基于法向矢量的半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置及姿态矫正方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置及姿态矫正方法，装置包括GPS、电子罗盘、三分量倾角传感器和数据传输单元，所述姿态记录装置固定于瞬变电磁接收线圈的圆心至线圈外边缘的任一位置，与线圈处于同一水平面，所述电子罗盘采集并记录地球磁场矢量的大小和方向，GPS采集定位信息，三分量倾角传感器采集线圈的倾角，采集的信息均通过数据传输单元传输，实现对瞬变电磁接收线圈的位置和姿态信息的采集与记录；本发明专利技术结构简单，却可以修正线圈有效面积进而获得更为偏真实磁通量。

【技术实现步骤摘要】
半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置及姿态矫正方法
本专利技术涉及一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置及姿态矫正方法。
技术介绍
在电磁勘探领域，尤其瞬变电磁勘探技术的发展和在工程实际中的广泛应用，半航空瞬变电磁勘探因其成本较低、勘探效率高、可大面积勘查等优点而得到青睐，但是业内人士经过长期现场实际操作经验总结发现，半航空瞬变电磁勘探因为其工作条件为无人机或其他飞行器搭载接收装置，所以比较容易受到外界环境的干扰，这种干扰对于作为接收装置的线圈来说尤为突出。这种干扰的产生是因为线圈搭载于无人机上时，采集到磁通量数据的前提是假设线圈是在飞行过程中保持水平姿态的，即通过线圈内部的磁通量Φ＝ΦA，ΦA为使用接收线圈所围面积A计算得到的磁通量，但是由于飞行器受到外部环境干扰，例如，大地磁场的变化，风力变化和天气因素和人员操作不当等原因，导致接受数据与实际真实数据存在一定的误差，即线圈的实际接收面积与A之间存在一定的夹角，这就使得测量数据比真实数据偏大，采集的初始数据存在误差，那么经过数据处理，模型计算后的数据的可靠度就更低了。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置及姿态矫正方法，本专利技术结构简单，却可以修正线圈有效面积进而获得更为偏真实磁通量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，包括GPS、电子罗盘、三分量倾角传感器和数据传输单元，所述姿态记录装置固定于瞬变电磁接收线圈的圆心至线圈外边缘的任一位置，与线圈处于同一水平面，所述电子罗盘采集并记录地球磁场矢量的大小和方向，GPS采集定位信息，三分量倾角传感器采集线圈的倾角，采集的信息均通过数据传输单元传输，实现对瞬变电磁接收线圈的位置和姿态信息的采集与记录。进一步的，所述姿态记录装置利用绝缘连接件设置于瞬变电磁接收线圈上。进一步的，所述姿态记录装置与瞬变电磁接收线圈之间不存在相对角位移。进一步的，利用陀螺仪替换所述电子罗盘。优选的，所述GPS、电子罗盘和三分量倾角传感器采用集成式方式集中于一体，可以利用支架或壳体等固定件进行固定。进一步的，所述数据传输单元连接有处理器，处理器接收采集的地球磁场矢量的大小和方向、瞬变电磁接收线圈位置信息和瞬变电磁接收线圈倾斜角度信息。一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态矫正方法，以地球磁场矢量为基本坐标，建立固定的XYZ基准空间正交坐标系，以基准坐标系的X、Y两个坐标轴确定的以Z轴正向为法线方向的平面为基准平面，以接收线圈所在水平面为第一平面，通过测量第一平面法向量与基准坐标系Z轴之间夹角角度值γ，确定磁通量的修正系数，对磁通量进行修正，得到瞬变电磁接收线圈的真实值。进一步的，定位正北方向，以正北方向为X轴正方向，正东方向为Y轴正方向，竖直向上为Z轴正方向。进一步的，瞬变电磁接收线圈的真实值为测量的磁通量与修正系数的乘积。进一步的，修正系数η为cosγ。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：需要获得半航空瞬变电磁实验真实的磁通量时，本专利技术只需测得一个线圈平面法向量z与基准坐标系Z轴之间夹角角度值γ即可，本专利技术装置可以测得并存储计算这一变量，从而获得半航空瞬变电磁实验真实的磁通量。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的安装位置示意图；图2是本专利技术的工作原理示意图；图3是本专利技术的基准坐标系示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在半航空瞬变电磁接收线圈搭载与无人机上，由于受到外部环境干扰致，接收的数据与实际真实数据存在一定的误差，即线圈的实际接收面积与线圈所围面积之间存在一定的夹角，这就使得测量数据比真实数据偏大，采集的初始数据存在误差不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种可以修正线圈有效面积进而获得更为偏真实磁通量的一种数据测量、传输、计算装置。本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了集成了测量和记录角度的三分量倾角传感器、GPS(全球定位系统)和陀螺仪(或高精度电子罗盘)以及数据计算传输装置。目的在于记录工作中的半航空瞬变电磁接收线圈因某些因素导致线圈姿态发生变化的装置。选用的GPS、电子罗盘和陀螺仪均为现有器件，其型号等选择能够进行灵活选择，属于简单替换。采用绝缘的连接材料，将线圈姿态测量记录装置刚接在如图1所示半航空瞬变电磁接收线圈的1、2、3或4的任意位置，线圈圆心至线圈外边缘均可，保证本装置与接收线圈之间牢靠无松动，不存在相对角位移。测量接收线圈相对于水平面的倾角γ，就要确定线圈与固结于线圈上的线圈姿态测量装置的初始位置和姿态。本装置内置有电子罗盘，可以准确定位水平面和正北方向，利用此原理可以进行线圈装置的矫正和调平。由无人机搭载的半航空瞬变电磁接收线圈内通有变化的工作电流，进而线圈内产生磁通量，线圈上嵌固的线圈姿态测量装置自线圈开始通电时开启工作，记录每个t时刻的线圈倾角γ，并存储于存储计算器内进行数据处理。存储计算器可以是位姿校正装置内部的，也可以是连接的远端处理器的。位姿矫正装置于工作中的瞬变电磁接收线圈上，且自身建立了一个不随环境变化的基准空间坐标系，由X,Y,Z三个相互垂直的坐标轴正交而成，本专利技术依靠陀螺仪(高精度电子罗盘，采集并记录地球磁场矢量的大小和方向),可以自动定位正北方向，以正北方向为X轴正方向，正东方向为Y轴正方向，竖直向上为Z轴正方向，从而建立了一个固定的XYZ基准空间正交坐标系，并且确定了一个基本水平面，即由基准坐标系的X,Y两个坐标轴确定的一个以Z轴正向为法线方向的平面，此处记为XY基准平面。如图2所示，接收线圈因为需要形成闭合回路，所以通常为圆形(当然其他形状，如矩形等也是可以的)，此圆形线圈可以确定一个平面，此处记为平面1，平面1的法线(向上为法线正方向)记为z。当平面1呈现稳定的水平面状态，即平面1与XY基准平面平行时(此时平面1与XY基准平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，其特征是：包括GPS、电子罗盘、三分量倾角传感器和数据传输单元，所述姿态记录装置固定于瞬变电磁接收线圈的圆心至线圈外边缘的任一位置，与线圈处于同一水平面，所述电子罗盘采集并记录地球磁场矢量的大小和方向，GPS采集定位信息，三分量倾角传感器采集线圈的倾角，采集的信息均通过数据传输单元传输，实现对瞬变电磁接收线圈的位置和姿态信息的采集与记录。

【技术特征摘要】
1.一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，其特征是：包括GPS、电子罗盘、三分量倾角传感器和数据传输单元，所述姿态记录装置固定于瞬变电磁接收线圈的圆心至线圈外边缘的任一位置，与线圈处于同一水平面，所述电子罗盘采集并记录地球磁场矢量的大小和方向，GPS采集定位信息，三分量倾角传感器采集线圈的倾角，采集的信息均通过数据传输单元传输，实现对瞬变电磁接收线圈的位置和姿态信息的采集与记录。2.如权利要求1所述的一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，其特征是：所述姿态记录装置利用绝缘连接件设置于瞬变电磁接收线圈上。3.如权利要求1所述的一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，其特征是：所述姿态记录装置与瞬变电磁接收线圈之间不存在相对角位移。4.如权利要求1所述的一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，其特征是：利用陀螺仪替换所述电子罗盘。5.如权利要求1所述的一种半航空瞬变电磁接收线圈姿态记录装置，其特征是：所述GPS、电子罗盘和三分量倾角传感器集中于一体，可以利用固定件进行固定。6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙怀凤，张军，柳尚斌，张诺亚，陈成栋，李术才，张乐文，张鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37