时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置及制作方法

摘要

本发明涉及一种时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置及制作方法，是由固定支架内圆周均匀设置连接点，顶层圆形内表面中心点设置接收线圈承重连接点，接收线圈以差分结构绕制在其轴向方向上，外表面均匀设置固定连接点，顶层圆形外表面中心点设置接收线圈承重连接点。通过柔性或刚性束缚绳索沿接收线圈径向方向连接点和柔性束缚绳索沿接收线圈轴向方向连接接收线圈承重点，保证了接收线圈的姿态平衡，束缚绳索使得接收线圈在俯仰和滚转方向上不会产生力矩，在根源上抑制运动噪声的产生。利用阻尼液起到了振动隔离的作用，同时增加了接收线圈移动阻力，进一步限制了接收线圈的空间位移，提升一次场补偿效果。克服了应用的局限性。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置，尤其是吊舱式直升机时间域电磁探测接收装置。

背景技术：

吊舱式直升机时间域电磁探测装置以直升机为载体、通过吊挂绳索挂载发射线圈、补偿线圈和接收线圈。发射线圈中会发射固定频率的双极性周期大电流，激发地下介质涡流效应产生变化的磁场信号，接收线圈接收该变化的磁场信号，并通过接收系统实时采集，然后通过对采集数据进行处理解释，完成地质勘查。双极性周期大电流通过发射线圈的同时，会反向流过补偿线圈，为接收线圈提供大发射电流情况下的弱磁环境，避免放大器饱和，保护接收电路，此过程称为一次场补偿；为保证一次场补偿效果，接收线圈空间位移量应限定在一定范围内。直升机飞行探测过程中，基于法拉第电磁感应定律，接收线圈在接收地下介质磁场信号的同时，接收线圈由于机械震动导致俯仰角和滚转角变化会切割地磁场，从而串入运动噪声，严重恶化探测效果。运动噪声与探测磁场信号产生肌理相同，通过数据处理消除运动噪声的方法收效甚微，因此，从运动噪声源出发，在机械结构上限制接收线圈俯仰角和滚转角变化，抑制其姿态变化，从而削弱运动噪声，是直升机时间域电磁法中一项重要的研究方向。

CN 104865608 B公开了《时间域航空电磁法运动噪声检测装置及抑制方法》通过同时测取地磁场和接收线圈姿态信息，进行计算分析获取运动噪声，然后通过数据处理方法消除运动噪声影响，但是，通过实时测取地磁场及接收线圈姿态的方法会引入新的噪声源，并且探测精度有限，有效实现存在困难；

CN 105204076 B《直升机瞬变电磁探测运动噪声抑制装置及噪声抑制方法》通过机械减震原理计算并获取减震结构相应物理参数，合理设计机械结构，然后结合数字滤波方法抑制运动噪声，通过减震原理结合数据处理的方法，对机械减震结构及材料参数要求相当严格，在材料选型以及制作安装过程中存在诸多问题。2013年西澳大学AndrewSunderland等人发表的《Highperformance rotational vibration isolator》(A.Sunderland et al,"High performance rotational vibration isolator,"Reviewof Scientific Instruments,vol.84,(10),pp.105111,2013.)中公开了一种球型震动隔离装置，其通过球体内注入阻尼液体并同时应用弹簧减震，实现了传感器震动隔离的效果，但是，球体减震装置结构复杂，在直升机时间域电磁探测系统中安装困难，从而无法实现一次场补偿。2013年，GEOTECH公司公开了《DOUBLE-SUSPENSION RECEIVER COIL SYSTEM ANDAPPARATUS》WO 2009/135296 A1，通过设计两级绳索减震装置，实现了基于直升机平台的接收线圈震动隔离效果，达到了抑制运动噪声的目的，两级绳索减震装置虽然已经应用于直升机时间域电磁探测系统，但是其基于多自由度结构减震原理，减震绳索牵引接收线圈仍然存在俯仰和滚转方向上的力矩，并且，其接收线圈相对空间位移量较大，不能够适用于偏心方式的直升机时间域电磁探测系统。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有接收线圈在飞行过程中由于振动引起俯仰角和滚转角变化而引入运动噪声的问题，提供一种通过接收线圈姿态变化束缚装置限制接收线圈空间位移量，使其适用于中心方式或偏心方式的硬支架或软支架，通过减小俯仰和滚转方向力矩的方式削弱运动噪声，适用于直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置；

本发明的另一目的是提供一种直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置的制作方法。

本发明的思想是为了克服传统直升机时间域电磁法减震装置由于减震结构应力分布不均导致的减震效果不佳，甚至震动加剧的情况，通过减震装置竖直方向束缚链克服接收线圈重力，同时水平方向束缚链限制接收线圈位移，保证一次场补偿效果，避免接收线圈俯仰角和滚转角方向上的力矩，从根源上避免引入运动噪声。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置，是由上固定支架51、接收线圈52和下固定支架54组成，带姿态变化抑制装置的接收线圈5是由固定支架51内圆周表面均匀设置连接点511、连接点512、连接点513、连接点514、连接点515、连接点516，其顶层圆形内表面中心点设置接收线圈承重连接点517；接收线圈52径向横切面为圆形，接收线52以差分结构绕制在其轴向方向上，并且其圆周外表面均匀设置固定连接点521～526，其顶层圆形外表面中心点设置接收线圈承重连接点527；束缚结构为无磁性刚性或柔性绳索构成，束缚绳索由531～536组成，并分别以511-531-521、512-532-522、513-533-523、514-534-524、515-535-525、516-536-526构成接收线圈在径向方向上的束缚链，抑制接收线圈在径向方向上圈姿态变化，517-537-527组成用于承载接收线圈重力的束缚链，抑制接收线圈在轴向方向上的圈姿态变化，七条束缚链限定了接收线圈的空间位置，使接收线圈不会产生俯仰和滚转方向上的力矩，避免运动噪声的产生；由上固定支架51、接收线圈52和束缚绳索构成阻尼腔55。

直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置的制做方法，包括以下步骤：

A、根据航测任务，确定发射线圈3、补偿线圈4以及接收线圈是同心方式还是偏心方式，根据大电流一次场补偿效果要求，确定接收线圈尺寸；

B、根据接收线圈的尺寸，用无磁性材料制作圆盘形线圈，在其圆周外表面均匀布设连接点521、522、523、524、525、526，在圆盘形线圈中心位置设置接收线圈重力承重点527；

C、根据接收线圈52尺寸，确定上固定支架51和下固定支架54的尺寸，并在其中心位置设置接收线圈承重点517，与接收线圈重力承重点527轴向对应，并在其内表面圆周均匀布设连接点511、512、513、514、515、516，与接收线圈连接点521、522、523、524、526、径向一一对应；

D、用柔性或刚性束缚绳索531、532、533、534、535、536沿接收线圈径向方向依次分别链接连接点511-521、512-522、513-523、514-524、515-525、516-526；用柔性或刚性束缚绳索537沿接收线圈轴向链接接收线圈承重点517-527，确保所有束缚绳索不存在接收线圈俯仰和滚转方向的力矩；

E、将上固定支架51与下固定支架54通过尼龙螺丝固定，在上固定支架51与下固定支架54中间空间构成阻尼腔55，制做成带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5；

F、直升机1通过吊挂绳索2挂载发射线圈3、补偿线圈4以及带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5；并由电缆6将传感器接收的磁场信号传输到机舱内接收系统7，实时采集、存储；

G、飞行任务完成后，地面工作人员对采集数据进行后续处理，完成地质勘查工作。

有益效果：本发明采用无磁性材料制作，不会引入电磁干扰，对探测结果没有任何影响。根据一次场补偿需求选取不同尺寸的接收线圈以及接收线圈姿态变化抑制装置，并且通过柔性或刚性束缚绳索531～536链接后，限制了接收线圈空间位置，保证一次场补偿效果。

通过柔性或刚性束缚绳索531～536沿接收线圈径向方向依次链接连接点511-521、512-522、513-523、514-524、515-525、516-526和柔性或刚性束缚绳索537沿接收线圈轴向方向链接接收线圈承重点517-527，保证了接收线圈的姿态平衡，束缚绳索的设计使得接收线圈在俯仰和滚转方向上不会产生力矩，因此在根源上抑制运动噪声的产生。利用阻尼液起到了振动隔离的作用，同时增加了接收线圈移动阻力，进一步限制了接收线圈的空间位移，提升一次场补偿效果。带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5能够适用于中心方式或偏心方式的硬支架或软支架直升机时间域电磁探测系统，能够满足不同方式不同系统的需求，克服了应用的局限性。

附图说明：

图1直升机时间域电磁法探测原理

图2直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置

图3直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置主视图

图4直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置俯视图

1直升机，2吊挂绳索，3发射线圈，4补偿线圈，5带姿态变化抑制装置的接收线圈，6电缆，7接收系统；51上固定支架，52接收线圈，54下固定支架，55阻尼腔；

511上固定支架连接点，512上固定支架连接点，513上固定支架连接点，514上固定支架连接点，515上固定支架连接点，516上固定支架连接点，517接收线圈承重连接点；

521接收线圈上连接点，522接收线圈上连接点，523接收线圈上连接点，524接收线圈上连接点，525接收线圈上连接点，526接收线圈上连接点，527接收线圈承重连接点；

531束缚绳索，532束缚绳索，533束缚绳索，534束缚绳索，535束缚绳索，536束缚绳索，537承重绳索；

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置，包括固定支架、接收线圈和束缚结构三部分。固定支架51以及固定支架底座54由无磁性材料制成，其内圆周表面均匀设置固定连接点511、512、513、514、515、516，固定支架51顶层圆形内表面中心点设置接收线圈承重连接点517；接收线圈52由无磁性材料制成，其径向横切面为圆形，接收线以差分结构绕制在其轴向方向上，并且其圆周外表面均匀设置固定连接点521、522、523、524、525、526，其顶层圆形外表面中心点设置接收线圈承重连接点527；束缚结构为无磁性刚性或柔性绳索，由531、532、533、534、535、536组成，并分别以511-531-521、512-532-522、513-533-523、514-534-524、515-535-525、516-536-526束缚链方式连接，其方向限制在接收线圈径向方向上，517-537-527组成的束缚链用于承载接收线圈重力，其方向限制在接收线圈轴向方向上；7条束缚链限制接收线圈空间位置，保证大电流一次场补偿效果，与此同时，不会产生接收线圈俯仰和滚转方向上的力矩，避免运动噪声的产生。由固定支架、接收线圈和束缚结构组成的装置中间区域存在部分空隙，根据实际情况需要，可以注入无磁性阻尼液55，组合成带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5。

带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5，补偿线圈4以及发射线圈3组成直升机时间域电磁探测系统吊舱装置，其通过吊挂绳索2由直升机1挂载飞行；飞行过程中，接收线圈获取的电磁信号通过电缆6传输到机舱内接收系统7，完成数据采集及存储，通过后续数据处理，完成地质勘查任务。

直升机时间域航空电磁法接收线圈姿态变化抑制装置的制做方法，包括以下步骤：

A、确定发射线圈3、补偿线圈4以及接收线圈是同心方式还是偏心方式，根据大电流一次场补偿效果要求，确定接收线圈尺寸；

B、根据接收线圈的尺寸，利用无磁性材料制作圆盘形线圈，在其圆周外表面轴心中间位置设置均匀分布的连接点521、522、523、524、525、526，并在其顶层圆形区域中心位置设置接收线圈重力承重点527；

C、根据接收线圈尺寸，确定固定支架51的尺寸，利用无磁性材料制作，并在其内表面顶层圆形区域中心位置设置接收线圈承重点517，与接收线圈重力承重点527对应，两点连接方向沿接收线圈轴向方向；并在其内表面圆周区域设置均匀分布的连接点511、512、513、514、515、516，与接收线圈连接点521；522；523；524；526；526一一对应，保证沿接收线圈径向方向；

D、利用柔性或刚性束缚绳索531、532、533、534、535、536沿接收线圈径向方向依次链接连接点511-521、512-522、513-523、514-524、515-525、516-526；利用柔性或刚性束缚绳索537沿接收线圈轴向方向链接接收线圈承重点517-527；确保所有束缚绳索不存在接收线圈俯仰和滚转方向力矩；

E、将固定支架51与固定支架底座54通过尼龙螺丝固定，可以根据实际情况需求，在固定支架51与固定支架底座54中间空隙注入无磁性阻尼液55，组合成带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5；

F、直升机1通过吊挂绳索2挂载发射线圈3、补偿线圈4以及带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5；并由电缆6将传感器接收的磁场信号传输到机舱内接收系统7，实时采集、存储；

G、飞行任务完成后，地面工作人员对采集数据进行后续处理，完成地质勘查工作。

带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5利用完全无磁性材料制作，其内部通过柔性或刚性束缚绳索531、532、533、534、535、536沿接收线圈径向方向依次链接连接点511-521、512-522、513-523、514-524、515-525、516-526；利用柔性或刚性束缚绳索537沿接收线圈轴向方向链接接收线圈承重点517-527。通过束缚链511-531-521、512-532-522、513-533-523、514-534-524、515-535-525、516-536-526、517-537-527分别从接收线圈径向和轴向方向连接束缚接收线圈，无磁性阻尼液55实现接收线圈的震动隔离并增加接收线圈的移动阻力，首先，保证了接收线圈的姿态平衡；其次，所有束缚绳索不会在接收线圈俯仰和滚转方向上产生力矩，因此在根源上抑制运动噪声的产生；还有，束缚绳索通过限制接收线圈的空间位置实现一次场补偿，使其能够适用于中心方式或偏心方式的硬支架或软支架直升机时间域电磁探测系统，能够满足不同方式不同系统的需求，克服应用的局限性。

实施例1

对于中心方式的软支架直升机时间域电磁探测系统，发射线圈3、补偿线圈4为同一个平面内的同心圆结构，基于其尺寸利用一次场补偿原理，计算接收线圈52的尺寸，从而确定固定支架51以及固定支架底座54的尺寸。

确定好尺寸后，利用完全无磁性材料制作。

在接收线圈圆周外表面轴心中间位置制作均匀分布的连接点521、522、523、524、525、526，并在其顶层圆形区域中心位置制作接收线圈重力承重点527。

在固定支架51内表面顶层圆形区域中心位置设置接收线圈承重点517，与接收线圈重力承重点527对应，两点连接方向沿接收线圈轴向方向；并在其内表面圆周区域设置均匀分布的连接点511、512、513、514、515、516，与接收线圈连接点521；522；523；524；526；526一一对应，保证沿接收线圈径向方向；

利用柔性或刚性束缚绳索531、532、533、534、535、536沿接收线圈径向方向依次链接连接点511-521、512-522、513-523、514-524、515-525、516-526；利用柔性或刚性束缚绳索537沿接收线圈轴向方向链接接收线圈承重点517-527。

调试所有束缚绳索，确保517-537-527束缚链在接收线圈中轴线方向拉伸，确保511-531-521、512-532-522、513-533-523、514-534-524、515-535-525、516-536-526在接收线圈径向方向拉伸；完全消除接收线圈俯仰和滚转方向力矩。

将固定支架51与固定支架底座54固定，组合成带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5。

将带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5安置在发射线圈3、补偿线圈4组成的平面内，并置于同心圆圆心位置，三者组成同心方式。

利用吊挂绳索2捆绑发射线圈3、补偿线圈4、带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5，由直升机1挂载。

利用电缆6将传感器接收的磁场信号传输到机舱内接收系统7，进行实时采集、存储。

进行飞行探测任务，飞行探测完成后，将接收系统7存储数据交由地面工作人员，进行数据处理解释，完成地质勘查工作。

实施例2

对于偏心方式的硬支架或软支架直升机时间域电磁探测系统，发射线圈3、补偿线圈4为同一个平面内的偏心圆结构，基于其结构及尺寸利用一次场补偿原理，计算接收线圈52的尺寸，从而确定固定支架51以及固定支架底座54的尺寸。

确定好尺寸后，利用完全无磁性材料制作。

在接收线圈圆周外表面轴心中间位置制作均匀分布的连接点521、522、523、524、525、526，并在其顶层圆形区域中心位置制作接收线圈重力承重点527。

在固定支架51内表面顶层圆形区域中心位置设置接收线圈承重点517，与接收线圈重力承重点527对应，两点连接方向沿接收线圈轴向方向；并在其内表面圆周区域设置均匀分布的连接点511、512、513、514、515、516，与接收线圈连接点521；522；523；524；526；526一一对应，保证沿接收线圈径向方向；

利用柔性或刚性束缚绳索531、532、533、534、535、536沿接收线圈径向方向依次链接连接点511-521、512-522、513-523、514-524、515-525、516-526；利用柔性或刚性束缚绳索537沿接收线圈轴向方向链接接收线圈承重点517-527。

调试所有束缚绳索，确保517-537-527束缚链在接收线圈中轴线方向拉伸，确保511-531-521、512-532-522、513-533-523、514-534-524、515-535-525、516-536-526在接收线圈径向方向拉伸；完全消除接收线圈俯仰和滚转方向力矩。

将固定支架51与固定支架底座54固定，然后在组合形成的中间腔体内注入无磁性的液体阻尼材料(例如煤油、蒸馏水等)，进行密封处理，完成带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5的制作。

将带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5安置在发射线圈3、补偿线圈4组成的平面内，并置于补偿线圈4的圆心位置，三者组成同平面的偏心结构。

利用吊挂绳索2捆绑发射线圈3、补偿线圈4、带姿态变化抑制装置的接收线圈传感器5，由直升机1挂载。

利用电缆6将传感器接收的磁场信号传输到机舱内接收系统7，进行实时采集、存储。

进行飞行探测任务，飞行探测完成后，将接收系统7存储数据交由地面工作人员，进行数据处理解释，完成地质勘查工作。