矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，包括用于检测架空高压输电线路的电磁场场强的电极传感器，用于对电极传感器输出的电压信号进行滤波、放大的信号拾取电路，用于对信号拾取电路输出的电压信号进行自适应放大和抬升的自适应放大抬升电路，用于进行信号数据处理的信号处理DSP，以及用于控制无人机飞行的无人机机载飞控系统，其中，电极传感器、信号拾取电路和自适应放大抬升电路依次连接，自适应放大抬升电路和信号处理DSP双向连接，信号处理DSP和无人机机载飞控系统双向连接。解决了矿井输电线路附近的高压电磁场影响其巡检无人机的通讯效果、数据传输效果、操控和飞行安全的问题。

【技术实现步骤摘要】
矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统
本技术属于工业监控
，涉及一种矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统。
技术介绍
无人机巡检作业的方式给远距离、大跨度、高海拔的架空输电线路的巡检作业提供了新思路，具有安全、效率高、成本低、效果好等优势。但是限于机载成像设备和传感器的检测距离和性能，往往需要抵近作业，尤其是在针对中导线巡检时，需要在架空输电线路之间穿越飞行，给运维人员提出了巨大挑战。且矿井输电线路附近的高压电磁场也会对无人机造成严重干扰，影响无人机飞行安全，影响无人机的通讯和数据传输，影响无人机的操控。如果仅依靠运维人员的无人机操控水平，抵近飞行作业容易导致无人机失控撞机，甚至失控坠机，还会影响矿井输电线路的安全运营。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，以解决矿井输电线路附近的高压电磁场影响其巡检无人机的通讯效果、数据传输效果和操控的问题，以及巡检无人机抵近矿井输电线路飞行作业时易发生失控撞机或失控坠机而影响矿井输电线路安全运营的问题。本技术实施例所采用的技术方案是，矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，包括用于检测架空高压输电线路的电磁场场强的电极传感器，用于对电极传感器输出的电压信号进行滤波、放大的信号拾取电路，用于对信号拾取电路输出的电压信号进行自适应放大和抬升的自适应放大抬升电路，用于进行信号数据处理的信号处理DSP，以及用于控制无人机飞行的无人机机载飞控系统，其中，电极传感器、信号拾取电路和自适应放大抬升电路依次连接，自适应放大抬升电路和信号处理DSP双向连接，信号处理DSP和无人机机载飞控系统双向连接。进一步的，所述信号拾取电路由阻容滤波电路、电位转换电路和信号放大电路组成，信号放大电路经阻容滤波电路与电极传感器的输出端连接；电位转换电路一端与电极传感器的输出端连接，其另一端接地。进一步的，所述电极传感器由第一电极板和第二电极板组成，第一电极板和第二电极板固定于无人机机腹下部且间隔一定距离并列安装。进一步的，所述电位转换电路由第三电容、第三电阻、第四电容和第四电阻组成，其中，第三电容和第三电阻并联，且第三电容和第三电阻的一端与第一电极板的输出端连接，其另一端与信号地连接；第四电容和第四电阻并联，且第四电容和第四电阻的一端与第二电极板的输出端连接，其另一端与信号地连接。进一步的，所述信号放大电路采用包括信号拾取放大器的差分放大电路；所述阻容滤波电路由第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻组成，其中，第一电容和第二电容并联，第一电容和第二电容的一端一方面与第一电极板的输出端连接，其另一方面经第一电阻与信号拾取放大器的同相输入端连接；第一电容和第二电容的另一端一方面与第二电极板的输出端连接，其另一方面经第二电阻与信号拾取放大器的反向输入端连接，信号拾取放大器的输出端与自适应放大抬升电路的输入端连接。进一步的，所述自适应放大抬升电路包括自适应放大器、电压抬升放大器和单极开关，其中，自适应放大器的同相输入端与信号拾取放大器的输出端连接，自适应放大器的输出端经电压抬升放大器与信号处理DSP的AD转换模块的输入端连接，信号处理DSP的输出端与单极开关的输入端连接，单极开关的输出端经与其对应的精密电阻与自适应放大器的反相输入端连接。进一步的，所述单极开关采用单极四联开关；所述信号处理DSP的四路DSP输出接口与单极开关的四路输入端口一一对应连接，所述单极开关的四路输出端口与第一精密电阻~第四精密电阻的一端一一对应连接，第一精密电阻~第四精密电阻的另一端均与自适应放大器的反相输入端连接；所述第一精密电阻~第四精密电阻的阻值均不同，对应4个数量级的放大倍数。进一步的，所述信号处理DSP的AD转换模块的输入端采用ADCIN0引脚，其4路DSP输出接口采用ADDR1~ADDR4引脚；所述单极开关的型号为ADG1611，其四个输入引脚即输入端口IN1、IN2、IN3、IN4与信号处理DSP的ADDR1~ADDR4引脚一一对应连接，其四个输出引脚即输出端口S1、S2、S3、S4与第一精密电阻~第四精密电阻的一端一一对应连接，第一精密电阻~第四精密电阻的另一端均与自适应放大器的反相输入端连接。进一步的，所述第一精密电阻~第四精密电阻的阻值分别为500Ω、1kΩ、10kΩ和100kΩ。进一步的，所述电压抬升放大器采用双路运算放大器；所述信号拾取放大器的型号为CLC1200，所述自适应放大器的型号为SGM8582，所述电压抬升放大器的型号为TLV2432；所述无人机机载飞控系统的型号为RK3399pro，其与信号处理DSP采用SPI双向通讯。本技术实施例的有益效果是：通过第一电极板和第二电极板实现对架空高压输电线路的电磁场的场强检测，并采用信号拾取电路对第一电极板和第二电极板输出的检测电信号进行阻容滤波和信号放大，再输入至信号处理DSP，依据电磁场的强弱来确定巡检作业中无人机与输电线路的距离，且针对信号处理DSP在AD转换时正电压输入的需求，设计了自适应放大抬升电路对信号拾取电路的输出进行放大抬升以满足信号处理DSP的AD转换模块的输入电压需求，保证了测量的精度和准确性，成功规避了高压线路的电磁场对无人机的通讯、数据传输和控制干扰，保障了矿井输电线路的安全运营，解决了矿井输电线路附近的高压电磁场影响其巡检无人机的通讯效果、数据传输效果、操控和飞行安全的问题，以及巡检无人机抵近矿井输电线路飞行作业时易发生失控撞机或失控坠机而影响矿井输电线路安全运营的问题。设计了自适应放大电路，自适应的调节电压与电磁场的比例系数，可针对低压输电线路电磁场和高压输电线路电磁场，采用不同的测量精度，使测量系统具有更宽的动态测量范围。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是输电线路电场测量避障系统的结构示意图。图2是信号拾取电路的结构示意图。图3是自适应放大抬升电路的结构示意图。图中，1.电极传感器，1-1.第一电极板，1-2.第二电极板，2.信号拾取电路，2-1.第一电容，2-2.第二电容，2-3.第一电阻，2-4.第二电阻，2-5.第三电容，2-6.第三电阻，2-7.第四电容，2-8.第四电阻，2-9.信号地，2-10.信号拾取放大器，3.自适应放大抬升电路，3-1.自适应放大器，3-2.电压抬升放大器，3-3.单极开关，3-3-1.第一精密电阻，3-3-2.第二精密电阻，3-3-3.第三精密电阻，3-3-4.第四精密电阻，4.信号处理DSP，4-1.AD转换模块，4-2.DSP输出接口，5.无人机机载飞控系统。具体实施方式下面将结合本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，其特征在于，包括用于检测架空高压输电线路的电磁场场强的电极传感器（1），用于对电极传感器（1）输出的电压信号进行滤波、放大的信号拾取电路（2），用于对信号拾取电路（2）输出的电压信号进行自适应放大和抬升的自适应放大抬升电路（3），用于进行信号数据处理的信号处理DSP（4），以及用于控制无人机飞行的无人机机载飞控系统（5），其中，电极传感器（1）、信号拾取电路（2）和自适应放大抬升电路（3）依次连接，自适应放大抬升电路（3）和信号处理DSP（4）双向连接，信号处理DSP（4）和无人机机载飞控系统（5）双向连接。/n

【技术特征摘要】
1.矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，其特征在于，包括用于检测架空高压输电线路的电磁场场强的电极传感器（1），用于对电极传感器（1）输出的电压信号进行滤波、放大的信号拾取电路（2），用于对信号拾取电路（2）输出的电压信号进行自适应放大和抬升的自适应放大抬升电路（3），用于进行信号数据处理的信号处理DSP（4），以及用于控制无人机飞行的无人机机载飞控系统（5），其中，电极传感器（1）、信号拾取电路（2）和自适应放大抬升电路（3）依次连接，自适应放大抬升电路（3）和信号处理DSP（4）双向连接，信号处理DSP（4）和无人机机载飞控系统（5）双向连接。


2.根据权利要求1所述的矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，其特征在于，所述信号拾取电路（2）由阻容滤波电路、电位转换电路和信号放大电路组成，信号放大电路经阻容滤波电路与电极传感器（1）的输出端连接；电位转换电路一端与电极传感器（1）的输出端连接，其另一端接地。


3.根据权利要求2所述的矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，其特征在于，所述电极传感器（1）由第一电极板（1-1）和第二电极板（1-2）组成，第一电极板（1-1）和第二电极板（1-2）固定于无人机机腹下部且间隔一定距离并列安装。


4.根据权利要求3所述的矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，其特征在于，所述电位转换电路由第三电容（2-5）、第三电阻（2-6）、第四电容（2-7）和第四电阻（2-8）组成，其中，第三电容（2-5）和第三电阻（2-6）并联，且第三电容（2-5）和第三电阻（2-6）的一端与第一电极板（1-1）的输出端连接，其另一端与信号地（2-9）连接；第四电容（2-7）和第四电阻（2-8）并联，且第四电容（2-7）和第四电阻（2-8）的一端与第二电极板（1-2）的输出端连接，其另一端与信号地（2-9）连接。


5.根据权利要求3或4所述的矿井输电线路巡检无人机的电磁场检测避障系统，其特征在于，所述信号放大电路采用包括信号拾取放大器（2-10）的差分放大电路；
所述阻容滤波电路由第一电容（2-1）、第二电容（2-2）、第一电阻（2-3）和第二电阻（2-4）组成，其中，第一电容（2-1）和第二电容（2-2）并联，第一电容（2-1）和第二电容（2-2）的一端一方面与第一电极板（1-1）的输出端连接，其另一方面经第一电阻（2-3）与信号拾取放大器（2-10）的同相输入端连接；第一电容（2-1）和第二电容（2-2）的另一端一方面与第二电极板（1-2）的输出端连接，其另一方面经第二电阻（2-4）与信号拾取放大器（2-10）的反向输入端连接，信号拾取放大器（2-10）的输出端与自适应放大抬升电路（3）的输入端连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：许帮贵，刘险峰，张传江，李坚，陈帮干，
申请(专利权)人：淮北矿业集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34