一种基于无人机的半航空电磁接收系统搭载结构技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无人机的半航空电磁接收系统搭载结构，用于解决由于半航空电磁探测系统在作业时产生的运动噪声，导致探测信号不准确的问题。具体包括凯夫拉细绳、阻尼系统底板、水平阻尼弹簧、牛眼轴承端盖、万向轮、牛眼轴承底盘、牛眼轴承主球、竖直阻尼弹簧、滚动钢珠、牛眼轴承底座，其中，牛眼轴承端盖、牛眼轴承底座和牛眼轴承底盘从上至下固定连接形成结构体，牛眼轴承主球置于牛眼轴承底座中，通过滚动钢珠与牛眼轴承底座润滑接触，结构体通过水平阻尼弹簧固定于阻尼系统底板上，凯夫拉细绳一部分用于连接无人机和阻尼系统底板，另一部分通过内置于牛眼轴承主球的竖直阻尼弹簧与电磁接收系统相连，隔绝了噪声影响。隔绝了噪声影响。隔绝了噪声影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的半航空电磁接收系统搭载结构


[0001]本专利技术涉及半航空电磁勘查技术，特别涉及一种基于无人机的半航空电磁接收系统搭载结构，本专利技术是一种具有双层搭载方式、弹簧阻尼减振系统。

技术介绍

[0002]矿产作为一种不可再生资源，任何国家和地区的科学与技术进步、社会与经济的发展都必须依靠矿产资源的支撑。随着国民经济的迅速发展，我国已进入人均矿产资源用量快速增长的工业化中期发展阶段。我国成矿条件良好，潜力巨大，世界三大成矿域在我国均有分布，且在大陆上叠加有多次大规模成矿作用。然而，我国目前已发现20多万处矿床(点)中，相当一部分因为技术原因尚未探明；已有的矿床开采深度一般仍小于500米，深部矿的家底仍未摸清；传统地面找矿方法在西部沙漠、戈壁等人迹难至地区以及南方植被、水系覆盖区域的工作效率较低。这些因素导致我国矿产资源，尤其是大宗矿产的保障能力严重不足，资源安全问题始终是影响国家可持续发展的核心问题。
[0003]地球物理电磁方法是开展地下矿产资源探测的重要技术手段，其通过观测由天然或人工场源激励下大地产生的电磁响应以获取大地系统的电磁传输函数，并以此为基础提取大地的电性参数分布信息。目前主要使用的电磁法根据工作方式可以分为陆地电磁法和航空电磁法。陆地电磁法的优势在于发射功率大，采集数据的信噪比高，利于后期数据的处理，但当地形复杂时，耗费大；航空电磁法的优势在于勘测速度快，但由于发射功率限制，勘测深度较浅，另外勘测数据受飞行器的姿态影响较大，后期结果可信度较差。近些年来，随着无人机技术的不断成熟，利用无人机平台搭载电磁勘探设备已经成为一种发展趋势。半航空电磁法(Semi
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Airborne Electromagnetic Method,SAEM)将其发射系统(包括发射机与发射天线)布设于地面上，仅使用飞行平台搭载接收系统(包括传感器与采集器)进行航空观测，广泛应用于矿产、地下水、地热等资源勘探及地质填图、环境监测等领域。将陆地电磁的大发射功率和航空电磁的空中大范围灵活接收的优势相结合，是近年来提出的一种新的高效的勘查方式，成本低，用途广泛。既克服了地面电磁法受环境影响大和工作效率低，又解决了航空电磁法探测深度小、信噪比低的问题，适合在沼泽、山地和荒漠等复杂环境中进行矿产资源探测。
[0004]半航空电磁探测系统操作简单，发展潜力大，但目前的接收方式还很粗糙，只是单纯的利用无人机直接搭载接收系统。对于空中移动测量的电磁接收系统而言：无人机电机会引入电磁噪声；无人机姿态变化会引入运动噪声；线圈在空中运动切割地磁磁感线在线圈中引入与运动频率一致的低频运动噪声；线圈运动过程中姿态变化，导致线圈在被测磁场分量上等效面积发生变化并引入其他磁场分量，而导致的与被测信号同源同频的噪声。运动噪声无疑是限制接收系统检测能力的关键问题，因此，对电磁接收系统的搭载设计(包括搭载系统结构、选材等)是提高半航空电磁探测系统性能的关键一环。

技术实现思路

[0005]针对当前国外半航空电磁探测系统的搭载结构普遍采用单层四绳搭载方式，为电磁接收系统引入了运动噪声，进而导致探测信号不准确的问题。具体技术方案如下：
[0006]一种基于无人机的半航空电磁接收系统搭载结构，包括凯夫拉细绳、阻尼系统底板、水平阻尼弹簧、牛眼轴承端盖、万向轮、牛眼轴承底盘、牛眼轴承主球、竖直阻尼弹簧、滚动钢珠和牛眼轴承底座共10个部分；所述的凯夫拉细绳包括无人机连接绳、竖直阻尼弹簧连接绳、搭载电磁法接收系统绳，无人机连接绳用于连接阻尼系统底板和无人机，搭载电磁法接收系统绳用于连接竖直阻尼弹簧连接绳和电磁法信号接收系统；所述的阻尼系统底板上有阻尼系统限位孔、四个无人机连接绳固定孔、六个水平弹簧安装孔；所述的水平阻尼弹簧包括弹簧、阻尼器、两个弹簧拉环；所述的牛眼轴承端盖上有四个牛眼轴承底座结合孔；所述的牛眼轴承底盘有牛眼轴承底座放置孔、四个牛眼轴承安装孔、六个水平阻尼弹簧安装孔、四个万向轮固定孔；所述的牛眼轴承主球有竖直阻尼弹簧安装槽；所述的竖直阻尼弹簧从上到下依次包括弹簧、阻尼器、一个弹簧拉环；所述的牛眼轴承底座为倒置草帽状，且轴向贯通，向下的凹槽用于放置牛眼轴承主球，凹槽底部周向设有滚动钢珠放置槽，滚动钢珠放置槽内放置数个滚动钢珠，牛眼轴承主球通过滚动钢珠置于向下的凹槽内并发生运动；牛眼轴承底座的向下的凹槽穿过牛眼轴承底座放置孔，使牛眼轴承底座置于牛眼轴承底盘上，牛眼轴承端盖置于装有牛眼轴承主球的牛眼轴承底座上，紧固螺丝依次穿过牛眼轴承底座结合孔、牛眼轴承端盖结合孔以及牛眼轴承安装孔将牛眼轴承端盖、牛眼轴承底座和牛眼轴承底盘固定连接形成结构体，其中，牛眼轴承主球纵向直径处有竖直阻尼弹簧安装槽，竖直阻尼弹簧安装槽分为上下两段，且上段直径大于下段直径，竖直阻尼弹簧置于竖直阻尼弹簧安装槽内，竖直阻尼弹簧连接绳依次穿过牛眼轴承底座和竖直阻尼弹簧安装槽系于弹簧拉环上；万向轮穿过万向轮固定孔通过螺母与牛眼轴承底盘固定，结构体通过万向轮置于阻尼系统底板上，牛眼轴承底座的向下的凹槽穿过阻尼系统限位孔，并以此限制该结构体的移动，该结构体与阻尼系统底板之间通过均匀布置的六个水平阻尼弹簧相互连接。
[0007]阻尼系统底板、水平阻尼弹簧、牛眼轴承底盘的连接关系为，每个水平阻尼弹簧的两个弹簧拉环分别用紧固螺丝在水平弹簧安装孔和水平阻尼弹簧安装孔处安装。
[0008]万向轮底部滚珠放置在阻尼系统底板上进行万向运动。
[0009]竖直阻尼弹簧的拉环弹簧拉环向下放置在竖直阻尼弹簧安装槽内。
[0010]牛眼轴承主球与牛眼轴承底座之间通过滚动钢珠润滑接触，牛眼轴承主球可以在牛眼轴承底座内转动
[0011]与国外现有的技术相比，本专利技术的创新点：
[0012]一、本专利技术采用双层式搭载结构，无人机直接搭载阻尼结构，由中间阻尼结构直接搭载电磁接收系统。中间阻尼结构不仅有效的隔离了无人机在飞行过程的姿态变化对电磁接收系统的影响，而且减弱了接收系统受空气阻力产生的摆动幅度。
[0013]二、采用自制阻尼弹簧作为阻尼结构，选取合适的弹簧与阻尼器配合，阻尼器选用二甲基硅油作为阻尼油。水平方向在阻尼系统底板上打孔固定吊环螺丝，阻尼结构与底氧板之间通过阻尼弹簧相连，减弱了接收线圈受空气阻力的影响。相比于国外的直接四线搭载式结构会由于空气阻力而产生剧烈震荡，本结构极大的减弱了接收系统自身的姿态变
化，避免了引入其他磁场分量。竖直方向的阻尼弹簧，吸收了无人机上下运动及无人机自身高频振动产生的能量，避免了对电磁接收系统的影响。
[0014]三、双层连接采用轴承结构，自制牛眼轴承，利用PC材料作为主球及端盖、底座材料，选用304不锈钢珠作为润滑滚珠防止产生涡流效应。牛眼轴承主球在限定角度范围内自由转动，有效保证了无人机发生瞬间剧烈姿态变化并带动阻尼结构时不会影响到主球直接连接的下方接收系统。
[0015]四、三段式凯夫拉绳子的长度及分布的合理选择，第一段采用平行四绳搭载阻尼系统底板，第二段一绳连接上下，第三段采用四绳一点会聚搭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的半航空电磁接收系统搭载结构，其特征在于包括：凯夫拉细绳(1)、阻尼系统底板(2)、水平阻尼弹簧(3)、牛眼轴承端盖(4)、万向轮(5)、牛眼轴承底盘(6)、牛眼轴承主球(7)、竖直阻尼弹簧(8)、滚动钢珠(9)、牛眼轴承底座(10)10个部分；所述的凯夫拉细绳(1)包括四根无人机连接绳(1
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1)、一根竖直阻尼弹簧连接绳(1
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2)、四根搭载电磁法接收系统绳(1
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3)，无人机连接绳(1
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1)用于连接阻尼系统底板(2)和无人机，搭载电磁法接收系统绳(1
‑
3)用于连接竖直阻尼弹簧连接绳(1
‑
2)和电磁法信号接收系统，搭载电磁法接收系统绳(1
‑
3)采用四绳一点的方式会聚搭载电磁接收系统；所述的阻尼系统底板(2)上有阻尼系统限位孔(2
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1)、四个无人机连接绳固定孔(2
‑
2)、六个水平弹簧安装孔(2
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3)；所述的水平阻尼弹簧(3)包括弹簧(3
‑
1)、阻尼器(3
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2)、两个弹簧拉环(3
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3)；所述的牛眼轴承端盖(4)上有四个牛眼轴承底座结合孔(4
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1)；所述的牛眼轴承底盘(6)有牛眼轴承底座放置孔(6
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1)、四个牛眼轴承安装孔(6
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2)、六个水平阻尼弹簧安装孔(6
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3)、四个万向轮固定孔(6
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4)；所述的牛眼轴承主球(7)有竖直阻尼弹簧安装槽(7
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1)；所述的竖直阻尼弹簧(8)从上到下依次包括弹簧(8
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1)、阻尼器(8
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2)、一个弹簧拉环(8
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3)；所述的牛眼轴承底座(10)为倒置草帽状，且轴向贯通，向下的凹槽用于放置牛眼轴承主球(7)，凹槽底部周向设有滚动钢珠放置槽(10
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1)，滚动钢珠放置槽(10
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1)内放置数个滚动钢珠(9)，牛眼轴承主球(7)通过滚动钢珠(9)置于向下的凹槽内并发生运动；牛眼轴承底座(10)的向下的凹槽穿过牛眼轴承底座放置孔(6
‑
1)，使牛眼轴承底座(10)置于牛眼轴承底盘(6)上，牛眼轴承端盖(4)置于装有牛眼轴承主球(7)的牛眼轴承底座(10)上，紧固螺丝依次穿过牛眼轴承底座结合孔(4
‑
1)、牛眼轴承端盖结合孔(10
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2)以及牛眼轴承安装孔(6
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2)将牛...

【专利技术属性】
技术研发人员：张栋，张一鸣，张晨浩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：