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一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置及方法

申请号 CN202311803932.5 申请日 2023-12-25 公开(公告)号 CN117908137A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 山东大学; 发明人 苏茂鑫; 褚明龙; 张厚威; 李鹏飞;
摘要 本 发明 公开了一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置及方法,包括:探测车本体,无人机存放单元和 数据处理 单元,所述探测车本体前端设有第一伸缩臂模 块 和第二伸缩臂模块,第一伸缩臂模块末端连接第一 探头 ,第二伸缩臂模块末端连接发射回线装置;第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块能够带动第一探头和发射回线装置到达设定的 位置 后打开并进行位置调整;发射回线装置利用瞬变电磁法产生一个方向向下的 磁场 ;第一探头接收二次磁场传递的电势差信息,经过反演得出视 电阻 率 ,通过视电阻率对地下空间的物质进行分析判断;本发明能够对月球表层及深层物质结构进行探测,提高探测速度、 精度 以及深度,使探测月球更具效率。
权利要求

1.一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,包括:
探测车本体,所述探测车本体前端设有第一伸缩臂模和第二伸缩臂模块,所述第一伸缩臂模块末端连接第一探头,所述第二伸缩臂模块末端连接发射回线装置;
无人机存放单元,设置在探测车本体上,无人机存放在其中并能够进行充电,无人机底部安装第二探头;
所述第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块能够带动第一探头和发射回线装置到达设定的位置后打开并进行位置调整;发射回线装置利用瞬变电磁法产生一个方向向下的磁场
第一探头接收二次磁场传递的电势差信息,经过反演得出视电阻率,通过视电阻率对地下空间的物质进行分析判断;无人机能够携带第二探头在空中进行信息的接收,并且扫描月球地形地貌信息;
数据处理单元,用于接收第一探头对地下空间物质的探测信息以及无人机扫描的月球地形地貌信息,得到月球浅深层物质分布以及具体的结构类型。
2.如权利要求1所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,所述第一伸缩臂模块包括:底座、行进导轮、自动伸缩杆件和第一连接装置;
底座上设有两个导轨槽,每个导轨槽内设有能够沿导轨槽往复运动的移动机构;两个行进导轮分别设置在两个导轨槽内,并与导轨槽内的移动机构连接;
行进导轮通过第一连接装置与自动伸缩杆件连接,所述自动伸缩杆件的伸缩方向与行进导轮的运动方向相同;自动伸缩杆件端部与第一探头铰接。
3.如权利要求2所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,第一探头和自动伸缩杆件上均设有磁吸装置,当磁吸装置带电时,第一探头能够吸附在自动伸缩杆件上,并与自动伸缩杆件的方向平行;当磁吸装置不带电时,第一探头与自动伸缩杆件分离,方向与地面垂直。
4.如权利要求2所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,所述移动机构为通过电机动能够进行往复运动的销钉,行进导轮在导轨槽内与销钉固定连接,销钉能够带动行进导轮进行往复运动;
或者,
所述移动机构为通过电机驱动能够进行往复运动的传送带,行进导轮与传送带固定连接,传送带能够带动行进导轮进行往复运动。
5.如权利要求2所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,所述第一连接装置包括竖向设置的转动轴,以及与转动轴连接的平方向设置的转盘,转盘连接自动伸缩杆件;转动轴通过驱动电机驱动,转动轴转动能够带动转盘水平转动设定度,从而带动自动伸缩杆件在水平方向调整角度或方向。
6.如权利要求2所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,所述自动伸缩杆件为通过电机驱动伸缩的杆件。
7.如权利要求1所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,所述第二伸缩臂模块与发射回线装置连接,所述发射回线装置为伞状结构,能够自动收缩和展开。
8.如权利要求1所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,第一探头接收二次磁场传递的电势差信息并传送至数据处理单元,数据处理单元根据接收到的电势差信息反演得到视电阻率,根据各个不同物质具有的视电阻率,确定地下物质的类型、深度及厚度。
9.如权利要求1所述的一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,其特征在于,还包括:
设置在探测车本体上的太阳能电池板,所述太阳能电池板与供电单元连接。
10.一种月球探测车车载瞬变电磁探测方法,其特征在于,基于权利要求1‑9任一项所述的月球探测车车载瞬变电磁探测装置;具体探测方法如下:
通过第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块分别带动第一探头和发射回线装置到达设定位置;
控制第一探头与地面垂直,同时展开发射回线装置,使其与地面平行;
第一探头接收二次磁场传递的电势差信息并传送至数据处理单元,数据处理单元根据接收到的电势差信息反演得到视电阻率,根据各个不同物质具有的视电阻率,确定地下物质的类型、深度及厚度;
无人机携带第二探头在空中接收二次磁场传递的电势差信息;
第一探头和第二探头同时进行信息接收工作,或者,仅其中一个探头进行信息接收工作,另一个探头收回。

说明书全文

一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及瞬变电磁探测技术领域,尤其涉及一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置及方法。

背景技术

[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
[0003] 目前,月球探测车主要使用全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪等探测仪器进行巡视探测。所应用的测月雷达安装在月球探测车底部,在巡视过程中仅可以探测30米内月壤结构和100米深的浅层月壳结构;红外成像光谱仪也仅能获取可见近红外到短波红外的高分辨率反射光谱及图像,从而去判断不同的物质,整体可以探测到的距离相对有限。
[0004] 利用瞬变电磁法可以探测到地下百米以上甚至千米深度的物质特性,进而通过物质的电阻特性分析物质类型和厚度;但是,将瞬变电磁法应用于月球探测方面的相关装置仍然较少,在测量精度和测量准确性方面均需进一步研究。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题,本发明提出了一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置及方法,对月球表层及深层物质结构进行探测,提高探测速度、精度以及深度,使探测月球更具效率。
[0006] 在一些实施方式中,采用如下技术方案:
[0007] 一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,包括:
[0008] 探测车本体,所述探测车本体前端设有第一伸缩臂模和第二伸缩臂模块,所述第一伸缩臂模块末端连接第一探头,所述第二伸缩臂模块末端连接发射回线装置;
[0009] 无人机存放单元,设置在探测车本体上,无人机存放在其中并能够进行充电,无人机底部安装第二探头;
[0010] 所述第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块能够带动第一探头和发射回线装置到达设定的位置后打开并进行位置调整;发射回线装置利用瞬变电磁法产生一个方向向下的磁场;第一探头接收二次磁场传递的电势差信息,经过反演得出视电阻率,通过视电阻率对地下空间的物质进行分析判断;无人机能够携带第二探头在空中进行信息的接收,并且扫描月球地形地貌信息;
[0011] 数据处理单元,用于接收第一探头对地下空间物质的探测信息以及无人机扫描的月球地形地貌信息,得到月球浅深层物质分布以及具体的结构类型。
[0012] 其中,所述第一伸缩臂模块包括:底座、行进导轮、自动伸缩杆件和第一连接装置;
[0013] 底座上设有两个导轨槽,每个导轨槽内设有能够沿导轨槽往复运动的移动机构;两个行进导轮分别设置在两个导轨槽内,并与导轨槽内的移动机构连接;
[0014] 行进导轮通过第一连接装置与自动伸缩杆件连接,所述自动伸缩杆件的伸缩方向与行进导轮的运动方向相同;自动伸缩杆件端部与第一探头铰接。
[0015] 进一步地,第一探头和自动伸缩杆件上均设有磁吸装置,当磁吸装置带电时,第一探头能够吸附在自动伸缩杆件上,并与自动伸缩杆件的方向平行;当磁吸装置不带电时,第一探头与自动伸缩杆件分离,方向与地面垂直。
[0016] 进一步地,所述移动机构为通过电机动能够进行往复运动的销钉,行进导轮在导轨槽内与销钉固定连接,销钉能够带动行进导轮进行往复运动;
[0017] 或者,
[0018] 所述移动机构为通过电机驱动能够进行往复运动的传送带,行进导轮与传送带固定连接,传送带能够带动行进导轮进行往复运动。
[0019] 进一步地,所述第一连接装置包括竖向设置的转动轴,以及与转动轴连接的平方向设置的转盘,转盘连接自动伸缩杆件;转动轴通过驱动电机驱动,转动轴转动能够带动转盘水平转动设定度,从而带动自动伸缩杆件在水平方向调整角度或方向。
[0020] 进一步地,所述自动伸缩杆件为通过电机驱动伸缩的杆件。
[0021] 进一步地,所述第二伸缩臂模块与发射回线装置连接,所述发射回线装置为伞状结构,能够自动收缩和展开。
[0022] 进一步地,第一探头接收二次磁场传递的电势差信息并传送至数据处理单元,数据处理单元根据接收到的电势差信息反演得到视电阻率,根据各个不同物质具有的视电阻率,确定地下物质的类型、深度及厚度。
[0023] 进一步地,还包括:设置在探测车本体上的太阳能电池板,所述太阳能电池板与供电单元连接。
[0024] 在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
[0025] 一种月球探测车车载瞬变电磁探测方法,基于上述的月球探测车车载瞬变电磁探测装置;具体探测方法如下:
[0026] 通过第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块分别带动第一探头和发射回线装置到达设定位置;
[0027] 控制第一探头与地面垂直,同时展开发射回线装置,使其与地面平行;
[0028] 第一探头接收二次磁场传递的电势差信息并传送至数据处理单元,数据处理单元根据接收到的电势差信息反演得到视电阻率,根据各个不同物质具有的视电阻率,确定地下物质的类型、深度及厚度;
[0029] 无人机携带第二探头在空中接收二次磁场传递的电势差信息;
[0030] 第一探头和第二探头同时进行信息接收工作,或者,仅其中一个探头进行信息接收工作,另一个探头收回。
[0031] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0032] (1)本发明的发射回线装置可以进行放电、断电的频率调整,从而对深层和浅层月球结构都可以进行较为精准的探测;使用无人机在进行探测的同时可以进行地貌扫描,为月球车在月球上的行动提供地形资料,以便于为月球探测车的进一步探测活动提供一定的帮助;例如下一步月球车探测车的目的地,防止月球探测车遇险,并提高人类对月球地形的了解。
[0033] (2)本发明装置伸缩臂能够自动实现伸缩,探头和发射回线装置能够自动伸出和收回,能够实现整个探测过程的自动化操作。
[0034] 本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本方面的实践了解到。附图说明
[0035] 图1为本发明实施例中的月球探测车车载瞬变电磁探测装置整体结构示意图;
[0036] 图2为本发明实施例中的第一探头和发射回线装置工作状态示意图;
[0037] 图3为本发明实施例中第一伸缩臂模块的底座结构示意图;
[0038] 图4为本发明实施例中的伸缩件结构俯视图;
[0039] 图5为本发明实施例中的第一探头结构示意图;
[0040] 图6为本发明实施例中的发射回线装置展开状态示意图;
[0041] 图7为本发明实施例中的无人机搭载第二探头工作状态示意图;
[0042] 其中,1.无人机存放单元,2.第一探头,3.发射回线装置,4.销钉,5.太阳能电池板,6.底座系统,7.自动伸缩杆件,8.导轨槽,9.驱动电机,10.底座固定装置,11.底座,12.行进导轮,13.第一连接装置,14.探头连接装置,15.骨架,16.发射回线,17.无人机,18.第二探头。

具体实施方式

[0043] 应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0044] 需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0045] 实施例一
[0046] 在一个或多个实施方式中,公开了一种月球探测车车载瞬变电磁探测装置,结合图1,具体包括:
[0047] (1)探测车本体,探测车本体前端设有第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块,第一伸缩臂模块末端连接第一探头2,第二伸缩臂模块末端连接发射回线装置3;
[0048] 本实施例中,第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块的结构相同,第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块能够分别带动第一探头2和发射回线装置3到达设定的位置后打开并进行位置调整;图2给出了第一探头2和发射回线装置3伸出并处于工作状态的示意图。
[0049] 第一伸缩臂模块的末端两侧还安装有冲压功能的电极棒,电极棒可以插入月球表面,一侧为正极,一侧为负极。
[0050] 作为具体的实施方式,本实施例第一伸缩臂模块包括:底座11和伸缩件,伸缩件包括两个行进导轮12、自动伸缩杆件7和第一连接装置13;
[0051] 结合图3和图4,底座11通过底座固定装置10固定在探测车本体内,底座11上设有两个导轨槽8,每个导轨槽8内设有能够沿导轨槽8往复运动的移动机构;两个行进导轮12分别设置在两个导轨槽8内,并与导轨槽8内的移动机构连接。作为一种可选的实施方式,移动机构可以是通过驱动电机9驱动能够进行往复运动的销钉4,行进导轮12在导轨槽8内与销钉4插接在一起,通过销钉4的移动带动行进导轮12进行往复运动;作为另一种可选的实施方式,移动机构也可以是通过电机驱动能够进行往复运动的传送带,行进导轮12通过连接件与传送带固定连接,传送带能够带动行进导轮12进行往复运动。当然,移动机构还可以设置成本领域技术人员能够获知的其他结构形式;驱动电机9具备止功能,移动机构运行到设定位置后可以锁止,避免外界因素的干扰。
[0052] 本实施例中,行进导轮12通过第一连接装置13与自动伸缩杆件7连接,自动伸缩杆件7的伸缩方向与行进导轮12的运动方向相同;自动伸缩杆件7末端设有探头连接装置14,用于与第一探头2铰接;图5给出了第一探头2的具体结构形式;第一探头2和自动伸缩杆件7上均设有磁吸装置以及为磁吸装置供电的供电装置;当磁吸装置带电时,第一探头2能够吸附在自动伸缩杆件7上,并与自动伸缩杆件7的方向平行;以便于第一探头2的收回;当磁吸装置不带电时,第一探头2与自动伸缩杆件7分离,方向与地面垂直,此时可以进行探测工作。
[0053] 本实施例中,自动伸缩杆件7为通过电机驱动伸缩的杆件,本领域技术人员也可以根据现有技术确定具体伸缩的方式。
[0054] 第一连接装置13的作用是将行进导轮12和自动伸缩杆件7连接在一起,同时调整自动伸缩杆件7在是水平方向的转动角度。具体地,行进导轮12有左右两个,两个行进导轮12分别设置在两个导轨槽8内,两个行进导轮12通过支架连接,呈三角形设置。第一连接装置13设置在支架上;第一连接装置13包括竖向设置的转动轴,以及与转动轴连接的水平方向设置的转盘,转盘连接自动伸缩杆件7;转动轴通过驱动电机驱动,转动轴转动能够带动转盘水平往复转动设定角度,从而带动自动伸缩杆件7在水平方向自动调整角度或方向。
[0055] 本实施例的第二伸缩臂模块的结构与第一伸缩臂模块结构相同,第二伸缩臂模块连接发射回线装置3,发射回线装置3设计成伞状结构,包括骨架15和发射回线16,可以实现自动收缩和展开,具体的自动收缩和展开的方式采用现有技术实现。图6给出了发射回线装置3展开状态示意图;基于第二伸缩臂模块的结构,通过第一连接装置13和自动伸缩杆件7能够调整发射回线装置3水平方向的转动角度以及伸缩长度。
[0056] 本实施例的发射回线装置3和第二伸缩臂模块的自动伸缩杆件7上同样分别设有磁吸装置以及为磁吸装置供电的供电装置;当磁吸装置带电时,发射回线装置3能够吸附在自动伸缩杆件7上,并与自动伸缩杆件7的方向平行;以便于发射回线装置3的收回;当磁吸装置不带电时,发射回线装置3与自动伸缩杆件7分离,方向与地面垂直,此时可以进行探测工作。
[0057] 本实施例的发射回线装置3在工作时,利用瞬变电磁法产生一个方向向下的磁场;第一探头2接收二次磁场传递的电势差信息,经过反演得出视电阻率,通过视电阻率对地下空间的物质进行分析判断。
[0058] (2)无人机存放单元1,设置在探测车本体上,无人机17存放在其中并能够进行充电,无人机17底部安装第二探头18;第二探头18的结构与第一探头2结构相同,第二探头18安装在无人机17底部,在飞行时进行信号的接收,大范围对月球浅层物质进行扫描和研究,并对地形地貌进行扫描,自动对月球探测车附近地形地貌进行建模,记录各个地形的XYZ坐标,并发送回月球探测车上的微型电脑,并通过卫星发送回地球,供给地球工作人员指导下一步月球探测车的活动。
[0059] (3)数据处理单元,用于接收第一探头2对地下空间物质的探测信息以及无人机扫描的月球地形地貌信息,得到月球浅深层物质分布以及具体的结构类型。
[0060] 数据处理单元根据接收到的电势差信息反演得到视电阻率,根据各个不同物质具有的视电阻率,确定地下物质的类型、深度及厚度。
[0061] 在探测车本体上还设置有太阳能电池板5,太阳能电池板5与供电单元连接。供电单元以及控制装置均整合在底座11系统6内部,电源系统为装置整体供电,控制系统通过接受无线控制信号协调各个装置,保证应用该装置进行探测工作时实现自动化,大大提高工作效率。
[0062] 实施例二
[0063] 在一个或多个实施方式中,公开了一种月球探测车车载瞬变电磁探测方法,其特征在于,基于实施例一中的月球探测车车载瞬变电磁探测装置;结合图7,具体探测方法如下:
[0064] 通过第一伸缩臂模块和第二伸缩臂模块分别带动第一探头2和发射回线装置3到达设定位置;
[0065] 控制第一探头2与地面垂直,同时展开发射回线装置3,使其与地面平行;
[0066] 第一探头2接收二次磁场传递的电势差信息并传送至数据处理单元,数据处理单元根据接收到的电势差信息反演得到视电阻率,根据各个不同物质具有的视电阻率,确定地下物质的类型、深度及厚度;
[0067] 无人机携带第二探头在空中接收二次磁场传递的电势差信息,通过无人机上的摄像头进行拍摄扫描,得到月球地形地貌信息。
[0068] 第一探头2和第二探头同时进行信息接收工作,或者,仅其中一个探头进行信息接收工作,另一个探头收回。
[0069] 最终数据处理单元接收第一探头2对地下空间物质的探测信息以及无人机扫描的月球地形地貌信息,得到月球浅深层物质分布以及具体的结构类型。
[0070] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改变形仍在本发明的保护范围以内。