CN104406628A - 一种高空空气质量监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高空空气质量监测装置，属于环境监测技术领域。它包括具有进风口的气囊和箱体以及遥控器，箱体的一侧壁为可开闭结构，箱体和气囊通过拉绳相连，箱体顶面上固定有朝向进风口的喷火器，箱体内部通过隔板被分隔成上中下三层，在箱体上层固定有燃料罐，箱体中层设有蓄电池，箱体中层的四个侧壁上开有通风口且在通风口处设有风扇，箱体下层固定有高度传感器、温度传感器、湿度传感器、PM2.5检测仪以及控制电路板，控制电路板上设有控制能喷火器和四个风扇作动的驱动电路以及信号收发器一；遥控器包括信号收发器二、水平移动按钮、升降按钮和显示屏。各种传感器将采集到的数据通过信号收发器一无线传递到遥控器上，再显示到显示屏上。

Description

一种高空空气质量监测装置

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及一种高空空气质量监测装置。

背景技术

空气质量越来越受到人们的关注，而且全球的空气质量正在逐步降低。有报告显示，中国最大的500个城市中，只有不到1％的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，2013年的北京，仅有5天不是雾霾天。与此同时，世界上空气污染最严重的10个城市有7个在中国。

在中国东部、印度北部和欧洲，工业革命带来的城市化导致空气中的细颗粒物大大增加，并对人们的健康造成了很大的影响。在这些人口稠密、空气污染严重的地区，人为造成的空气污染导致每年每平方公里超过1000人过早死亡。PM2.5、空气质量指数正在渐渐被人们熟悉和重视，治理空气环境刻不容缓，人们也发明了各种空气环境监测装置和提出了多种空气环境治理方案。

如申请号为201410375605.9的中国发明专利申请，提供了一种基于无人机的空气质量监测装置及监测方法。该发明包括空中飞行模块和与空中飞行模块进行通信的地面控制模块，其特征是：所述的空中飞行模块上设置有空气检测传感器模块和GPS定位模块，所述的空气检测传感器模块和GPS定位模块通过模数转换模块连接数据存储装置。本发明能够对环境质量进行全面的数据采集和监控，提供更加科学合理的评价依据，并且成本低，使用方便。控制无人机进行巡回取样监测，无人机在空中飞行的过程中空气检测传感器模块根据飞行路线按照栅格点取样的方式采集空气中的各种挥发气体的含量，并将检测的数据发送到存储器中进行存储，同时GPS定位模块定位取样点的地理位置，并在控制器中将取样点的位置和检测到的数据对应起来，为环境监测提供依据。

但是这种监测装置采用无人机为载体，无人机在空中是一直处于飞行状态，不能长期定点监测，而且无人机消耗动力大，飞行高度低，飞行时间短，只能短暂地检测；而且无人机受自然环境影响大，刮风雨雪天气就不能飞行。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种高空空气质量监测装置，可长期定点监测高空中某个固定位置的环境状况，耗能少，工作时间长，准确性高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高空空气质量监测装置，其特征在于，它包括呈球体的气囊、呈长方体的箱体和位于地面上的遥控器，所述箱体的一侧壁为可开闭结构，所述箱体和气囊通过四至八根拉绳相连，所述气囊具有进风口，所述箱体的外顶面上固定有朝向进风口的喷火器，所述箱体内部通过隔板被分隔成上中下三层，所述箱体的外底部设有四只支撑脚；在箱体上层固定有燃料罐，所述燃料罐与箱体外顶面上的喷火器通过供气管道相连；所述箱体中层设有蓄电池，所述箱体中层的四个侧壁上开有通风口且在通风口处设有风扇，所述蓄电池与风扇通过电缆相联；所述箱体下层固定有可监测箱体高度的高度传感器、可监测外部大气温度的温度传感器、可监测外部大气湿度的湿度传感器、可监测外部大气单位体积内细颗粒物含量的PM2.5检测仪以及控制电路板，所述控制电路板上设有能控制喷火器和四个风扇动作的驱动电路以及信号收发器一；所述遥控器包括信号收发器二、水平移动按钮、升降按钮和显示屏，所述高度传感器、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5检测仪将所采集的数据适时输送至信号收发器一，信号收发器一将所采集的信息以无线方式传递给遥控器上的信号收发器二，信号收发器二将所测得的数据在显示屏上进行显示，信号收发器二将所采集的动作信息以无线方式传递给箱体上的信号收发器一，信号收发器一将驱动信号反馈给驱动电路，驱动电路控制喷火器或者风扇动作。

喷火器朝气囊的进气口喷火，加热气囊内部气体，与热气球同一个原理，通过气囊上升带动箱体升空。燃料罐对喷火器提供可燃性气体，使喷火器可长时间喷火。箱体的四只支撑脚在降落或升空时，方便箱体平稳立在地面上。箱体中层四侧设有朝外送风的风扇，启动其中一个风扇，对箱体产生水平推力，使箱体在空中可以调整水平位置，遥控器上的四个方向的水平移动按钮分别一一对应地控制四个风扇。风扇通过蓄电池供电，控制电路板也由蓄电池供电。地面上的遥控器通过信号收发器二发出指令，信号收发器二与信号收发器一无线传递信号，控制电路板根据收发器一接收到的信号，控制风扇及喷火器的动作。高度传感器、湿度传感器、温度传感器和PM2.5检测仪将高空中实时采集到的数据反馈到控制电路板，再由信号收发器一将信号无线传递到遥控器上的信号收发器二，直接将数据显示在遥控器的显示屏上。通过风扇可以调整本装置所处的经纬度，通过喷火器可以调整本装置所处的高度，湿度、温度、高度及PM2.5数值可实时显示在遥控器的显示器上。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述箱体的下方系有绳索，所述绳索一端连接有平衡块。高空中气流较大，横风容易将箱体吹偏斜，导致箱体不停摆动，在箱体下方系平衡块，平衡块为铁质的圆锥形，可以防止箱体因气流摆动，保持竖直状态。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述燃料罐内的燃料是丙烷或液化气。丙烷和液化气密度小，使燃料罐携带的燃料较多，使喷火器更长时间作业，那么本装置也可有更长时间呆在高空中。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述箱体的上层外侧面固定有太阳能板，所述太阳能板可对蓄电池充电。设置太阳能板后，将太阳能转化为电能，可对蓄电池充电，蓄电池供电能力大大提高，风扇和控制电路板都需要蓄电池供电才可正常运行。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述太阳能板为长方形且具有四块，分别固定在箱体四周。四块太阳能板位于箱体四周，不管箱体朝向何方，都可以很好地受到太阳的光照。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述箱体下层还可设有用来经纬度定位的GPS定位器。经纬度数值可实时显示在遥控器的显示器上，当肉眼无法看到本装置时，可以以经纬度数值为依据来控制遥控器调整位置；而且在箱体由于燃料不足或蓄电池电力不足而无法准确控制降落点时，如果视野范围内无法得知其具体位置，可通过GPS定位器搜寻回来。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述箱体下层还设有二氧化氮检测仪、二氧化硫检测仪、一氧化碳检测仪、臭氧检测仪、甲醛检测仪中的一个或多个。

二氧化氮检测仪，是一款连续检测二氧化氮气体浓度的本质安全型设备，可精确检测出二氧化氮气体的浓度值。

臭氧检测仪就是采用紫外线吸收法的原理，用稳定的紫外灯光源产生紫外线，用光波过滤器过滤掉其它波长紫外光，只允许波长253.7nm通过。经过样品光电传感器，再经过臭氧吸收池后，到达采样光电传感器。通过样品光电传感器和采样光电传感器电信号比较，再经过数学模型的计算，就能得出臭氧浓度大小。

甲醛检测仪实现了现场对室内空气中甲醛快速实现半定量、特点结构简洁、体积小、便于携带使用和直观的。可广泛适合于居室、室内、居住区、公共场所、生活场所和厂矿车间空气中甲醛的现场定量定性检测。

二氧化硫检测仪和一氧化碳检测仪主要是检测工业排放的废气是否超标，可以驱动本装置上升到工厂烟囱的上空，在企业不知情的情况下突击检查。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述蓄电池外包有防水的塑料袋。遇到雷雨天气，由于箱体中层风扇的缘故，雨水可能从风扇的叶片之间的空隙进入到箱体中，浸泡到蓄电池。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述箱体中层的侧面底部开有半圆形的泄水口。方便将箱体中积累的雨水从泄水口排出，降低气囊的负担。

在上述的高空空气质量监测装置中，所述位于箱体中层与下层之间的隔板侧壁的四周上固定有橡胶材料制成的密封条。密封条隔绝中层与下层之间的缝隙，防止雨水渗漏到箱体下层，避免控制电路板浸水而损坏。

与现有技术相比，本高空空气质量监测装置具有以下优点：

1.本发明体积小，重量轻，造价低，适用于10千米以内的高空，适用范围广，可用于各个高楼大厦之间、工业厂区上空的空气质量监测；

2.具有遥控功能，高空设备和地面设备可实时同步；

3.箱体内空间大，可以挂载多种不同的检测设备；

4.系有平衡块，飞行性能稳定，降落时平稳，不受恶劣环境影响，可在定点高度停留；

5.通过太阳能板对蓄电池充电，没有燃料了还可以依靠气囊缓慢下降，续航能力强，作业时间长。

6.具有塑料袋和密封条，防水性能强，不惧怕雨天。

附图说明

图1是本监测装置空中部分的结构示意图。

图2是箱体结构示意图。

图3是本监测装置遥控器的结构示意图。

图4是本监测装置的原理图。

图中，1、气囊；2、箱体；3、喷火器；4、支撑脚；5、燃料罐；6、蓄电池；7、风扇；8、高度传感器；9、温度传感器；10、湿度传感器；11、PM2.5检测仪；12、控制电路板；13、信号收发器一；14、遥控器；15、信号收发器二；16、水平移动按钮；17、升降按钮；18、显示屏；19、平衡块；20、太阳能板；21、泄水口；22、密封条；23、隔板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本高空空气质量监测装置包括呈球体的气囊1、呈长方体的箱体2和位于地面上的遥控器14，箱体2的一侧壁为可开闭结构。箱体2和气囊1通过4-8根拉绳相连，气囊1具有进风口，箱体2的外顶面上固定有朝向进风口的喷火器3。箱体2的下方系有绳索，绳索一端连接有平衡块19。

如图2所示，箱体2内部通过隔板23被分隔成上中下三层，箱体2的外底部设有四只支撑脚4；在箱体2上层固定有燃料罐5，燃料罐5与箱体2外顶面上的喷火器3通过供气管道相连。燃料罐5内的燃料是丙烷或液化气。箱体2的上层外侧面固定有太阳能板20，太阳能板20为长方形且具有四块，分别固定在箱体2四周。

箱体2中层设有蓄电池6，箱体2中层的四个侧壁上开有通风口且在通风口处设有风扇7，蓄电池6与风扇7通过电缆相联。蓄电池6外包裹有防水的塑料袋，太阳能板20可对蓄电池6充电。

箱体2下层固定有可监测箱体2高度的高度传感器8、可监测外部大气温度的温度传感器9、可监测外部大气湿度的湿度传感器10、可监测外部大气单位体积内细颗粒物含量的PM2.5检测仪11以及控制电路板12，控制电路板12上设有能控制喷火器3和四个风扇7动作的驱动电路以及信号收发器一13。

箱体2中层的侧面底部开有半圆形的泄水口21，位于箱体2中层与下层之间的隔板23侧壁的四周上固定有橡胶材料制成的密封条22。方便将箱体2中积累的雨水从泄水口21排出，密封条22防止中层的雨水渗透到下层。

如图3、图4所示，遥控器14包括信号收发器二15、水平移动按钮16、升降按钮17和显示屏18，高度传感器8、温度传感器9、湿度传感器10以及PM2.5检测仪11将所采集的数据适时输送至信号收发器一13，信号收发器一13将所采集的信息以无线方式传递给遥控器14上的信号收发器二15，信号收发器二15将所测得的数据在显示屏18上进行显示，信号收发器二15将所采集的动作信息以无线方式传递给箱体2上的信号收发器一13，信号收发器一13将驱动信号反馈给驱动电路，驱动电路控制喷火器3或者风扇7动作。

箱体2下层还可设有二氧化氮检测仪、二氧化硫检测仪、一氧化碳检测仪、臭氧检测仪、甲醛检测仪、用来经纬度定位的GPS定位器。可根据箱体2下层的空间大小摆放上述检测仪器，使本监测装置的功能多样化。

高度传感器8、湿度传感器10、温度传感器9和PM2.5检测仪11将高空中实时采集到的数据反馈到控制电路板12，再由信号收发器一13将信号无线传递到遥控器14上的信号收发器二15，直接将数据显示在遥控器14的显示屏18上。在遥控器14的显示器中可以实时看到所测得的数值及数值变化曲线，使用方便，而且观察更为直观。

通过风扇7可以调整本装置所处的经纬度，通过喷火器3可以调整本装置所处的高度，湿度、温度、高度及PM2.5数值可实时显示在遥控器14的显示屏18上。此外，喷火器3、风扇7的启闭按钮也设置在遥控器14上，都可以通过无线方式将动作指令通过模拟信号传达给箱体2内的信号收发器一13。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种高空空气质量监测装置，其特征在于，它包括呈球体的气囊和呈长方体的箱体和位于地面上的遥控器，所述箱体的一侧壁为可开闭结构，所述箱体和气囊通过四至八根拉绳相连，所述气囊具有进风口，所述箱体的外顶面上固定有朝向进风口的喷火器，所述箱体内部通过隔板被分隔成上中下三层，所述箱体的外底部设有四只支撑脚；在箱体上层固定有燃料罐，所述燃料罐与箱体外顶面上的喷火器通过供气管道相连；所述箱体中层设有蓄电池，所述箱体中层的四个侧壁上开有通风口且在通风口处设有风扇，所述蓄电池与风扇通过电缆相联；所述箱体下层固定有可监测箱体高度的高度传感器、可监测外部大气温度的温度传感器、可监测外部大气湿度的湿度传感器、可监测外部大气单位体积内细颗粒物含量的PM2.5检测仪以及控制电路板，所述控制电路板上设有能控制喷火器和四个风扇动作的驱动电路以及信号收发器一；所述遥控器包括信号收发器二、水平移动按钮、升降按钮和显示屏，所述高度传感器、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5检测仪将所采集的数据适时输送至信号收发器一，信号收发器一将所采集的信息以无线方式传递给遥控器上的信号收发器二，信号收发器二将所测得的数据在显示屏上进行显示，信号收发器二将所采集的动作信息以无线方式传递给箱体上的信号收发器一，信号收发器一将驱动信号反馈给驱动电路，驱动电路控制喷火器或者风扇动作。

2.根据权利要求1所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述箱体的下方系有绳索，所述绳索一端连接有平衡块。

3.根据权利要求2所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述燃料罐内的燃料是丙烷或液化气。

4.根据权利要求3所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述箱体的上层外侧面固定有太阳能板，所述太阳能板可对蓄电池充电。

5.根据权利要求4所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述太阳能板为长方形且具有四块，分别固定在箱体四周。

6.根据权利要求5所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述箱体下层还可设有用来经纬度定位的GPS定位器。

7.根据权利要求6所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述箱体下层还设有二氧化氮检测仪、二氧化硫检测仪、一氧化碳检测仪、臭氧检测仪、甲醛检测仪中的一个或多个。

8.根据权利要求7所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述蓄电池外包有防水的塑料袋。

9.根据权利要求8所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述箱体中层的侧面底部开有半圆形的泄水口。

10.根据权利要求9所述的高空空气质量监测装置，其特征在于，所述位于箱体中层与下层之间的隔板侧壁的四周上固定有橡胶材料制成的密封条。