[發明專利]一種大氣電場探測多旋翼無人機及其測量方法

有效

• 申請號: 202110251457.X
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113126181B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 楊庚子;吳婷婷;李天文;呂磊;劉燕;王宣婷;吳佳佳
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01R29/08;B64U10/14;B64U101/00
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 王鵬飛

本發明涉及一種大氣電場探測多旋翼無人機及其測量方法，屬于空間環境探測技術領域。本發明通過激勵源接口電路測量壓電陶瓷諧振頻率，四個雙電極電容式靜電場測量傳感器模塊測量，信號采集模塊檢測四個點器件的ΔV，DSP數據處理模塊對數據進行處理，得到一個準確的電壓值，通過DSP數據處理模塊處理轉換后，計算電場強度。本發明將電場測量模塊設置于無人機上，利用無人機作為電場測量裝置的移動平臺，可操作性強。

技術領域

本發明涉及一種大氣電場探測多旋翼無人機及其測量方法，屬于空間環境探測技術領域。

背景技術

大氣電場是研究空間天氣學和空間環境一個很重要的參量，也是了解雷暴電情況的重要測量參量。它的數值大小及其變化可用于表征太陽活動、雷暴活動、地震活動及大氣環境污染等。對大氣電場的實時監測和探測，能夠提高對雷暴、地震等災害的預報能力，也能夠為航天活動提供空間電環境狀態數據。比如，以晴天電場作為參考的正常狀態的大氣電場下，不同氣象環境的大氣電場數值存在差異，當存在激烈的天氣現象(如雷暴、雪暴、塵暴)時，大氣電場的數值和方向均有明顯的不規則變化。

目前的大氣電場強度通常由地面大氣平均電場儀測量，但是確切研究大氣云層中的電荷分布、荷電中心的位置、極性以及起電機制等，僅依據地面大氣平均電場儀獲取的電場測量值來分析具有局限性。隨著無人機技術的不斷發展，無人機已經被應用在各個領域，但在大氣電場探測中，由于技術缺陷等問題，無人機在大氣電場探測中的應用還不夠成熟。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種使用成本低，可操作性強的大氣電場探測多旋翼無人機及其測量方法，能夠在地面操作人員的控制下，進行大氣電場相關參數的采集及計算處理，并對相關數據進行儲存和發送，從而解決上述問題。

本發明的技術方案是：一種大氣電場探測多旋翼無人機，包括多旋翼無人機、激勵源接口電路、電場測量模塊、信號采集模塊、DSP數據處理模塊、保護殼和十字安裝支架。

所述十字安裝支架位于多旋翼無人機頂部的中心位置。

所述電場測量模塊由四個壓電陶瓷部件組成，四個壓電陶瓷部件分別固定在十字安裝支架上。

所述壓電陶瓷部件上均安裝有保護殼。保護殼電絕緣性好，幾乎不受外界濕度、溫度等因素干擾，對電場測量模塊有很好的保護作用。以最大限度保證電場測量電容式傳感器不受外界無關因素的干擾。

所述信號采集模塊、DSP數據處理模塊均固定在安裝支架的心處。

所述安裝支架固定在多旋翼無人機中心處。

所述電場測量模塊與激勵源接口電路連接，激勵源接口電路設置在十字安裝支架的中心處。

所述電場測量模塊與信號采集模塊和DSP數據處理模塊連接。

所述安裝支架高度為100mm。

所述保護殼是ABS高分子材料制成。保護殼3為一個直徑39mm的半圓形外殼安裝在壓電陶瓷部件的上方。

所述壓電陶瓷部件由壓電陶瓷內片、壓電陶瓷外片組成，壓電陶瓷內片裝在壓電陶瓷外片上。

所述壓電陶瓷外片上設有螺釘固定槽。所述螺釘固定槽共有四個，分別為左上螺釘固定槽，右上螺釘固定槽，左下螺釘固定槽，右下螺釘固定槽，固定槽與所在壓電陶瓷片邊界之間的距離范圍為2-4mm。

所述壓電陶瓷內片由外電極、內電極、絕緣層組成，內電極位于外電極內，絕緣層設置在外電極上，所述內電極、外電極、絕緣層之間通過激光焊接連接。

所述壓電陶瓷部件的厚度范圍為1-2mm，寬度30-45mm，長度30-45mm；壓電陶瓷內片1位于壓電陶瓷片的中心位置，壓電陶瓷內片為一個直徑范圍為20-30mm的圓片，厚度范圍為1-2mm。