CN203512042U - 用于磁场检测的无人机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于磁场检测的无人机，所述的无人机包括飞行动力装置、机身、机翼、光泵磁力仪以及飞行控制装置，所述的光泵磁力仪包括光泵探头传感器、三分量磁通门传感器、主机、GPS，所述的光泵探头传感器位于机翼上，三分量磁通门传感器安装在无人机的前方下部。本实用新型通过采用紧凑型、高集成度的ARM嵌入式中央控制单元和FPGA测频单元组合，使得无人机的体积与功耗大大减小；采用基于嵌入式控制器的锁定环路辅助捕获技术，无需额外的捕获电路，充分利用了嵌入式处理器的片上资源，降低了系统复杂度，节约了成本。
Description
技术领域
本实用新型属于飞行器领域，具体而言涉及一种能够进行小面积地区的高精度磁场测量的无人机。
背景技术
近年航空勘探的任务越来越多，但由于航空勘探一般采用军用飞机作为载体，相对来说测量成本较高，而且需要人工操作，安全性相对较差，如果采用无人驾驶飞机进行航空勘探，不仅能能够节省成本，提高勘探测量的安全性，而且也能够进行小面积地区的高精度磁场测量。
目前市场上主流的光泵磁力仪，存在电路设计繁琐，处理器工作能力不足，体积庞大等缺陷，从而限制了其在无人机航空磁测等空间受限领域的应用。
跟踪系统直接影响到磁测精度和跟踪速度等关键性能指标，传统的跟踪式光泵磁力仪是以模拟锁定环路来维持吸收室中氦处于共振状态，从而实现对拉莫尔频率(与外磁场相对应)的连续跟踪测量。可见，由于模拟电路的固有缺陷，系统不可避免的存在电路复杂，易受干扰以及参数难以灵活控制等问题。因此提高跟踪的速度和跟踪系统数字化是系统面临的主要问题。
为了满足无人机航空磁测对磁力仪小型化与智能化的需要，就必须引入现代高性能元器件和微处理器，设计参数更优越，功能更强大的紧凑型电子测量系统，从而大大缩小磁力仪的体积，提高磁力仪的智能化与稳定性等重要性能指标。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供用于磁场检测的无人机，该无人机可以应用在基础地质调查、矿产资源普查、石油勘探等领域。
为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案。
本实用新型一方面涉及一种用于磁场检测的无人机，所述的无人机包括飞行动力装置、机身、机翼、光泵磁力仪以及飞行控制装置，所述的光泵磁力仪包括光泵探头传感器、三分量磁通门传感器、主机、GPS，所述的光泵探头传感器位于机翼上，三分量磁通门传感器安装在无人机的前方下部；所述的GPS通过线路与主机相连；所述的三分量磁通门传感器通过A/D转换器与主机相连；所述的光泵探头传感器通过跟踪环路模块与FPGA测频单元相连，所述的FPGA测频单元通过线路与主机上的ARM处理器相连；所述的主机包括ARM处理器、FPGA测频单元、输入和输出装置。
在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的主机内设置数字板和模拟板，跟踪环路模块前端与光泵探头传感器相连，后端与压控振荡器相连，压控振荡器经过隔离后输出的拉莫尔频率接到数字板的FPGA测频单元；数字板包括ARM处理器和FPGA测频单元。
在本实用新型的另一个优选实施方式中，所述的ARM处理器是STM32F103VET6。
在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的输入装置是键盘、按键和/或鼠标。
在本实用新型的另一个优选实施方式中，所述的输出装置是显示器、USB接口和/或SD卡储存口。
在本实用新型的一个优选实施方式中，嵌入式控制器的锁定环路辅助捕获技术，无需额外的捕获电路，一旦环路失锁，FPGA处理单元会快速重新锁定跟踪环路。
本实用新型通过采用具有高集成度的ARM嵌入式中央控制单元和FPGA测频单元组合，减小系统的体积和功耗；采用基于嵌入式控制器的锁定环路辅助捕获技术，充分利用了嵌入式处理器的片上资源，降低了系统复杂度。
附图说明
图1为本实用新型光泵磁力仪的结构示意图；
图2为本实用新型无人机的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的无人机包括飞行动力装置、机身、机翼、光泵磁力仪以及飞行控制装置，适用于无人机光泵磁力仪主要包括光泵探头传感器、三分量磁通门传感器、主机、GPS，所述的光泵探头传感器、三分量磁通门传感器、GPS通过线路与主机相连，所述的主机内设置数字板和模拟板，模拟板上有2组电源模块、跟踪环路模块、其中跟踪环路模块前端与光泵探头相连，后端与压控振荡器相连，压控振荡器经过隔离后输出的拉莫尔频率接到数字板的FPGA测频单元；数字板包括主处理器STM32F103VET6、FPGA测频单元、按键、LCD显示器、USB接口、SD卡、A/D转换器。FPGA测频单元测出频率值通过SPI接口与主处理器相连，主处理器将测量数据送USB接口或SD卡存储，同时送LCD显示器显示数据。
三分量磁通门传感器安装在无人机的前方下部，通过接口与A/D转换器相连，转换数据送入主处理器。
电源分别为光泵探头前置电路、灯丝提供+24V电源，为模拟板提供+12V和-12V电源，为数字板提供+5V电源，为FPGA测频单元和主处理器提供+3.3V电源。
跟踪系统模块包括选频放大器、压控振荡器、相敏检波器、积分器以 及辅助捕获电路。
主处理器为基于ARM核的STM32F103VET6，完成的主要工作是对被测信号的处理及存储，还包括液晶显示器的控制，键盘的控制及通信的传输。按键包含手动跟踪、自动跟踪、采样频率的设置等。
频率测量采用FPGA计数，被测量频率为64～128MHz，定时器定时周期0.1秒，每0.1秒读取计数器数值，即频率值的1/10，同时设置门控信号通知主处理器STM32频率测量完毕，此时主处理器STM32通过SPI接口读取测量的频率值。
工作过程
首先对飞机进行改装，安装光泵磁探头、三分量磁通门(安装位置磁干扰较小)、磁补偿主机。然后进行磁补偿标定飞行，按照不同的补偿模型，对飞机进行操作，一般分为俯仰、滚转、侧滑三种动作。对飞机补偿飞行后的参数进行筛选，选择合适的补偿模型。最后应用该补偿模型进行试验飞行，按照航磁测量标准进行质量统计，完成该架次的飞行工作。
当理解的是，本实用新型的具体实施例仅仅是出于示例性说明的目的，其不以任何方式限定本实用新型的保护范围，本领域的技术人员可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于磁场检测的无人机，所述的无人机包括飞行动力装置、机身、机翼、光泵磁力仪以及飞行控制装置，所述的光泵磁力仪包括光泵探头传感器、三分量磁通门传感器、主机、GPS，所述的光泵探头传感器位于机翼上，三分量磁通门传感器安装在无人机的前方下部；所述的GPS通过线路与主机相连；所述的三分量磁通门传感器通过A/D转换器与主机相连；所述的光泵探头传感器通过跟踪环路模块与FPGA测频单元相连，所述的FPGA测频单元通过线路与主机上的ARM处理器相连；所述的主机包括ARM处理器、FPGA测频单元、输入和输出装置。
2.根据权利要求1所述用于磁场检测的无人机，所述的主机内设置数字板和模拟板，跟踪环路模块前端与光泵探头传感器相连，后端与压控振荡器相连，压控振荡器经过隔离后输出的拉莫尔频率接到数字板的FPGA测频单元；数字板中设置有ARM处理器和FPGA测频单元。
3.根据权利要求1或2所述的用于磁场检测的无人机，所述的ARM处理器是STM32F103VET6。
4.根据权利要求1或2所述的用于磁场检测的无人机，所述的输入装置是键盘、按键和/或鼠标。
5.根据权利要求1或2所述的用于磁场检测的无人机，所述的输出装置是显示器、USB接口和/或SD卡储存口。
6.根据权利要求1所述的用于磁场检测的无人机，所述的光泵磁力仪 不包括额外的捕获电路。
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