专利名称：吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及航空物探技术，特别是涉及一种吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统。
背景技术：
航空物探作为一种快速、经济的高技术勘查手段，已成为西方发达国家在世界各地进行矿产勘查的主要方法技术之一，主要用于重要成矿靶区多金属矿产资源调查，干旱地区水资源勘查以及为地质填图服务。直升机时间域电磁系统勘探深度大，又机动灵活，能够较好地满足矿产资源勘探实际需求，已成为未来航空电磁测量系统的重要发展方向。美国Dobrin在1956年首次提出用航空电磁法进行基础金属矿探测，由加拿大的围际镍业公司于1950年首次成功飞行应用，上世纪70年代初，固定翼频率域航空电磁系统在国外研制成功并投入实际使用，70年代未、80年代初，吊舱式频率域直升机航空电磁系统在技术上获得较大突破，开始用于资源勘查，目前吊舱式时间域直升机电磁勘查系统还在不断的研究与发展之中，归纳起来有以下发展趋势(1)带宽和发射功率逐步增大，以加大探测深度，发现深部矿产或盲矿体；从只有Z分量测量向着Z、X分量和Z、X、Y多分量测量发展，提高探测的分辨率和准确度；( 选用了更好的直升机飞行平台，系统的动态性能增强。( 仪器系统向着高集成化、小型化、轻便化、自动化发展，稳定性增强。(4)处理和解释软件，向专业化方向发展，图示功能强大，直观。
发明内容本实用新型目的为提供一种吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，该装置吊舱部分采用玻璃钢圆管结构，不但结构简单，而且重量轻，结构强度大，各部件之间广泛采用嵌套式结构，便于拆装维护，而且本实用新型的发射部分采用大电流快关断技术、接收部分采用电磁信号分段采集的方式，提高了勘测的深度、分辨率及灵敏性。本实用新型的技术方案如下一种吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，主要包括吊舱及电磁勘测装置，所述吊舱包括正十二边形圆管结构外环、中心可伸缩立柱、中心抵消线圈托盘、吊舱紧固绳索、吊舱尾翼、内部支撑架，所述中心可伸缩立柱外围套设有正十二边形圆管结构外环，所述正十二边形圆管结构外环通过内部支撑架与中心可伸缩立柱固定连接，所述中心可伸缩立柱与正十二边形圆管结构外环之间还设有中心抵消线圈托盘，所述中心可伸缩立柱的上端和下端通过吊舱紧固绳索与正十二边形圆管结构外环连接，所述正十二边形圆管结构外环上设有吊舱尾翼。所述正十二边形圆管结构外环包括由十二根长度相同的玻璃钢直圆筒相互连接而成的封闭管体环，该环体的拐角连接处设有弯筒，所述玻璃钢直圆筒和所述弯筒通过玻璃钢连接接头嵌套连接。[0009]为了有利于吊舱紧固绳索的粘结，所述玻璃钢直圆筒的两端接头位置处设置有卡夫拉材质加强筋。所述中心可伸缩立柱包括内柱和外柱，内柱嵌套设置于外柱腔内，外柱顶端封闭， 且顶端中心设置有螺纹通孔，内柱顶端封闭，且顶端中心设有凹槽，使用时，从顶端通孔中旋入螺杆驱动内柱沿外柱轴向移动，逐渐拉紧吊舱紧固绳索。所述内部支撑架包括管箍和连接管，其中管箍分别嵌套于中心伸缩立柱外柱和玻璃钢直筒上，连接管两端分别粘接设置于管箍上。所述与中心可伸缩立柱外柱及玻璃钢直筒嵌套连接的管箍包括若干部分组成，每一部分中均包括一与外柱外圆周相适配的圆弧面，且弧面两侧设置有翅状连接板，各部分连接板依次通过螺丝连接固定形成管箍整体，紧密嵌套于中心可伸缩立柱外柱上，各连接板之间以及管箍与外柱之间的连接面上设置有黑色防滑塑胶垫，所述内部支撑架的另一端通过带有槽道夹板与正十二边形外环固定链接。所述电磁勘测装置包括电磁发射部分和电磁接收部分，所述电磁接收部分在模拟电路部分采用分段处理方式，对于幅度大的早期信号采用不放大处理的方式直接采集，对于幅度小的晚期信号先进行放大处理后在进行采集，所述电磁发射部分波形为上升沿、平顶电流可调的近似梯形波电流方式，在相同峰值电流情况下输出能量更多。所述电磁勘测装置以直升机机载电源系统供电，发射部分包括直流升压斩波电路单元和电感电容准谐振脉冲供电电路单元，输出高效率的大脉冲电流。所述发射部分通过高频开关稳流电路单元实现大电流快关断技术，缩短脉冲电流的上升沿和下降沿。所述电磁勘测装置还包括自检测线圈装置，所述吊舱中心立柱处还套设有接收线圈，所述电磁接收部分通过电缆与吊舱的接收线圈相连接，所述电磁发射部分发射线圈电缆穿入正十二边形管结构外环后，与吊舱中心抵消线圈托盘上设置的电缆相连接。本实用新型的技术效果在于本实用新型利用直升机时间域电磁系统勘探深度大，又机动灵活的特点进行设计，能够较好地满足矿产资源勘探实际需求。经实验证明，发射系统的发射磁矩峰值> 250000Am2，最大发射电流峰值> 300A，基频25_150Hz ；接收系统可进行多通道数字采集， 动态范围> 120dB，噪声水平< 30pT，存储容量> 5(ibyte ；可记录飞行高度、飞行速度、飞机位置等辅助信息；实现测量数据噪声压制和电阻率深度成图等功能的数据预处理与基本解释；吊舱随直升机在距地面高度30m时，探测深度可达300m。本实用新型利用直升机的机载电源系统给发射机供电，采用直流斩波电路，电路控制简单、输出电流大、效率高。本实用新型采用大电流快关断电路控制技术，克服了现有发射电路中电流上升沿、下降沿太缓，难以实现大脉冲电流的限制。航空电磁测量二次场的信号早期幅度大、衰减快，而中、晚期信号幅度小，衰减慢， 要求接收装置的动态范围大，既可以采集早期高幅度的信号，又可以检测晚期微弱信号。如果为了检测晚期信号进行高增益放大势必造成早期信号的饱和。为了实现大动态范围抗饱和采集，本实用新型接收装置在模拟电路部分采用分段处理的方式，对于幅度大的早期信号采用不放大的“直通”方式进行数据采集，对于幅度小的晚期信号先进行放大处理后再进行数据采集工作。本实用新型的电磁勘测装置还包括自检测线圈，利用该自检线圈作为标准以判断检测勘测装置是否正常。当需要检测系统时，将自检测线圈闭合，此时整个勘测系统进行一次探测工作，如果系统正常则会获得一条标准的衰减曲线，如不能获得衰减曲线或获得的衰减曲线与标准曲线差异过大，则认为系统工作不正常。如果不需要对系统检测，则只需将自检线圈断开即可，设计的该测试线圈不会对正常的电磁探测产生任何异常影响。本实用新型的吊舱部分采用玻璃钢圆管结构，不但结构简单，而且重量轻，结构强度大，具有防腐、温度承受范围广等特点，各内部支撑架在接头端安装黑色防滑塑胶，增加摩擦，各部件之间广泛采用嵌套式结构，便于拆装维护。

图1所示为本实用新型所述的吊舱的结构示意图。图2所示为本实用新型所述的正十二边形外环的外环直圆筒结构示意图。图3所示为本实用新型所述的正十二边形外环的弯管结构示意图。图4所示为本实用新型所述的正十二边形外环的连接管接头示意图。图5所示为本实用新型所述的中心可伸缩立柱的内柱的结构示意图。图6所示为本实用新型所述的中心可伸缩立柱的外柱的结构示意图。图7所示为本实用新型所述的内部支撑架前端头的结构示意图。图8所示为本实用新型所述的内部支撑架后端头的结构示意图。图9所示为本实用新型所述的正十二边形外环的外环直圆筒管箍部分的结构示意图。图10所示为本实用新型电源部分的工作原理图。图11所示为本实用新型发射脉冲电流的工作原理图。[0035]图12所示为本实用新型的接收装置的工作原理图。图13所示为本实用新型的吊舱与电磁勘测装置连接示意图。图中111为外环直圆筒管箍部分
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。如图1、2所示，主要包括吊舱及电磁勘测装置，所述吊舱包括正十二边形圆管结构外环1、中心可伸缩立柱2、中心抵消线圈托盘3、吊舱紧固绳索4、吊舱尾翼5、内部支撑架 6，中心可伸缩立柱2外围套设有正十二边形圆管结构外环1，正十二边形圆管结构外环1通过内部支撑架6与中心可伸缩立柱2固定连接，中心可伸缩立柱2与正十二边形圆管结构外环1之间还设有中心抵消线圈托盘3，中心可伸缩立柱1的上端和下端通过吊舱紧固绳索 4与正十二边形圆管结构外环1连接，正十二边形圆管结构外环1上设有吊舱尾翼5。正十二边形外环1的各边由十二段长度相同的外环直圆筒11相互连接而成，构成近似正十二边形，外环直圆筒11的结构见附图2，发射电磁线圈设置于外环1的管腔中。正十二边形外环1的弯角处采用碳纤维弯筒12 (参见图幻连接。直圆筒11和弯筒12之间采用嵌套式连接，接口处使用玻璃钢连接接头13 (参见附图4)。
6[0042]弯筒12由30°圆弧部分和直接头部分组成，其中直接头部分为弯筒12与玻璃钢连接接头13粘接处。玻璃钢连接接头13 —端与弯筒粘接固定在一起，另一端与外环直圆筒11连接，并通过销钉固定，以便拆卸。弯筒12的中间是宽为80mm、厚Imm的卡夫拉材料加强筋，用于于作为吊舱紧固绳索4的迪尼玛绳索的粘结。卡夫拉材料加强筋可与吊舱紧固绳索进行粘结。中心可伸缩立柱2包括内柱21与外柱22两部分(分别参见附图5、6)，均为玻璃钢材质圆筒结构。使用时内柱嵌套入外柱中。图5中内柱顶端部分为实心结构，中间设置有圆形凹槽；图6中外柱的顶端为实心，中心为螺纹通孔。在初始状态下内、外柱之间紧密嵌套，使用时通过外柱顶端的螺纹通孔向下旋进螺杆，将内、外柱沿轴向撑开，同时内、外柱逐渐拉紧吊舱紧固绳索。当绳索拉紧到指定要求时，在内、外柱中利用销钉固定，然后抽出螺杆。本实施例中，对应中心可伸缩立柱2的内部支撑架6具有3根(参见附图7)，每根内部支撑架由两根玻璃钢管通过玻璃钢连接接头13连接。每根分内部支撑架的一端头均具有与中柱外圆周相适配的弧度为120°的弧形槽61，弧形槽两端具有翅状连接板，各部分支架可拼装为一完整的支架，安装时三部分支架分别与中柱外圆周面紧密连接，并通过螺钉相互连接固定，所述内部支撑架的另一端通过带有槽道夹板62 (如图8所示)与正十二边形外环固定链接。本实用新型利用直升机的机载电源系统给发射机供电，关键技术在于提高电路工作效率，直升机电源为直流^V/4. 5kW发电机。如图9所示，本实用新型采用直流斩波电路， 电路控制简单、效率高。根据有关发射线圈参数的计算结果，发射线圈电阻为0.0380，加上 80m导线电阻，总电阻约为0. 060，当发射最大电流为300A，占空比为50%，系统效率为80% 时，所需电源平均功率为2. 8kff,瞬时功率达到5. 6kW，采用斩波升压、准谐振脉冲供电技术实现了 300A脉冲电流输出，效率达85%。如图10所示，本实用新型还采用大电流快关断技术，如果直接采用直升机28V直流电源进行供电，脉冲电流上升沿、下降沿太缓，无法实现300A脉冲供电。当直流供电电压升到100V，上升沿、下降沿时间为4. 5ms，无法达到本实用新型的技术要求，当继续提高电压到300V、上升沿及下降沿的电流关断时间为1. 2ms左右时，脉冲电流则可满足本实用新型的技术要求。航空电磁测量二次场的信号早期幅度大、衰减快，而中、晚期信号幅度小，衰减慢， 即要求接收机的动态范围大，既可采集早期高幅度的信号，又可检测晚期微弱信号。如果为了检测晚期信号进行高增益放大势必造成早期信号的饱和。为了实现大动态范围抗饱和采集，接收系统在模拟电路部分采用分段处理的方式，如图11所示，通过模拟信号分配器将信号分为两路经过模拟叠加滤波，并同时进行数据采集，两路信号通道都设有跟随器，其中一路对于幅度大的早期信号采用不放大的“直通”方式进行数据采集，另一路信号经过两个反向并联的二极管获得幅度小的晚期信号进行放大处理后再进行数据采集工作，提高探测信号的分辨率和准确度。本实用新型的电磁勘测装置还包括自检测线圈，可利用该自检线圈作为标准以检测勘测装置是否异常。当需要检测系统时，将线圈闭合，此时整个勘测系统进行一次探测工作，如果系统正常则会获得一条标准的衰减曲线，否则如不能获得衰减曲线或获得的衰减曲线与标准曲线差异过大，则认为系统工作不正常。如果不需要对系统检测，则只需将自检线圈断开即可，设计的该测试线圈不会对正常的电磁探测产生任何异常影响。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于，包括吊舱及电磁勘测装置，所述吊舱包括正十二边形圆管结构外环、中心可伸缩立柱、中心抵消线圈托盘、吊舱紧固绳索、吊舱尾翼、内部支撑架，所述中心可伸缩立柱外围套设有所述正十二边形圆管结构外环，所述正十二边形圆管结构外环通过所述内部支撑架与中心可伸缩立柱固定连接，所述中心可伸缩立柱与正十二边形圆管结构外环之间还设有所述中心抵消线圈托盘，所述中心抵消线圈托盘固定在所述内部支撑架上，所述中心可伸缩立柱的上端和下端通过吊舱紧固绳索与正十二边形圆管结构外环连接，所述正十二边形圆管结构外环上设有吊舱尾翼。
2.根据权利要求1所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述正十二边形圆管结构外环为由十二根长度相同的玻璃钢直圆筒相互连接而成的封闭管体环，该环体的拐角连接处设有弯筒，所述玻璃钢直圆筒和所述弯筒通过玻璃钢连接接头嵌套连接。
3.根据权利要求2所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述玻璃钢直圆筒的两端接头位置处设置有卡夫拉材质加强筋。
4.根据权利要求3所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述中心可伸缩立柱包括内柱和外柱，内柱嵌套设置于外柱腔内，外柱顶端封闭，且顶端中心设置有螺纹通孔，内柱顶端封闭，且顶端中心设有凹槽，使用时，从顶端通孔中旋入螺杆驱动内柱沿外柱轴向移动，逐渐拉紧吊舱紧固绳索。
5.根据权利要求4所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述内部支撑架包括管箍和连接管，其中管箍分别嵌套于中心伸缩立柱外柱和玻璃钢直圆筒上，连接管两端分别固定连接设置于管箍上。
6.根据权利要求5所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于与中心可伸缩立柱外柱及玻璃钢直筒嵌套连接的所述管箍包括若干部分组成，每一部分中均包括一与外柱外圆周或玻璃钢直圆筒外周相适配的圆弧面，且弧面两侧设置有翅状连接板， 各部分连接板依次通过螺丝连接固定形成管箍整体，紧密嵌套于中心可伸缩立柱外柱或者玻璃钢直圆筒上，各连接板之间以及管箍与外柱或者玻璃钢直圆筒之间的连接面上设置有黑色防滑塑胶垫，所述内部支撑架的另一端通过带有槽道夹板与正十二边形外环固定链接。
7.根据权利要求1所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述电磁勘测装置包括电磁发射部分和电磁接收部分，所述电磁接收部分在模拟电路部分采用分段处理方式，所述电磁发射部分波形为上升沿、平顶电流可调的梯形波电流方式。
8.根据权利要求1所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述电磁勘测装置以直升机机载电源系统供电，发射部分包括直流升压斩波电路单元和电感电容准谐振脉冲供电电路单元，输出高效率的大脉冲电流。
9.根据权利要求8所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述发射部分通过逆变器、高频开关稳流电路单元实现大电流快关断技术，缩短脉冲电流的上升沿和下降沿。
10.根据权利要求9所述的吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，其特征在于所述电磁勘测装置还包括自检测线圈装置，所述吊舱中心立柱处还套设有接收线圈，所述电磁接收部分通过电缆与吊舱的接收线圈相连接，所述电磁发射部分发射线圈电缆穿入正十二边形管结构外环后，与吊舱中心抵消线圈托盘上设置的电缆相连接。
专利摘要本实用新型提供一种吊舱式时间域直升机航空电磁探测系统，包括吊舱及电磁勘测装置，其特征在于所述吊舱包括正十二边形管结构外环、中心立柱、内部支撑架、中心抵消线圈托盘、吊舱紧固绳索、尾翼，本实用新型的吊舱部分采用玻璃钢圆管结构，不但结构简单，重量轻，结构强度大；而且各部件之间广泛采用嵌套式结构，便于拆装维护；本实用新型的发射部分采用大电流快关断技术以及接收部分采用分段处理电磁信号的方式，提高了勘测的深度和分辨率及灵敏性。
文档编号G01V13/00GK202093187SQ201120109109
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者周锡华, 曹学峰, 李永兴, 罗鸥, 陈斌 申请人:陈斌