本發(fā)明涉及雷擊危害性測量技術(shù)，特別涉及一種多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置及多旋翼無人機(jī)，屬于無人機(jī)防雷領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，多旋翼無人機(jī)以其飛行穩(wěn)定，可懸停，操作技術(shù)要求低等特點，被廣泛應(yīng)用于災(zāi)情評估，農(nóng)情診斷，危險地帶資源勘探等高危、不宜人為操作領(lǐng)域。多旋翼無人機(jī)充分挖掘現(xiàn)代微電子技術(shù)，結(jié)合穩(wěn)定精準(zhǔn)的飛控方式，可在1km范圍內(nèi)定點超低空飛行，可作為超低空圖像采集、低空遙感影像拍攝等作業(yè)的裝載平臺。多旋翼無人機(jī)下游需求非常廣泛，包括農(nóng)業(yè)、電力石油、檢災(zāi)、林業(yè)、氣象、國土資源、警用、海洋水利、測繪、城市規(guī)劃等多個行業(yè)，其中災(zāi)情檢測和電力巡線等領(lǐng)域需求較為迫切，且具備較大的市場規(guī)模。由于使用范圍越發(fā)廣泛，多旋翼無人機(jī)將會應(yīng)用在各種作業(yè)環(huán)境中，全天候作業(yè)也已是必然趨勢，有時因執(zhí)行緊急任務(wù)會在惡劣自然條件下進(jìn)行作業(yè)，這必然增加了無人機(jī)遭受自然災(zāi)害侵襲的幾率，雷擊便是其中最常見的現(xiàn)象之一。據(jù)統(tǒng)計，全球每天將會發(fā)生800萬次雷電，其中有16萬次雷電電壓高達(dá)億伏，電流峰值達(dá)200kA，這種雷電可形成覆蓋幾公里的等離子通道，雷電信息多為高頻段，電流變化率達(dá)105A/μs級，電磁脈沖放電能量達(dá)幾百兆焦耳。據(jù)史料記載，航空史上已經(jīng)有2500多架飛機(jī)遭雷擊毀；根據(jù)美國有關(guān)部門統(tǒng)計，B-707型飛機(jī)被雷擊中的概率為1/4400，而B-747型飛機(jī)被雷電擊中的概率為1/2600，一架航線固定的飛機(jī)平均一年要遭受一次雷擊。相對于載人客機(jī)，多旋翼無人機(jī)沒有緊密飛行任務(wù)，但其應(yīng)用范圍廣泛，飛行航線不固定，緊急條件下不能保證避開雷雨作業(yè)，且多旋翼無人機(jī)飛行空域在1km以內(nèi)，更易遭受雷擊。云地間雷電主要發(fā)生在3km以下，而多旋翼無人機(jī)作業(yè)高度一般在1km以下，屬于雷擊事件多發(fā)區(qū)域，所以多旋翼無人機(jī)遭受雷擊的概率相對較大。研究多旋翼無人機(jī)防雷關(guān)鍵技術(shù)，確保無人機(jī)應(yīng)對復(fù)雜飛行氣象條件，對擴(kuò)大無人機(jī)應(yīng)用范圍，促進(jìn)無人機(jī)低空作業(yè)應(yīng)用發(fā)展有著極為關(guān)鍵的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置，可對多旋翼無人機(jī)雷擊危害性進(jìn)行評估的裝置，以保障陰雨天氣下無人機(jī)作業(yè)的雷電安全性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置，具有雷擊預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述雷擊預(yù)警系統(tǒng)包括感應(yīng)電壓傳感裝置、感應(yīng)電壓放大模塊和信號處理模塊，所述感應(yīng)電壓傳感裝置安裝在多旋翼無人機(jī)上，用于采集多旋翼無人機(jī)上的感應(yīng)電壓，所述感應(yīng)電壓經(jīng)所述感應(yīng)電壓放大模塊進(jìn)行放大，所述信號處理模塊接收放大后的感應(yīng)電壓，并與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，當(dāng)所述放大后的感應(yīng)電壓大于所述設(shè)定閾值時，所述信號處理模塊發(fā)出雷擊危險性預(yù)警信號。

進(jìn)一步，還包括數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于接收所述信號處理模塊發(fā)出的雷擊危險性預(yù)警信號，并將所述雷擊危險性預(yù)警信號傳輸?shù)降孛婵刂普叩娘w行控制器上，使得地面控制者能夠根據(jù)雷擊危險性預(yù)警信號進(jìn)行判斷，決定是否停止作業(yè)。

進(jìn)一步，所述信號處理模塊中包含電場標(biāo)定裝置，用于將所述放大后的感應(yīng)電壓值轉(zhuǎn)換為所對應(yīng)的電場強(qiáng)度。

進(jìn)一步，所述設(shè)定閾值是電場強(qiáng)度為3×10⁴V/m。

進(jìn)一步，所述感應(yīng)電壓放大模塊的放大增益大于10的7次方。

進(jìn)一步，所述感應(yīng)電壓傳感裝置由金屬線和電容組成，所述電容兩端分別與金屬線相連，所述感應(yīng)電壓傳感裝置放置在無人機(jī)主機(jī)架上。

進(jìn)一步，所述無人機(jī)主機(jī)架包括正交分布的第一主梁和第二主梁。

進(jìn)一步，所述感應(yīng)電壓傳感裝置包括第一電容、第二電容、第一金屬線、第二金屬線、第三金屬線和第四金屬線，所述第一金屬線和所述第二金屬線通過所述第一電容相連，并沿直線布置在所述第一主梁上，所述第三金屬線和所述第四金屬線3-4通過所述第二電容相連，并沿直線布置在所述第二主梁上。

本發(fā)明的另一目的是提出一種多旋翼無人機(jī)，所述多旋翼無人機(jī)至少包括上述的多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置。

本發(fā)明的原理是：由于雷擊事件是空間放電現(xiàn)象，因此，在一次空間放電之前，會有較強(qiáng)的空間電場(3×10⁶V/m)才能滿足空氣擊穿條件發(fā)生雷擊，而如此強(qiáng)的空間電場會使得無人機(jī)上的電荷分布發(fā)生變化，只要監(jiān)測無人機(jī)上的電荷分布變化，即可對雷擊進(jìn)行預(yù)警。因此，只要在多旋翼無人機(jī)主機(jī)架上的正交分布的主梁上放置兩路感應(yīng)電壓傳感裝置，通過監(jiān)測兩路感應(yīng)電壓的變化，并且在兩路感應(yīng)電壓達(dá)到一定閾值(該閾值可由感應(yīng)電壓及感應(yīng)電壓所對應(yīng)的空間電場強(qiáng)度來決定，當(dāng)空間電場強(qiáng)度＞3×10⁴V/m時可視為雷擊危險性較高)即可對雷擊危害性進(jìn)行預(yù)警。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的一種多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置，通過監(jiān)測雷擊前空間電場導(dǎo)致的無人機(jī)上的電荷分布變化情況，對雷擊進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明可對無人機(jī)作業(yè)時的雷擊危害性進(jìn)行測量和評估，并將評估結(jié)果實時傳輸給無人機(jī)操作者，從而使得多旋翼無人機(jī)可以在陰雨天正常作業(yè)，只有當(dāng)雷擊危害性大到一定強(qiáng)度，給出預(yù)警，才取消作業(yè)，可極大提高多旋翼無人機(jī)作業(yè)時間窗口長度，降低無人機(jī)被雷擊的危害，保障無人機(jī)的作業(yè)安全。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

附圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的雷擊預(yù)警系統(tǒng)框圖；

附圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的安裝在無人機(jī)上的感應(yīng)電壓傳感裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖示中，1-1.第一主梁、1-2.第二主梁、2-1.第一電容、2-2.第二電容、3-1.第一金屬線、3-2.第二金屬線、3-3.第三金屬線、3-4.第四金屬線。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提出一種多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置，如圖1所示，具有雷擊預(yù)警系統(tǒng)，所述雷擊預(yù)警系統(tǒng)包括感應(yīng)電壓傳感裝置、感應(yīng)電壓放大模塊和信號處理模塊，所述感應(yīng)電壓傳感裝置安裝在多旋翼無人機(jī)上，用于采集多旋翼無人機(jī)上的感應(yīng)電壓，所述感應(yīng)電壓經(jīng)所述感應(yīng)電壓放大模塊進(jìn)行放大，所述信號處理模塊接收放大后的感應(yīng)電壓，經(jīng)低通數(shù)字濾波后與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，當(dāng)所述放大后的感應(yīng)電壓大于所述設(shè)定閾值時，所述信號處理模塊發(fā)出雷擊危險性預(yù)警信號。

所述信號處理模塊中包含電場標(biāo)定裝置，用于將所述放大后的感應(yīng)電壓值轉(zhuǎn)換為所對應(yīng)的電場強(qiáng)度。

所述設(shè)定閾值為3×10⁴V/m的電場強(qiáng)度。

所述感應(yīng)電壓放大模塊的放大增益大于10的7次方。

所述感應(yīng)電壓傳感裝置由金屬線和電容組成，所述電容兩端分別與金屬線相連，所述感應(yīng)電壓傳感裝置放置在無人機(jī)主機(jī)架上。

所述雷擊危害性測量裝置還包括數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于接收所述信號處理模塊發(fā)出的雷擊危險性預(yù)警信號，并將所述雷擊危險性預(yù)警信號傳輸?shù)降孛婵刂普叩娘w行控制器上，使得地面控制者能夠根據(jù)雷擊危險性預(yù)警信號進(jìn)行判斷，決定是否停止作業(yè)。

本實施例中，采用4條金屬線和兩個電容，如附圖2所示，無人機(jī)主機(jī)架包括正交分布的第一主梁1-1和第二主梁1-2，第一金屬線3-1和第二金屬線3-2通過第一電容2-1相連，并沿直線布置在第一主梁1-1上，第三金屬線3-3和第四金屬線3-4通過第二電容2-2相連，并沿直線布置在第二主梁1-2上。

所述感應(yīng)電壓放大模塊分為兩路，其中一路對第一電容2-1上的感應(yīng)電壓進(jìn)行放大，放大增益在10的7次方以上，另一路對第二電容2-2上的感應(yīng)電壓進(jìn)行放大，放大增益在10的7次方以上。

所述的信號處理模塊對感應(yīng)電壓放大模塊的兩路感應(yīng)電壓進(jìn)行采集、低通數(shù)字濾波與判斷，當(dāng)任何一路感應(yīng)電壓所代表的電場強(qiáng)度＞3×10⁴V/m時即給出雷擊危險性預(yù)警，將預(yù)警信號傳遞個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。所述的感應(yīng)電壓放大模塊輸出電壓與所代表的電場強(qiáng)度之間的關(guān)系，可在電場標(biāo)定裝置中進(jìn)行標(biāo)定確定。

本發(fā)明還提出一種多旋翼無人機(jī)，所述多旋翼無人機(jī)至少包括上述的多旋翼無人機(jī)雷擊危害性測量裝置。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。