專利名稱：一種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明航空磁法勘察技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀。
背景技術(shù)：
在礦產(chǎn)和石油勘探領(lǐng)域中，廣泛地使用光泵磁力儀來進(jìn)行航空磁法勘察。現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行航空磁法勘察時，都是采用Y — 12等較大型的固定翼飛機(jī)進(jìn)行航空測量，Y -12飛機(jī)嚴(yán)格受民用航空、軍事管制，飛行需申請批準(zhǔn)，手續(xù)繁瑣嚴(yán)格，且飛行員需專門航空駕校多年培養(yǎng)，使用此類飛機(jī)進(jìn)行航磁勘察的成本也較高。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，作為航空飛行器系列中的無人飛行平臺以其在安全性、高機(jī)動性和低成本等優(yōu)勢，在軍事偵察、航空攝影、遙感監(jiān)測和公共安全等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。使用無人機(jī)等小型飛行器作為航磁測量的平臺相比Y — 12等較大型固定翼飛機(jī)將有很大的優(yōu)勢?，F(xiàn)有的大型固定翼飛機(jī)所使用的航磁測量系統(tǒng)一般由光泵磁力儀梯度儀、磁補(bǔ)償儀、航空綜合數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)及高度計(jì)等配套儀器組成，整套系統(tǒng)體積不小于500mm 長X 500mm寬X 300mm高、重量不小于30kg、功耗不小于200W均較大，而且需要人工操作， 無法滿足無人機(jī)平臺的安裝要求，人們迫切需要一款適合無人機(jī)等小型飛行器安裝的體積小、重量輕、功耗低、無人值守的高精度磁法勘察系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是要克服上述技術(shù)的不足，而提供一種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，它包括主機(jī)、氦光泵探頭A、氦光泵探頭B，所述的主機(jī)內(nèi)設(shè)置有一塊主板、氦光泵磁力儀電路、GPS板和開關(guān)電源模塊，主板分別與氦光泵磁力儀電路、GPS板、串行口 A、串行口 B和串行口 C相連接，GPS板通過GPS天線接口與GPS天線相連接，氦光泵磁力儀電路通過氦光泵探頭A接口與氦光泵探頭A相連接，氦光泵磁力儀電路通過氦光泵探頭B接口與氦光泵探頭B相連接；開關(guān)電源模塊的輸入端通過電源開關(guān)與電源輸入接口相連接，電源輸入接口與鋰聚合物電池組相連接，開關(guān)電源模塊的輸出端分別與主板、GPS板和氦光泵磁力儀電路相連接。作為優(yōu)選，設(shè)置有顯控裝置，主板通過VGA接口、USB接口 A、PS/2鍵盤接口與顯控裝置相連接，通過USB接口 B與存儲器相連接。所述的主板通過串行口 A與三分量磁通門磁力儀相連接，通過串行口 B與高度計(jì)相連接，通過串行口 C與數(shù)傳電臺相連接；高度計(jì)與雷達(dá)高度計(jì)天線相連接，數(shù)傳電臺與數(shù)傳電臺天線相連接。主機(jī)可根據(jù)需要安裝一個氦光泵探頭地磁總場測量方式或兩個氦光泵探頭地磁總場梯度測量方式，可通過串行口連接三分量磁通門磁力儀、高度計(jì)，在有人飛行器平臺使用時可通過連接顯控裝置顯示所需信息并對主機(jī)進(jìn)行控制，在無人飛行器平臺使用時系統(tǒng)可自動工作或通過數(shù)據(jù)鏈接口對其進(jìn)行監(jiān)控。本發(fā)明的主機(jī)內(nèi)置有高效開關(guān)電源模塊，可以適應(yīng)鉛酸蓄電池組、鋰聚合物電池組、機(jī)載發(fā)電機(jī)等多種直流電源輸入，在使用單個氦光泵探頭時整機(jī)功耗不超過25W，而現(xiàn)有的航磁測量系統(tǒng)一般功耗在100W以上。本發(fā)明的主機(jī)內(nèi)置了飛行器磁干擾補(bǔ)償軟件，可通過外接的三分量磁通門磁力儀測量飛行器姿態(tài)，對氦光泵磁力儀測量中因飛行器姿態(tài)引起的磁干擾進(jìn)行補(bǔ)償，從而保證數(shù)據(jù)精度。本發(fā)明的主機(jī)內(nèi)置了磁法勘察軟件，可根據(jù)需要設(shè)置計(jì)劃測線，引導(dǎo)飛行器沿計(jì)劃測線飛行，實(shí)時采集并存儲地磁總場數(shù)據(jù)、地磁三分量數(shù)據(jù)、飛行高度數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)，并提供數(shù)傳電臺接口，可有選擇地將數(shù)據(jù)打包通過數(shù)傳電臺發(fā)送至地面站。本發(fā)明的主機(jī)將氦光泵磁力儀、GPS和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高度集成，全部硬件安裝在一個密封的鋁合金防水盒中，所有連接器采用水密連接器以保證在海洋低空的潮濕鹽霧環(huán)境中可靠使用，主機(jī)體積不大于300mm長X 300mm寬X 200mm高，主機(jī)重量約^g，每個氦光泵探頭重量約0. m^g，完全能夠適應(yīng)無人機(jī)等小型飛行器的載荷能力。在固定翼無人機(jī)中，主機(jī)、高度計(jì)、數(shù)傳電臺、鋰聚合物電池組被安裝在機(jī)腹內(nèi)部遠(yuǎn)離飛機(jī)發(fā)動機(jī)的部位，氦光泵探頭A和氦光泵探頭B分別安裝在兩個翼尖，三分量磁通門磁力儀安裝在飛機(jī)前端，雷達(dá)高度計(jì)天線安裝在機(jī)腹，數(shù)傳電臺天線安裝在機(jī)頭上方，GPS 天線安裝在機(jī)身頂部。在旋翼無人機(jī)中，主機(jī)、高度計(jì)、數(shù)傳電臺、鋰聚合物電池組被安裝在機(jī)腹下方的掛架內(nèi)，機(jī)腹下方水平橫向伸出兩根碳纖維桿，氦光泵探頭A和氦光泵探頭B分別安裝在碳纖維桿的頂端，三分量磁通門磁力儀安裝在飛機(jī)尾桿中部下方，GPS天線安裝在飛機(jī)尾桿中部上方，雷達(dá)高度計(jì)天線安裝在機(jī)腹的掛架下方，數(shù)傳電臺天線安裝在尾桿尾部下方。在動力三角翼中，主機(jī)、高度計(jì)、數(shù)傳電臺、鋰聚合物電池組被安裝在一個儀器箱內(nèi)，儀器箱安裝在機(jī)上乘客座位上，顯控裝置安裝在機(jī)內(nèi)儀表板下方，機(jī)頭向前水平伸出一根碳纖維管，氦光泵探頭A安裝在碳纖維管頂端，三分量磁通門磁力儀安裝在碳纖維管的內(nèi)部距機(jī)頭1米處，GPS天線安裝在碳纖維管內(nèi)部距機(jī)頭0. 5米處，雷達(dá)高度計(jì)天線和數(shù)傳電臺天線安裝在機(jī)腹下方。本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明提供適用于無人機(jī)等小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，它體積小、重量輕、功耗低、可無人值守自動采集多種數(shù)據(jù)，能夠取代現(xiàn)有航磁測量系統(tǒng)中的光泵磁力儀、磁補(bǔ)償儀和航空綜合數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)。


圖1迷你氦光泵磁力儀原理框圖； 圖2主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3典型應(yīng)用的系統(tǒng)框圖； 圖4固定翼無人機(jī)平臺應(yīng)用安裝示意圖； 圖5旋翼無人機(jī)平臺應(yīng)用安裝示意圖； 圖6動力三角翼平臺應(yīng)用安裝示意圖。
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附圖標(biāo)記說明鋁合金外殼1、主板2、氦光泵磁力儀電路3、GPS板4、開關(guān)電源模塊5、電源開關(guān)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鍵盤接口 -13、電源輸入接口 -14、氦光泵探頭A-15，氦光泵探頭B_16，GPS天線接口 17、三分量磁通門磁力儀18、高度計(jì)19、數(shù)傳電臺20，主機(jī)21，GPS天線22，鋰聚合物電池組23，碳纖維桿24，碳纖維管25，雷達(dá)高度計(jì)天線26，數(shù)傳電臺天線27，顯控裝置28， 氦光泵探頭A接口-29、氦光泵探頭B接口-30，儀器箱31。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
如圖所示，這種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，它包括主機(jī)21、氦光泵探頭 A15、氦光泵探頭B16，所述的主機(jī)21內(nèi)設(shè)置有一塊主板2、顯控裝置28、氦光泵磁力儀電路 3、GPS板4和開關(guān)電源模塊5，主板2分別與氦光泵磁力儀電路3、GPS板4、串行口 A7、串行口 B8和串行口 C9相連接，主板2通過VGA接口 10、USB接口 All、PS/2鍵盤接口 13與顯控裝置28相連接，通過USB接口 B12與存儲器相連接。GPS板4通過GPS天線接口 17與GPS 天線22相連接，氦光泵磁力儀電路3通過氦光泵探頭A接口 29與氦光泵探頭A15相連接， 氦光泵磁力儀電路3通過氦光泵探頭B接口 30與氦光泵探頭B16相連接；開關(guān)電源模塊5 的輸入端通過電源開關(guān)6與電源輸入接口 14相連接，電源輸入接口 14與鋰聚合物電池組 23相連接，開關(guān)電源模塊5的輸出端分別與主板2、GPS板4和氦光泵磁力儀電路3相連接。所述的主板2通過串行口 A7與三分量磁通門磁力儀18相連接，通過串行口 B8與高度計(jì)19相連接，通過串行口 C9與數(shù)傳電臺20相連接；高度計(jì)19與雷達(dá)高度計(jì)天線26 相連接，數(shù)傳電臺20與數(shù)傳電臺天線27相連接。本發(fā)明中的主機(jī)21由帶有減震支架的鋁合金外殼1、主板2、氦光泵磁力儀電路3、 GPS板4、開關(guān)電源模塊5、電源開關(guān)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鍵盤接口 13、電源輸入接口 14、氦光泵探頭A接口 29、氦光泵探頭B接口 30、GPS天線接口 17組成。通過電源輸入接口 14輸入的18 36V范圍的直流電源被開關(guān)電源模塊5變換為主板2和氦光泵磁力儀電路3所需的5V、士 15V及24V電源，通過氦光泵探頭A接口 29和氦光泵探頭B接口 30使氦光泵探頭A15、氦光泵探頭B16與氦光泵磁力儀電路3相連接，氦光泵磁力儀電路3測量所得的數(shù)據(jù)經(jīng)由PC104總線送至PC104 主板2，PC104主板2同時通過內(nèi)部串行口采集GPS板4數(shù)據(jù)，通過串行口 A7采集三分量磁通門磁力儀18數(shù)據(jù)，通過串行口 B8采集高度計(jì)19數(shù)據(jù)，通過串行口 C9與數(shù)傳電臺20連接后與地面站進(jìn)行通訊，根據(jù)需要可以通過VGA接口 10、USB接口 All和PS/2鍵盤接口 13 連接顯控裝置28，根據(jù)需要可以在USB接口 B12插入USB接口的存儲器用于數(shù)據(jù)交互，外部的GPS天線22通過GPS天線接口 17與GPS板4連接。本發(fā)明中的PC104主板2優(yōu)選研祥科技的EC3 — 1641型PC104工業(yè)計(jì)算機(jī)主板， GPS板4優(yōu)選Novatel公司的0EM4-G2L，也可使用其他任何平面精度優(yōu)于2m，數(shù)據(jù)輸出頻次大于5Hz的GPS板，GPS天線22優(yōu)選Novatel公司的S67-1575-39。三分量磁通門磁力儀18優(yōu)選Billingsley公司的DFM28G型三分量磁通門磁力儀，也可選用其他帶有串行口輸出且測磁靈敏度優(yōu)于0.5nT，三軸正交度優(yōu)于0.5°的小型三分量磁通門磁力儀。高度計(jì) 19可使用帶有串行口輸出且測高量程大于500m，分辨率優(yōu)于0. 2m的小型雷達(dá)高度計(jì)。數(shù)傳電臺20優(yōu)選日精ND250A無線數(shù)傳電臺，也可選用其他地面?zhèn)鬏斠暰啻笥?km的小型無線數(shù)傳電臺。如圖4所示，在固定翼無人機(jī)中，主機(jī)21、高度計(jì)19、數(shù)傳電臺20、鋰聚合物電池組 23被安裝在機(jī)腹內(nèi)部遠(yuǎn)離飛機(jī)發(fā)動機(jī)的部位，氦光泵探頭A15和氦光泵探頭B16分別安裝在兩個翼尖，三分量磁通門磁力儀18安裝在飛機(jī)前端，雷達(dá)高度計(jì)天線沈安裝在機(jī)腹，數(shù)傳電臺天線27安裝在機(jī)頭上方，GPS天線22安裝在機(jī)身頂部。如圖5所示，在旋翼無人機(jī)中，主機(jī)21、高度計(jì)19、數(shù)傳電臺20、鋰聚合物電池組 23被安裝在機(jī)腹下方的掛架內(nèi)，機(jī)腹下方水平橫向伸出兩根: 長的碳纖維桿M，氦光泵探頭A15和氦光泵探頭B16分別安裝在碳纖維桿M的頂端，三分量磁通門磁力儀18安裝在飛機(jī)尾桿中部下方，GPS天線22安裝在飛機(jī)尾桿中部上方，雷達(dá)高度計(jì)天線沈安裝在機(jī)腹的掛架下方，數(shù)傳電臺天線27安裝在尾桿尾部下方。如圖6所示，在動力三角翼中，主機(jī)21、高度計(jì)19、數(shù)傳電臺20、鋰聚合物電池組 23被安裝在一個儀器箱31內(nèi)，儀器箱安裝在機(jī)上乘客座位上，顯控裝置觀安裝在機(jī)內(nèi)儀表板下方，機(jī)頭向前水平伸出一根2. 5m長度的碳纖維管25，氦光泵探頭A 15安裝在碳纖維管 25頂端，三分量磁通門磁力儀18安裝在碳纖維管25的內(nèi)部距機(jī)頭1米處，GPS天線22安裝在碳纖維管25內(nèi)部距機(jī)頭0. 5米處，雷達(dá)高度計(jì)天線沈和數(shù)傳電臺天線27安裝在機(jī)腹下方。除上述實(shí)施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，它包括主機(jī)(21)、氦光泵探頭A(15)、 氦光泵探頭B (16)，其特征是所述的主機(jī)(21)內(nèi)設(shè)置有一塊主板(2)、氦光泵磁力儀電路 (3)、GPS板(4)和開關(guān)電源模塊(5)，主板(2)分別與氦光泵磁力儀電路(3)、GPS板(4)、串行口 A (7)、串行口 B (8)和串行口 C (9)相連接，GPS板(4)通過GPS天線接口(17)與 GPS天線(22)相連接，氦光泵磁力儀電路(3)通過氦光泵探頭A接口(29)與氦光泵探頭A(15)相連接，氦光泵磁力儀電路(3)通過氦光泵探頭B接口(30)與氦光泵探頭B(16)相連接；開關(guān)電源模塊(5 )的輸入端通過電源開關(guān)(6 )與電源輸入接口(14 )相連接，電源輸入接口(14)與鋰聚合物電池組(23)相連接，開關(guān)電源模塊(5)的輸出端分別與主板(2)、GPS 板(4 )和氦光泵磁力儀電路(3 )相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，其特征是設(shè)置有顯控裝置(28)，主板(2)通過VGA接口(10)、USB接口 A (11 )、PS/2鍵盤接口( 13)與顯控裝置(28)相連接，通過USB接口 B (12)與存儲器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，其特征是所述的主板(2)通過串行口 A (7)與三分量磁通門磁力儀(18)相連接，通過串行口 B (8)與高度計(jì)(19 )相連接，通過串行口 C (9 )與數(shù)傳電臺(20 )相連接；高度計(jì)(19 )與雷達(dá)高度計(jì)天線 (26)相連接，數(shù)傳電臺(20)與數(shù)傳電臺天線(27)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，其特征是在固定翼無人機(jī)中，主機(jī)(21)、高度計(jì)(19)、數(shù)傳電臺(20)、鋰聚合物電池組(23)被安裝在機(jī)腹內(nèi)部遠(yuǎn)離飛機(jī)發(fā)動機(jī)的部位，氦光泵探頭A (15)和氦光泵探頭B (16)分別安裝在兩個翼尖， 三分量磁通門磁力儀(18)安裝在飛機(jī)前端，雷達(dá)高度計(jì)天線(26)安裝在機(jī)腹，數(shù)傳電臺天線(27)安裝在機(jī)頭上方，GPS天線(22)安裝在機(jī)身頂部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，其特征是在旋翼無人機(jī)中，主機(jī)(21)、高度計(jì)(19)、數(shù)傳電臺(20)、鋰聚合物電池組(23)被安裝在機(jī)腹下方的掛架內(nèi)，機(jī)腹下方水平橫向伸出兩根碳纖維桿(24)，氦光泵探頭A (15)和氦光泵探頭B(16)分別安裝在碳纖維桿(24)的頂端，三分量磁通門磁力儀(18)安裝在飛機(jī)尾桿中部下方，GPS天線(22)安裝在飛機(jī)尾桿中部上方，雷達(dá)高度計(jì)天線(26)安裝在機(jī)腹的掛架下方， 數(shù)傳電臺天線(27 )安裝在尾桿尾部下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，其特征是在動力三角翼中，主機(jī)(21)、高度計(jì)(19)、數(shù)傳電臺(20)、鋰聚合物電池組(23)被安裝在一個儀器箱(31)內(nèi)，儀器箱(31)安裝在機(jī)上乘客座位上，顯控裝置(28)安裝在機(jī)內(nèi)儀表板下方，機(jī)頭向前水平伸出一根碳纖維管(25)，氦光泵探頭A (15)安裝在碳纖維管(25)頂端，三分量磁通門磁力儀(18)安裝在碳纖維管(25)的內(nèi)部距機(jī)頭1米處，GPS天線(22)安裝在碳纖維管(25 )內(nèi)部距機(jī)頭0. 5米處，雷達(dá)高度計(jì)天線(26 )和數(shù)傳電臺天線(27 )安裝在機(jī)腹下方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于小型飛行器的迷你氦光泵磁力儀，包括主機(jī)、氦光泵探頭A、氦光泵探頭B，主機(jī)內(nèi)設(shè)置有一塊主板、氦光泵磁力儀電路、GPS板和開關(guān)電源模塊，主板分別與氦光泵磁力儀電路、GPS板、串行口A、串行口B和串行口C相連接，氦光泵磁力儀電路通過氦光泵探頭A接口與氦光泵探頭A相連接，通過氦光泵探頭B接口與氦光泵探頭B相連接；開關(guān)電源模塊的輸入端通過電源開關(guān)與電源輸入接口相連接，開關(guān)電源模塊的輸出端分別與主板、GPS板和氦光泵磁力儀電路相連接。本發(fā)明有益的效果是體積小、重量輕、功耗低、可無人值守自動采集多種數(shù)據(jù)，能夠取代現(xiàn)有航磁測量系統(tǒng)中的光泵磁力儀、磁補(bǔ)償儀和航空綜合數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)。
文檔編號G01V3/40GK102156303SQ20111007063
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者余愷, 鄒鵬毅, 鄭軍, 顧建松, 黃成功 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所, 杭州瑞聲海洋儀器有限公司