[发明专利]一种基于万向联轴节的可折叠式无人机磁探悬吊伸杆装置

说明书

本发明公开了一种基于万向联轴节的可折叠式无人机磁探悬吊伸杆装置，用于连接无人机搭载平台和磁传感器探头，包括：连接件公头固定座，固定连接在无人机搭载平台下方；所述连接件公头固定座与万向结组合、牵引杆、转接角度盘、配重结构件从上到下依次连接；所述转接角度盘可调节的固定安装在牵引杆的预定位置，并且通过转接角度盘固定连接有磁传感器探头夹具，其安装磁传感器探头，且能调整其旋转角度。本发明采用串联式万向联轴节实现可折叠性，保障无人机磁探系统的安全起降；万向结与刚性杆结合，并辅助以合适的配重结构件，使得整个悬吊装置在飞行过程中不会发生旋转和大幅摆动，确保磁传感器探头的作业姿态在有效范围内。

技术领域

本发明涉及无人机磁探领域，属于一种刚性可折叠式的无人机磁测悬吊伸杆装置，主要用于无人机磁探作业时磁传感器探头的悬吊和方位角度维持，避免磁传感器工作失效的同时可确保无人机安全顺利起降，该装置可应用于无人机平台的磁异常探测应用领域。

背景技术

无人机磁探仪是通过无人机搭载高精度磁力仪，在距离地面约100m高度范围内飞行作业，可用于地下矿产勘查、未爆弹探测及基础设施探测等领域。无人机磁探有效克服了传统载人航空磁测分辨率差和地面磁测覆盖率低的问题，填补了从地面至100m高度范围内的磁观测空白，在磁测覆盖率和分辨率之间提供了一种平衡，非常适合1-10km²区域的中小型勘探项目。相对于传统载人航空磁测和地面磁测，无人机磁探系统更适用于偏远地区或狭小空间的勘查作业，其飞行灵活性和三维空间测量能力使其具备特殊的优势和广阔的应用前景。

如何将高灵敏度磁传感器与无人机平台有效集成，同时保证整个无人机磁测系统的作业性能与稳定性是无人机磁探的主要障碍。实验表明，无人机及其机载部件会产生强烈的磁干扰，对磁测数据质量有较大影响，在信噪比较低的情况下，即使采用复杂的磁补偿算法也难以滤除平台机身产生的磁干扰信号，影响无人机磁测系统的作业性能。目前，在无人机磁测作业过程中，为减少无人机电源、机载部件、动力及电子设备等对高灵敏度磁传感器信号接收的影响，通常采用物理分离的方式将磁传感器与无人机平台保持一定的距离进行集成，以降低无人机对磁探测的影响。

现有的无人机磁探载荷集成方法主要有以下几种：(1)通过电缆和线缆外壳将磁传感器悬吊在机身下方；(2)通过半刚性塑料管将磁传感器悬吊在机身下方；(3)通过刚性杆将磁传感器置于无人机前方、后方或悬吊于无人机下方。其中，采用半刚性塑料管和电缆悬吊磁传感器，虽然便于无人机起降，但在飞行作业过程中，飞机速度不均匀、气流变化等原因会导致悬吊的磁传感器探头发生大幅摆动或旋转，不仅会降低飞行效率，而且可能导致磁传感器探头工作失效(如高精度光泵类磁传感器在地磁场测量中具有方向依赖性，仅在一定角度范围内有效)，无法正常作业。而采用刚性杆悬吊的方式虽然可以避免磁传感器探头因摆动或旋转而导致的失锁问题，但作业时不便于起降；保持刚性杆水平固定将磁传感器置于无人机前方或后方的方式虽解决了无人机安全起降问题，但为保证磁传感器探头置于无人机产生的电磁干扰区域外，通常要求刚性杆长度不低于3m(载荷能力越大的无人机产生的磁干扰越强，相应的对刚性伸杆长度的要求越长)，这容易导致整个无人机磁测系统失衡，具有安全隐患。

现有技术存在如下技术缺陷：

(1)通过半刚性塑料管或电缆悬吊磁传感器探头的方式，在无人机飞行作业时，一方面易发生磁传感器围绕垂直轴的旋转或水平方向上的大角度摆动，可能导致磁传感器探头无法正常工作；另一方面，当无人机加减速、变向或受气流影响时，半刚性悬吊的磁传感器探头摆动幅度较大，除了可能失锁和会降低飞行作业效率外，甚至可能导致无人机姿态自动校正过程中出现校正过度，或共振的情况，存在潜在的坠机危险。

(2)通过刚性杆悬吊式硬连接无人机和磁传感器探头的方式，不便于飞机起降；通过刚性杆水平固定硬连接无人机和磁传感器探头的方式，由于刚性杆外伸距离较长，无人机难以平衡载荷重量，存在潜在危险性。

(3)磁传感器探头在悬吊杆上的安装固定角度无法根据作业区域和任务需求任意调节，适用性、灵活性较差。