本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸配電行業(yè)飛行器巡線自動檢測技術領域，尤其涉及一種被動式陣列磁感應天線裝置。

背景技術：

目前，電力公司對輸電線路的維護、檢測和搶修等作業(yè)，基本上依然按照區(qū)段劃分任務，依靠人工現(xiàn)場對線路巡情況進行檢查。線路缺陷發(fā)現(xiàn)的及時和準確性，取決于巡線員業(yè)務能力、責任心和班組管理人員的監(jiān)察巡視的落實，不能杜絕因巡視不到位引發(fā)的各種事故的發(fā)生。同時，有些輸電線路架設在深林、濕地、高山地區(qū)，人員到達緩慢、困難、效率低，不可能做到定期巡視維護，冰雪、地震、洪澇災害等惡劣自然條件下巡檢難度更大。

目前取代人工巡線的主要方法是采用無人機巡檢作業(yè)，包括遙控巡檢飛行和自主避障跟蹤巡檢飛行兩種作業(yè)方式，兩種作業(yè)方式都需要飛行器與輸電線路保持合理的距離和相對位置，方便的線路跟蹤、避障技術等，而且最重要的即為如何設置磁感應天線搭載無人機對輸電電路進行探測?，F(xiàn)有的技術無法滿足此要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種被動式陣列磁感應天線裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對磁場強度大小及分布的探測，靈敏度高，精度高；

進一步的，可滿足無人飛行器在線路巡檢過程中對線路進行識別、位置測量、避障、跟蹤的需求。

本發(fā)明采用下述技術方案：

一種被動式陣列磁感應天線裝置，包括基板，基板上設置有驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路和多個磁感應子單元，所述多個電磁感應子單元陣列均勻設置，記為M*N列矩陣，則驅(qū)動電路包括行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路、N路列驅(qū)動電路和M*N個與門電路，磁感應子單元與與門電路一一對應；所述的行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路和N路驅(qū)動電路均為NPN三極管，每一行所在的電磁感應子單元對應一個行NPN三極管進行驅(qū)動，每一列所在的電磁感應子單元對應一個列NPN三極管進行驅(qū)動，行總驅(qū)動電路為一個行總驅(qū)動NPN三極管；

所述的電磁感應子單元包括有一對電感線圈、第一低導通電阻開關管和第二低導通電阻開關管，所述的一對電感線圈由兩個正交分布的電感串聯(lián)組成，所述一對電感線圈的一端連接第二低導通電阻開關管的集電極，第一低導通電阻開關管發(fā)射極同時連接第二低導通電阻開關管的發(fā)射極；

所述任意一個在同一行電磁感應子單元中第二低導通電阻開關管的發(fā)射極均與所在行對應行NPN三極管的集電極相連接；其中M-1個行NPN三極管的發(fā)射極均與行總驅(qū)動NPN三極管的集電極相連接，剩余一個行NPN三極管的發(fā)射極與行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極相連接，行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極接地連接，所述M個行NPN三極管和行總驅(qū)動NPN三極管的基極均為驅(qū)動電路輸入端；

所述任意一個在同一列電磁感應子單元中第一低導通電阻開關管的發(fā)射極均與所在列對應列NPN三極管的發(fā)射極相連接，同時由下到上，下方電磁感應子單元中一對電感線圈的另一端與與其相鄰的上方電磁感應子單元中第二低導通電阻開關管的發(fā)射極相連，同一列最上方的電磁感應子單元中一對電感線圈的另一端與所在列對應列NPN三極管的發(fā)射極相連接；

所述任意一個行NPN三極管的基極同時與所在行中任意一個電磁感應子單元中第一低導通電阻開關管的基極和所在行中任意一個與門電路的第一輸入端相連接；所述任意一個列NPN三極管的基極分別與所在列中任意一個與門電路的第二輸入端相連接，任意一個與門電路的輸出端與與其對應的電磁感應子單元中第二低導通電阻開關管的基極相連接；

所述N個列NPN三極管的集電極相互連接后分別與穩(wěn)壓電路的輸出端和采樣電路的輸入端相連接。

所述的諧振采樣電路包括多個電容和低阻開關，其中第一電容一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，其余電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，其余電容的另一端通過低阻開關接地。

所述的低阻開關，采用雙路低導通電阻模擬開關器件MAX4608。

所述的諧振采樣電路中電容為獨石電容。

所述的電感線圈采用螺旋管電感線圈。

還包括有插座，所述插座設置在基板的一側(cè)，且諧振采樣電路的各個接線均與插座相連接。

本發(fā)明采用100對電感線圈(每對線圈由兩個正交分布的10mH電感串聯(lián)組成)，組成10×10矩陣陣列，線圈通過兩個線端焊接固定在底板(即基板)上，底板既是線圈的固定板，又將每個線圈的接線會聚連接到插座上，從而能夠安裝在無人機的前方，通過被動式陣列電感線圈實時感知輸電線是否存在，進一步的感知飛行器相對輸電線的距離信息和位置角度信息，為后續(xù)信號處理電路提供判別依據(jù)。本發(fā)明搭載無人機能夠自動識別輸電線路空間位置，進而為飛行器提供導航、跟蹤、控制信號的空中跟蹤傳感裝置，以實現(xiàn)飛行器的避障、自動跟蹤巡線飛行功能，具有非常廣闊的市場前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路原理圖；

圖2為本發(fā)明所述單個電磁感應子單元的局部接線示意圖；

圖3為本發(fā)明所述諧振采樣電路及等效電路示意圖。

具體實施方式

如圖1、2和圖3所示，一種被動式陣列磁感應天線裝置，包括基板，基板上設置有驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路和多個磁感應子單元，所述多個電磁感應子單元陣列均勻設置，記為M*N列矩陣，則驅(qū)動電路包括行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路、N路列驅(qū)動電路和M*N個與門電路，磁感應子單元與與門電路一一對應；所述的行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路和N路驅(qū)動電路均為NPN三極管，每一行所在的電磁感應子單元對應一個行NPN三極管進行驅(qū)動，每一列所在的電磁感應子單元對應一個列NPN三極管進行驅(qū)動，行總驅(qū)動電路為一個行總驅(qū)動NPN三極管；

所述的電磁感應子單元包括有一對電感線圈、第一低導通電阻開關管和第二低導通電阻開關管，所述的一對電感線圈由兩個正交分布的電感串聯(lián)組成，所述一對電感線圈的一端連接第二低導通電阻開關管的集電極，第一低導通電阻開關管發(fā)射極同時連接第二低導通電阻開關管的發(fā)射極；所述的電感線圈采用螺旋管電感線圈。

所述任意一個在同一行電磁感應子單元中第二低導通電阻開關管的發(fā)射極均與所在行對應行NPN三極管的集電極相連接；其中M-1個行NPN三極管的發(fā)射極均與行總驅(qū)動NPN三極管的集電極相連接，剩余一個行NPN三極管的發(fā)射極與行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極相連接，行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極接地連接，所述M個行NPN三極管和行總驅(qū)動NPN三極管的基極均為驅(qū)動電路輸入端；

所述任意一個在同一列電磁感應子單元中第一低導通電阻開關管的發(fā)射極均與所在列對應列NPN三極管的發(fā)射極相連接，同時由下到上，下方電磁感應子單元中一對電感線圈的另一端與與其相鄰的上方電磁感應子單元中第二低導通電阻開關管的發(fā)射極相連，同一列最上方的電磁感應子單元中一對電感線圈的另一端與所在列對應列NPN三極管的發(fā)射極相連接；

所述任意一個行NPN三極管的基極同時與所在行中任意一個電磁感應子單元中第一低導通電阻開關管的基極和所在行中任意一個與門電路的第一輸入端相連接；所述任意一個列NPN三極管的基極分別與所在列中任意一個與門電路的第二輸入端相連接，任意一個與門電路的輸出端與與其對應的電磁感應子單元中第二低導通電阻開關管的基極相連接；

所述N個列NPN三極管的集電極相互連接后分別與穩(wěn)壓電路的輸出端和采樣電路的輸入端相連接；所述的諧振采樣電路包括多個電容和低阻開關，其中第一一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，其余電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，其余電容的另一端通過低阻開關接地。所述的諧振采樣電路中電容為獨石電容。諧振采樣電路是由可控連接的多個并聯(lián)電容組成，不同的掃描采集工作模式，諧振采樣等效電容對應的容值不同，以匹配不同的諧振等效電感。如圖3所示，本發(fā)明實施例中，諧振采樣電路包括多個電容和低阻開關，其中電容C₃一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，C₄和C₅電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端通過低阻開關接地。諧振采樣電路獲取的數(shù)據(jù)組經(jīng)由陣列掃描與采集控制器，按照設計的算法進行幅值判別處理與存儲，由此可將50H_Z交流信號每單周期的幅值采樣時間縮短至小于5ms。某單元(或某列，或某行)選通、采樣、幅值判別處理與存儲后，依次進行下一單元(下一列，下一行)的重復操作，直至完成全部單元的操作，此為一個完整的掃描采樣周期。傳感陣列組件在陣列掃描與采集控制器的控制下，按照上述過程循環(huán)往復的持續(xù)工作。進一步等效后的電路，其中等效電容C取決于諧振電容選擇控D₁₂和D₁₃，D₁₂和D₁₃的不同組合與陣列掃描工作模式相對應，如下表1所示。

表1

所述的低阻開關，采用雙路低導通電阻模擬開關器件MAX4608；C₃，C₄，

C₅電容器采用獨石電容。

對于50H_Z的工頻信號，由諧振頻率的計算公式可知

其中f₀＝50H_Z，則有

應用例中選L＝100MH，帶入上式可計算出

C＝101.32pF

取C＝100pF，根據(jù)不同的掃描工作模式，對應上表和電路圖，即可計算出C₃，C₄和C₅。

傳感陣列裝置作為輸電線周圍磁場信息探測、檢測環(huán)節(jié)，由掃描采集控制環(huán)節(jié)控制，實現(xiàn)磁場分布狀態(tài)與強度信息的采集，再由后續(xù)數(shù)據(jù)信號處理環(huán)節(jié)解算出被探測目標(高壓輸電線路)的位置、距離等信息。

包括有插座，所述插座設置在基板的一側(cè)，且諧振采樣電路的各個接線均與插座相連接。所述的插座為24線，其中連接列驅(qū)動電路10根線、行驅(qū)動電路11根線、1路地線、1路電源線、1路信號輸出線。

本發(fā)明中通過陣列掃描與采控制器可設定、轉(zhuǎn)換多種掃描和采樣工作模式，以適應不同應用要求。高精度穩(wěn)壓電路為天線裝置提供高穩(wěn)定度的直流電源，陣列掃描與采集控制器控制列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路，可以按照設定順序依次選通n×m矩陣諸單元、或逐列、或逐行、或全部單元，被選通的電磁感應線圈和諧振采樣等效電容組成諧振信號采集器，采集到的電磁感應信號經(jīng)濾波調(diào)理電路處理后，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對其進行高速采樣。

以下將對本發(fā)明的優(yōu)先實施例進行詳細的描述；應當理解，優(yōu)先實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

所述10×10矩陣型電磁場傳感陣列有100個磁感應單元按照10行、10列分布，

本發(fā)明的磁感應單元，每個磁感應單元由2個電感線圈和2個低導通電阻開關管組成，兩個電感量L₁＝L₂＝50mH、外形9×12mm的線圈分別安裝在電路板的正反面，成正交分布。列驅(qū)動和行驅(qū)動有效時(高電平)，對應單元的電感被選通(L₁和L₂)，與諧振電容C組成并聯(lián)諧振采樣電路，在低導通電阻開關管的控制下掃描和采樣工作模式不同，對應C的取值不同，工作于逐列掃描采集模式C＝C₃、逐點掃描采集模式C是C₃和C₄的并聯(lián)、逐行掃描采集模式C是C₃和C₄及C₅三者并聯(lián)，諧振采樣電路對磁感應信號進行采集。與此同時，Q₃處于截止狀態(tài)，當列驅(qū)動有效而行驅(qū)動無效時，Q₃處于導通狀態(tài)而將本單元的電感短路，此時處于同列其它行(非本行)單元的采樣時段。其中第i行、第j列的單元電路如圖2所示。需要說明的是，為了便于描述單元電路的特點與工作原理，對本單元周邊的電路做了簡化或等效處理。概括的描述，本發(fā)明中單元電路與外部的連接信號有六類九處：

A點，接列控制信號L_j，高電平有效，Q_Lj導通，選通該列；反之Q_Lj截止。

B、C點，C接下一列對應的列驅(qū)動管，B接列上一列對應的列驅(qū)動管直到諧振采樣電路，各列是并聯(lián)關系。BC通道也稱為列選擇通道。

D點，接行控制信號H_i，高電平有效，Q_Hi導通，選通該行，通過行控制管Q_H10接地(逐點掃描和逐行掃描工作模式時，H₁₀為低電平，行控制管Q_H10導通)，或通過Q_H9接地(逐列掃描和面掃描工作模式時，H₁₀為高電平，Q_H10截止；而此時H₁₀為高電平，Q_H9導通，各列的串聯(lián)信號經(jīng)Q_H9接地)。

E點，接行控制管Q_H10(除最后行外)后到地。逐點掃描和逐行掃描工作模式時，Q_H10導通；逐列掃描和面掃描工作模式時，Q_H10截止。

F點，接下一行對應的與門。

G點，接下一行對應的電感。

K點，為0～9個信號，逐行信號數(shù)量遞減，每個信號連接本列后面各單元的短接管Q’_ij。

S點，接前一列的行選擇通道，由行驅(qū)動管Q_Hi控制該通道與地線的“通”與“斷”。

L，單元電感，由兩個電感L₁和L₂串聯(lián)組成，取L₁＝L₂，采用9X12-50MH電感(定制)。

選通單元的簡化等效電路就是一個等效電感L。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的掃描工作模式描述如下：

(1)逐點掃描模式

某行驅(qū)動信號有效，某列驅(qū)動信號有效，行控制信號有效，則選通某單元。依次選通各單元，如

(2)逐行掃描模式

某行驅(qū)動信號有效，全列驅(qū)動信號有效，行控制信號有效，則選通某行。依次選通各行，如

(3)逐列掃描模式

某列驅(qū)動信號有效，全行驅(qū)動信號有效，行控制信號無效，則選通某列。依次選通各列，如

(4)面掃描模式

全列驅(qū)動信號有效，全行驅(qū)動信號有效，行控制信號無效，則選通整個整個面，如

本發(fā)明能夠通過被動式陣列電感線圈實時感知輸電線是否存在，通過結(jié)合多個掃描模式，進一步的感知飛行器相對輸電線的距離信息和位置角度信息，為后續(xù)信號處理電路提供判別依據(jù)。本發(fā)明搭載無人機能夠自動識別輸電線路空間位置，進而為飛行器提供導航、跟蹤、控制信號的空中跟蹤傳感裝置，以實現(xiàn)飛行器的避障、自動跟蹤巡線飛行功能，具有非常廣闊的市場前景。