直升机时间域电磁系统吊舱振动噪声分析与仿真测试研究

【摘要】直升机时间域电磁法(Helicopter-borneTime-domainElectromagneticMethod,HTEM)是一种以直升机作为载体，并在飞行过程中完成勘探的资源探测方法，与其他航空电磁法相比具有快速、机动、灵活的特点，适用于复杂地形地区的资源勘探，目前国外已经将此方法广泛应用于矿产资源探测、水资源探测、地质填图及环境监测等领域，取得了一系列成果。直升机时间域电磁法与传统地面时间域电磁法探测原理相同，通过观测二次场衰减曲线判别地下地质体构造，数据信噪比低，容易受到外部环境噪声影响。其中运动噪声由于运动状态的随机性大，传统的滤除方法大多局限于软件上的噪声滤波处理，具有较强的人为干预数据因素，影响数据的可靠性，探索从运动噪声的来源上评价运动噪声的影响，对从本质上消除运动噪声具有重要的意义。本文在介绍直升机时间域电磁探测原理及振动测量方法的基础上，提出了针对吊舱振动引起电磁感应噪声电压进行仿真及直升机时间域电磁探测系统吊舱振动测试装置设计的研究内容。以下对主要研究内容进行介绍。在分析运动噪声来源的基础上，基于ANSYSWorkbench对吊舱机械结构振动情况进行了仿真研究，通过对吊舱机械结构的模态分析，给出了吊舱机械振动分布位置，分析了不同频率下的吊舱振动剧烈点位置变化趋势；提出了加速度传感器固定位置选择方案。基于ANSYSMaxwell对振动导致的吊舱姿态变化引起噪声电压进行了仿真研究，拟合出了发射线圈与接收线圈由于振动导致姿态变化出现收发呈某一夹角、收发平行不共面时的互感变化曲线，推导了互感变化引入感应电压噪声的公式；分析了接收线圈在地磁场中摆动引入噪声电压的函数关系；对吊舱结构多个振动点进行分解，推导出了单个振动点引起发射线圈在接收线圈平面内投影面积变化计算公式，为进一步研究投影面积变化值与接收线圈感应噪声电压的关系打下基础。采用三轴向加速度传感器，基于NICompactDAQ9139独立式机箱与NI9239采集卡设计了直升机时间域航空电磁探测系统的吊舱振动测试装置，以采集GPS秒脉冲和发射电流波形作为双同步方案，设计了供电电源转换电路，采用软件状态机的方式作为装置LabVIEW程序的心脏，实现了多任务采集工作模式，采集数据以二进制格式保存，具有多通道、大存储量、同步采集特点，性能指标满足直升机时间域电磁探测系统吊舱振动测试需要。制作了吊舱模型装置，搭建了实验室模拟实验平台，分析了通过三轴向加速度传感器求取初始状态倾角值的方法。介绍了小波分析去噪的原理，对加速度信号进行小波分析结果表明处理方法可靠。设计了三组实验，使用振动测试装置对吊舱结构振动情况测试结果表明：振动测试装置工作可靠，实测结果与仿真分析结果一致，对于指导后续航空运动噪声研究具有一定的参考价值。
【作者】吴勇；
【导师】林君；刘长胜；
【作者基本信息】吉林大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】直升机时间域电磁法；运动噪声；加速度传感器；仿真分析；振动测量；

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