CN102156303A - 一种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，包括主机、氦光泵探头A、氦光泵探头B，主机内设置有一块主板、氦光泵磁力仪电路、GPS板和开关电源模块，主板分别与氦光泵磁力仪电路、GPS板、串行口A、串行口B和串行口C相连接，氦光泵磁力仪电路通过氦光泵探头A接口与氦光泵探头A相连接，通过氦光泵探头B接口与氦光泵探头B相连接；开关电源模块的输入端通过电源开关与电源输入接口相连接，开关电源模块的输出端分别与主板、GPS板和氦光泵磁力仪电路相连接。本发明有益的效果是：体积小、重量轻、功耗低、可无人值守自动采集多种数据，能够取代现有航磁测量系统中的光泵磁力仪、磁补偿仪和航空综合数据收录系统。

Description

一种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪

技术领域

本发明航空磁法勘察技术领域，主要是一种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪。

背景技术

在矿产和石油勘探领域中，广泛地使用光泵磁力仪来进行航空磁法勘察。现有技术中在进行航空磁法勘察时，都是采用Y－12等较大型的固定翼飞机进行航空测量，Y－12飞机严格受民用航空、军事管制，飞行需申请批准，手续繁琐严格，且飞行员需专门航空驾校多年培养，使用此类飞机进行航磁勘察的成本也较高。随着无人机技术的不断发展，作为航空飞行器系列中的无人飞行平台以其在安全性、高机动性和低成本等优势，在军事侦察、航空摄影、遥感监测和公共安全等领域有着越来越广泛的应用。使用无人机等小型飞行器作为航磁测量的平台相比Y－12等较大型固定翼飞机将有很大的优势。

现有的大型固定翼飞机所使用的航磁测量系统一般由光泵磁力仪梯度仪、磁补偿仪、航空综合数据收录系统及高度计等配套仪器组成，整套系统体积不小于500mm长×500mm宽×300mm高、重量不小于30kg、功耗不小于200W均较大，而且需要人工操作，无法满足无人机平台的安装要求，人们迫切需要一款适合无人机等小型飞行器安装的体积小、重量轻、功耗低、无人值守的高精度磁法勘察系统。

发明内容

本发明的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，它包括主机、氦光泵探头A、氦光泵探头B，所述的主机内设置有一块主板、氦光泵磁力仪电路、GPS板和开关电源模块，主板分别与氦光泵磁力仪电路、GPS板、串行口A、串行口B和串行口C相连接，GPS板通过GPS天线接口与GPS天线相连接，氦光泵磁力仪电路通过氦光泵探头A接口与氦光泵探头A相连接，氦光泵磁力仪电路通过氦光泵探头B接口与氦光泵探头B相连接；开关电源模块的输入端通过电源开关与电源输入接口相连接，电源输入接口与锂聚合物电池组相连接，开关电源模块的输出端分别与主板、GPS板和氦光泵磁力仪电路相连接。

作为优选，设置有显控装置，主板通过VGA接口、USB接口A、PS/2键盘接口与显控装置相连接，通过USB接口B与存储器相连接。

所述的主板通过串行口A与三分量磁通门磁力仪相连接，通过串行口B与高度计相连接，通过串行口C与数传电台相连接；高度计与雷达高度计天线相连接，数传电台与数传电台天线相连接。

主机可根据需要安装一个氦光泵探头地磁总场测量方式或两个氦光泵探头地磁总场梯度测量方式，可通过串行口连接三分量磁通门磁力仪、高度计，在有人飞行器平台使用时可通过连接显控装置显示所需信息并对主机进行控制，在无人飞行器平台使用时系统可自动工作或通过数据链接口对其进行监控。

本发明的主机内置有高效开关电源模块，可以适应铅酸蓄电池组、锂聚合物电池组、机载发电机等多种直流电源输入，在使用单个氦光泵探头时整机功耗不超过25W，而现有的航磁测量系统一般功耗在100W以上。

本发明的主机内置了飞行器磁干扰补偿软件，可通过外接的三分量磁通门磁力仪测量飞行器姿态，对氦光泵磁力仪测量中因飞行器姿态引起的磁干扰进行补偿，从而保证数据精度。

本发明的主机内置了磁法勘察软件，可根据需要设置计划测线，引导飞行器沿计划测线飞行，实时采集并存储地磁总场数据、地磁三分量数据、飞行高度数据、GPS定位数据和时间数据，并提供数传电台接口，可有选择地将数据打包通过数传电台发送至地面站。

本发明的主机将氦光泵磁力仪、GPS和数据采集系统高度集成，全部硬件安装在一个密封的铝合金防水盒中，所有连接器采用水密连接器以保证在海洋低空的潮湿盐雾环境中可靠使用，主机体积不大于300mm长×300mm宽×200mm高，主机重量约2kg，每个氦光泵探头重量约0.8kg，完全能够适应无人机等小型飞行器的载荷能力。

在固定翼无人机中，主机、高度计、数传电台、锂聚合物电池组被安装在机腹内部远离飞机发动机的部位，氦光泵探头A和氦光泵探头B分别安装在两个翼尖，三分量磁通门磁力仪安装在飞机前端，雷达高度计天线安装在机腹，数传电台天线安装在机头上方，GPS天线安装在机身顶部。

在旋翼无人机中，主机、高度计、数传电台、锂聚合物电池组被安装在机腹下方的挂架内，机腹下方水平横向伸出两根碳纤维杆，氦光泵探头A和氦光泵探头B分别安装在碳纤维杆的顶端，三分量磁通门磁力仪安装在飞机尾杆中部下方，GPS天线安装在飞机尾杆中部上方，雷达高度计天线安装在机腹的挂架下方，数传电台天线安装在尾杆尾部下方。

在动力三角翼中，主机、高度计、数传电台、锂聚合物电池组被安装在一个仪器箱内，仪器箱安装在机上乘客座位上，显控装置安装在机内仪表板下方，机头向前水平伸出一根碳纤维管，氦光泵探头A 安装在碳纤维管顶端，三分量磁通门磁力仪安装在碳纤维管的内部距机头1米处， GPS天线安装在碳纤维管内部距机头0.5米处，雷达高度计天线和数传电台天线安装在机腹下方。

本发明有益的效果是：本发明提供适用于无人机等小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，它体积小、重量轻、功耗低、可无人值守自动采集多种数据，能够取代现有航磁测量系统中的光泵磁力仪、磁补偿仪和航空综合数据收录系统。

附图说明

图1 迷你氦光泵磁力仪原理框图；

图2 主机结构示意图；

图3 典型应用的系统框图；

图4 固定翼无人机平台应用安装示意图；

图5 旋翼无人机平台应用安装示意图；

图6 动力三角翼平台应用安装示意图。

附图标记说明：铝合金外壳1、主板2、氦光泵磁力仪电路3、GPS板4、开关电源模块5、电源开关6、串行口A-7、串行口B-8、串行口C-9、VGA接口10、USB接口A-11、USB接口B-12、PS/2键盘接口-13、电源输入接口-14、氦光泵探头A-15，氦光泵探头B-16，GPS天线接口17、三分量磁通门磁力仪18、高度计19、数传电台20，主机21，GPS天线22，锂聚合物电池组23，碳纤维杆24，碳纤维管25，雷达高度计天线26，数传电台天线27，显控装置28，氦光泵探头A接口-29、氦光泵探头B接口-30，仪器箱31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图所示，这种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，它包括主机21、氦光泵探头A15、氦光泵探头B16，所述的主机21内设置有一块主板2、显控装置28、氦光泵磁力仪电路3、GPS板4和开关电源模块5，主板2分别与氦光泵磁力仪电路3、GPS板4、串行口A7、串行口B8和串行口C9相连接，主板2通过VGA接口10、USB接口A11、PS/2键盘接口13与显控装置28相连接，通过USB接口B12与存储器相连接。GPS板4通过GPS天线接口17与GPS天线22相连接，氦光泵磁力仪电路3通过氦光泵探头A接口29与氦光泵探头A15相连接，氦光泵磁力仪电路3通过氦光泵探头B接口30与氦光泵探头B16相连接；开关电源模块5的输入端通过电源开关6与电源输入接口14相连接，电源输入接口14与锂聚合物电池组23相连接，开关电源模块5的输出端分别与主板2、GPS板4和氦光泵磁力仪电路3相连接。

所述的主板2通过串行口A7与三分量磁通门磁力仪18相连接，通过串行口B8与高度计19相连接，通过串行口C9与数传电台20相连接；高度计19与雷达高度计天线26相连接，数传电台20与数传电台天线27相连接。

本发明中的主机21由带有减震支架的铝合金外壳1、主板2、氦光泵磁力仪电路3、GPS板4、开关电源模块5、电源开关6、串行口A7、串行口B8、串行口C9、VGA接口10、USB接口A11、USB接口B12、PS/2键盘接口13、电源输入接口14、氦光泵探头A接口29、氦光泵探头B接口30、GPS天线接口17组成。通过电源输入接口14输入的18～36V范围的直流电源被开关电源模块5变换为主板2和氦光泵磁力仪电路3所需的5V、±15V及24V电源，通过氦光泵探头A接口29和氦光泵探头B接口30使氦光泵探头A15、氦光泵探头B16与氦光泵磁力仪电路3相连接，氦光泵磁力仪电路3测量所得的数据经由PC104总线送至PC104主板2，PC104主板2同时通过内部串行口采集GPS板4数据，通过串行口A7采集三分量磁通门磁力仪18数据，通过串行口B8采集高度计19数据，通过串行口C9与数传电台20连接后与地面站进行通讯，根据需要可以通过VGA接口10、USB接口A11和PS/2键盘接口13连接显控装置28，根据需要可以在USB接口B12插入USB接口的存储器用于数据交互，外部的GPS天线22通过GPS天线接口17与GPS板4连接。

本发明中的PC104主板2优选研祥科技的EC3－1641型PC104工业计算机主板，GPS板4优选Novatel公司的OEM4-G2L,也可使用其他任何平面精度优于2m，数据输出频次大于5Hz的GPS板，GPS天线22优选Novatel公司的S67-1575-39。三分量磁通门磁力仪18优选Billingsley公司的DFM28G型三分量磁通门磁力仪，也可选用其他带有串行口输出且测磁灵敏度优于0.5nT，三轴正交度优于0.5°的小型三分量磁通门磁力仪。高度计19可使用带有串行口输出且测高量程大于500m，分辨率优于0.2m的小型雷达高度计。数传电台20优选日精ND250A无线数传电台,也可选用其他地面传输视距大于2km的小型无线数传电台。

如图4所示，在固定翼无人机中，主机21、高度计19、数传电台20、锂聚合物电池组23被安装在机腹内部远离飞机发动机的部位，氦光泵探头A15和氦光泵探头B16分别安装在两个翼尖，三分量磁通门磁力仪18安装在飞机前端，雷达高度计天线26安装在机腹，数传电台天线27安装在机头上方，GPS天线22安装在机身顶部。

如图5所示，在旋翼无人机中，主机21、高度计19、数传电台20、锂聚合物电池组23被安装在机腹下方的挂架内，机腹下方水平横向伸出两根3m长的碳纤维杆24，氦光泵探头A15和氦光泵探头B16分别安装在碳纤维杆24的顶端，三分量磁通门磁力仪18安装在飞机尾杆中部下方，GPS天线22安装在飞机尾杆中部上方，雷达高度计天线26安装在机腹的挂架下方，数传电台天线27安装在尾杆尾部下方。

如图6所示，在动力三角翼中，主机21、高度计19、数传电台20、锂聚合物电池组23被安装在一个仪器箱31内，仪器箱安装在机上乘客座位上，显控装置28安装在机内仪表板下方，机头向前水平伸出一根2.5m长度的碳纤维管25，氦光泵探头A 15安装在碳纤维管25顶端，三分量磁通门磁力仪18安装在碳纤维管25的内部距机头1米处， GPS天线22安装在碳纤维管25内部距机头0.5米处，雷达高度计天线26和数传电台天线27安装在机腹下方。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，它包括主机（21）、氦光泵探头A（15）、氦光泵探头B（16），其特征是：所述的主机（21）内设置有一块主板（2）、氦光泵磁力仪电路（3）、GPS板（4）和开关电源模块（5），主板（2）分别与氦光泵磁力仪电路（3）、GPS板（4）、串行口A（7）、串行口B（8）和串行口C（9）相连接，GPS板（4）通过GPS天线接口（17）与GPS天线（22）相连接，氦光泵磁力仪电路（3）通过氦光泵探头A接口（29）与氦光泵探头A（15）相连接，氦光泵磁力仪电路（3）通过氦光泵探头B接口（30）与氦光泵探头B（16）相连接；开关电源模块（5）的输入端通过电源开关（6）与电源输入接口（14）相连接，电源输入接口（14）与锂聚合物电池组（23）相连接，开关电源模块（5）的输出端分别与主板（2）、GPS板（4）和氦光泵磁力仪电路（3）相连接。

2.根据权利要求1所述的适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，其特征是：设置有显控装置(28)，主板（2）通过VGA接口（10）、USB接口A（11）、PS/2键盘接口（13）与显控装置(28)相连接，通过USB接口B（12）与存储器相连接。

3.根据权利要求1所述的适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，其特征是：所述的主板（2）通过串行口A（7）与三分量磁通门磁力仪（18）相连接，通过串行口B（8）与高度计（19）相连接，通过串行口C（9）与数传电台（20）相连接；高度计（19）与雷达高度计天线（26）相连接，数传电台（20）与数传电台天线（27）相连接。

4.根据权利要求1所述的适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，其特征是：在固定翼无人机中，主机（21）、高度计（19）、数传电台（20）、锂聚合物电池组（23）被安装在机腹内部远离飞机发动机的部位，氦光泵探头A（15）和氦光泵探头B（16）分别安装在两个翼尖，三分量磁通门磁力仪（18）安装在飞机前端，雷达高度计天线（26）安装在机腹，数传电台天线（27）安装在机头上方，GPS天线（22）安装在机身顶部。

5.根据权利要求1所述的适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，其特征是：在旋翼无人机中，主机（21）、高度计（19）、数传电台（20）、锂聚合物电池组（23）被安装在机腹下方的挂架内，机腹下方水平横向伸出两根碳纤维杆（24），氦光泵探头A（15）和氦光泵探头B（16）分别安装在碳纤维杆（24）的顶端，三分量磁通门磁力仪（18）安装在飞机尾杆中部下方，GPS天线（22）安装在飞机尾杆中部上方，雷达高度计天线（26）安装在机腹的挂架下方，数传电台天线（27）安装在尾杆尾部下方。

6.根据权利要求1所述的适用于小型飞行器的迷你氦光泵磁力仪，其特征是：在动力三角翼中，主机（21）、高度计（19）、数传电台（20）、锂聚合物电池组（23）被安装在一个仪器箱（31）内，仪器箱(31)安装在机上乘客座位上，显控装置（28）安装在机内仪表板下方，机头向前水平伸出一根碳纤维管（25），氦光泵探头A (15）安装在碳纤维管（25）顶端，三分量磁通门磁力仪（18）安装在碳纤维管（25）的内部距机头1米处， GPS天线（22）安装在碳纤维管（25）内部距机头0.5米处，雷达高度计天线（26）和数传电台天线（27）安装在机腹下方。

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