[發明專利]一種面向無人機電力巡檢用的光纖IMU數據采集系統

在審

• 申請號: 201710582780.9
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN109269491A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李保文
• 申請（專利權）人: 李保文
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種面向無人機電力巡檢用的光纖IMU數據采集系統，包括信號輸入模塊、信號采集與預處理模塊、數據通信接口模塊；信號輸入模塊包括3路加速度計脈沖信號、3路陀螺脈沖信號和3路數字溫度信號，通過光耦電路隔離發送給FPGA。信號采集與預處理模塊由FPGA芯片及其外圍配置電路實現，并行接收陀螺、加速度計和溫度脈沖信號，完成數據的平滑和預處理。數據通信模塊通過串口RS422實現與上位機的通信，其一方面將數據打包發送給上位機進行解算或存儲。另一方面實現IMU與GPS的時間同步，保證數據的可靠性。本發明實現了一種輕小型，通用型，高可靠性的數據采集系統，對實現基于無人機的電力線路巡檢系統的集成研發具有重要的實踐意義。

技術領域

本發明涉及一種面向無人機電力巡檢用的光纖IMU數據采集系統，可用于設計出體積小、重量小、較長壽命和高可靠性的慣性測量單元，適用于航空遙感領域，實現高分辨率實時對地觀測成像。

背景技術

我國電網現行高壓輸電線路運維模式和巡檢方式是通過維護人員依靠地面交通工具或徒步行走、利用手持儀器或肉眼來巡查設施處理缺陷的，已不能適應現代化電網的發展和安全運行需要。針對這種高壓電力線路日常安全維護和應急處置等業務需求，我國開展了復雜地形條件下超視距無人直升機電力線路安全巡檢系統關鍵技術的研究。而小型高精度慣性測量單元(IMU)，和光學、激光雷達等任務載荷固聯在一起，用于直接敏感遙感載荷的運動信息，并通過導航計算機的解算從而得到載體的位置、速度和姿態等全部運動參數。

無人機電力巡檢系統采用國內先進成熟的z5直升機系統，其承載的整個吊艙重量45Kg,而飛行平臺對于負載的多傳感器系統總重量要求小于25Kg，整體結構尺寸小于40cm×40cm×60cm。多傳感器系統主要包括POS系統和遙感載荷。POS系統則通過自行研制，為載荷提供位置、速度、姿態等信息。而遙感載荷主要包含10Kg的激光掃描儀，1.5Kg的紫外掃描儀，0.5Kg的紅外攝像儀，1.5Kg×2＝3Kg的CCD數碼相機及5Kg的集成載荷輔助安裝組件。激光掃描儀獲得激光點云數據，可自動識別電力線測定安全距離對危險地物進行預警；紫外攝像儀獲得紫外視頻和影像，實現電力導線外傷探測，絕緣缺陷檢測；紅外攝像儀獲得紅外視頻及影像，探測電力線由于電流過熱導致的故障；CCD相機獲得高分辨率航空影像，通過二維圖像對電力線路及電力走廊瀏覽、查看等。為實現無人機電力巡檢的任務需求，這些載荷是系統中不可或缺的重要組成部分。因此為達到多傳感器重量小于25Kg，功耗體積等指標要求，需優化POS系統，要求POS系統中的IMU重4.5Kg，功耗小于35W，其中陀螺儀、加速度計和I/F轉換電路模塊選用的都是配套成品，功耗穩定，重量體積固定，因此需在保持數據采集板功能的基礎上，優化其體積重量，降低其功耗。同時，基于POS數據的定位測量精度要求達到3～5m，由此對于光纖IMU數據采集系統提出了重量體積小、精度高、功耗低，可靠性高的要求。