.按照权利要求1所述的一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于所述探头安装架为多个，多个探头安装架采取平行并列方式，间距0.5m，所述探头安装架安装于飞机下方约1-2m位置。

6.按照权利要求1所述的一种应用于未爆弹探测的无人机铯光泵梯度安装系统，其特征在于所述磁力仪安装架为卡箍式安装结构。