[发明专利]一种大气电场探测多旋翼无人机及其测量方法

说明书

本发明涉及一种大气电场探测多旋翼无人机及其测量方法，属于空间环境探测技术领域。本发明通过激励源接口电路测量压电陶瓷谐振频率，四个双电极电容式静电场测量传感器模块测量，信号采集模块检测四个点器件的ΔV，DSP数据处理模块对数据进行处理，得到一个准确的电压值，通过DSP数据处理模块处理转换后，计算电场强度。本发明将电场测量模块设置于无人机上，利用无人机作为电场测量装置的移动平台，可操作性强。

技术领域

本发明涉及一种大气电场探测多旋翼无人机及其测量方法，属于空间环境探测技术领域。

背景技术

大气电场是研究空间天气学和空间环境一个很重要的参量，也是了解雷暴电情况的重要测量参量。它的数值大小及其变化可用于表征太阳活动、雷暴活动、地震活动及大气环境污染等。对大气电场的实时监测和探测，能够提高对雷暴、地震等灾害的预报能力，也能够为航天活动提供空间电环境状态数据。比如，以晴天电场作为参考的正常状态的大气电场下，不同气象环境的大气电场数值存在差异，当存在激烈的天气现象(如雷暴、雪暴、尘暴)时，大气电场的数值和方向均有明显的不规则变化。

目前的大气电场强度通常由地面大气平均电场仪测量，但是确切研究大气云层中的电荷分布、荷电中心的位置、极性以及起电机制等，仅依据地面大气平均电场仪获取的电场测量值来分析具有局限性。随着无人机技术的不断发展，无人机已经被应用在各个领域，但在大气电场探测中，由于技术缺陷等问题，无人机在大气电场探测中的应用还不够成熟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用成本低，可操作性强的大气电场探测多旋翼无人机及其测量方法，能够在地面操作人员的控制下，进行大气电场相关参数的采集及计算处理，并对相关数据进行储存和发送，从而解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种大气电场探测多旋翼无人机，包括多旋翼无人机、激励源接口电路、电场测量模块、信号采集模块、DSP数据处理模块、保护壳和十字安装支架。

所述十字安装支架位于多旋翼无人机顶部的中心位置。

所述电场测量模块由四个压电陶瓷部件组成，四个压电陶瓷部件分别固定在十字安装支架上。

所述压电陶瓷部件上均安装有保护壳。保护壳电绝缘性好，几乎不受外界湿度、温度等因素干扰，对电场测量模块有很好的保护作用。以最大限度保证电场测量电容式传感器不受外界无关因素的干扰。

所述信号采集模块、DSP数据处理模块均固定在安装支架的心处。

所述安装支架固定在多旋翼无人机中心处。

所述电场测量模块与激励源接口电路连接，激励源接口电路设置在十字安装支架的中心处。

所述电场测量模块与信号采集模块和DSP数据处理模块连接。

所述安装支架高度为100mm。

所述保护壳是ABS高分子材料制成。保护壳3为一个直径39mm的半圆形外壳安装在压电陶瓷部件的上方。

所述压电陶瓷部件由压电陶瓷内片、压电陶瓷外片组成，压电陶瓷内片装在压电陶瓷外片上。

所述压电陶瓷外片上设有螺钉固定槽。所述螺钉固定槽共有四个，分别为左上螺钉固定槽，右上螺钉固定槽，左下螺钉固定槽，右下螺钉固定槽，固定槽与所在压电陶瓷片边界之间的距离范围为2-4mm。

所述压电陶瓷内片由外电极、内电极、绝缘层组成，内电极位于外电极内，绝缘层设置在外电极上，所述内电极、外电极、绝缘层之间通过激光焊接连接。

所述压电陶瓷部件的厚度范围为1-2mm，宽度30-45mm，长度30-45mm；压电陶瓷内片1位于压电陶瓷片的中心位置，压电陶瓷内片为一个直径范围为20-30mm的圆片，厚度范围为1-2mm。