阅读说明：本技术 一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机 (Special unmanned aerial vehicle of half aviation transition electromagnetic detection receiving system ) 是由 孙怀凤 陈成栋 杨洋 杜利明 朱裕振 叶琼瑶 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机,包括：空芯机架,所述空芯机架具有多个机臂,每个机臂的端部设置有动力系统,空芯机架中间为具有容纳分体式接收线圈的线圈收纳舱；所述动力系统包括同轴分布的旋翼轴、绝缘机翼和双层电机,所述绝缘机翼分为上下两层,均连接到旋翼轴上；所述双层电机的内外层电机旋转方向相反,用于消除内部转子转动时产生的电磁信号干扰,且所述绝缘机翼不会因切割磁感线而产生电磁干扰。(The invention discloses a special unmanned aerial vehicle for a semi-aviation transient electromagnetic detection receiving system, which comprises: the coil receiving device comprises an air-core frame, a coil receiving cabin and a coil processing system, wherein the air-core frame is provided with a plurality of arms, the end part of each arm is provided with a power system, and the middle of the air-core frame is provided with the coil receiving cabin for accommodating a split type receiving coil; the power system comprises a rotor shaft, an insulating wing and a double-layer motor which are coaxially distributed, wherein the insulating wing is divided into an upper layer and a lower layer which are connected to the rotor shaft; the inner-layer motor and the outer-layer motor of the double-layer motor are opposite in rotating direction and used for eliminating electromagnetic signal interference generated when the inner rotor rotates, and the insulating wing cannot generate electromagnetic interference due to cutting of magnetic induction lines.)

一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机

技术领域

本发明属于勘探技术领域，尤其涉及一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

半航空瞬变电磁法将激发源置于地表，在空中使用有人机或无人机挂载接收装置采集瞬变响应，这种工作方式使半航空瞬变电磁法综合了地面瞬变电磁法和航空瞬变电磁法的优点，具有采集数据信噪比高、灵活高效、探测深度大等特点，并且能够适应高寒地区、高海拔山区、沙漠、戈壁、森林覆盖区、岩溶发育区等地质地形条件比较复杂的地区，与其他勘探方法相比具有更广泛的应用范围。

然而，发明人在研究中发现，现有的半航空瞬变电磁采集时，将瞬变电磁接收线圈通过绳缆悬挂在无人机下方，这种方式是为了避免无人机系统对瞬变电磁信号的影响(瞬变电磁接收线圈直接放置在无人机，存在无人机运行时对瞬变电磁信号的影响的问题)。

目前直升机系统，还有无人机系统，均是将接收线圈通过软连接挂载在飞机下发，一般采用绳子挂载，直升机系统一般挂载在飞机下方100-130m左右，无人机系统一般挂载在飞机下方5-10m左右。

这种挂载的方式带来很多问题：

1、飞机定位与接收线圈定位存在误差，且误差不固定，因为飞行过程中飞机转弯等会造成速度改变，这一距离也会改变，造成无人机定位与线圈定位不准，进而影响后期的数据处理中的定位问题。

2、通过软连接挂载，容易造成接收线圈的晃动、摇摆等，线圈的姿态会产生较大变化，导致线圈内通过的磁通量不断产生变化，最终使得采集数据的质量变差甚至无法采集到正确的信号，需要增加额外的传感器才能够采集这些姿态信息，并且分析复杂。

3、无人机的载重有限，在飞机转弯等过程中，会产生较大的离心力，使挂载在下方的线圈(较重)产生向外向下的力，并偏移平稳飞行时相对固定的位置，一旦转弯过猛，很容易造成飞机倒栽坠机。

4、飞机下方挂载的重物易造成因挂在树木等外部物体上而造成坠机。

5、飞机下方挂载重物，操作非常复杂，对操作员的要求很高，且易发生事故。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机，能够在保证接收数据质量的同时，提高半航空瞬变电磁采集系统的安全性。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机，采用多旋翼无人机，包括：

空芯机架，所述空芯机架具有多个机臂，每个机臂的端部设置有动力系统，空芯机架中间为具有容纳分体式接收线圈的线圈收纳舱；

所述动力系统包括同轴分布的旋翼轴、绝缘机翼和双层电机，所述绝缘机翼分为上下两层，均连接到旋翼轴上；

所述双层电机的内外层电机旋转方向相反，用于消除内部转子转动时产生的电磁信号干扰，且所述绝缘机翼不会因切割磁感线而产生电磁干扰。

进一步的技术方案，所述动力系统还包括飞行控制单元，与双层电机通信，用于无人机飞行的自动飞行控制。

进一步的技术方案，所述线圈收纳舱包括：线圈收纳凹槽、线圈防滑减震垫以及线圈固定锁扣，线圈收纳凹槽内设置有线圈防滑减震垫，且线圈收纳凹槽均布有多个线圈固定锁扣以固定所述分体式接收线圈。

进一步的技术方案，所述分体式接收线圈包括：线圈外壳、内部线圈以及上盖，线圈外壳和上盖进行连接固定，线圈外壳内部设有放置槽，根据探测的不同需求放置不同匝数以及不同材质的内部线圈。

进一步的技术方案，所述线圈上盖设有数据传输口，用于与内部线圈数据传输口相连，进行内部线圈数据的传输。

进一步的技术方案，所述线圈外壳内集成有信号接收记录模块、信号同步模块、信号存储模块、数据同传模块、线圈姿态记录模块以及控制模块；

所述控制模块对信号接收的各项参数进行设置，包括信号采集的基频、信号采集的增益倍数、信号采集模式；

信号接收记录模块接收设置的各项参数，开始进行电磁信号的采集，并同时利用线圈姿态记录模块进行飞行姿态信息的采集；

信号存储模块，将采集到的电磁信号以及姿态信息传输到信号进行存储；

信号同步模块通过GPS与发射机进行同步，以保证电磁信号接收的正常进行；

数据同传模块用于将采集到的电磁信号以及姿态信息实时传输至地面站。

进一步的技术方案，所述空芯机架的侧面布设有散热孔，在飞行时保证进风量以满足内部元器件的散热需求。

进一步的技术方案，所述空芯机架的机臂上设置有电池舱，所述电池舱包括电池减震垫、电池收纳凹槽以及电池舱盖，电池收纳凹槽内设置有若干电池减震垫，且通过电池舱盖对所述电池收纳凹槽进行盖合。

进一步的技术方案，所述电池舱盖在与电池接触的内部固定一圈橡胶垫，舱盖扣紧后，电池不会有外露。

本发明的另一方面，公开了一种半航空瞬变电磁探测系统，包括：

半航空瞬变电磁探测接收设备、地面站及发射机；

所述地面站控制发射机发射信号，通过GPS将信号传输至半航空瞬变电磁探测接收设备，所述半航空瞬变电磁探测接收设备的分体式接收线圈采集到电磁信号，将采集到的电磁信号以及姿态信息实时传输至地面站。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开无人机的元器件全部通过锁扣或支架固定在高强轻质空芯机架内部，散热孔全部布设在机架侧面，在飞行时保证进风量以满足内部元器件的散热需求，并将整套接收装置与无人机合为一体。

本公开两对机翼分为双层通过锁扣连接到旋翼轴上，且两对机翼的安装方向相反；在无人机飞行时，同轴双层电机内外层旋转方向相反，以消除内部转子转动时产生的电磁信号干扰，且高强绝缘机翼也不会因切割磁感线而产生电磁干扰；

本公开线圈防滑减震垫采用弹性好且具有记忆功能的材料，表面柔软且摩擦系数较大，摩擦力强，能够给接收线圈提供足够的保护；线圈固定锁扣采用软质皮锁扣，既能固定线圈，又可避免硬质锁扣对线圈外观造成的损伤；

本公开电池减震垫采用一圈材质稍硬的橡胶垫，既可保护电池，又可保证电池与无人机连接的稳固性，源源不断的为无人机提供动力来源；电池舱盖采用与机架相同的高强材料，并在与电池接触的内部固定一圈橡胶垫，舱盖扣紧后，电池不会有外露。

本公开分体式线圈的线圈主体和线圈上壳为分体式结构，可以随时打开进行内部线圈的更换，也可将磁通门等放置在内接收信号，可随时根据现场勘探要求以及数据需求进行内部线圈或其他信号接收器的更换。

本公开将信号接收记录模块、信号同步模块、信号存储模块、数据同传模块、线圈姿态记录模块以及控制模块全部集成到分体式线圈的中间，模块化组合易于拆卸，容易更换，改变了以往线圈与接收机的分离式结构，虽增加了后期修理维护的难度，但一体式结构使得携带更加方便，重量的减少也使其更加适用于原本载重就不高的无人机。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本公开的装置结构图；

图2是本公开的同轴双层电机图；

图3是本公开的同轴双向旋翼轴图；

图4是本公开的分体式接收线圈图；

其中：1、高强轻质空芯机架，2、分体式接收线圈，3、线圈收纳舱，4、电池舱，5、高强绝缘机翼，6、同轴双向旋翼轴，7、同轴双层电机，8、航空陶瓷外壳，9、线圈主体外壳，10、线圈上壳，11、内部采集线圈，12、信号接收记录模块、13、信号同步模块、14、信号存储模块、15、数据同传模块、16、线圈姿态记录模块，17、控制模块，18、线圈放置凹槽，19、分体式线圈收纳凹槽、20、线圈防滑减震垫，21、线圈固定锁扣，22、电池减震垫、23、电池收纳凹槽，24、电池舱盖。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域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发明的示例性实施方式。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。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种半航空瞬变电磁探测接收系统专用无人机，是一种专用的多旋翼无人机，包括高强轻质空芯机架(1)、动力系统、分体式接收线圈(2)、线圈收纳舱、电池舱(3)；无人机的元器件全部通过锁扣或支架固定在高强轻质空芯机架内部，散热孔全部布设在机架侧面，在飞行时保证进风量以满足内部元器件的散热需求。

如图1所示，无人机的动力系统包括飞行控制单元(4)、高强绝缘机翼(5)、同轴旋翼轴(6)、同轴双层电机(7)、航空陶瓷外壳(8)；其中，旋翼轴与电机为一体式结构，两对机翼分为双层通过锁扣连接到旋翼轴上，且两对机翼的安装方向相反；在无人机飞行时，同轴双层电机内外层旋转方向相反，以消除内部转子转动时产生的电磁信号干扰，且高强绝缘机翼也不会因切割磁感线而产生电磁干扰。

在上述实施例子中，因为无人机机翼正向旋转时会产生向下的推动力，使无人机上升，反向旋转则相反。而该设计中，同轴双层电机的旋转方向是反着的，为使两对机翼都可产生向下的推动力，则应将两层中每层的一对与另一层的一对相反安装。

在上述实施例子中，两对机翼的安装方向相反，这一安装方式类似于直升机的双翼系统，直升机就是同轴反转螺旋桨。

在上述实施例子中，选用的探测方式为半航空探测系统，发射源放置在地面，是不断进行信号发射的，即无人机机翼也会切割到磁感线从而导致接收线圈接收到的信号受到影响。

除了上面提及的感应电磁场之外，地球上还存在地磁场，当金属极易高速旋转时会切割地磁场而产生的一定的电位差，这个信号会干扰我们的观测信号。

具体的，分体式接收线圈(2)包括线圈主体外壳(9)，线圈上壳(10)以及内部采集线圈(11)，其中，线圈主体外壳内集成有信号接收记录模块(12)、信号同步模块(13)、信号存储模块(14)、数据同传模块(15)、线圈姿态记录模块(16)以及控制模块(17)，还包含一个放置内部采集线圈的线圈放置凹槽(18)；其中，信号控制模块是对信号接收的各项参数进行设置，包括信号采集的基频、信号采集的增益倍数、信号采集模式等，然后将设置好的指令发送至信号接收记录模块内，开始进行电磁信号的采集，并同时利用线圈姿态记录模块进行飞行姿态信息的采集，采集到的电磁信号以及姿态信息传输到信号存储模块中保存起来；信号同步模块通过GPS与发射机进行同步，以保证电磁信号接收的正常进行；数据同传模块用于将采集到的电磁信号以及姿态信息实时传输至地面站。

线圈收纳舱包括分体式线圈收纳凹槽(19)、线圈防滑减震垫(20)以及线圈固定锁扣(21)；线圈防滑减震垫采用弹性好且具有记忆功能的材料，表面柔软且摩擦系数较大，摩擦力强，能够给接收线圈提供足够的保护；线圈固定锁扣采用软质皮锁扣，既能固定线圈，又可避免硬质锁扣对线圈外观造成的损伤。其中，分体式线圈收纳凹槽专门用来放置安装好的分体式线圈的，起到固定和保护作用。

电池舱(3)包括电池减震垫(22)、电池收纳凹槽(23)以及电池舱盖(24)；电池减震垫采用一圈材质稍硬的橡胶垫，既可保护电池，又可保证电池与无人机连接的稳固性，源源不断的为无人机提供动力来源；电池舱盖采用与机架相同的高强材料，并在与电池接触的内部固定一圈橡胶垫，舱盖扣紧后，电池不会有外露。

电池舱设置在无人机机臂上，每个机臂设置一个电池舱，无人机机架为空芯机架，线圈收纳舱设置在机架空芯处，用于放置分体式接收线圈。

所述空芯机架具有多个机臂，每个机臂的端部设置有动力系统，空芯机架中间设置有组装好的分体式接收线圈，线圈可快速拆卸；

飞行控制单元与现有普通无人机类似，用于控制飞行器的状态，此外，还可提前将预设好的控制信息导入至飞行控制单元内，实现无人机飞行的自动飞行及控制；

分体式接收线圈分为线圈外壳、内部线圈以及上盖，线圈外壳和上盖通过锁扣进行连接固定，且外壳和上盖接触处铺有软橡胶等，起到密闭以及防水防尘的作用，线圈外壳内部设有放置槽，可根据探测的不同需求放置不同匝数以及不同材质的内部线圈，也可以放置磁通门等其余采集设备；线圈上盖设有数据传输口，用于与内部线圈数据传输口相连，并将数据传输至信号接收记录模块。

空芯机架上设置有散热孔，且散热孔全部布设在机架侧面，在飞行时保证进风量以满足内部元器件的散热需求。

两组机翼分为上下两层，均通过锁扣连接到旋翼轴上。

双层电机内外层旋转方向相反，以消除内部转子转动时产生的电磁信号干扰，且高强绝缘机翼也不会因切割磁感线而产生电磁干扰。

控制器可对信号采集的基频、信号采集的增益倍数和信号采集模式等进行设置。

信号同步模块通过GPS或北斗等卫星定位系统等与发射机进行同步。

空芯机架内设置有线圈收纳舱，线圈收纳舱包括线圈收纳凹槽、线圈防滑减震垫以及线圈固定锁扣，线圈收纳凹槽内设置有线圈防滑减震垫，且均布有多个线圈固定锁扣以固定所述分体式接收线圈。

采用上述方式进行线圈的安装，便于实现线圈的固定，在运行的过程中保持稳定的工作，数据采集准确。

空芯机架的机臂上设置有电池舱，所述电池舱包括电池减震垫、电池收纳凹槽以及电池舱盖，电池收纳凹槽内设置有若干电池减震垫，且通过电池舱盖对所述电池收纳凹槽进行盖合。

电池舱盖与电池接触的内部固定一圈橡胶垫。

飞行控制单元装置在机臂与机身连接处，用以对无人机的飞行进行控制。

有非电子元器件部件均首先进行消磁处理，避免共组时引起的电磁干扰。

实施例二

本实施例的目的是提供公开了一种半航空瞬变电磁探测系统，包括：

上述实施例子中的无人机、地面站及发射机；

所述地面站控制发射机发射信号，通过GPS将信号传输至半航空瞬变电磁探测接收设备，所述半航空瞬变电磁探测接收设备的分体式接收线圈采集到电磁信号，将采集到的电磁信号以及姿态信息实时传输至地面站。

具体的，地面站控制发射机发射电磁信号，无人机在空中进行电磁数据的接收以及姿态信息记录。其中，所述发射机与固定在线圈内的接收机通过GPS模块进行时间同步，既可用以在关断时刻后进行数据采集(即采集二次场)，又可用以记录发射和采集的时间，方便后续数据筛选处理。之后将所述无人机的分体式线圈内采集到的电磁数据以及姿态信息通过线圈内的数据同传模块实时传输至地面站，用以实时监测数据质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。