CN106769241A - 一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机 - Google Patents

一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，主要包括无人机机体、GPS控制器、无人机主控制器、动力系统，还包括大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、摄像头、高度计；大气质量监测装置内按需求安装有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器。本发明不仅可用于环保，还可用于消防、安监等领域，不仅可以飞行，还可以在地面上行走，实现了一机多用；具有响应速度快、应用范围广的优点，在应急抢险方面具有较强优势，为突发污染事件的决策、指挥、现场监测、控制等其他应急管理提供辅助决策。

Description

一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机
技术领域
本发明涉及环境监测设备技术领域，具体是涉及一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机。
背景技术
无人机是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。无人机不但能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务。早期的时候，无人机主要用于军事领域，对于应急抢险等领域尚不成熟，存在一定的使用局限，而且目前的无人飞机对于不同的任务要求和使用条件差别很大，并且大都携带不便，成本较高。
近两年无人机技术已经用在大气采样、城市噪音污染监测、城市光污染监测以及固定污染源烟气排放监测等，例如：公开号为CN104121986A的发明提供了一种基于无人机的城市光污染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光强测试仪和多普勒测距雷达,所述的光强测试仪和多普勒测距雷达连接中央处理器,所述的中央处理器连接空中收发天线；公开号为CN205280697U公开一种高精度便携式大气污染物监测装置，包括AD采样模块、温湿度传感器、GPRS模块、RF模块和控制器，AD采样模块对空气污染物进行采样检测，控制器对采样数据进行分析处理，通过GPRS模块和RF模块与上位机进行通信。本发明支持太阳能电池、锂电池和市电三电源供电；采用了AD7606高速高精度采样芯片，在输入保护、滤波处理、采样通道和采样算法中有优势；配有GPS模块，可准确定位装置所放地点，方便装置在户外寻找。
将无人机应用于环保领域，可以观测空气、土壤、植被和水质状况，也可以实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发展，监测企业工厂的废气与废水排放，寻找污染源，还可以携带催化剂和气象探测设的柔翼无人机在空中进行喷撒，在一定区域内消除雾霾，治理环境污染。例如在天津爆炸事件中，由于不知到火灾现场内有大量的有毒气体，导致进入火灾现场的消防员无辜遇难，如果能够通过先进的设备检测到火灾现场的有毒气体，则完全可以避免这些不必要的伤亡。因此，无人机的应用还可以再扩大，同时运用到环境检测、污染预警、消防安保等，对于这些方面的综合应用还有很大的研究空间和发展前景。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，可以同时进行大气采样、污染预警检测、快速发现危险源，还可以快速检测到高速公路上的危险品泄漏，为突发污染事件的决策、指挥、现场监测、控制等其他应急管理提供辅助决策。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，主要包括无人机机体、GPS控制器、无人机主控制器、动力系统，还包括大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、摄像头、高度计；所述无人机机体上部设有1-4个螺旋桨，无人机机体底部设置有2个或4个着陆轮，所述的大气采样装置、大气质量监测装置位于无人机机体外部，所述GPS控制器、无人机主控制器、动力系统、高度计均位于无人机机体内，所述摄像头位于无人机机体正前端；所述动力系统包括电源部分和电动马达驱动部分，所述大气质量监测装置内按需求安装有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器，所述有毒有害气体预警监测装置位于无人机机体内部并与大气采样装置相连，所述的大气质量监测装置和易燃易爆气体预警监测装置、摄像头及高度计均连接至数据处理装置，所述数据处理装置包括数据采集模块、数据存储模块、无线数据传输模块，所述动力系统、大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、数据处理装置均通过电线相连至所述无人机主控制器上，所述无人机主控制器通过无线通讯连接到地面终端设备，由地面终端设备接收无人机传输过来的数据信息，并对无人机主控制器进行操作控制。
进一步地，在上述方案中，所述的无人机机体为一次性注塑成膜形成壳体和内腔，所述壳体是由防水、耐火、耐腐蚀材料制成，不仅耐用，而且应用范围更广阔。
进一步地，在上述方案中，所述大气采样装置包括采样罐、气流罩、过滤网，所述采样罐包括外罐和内罐，外罐的罐口朝向无人机飞行的方向，气流罩和过滤网位于罐口外侧，内罐上开设有进气口和排气口，进气口位于内罐后方(相对于无人机飞行方向来说)，排气口位于内罐前方，排气口外连接有排气管，内罐上还设有2个采气管，分别为采气管一和采气管二，采气管一连接至有毒有害气体预警监测装置，采气管二连接至气体收集瓶，所述外罐的罐口上设有开关控制阀门，所述开关控制阀门连接至所述无人机主控制器。采样罐通过内罐与外罐结合，可以形成背压，减轻了内罐的气流压力，使采样装置性能更加稳定，工作更加可靠。
进一步地，在上述方案中，所述无人机机体顶部设有4个螺旋桨，所述的4个螺旋桨分别被独立受控的电动马达驱动，用于控制所述无人机的高度和速度，同时控制无人机从初始时刻的移动状态过渡到最终时刻的悬停状态。
进一步地，在上述方案中，所述的着陆轮在飞行状态时可自动向内隐藏，在陆地上工作时自动向外伸出，每个着陆轮可以在水平方向上自由旋转。所述的着陆轮上部连接收放机构、驱动机构、控制机构、传感器、起落架臂和减震机构，所述的收放机构是给框架的前后两块支撑板上分别加工有安装传感器的上、下限位孔，蜗轮、摇臂、蜗杆、上机械限位杆和下机械限位杆安装在框架上，摇臂的一端与蜗轮固连，另一端与减震机构的一端连接，减震机构的另一端与起落架臂上部通过销轴连接，蜗轮、蜗杆之间螺纹配合，蜗杆的一端与驱动部分连接，传感器安装在上、下限位孔内，框架固定安装在无人机机体上承力结构上，起落架臂的上端通过无人机机体上承力转轴与无人机机体连接，起落架臂的下端与着陆轮连接，控制机构通过电缆分别与驱动机构和传感器对接。
进一步地，在上述方案中，所述摄像头为带光源补偿的高清摄像头，可360°全方位旋转。通过摄像头采集影像可以在高空发现爆炸点、着火点等敏感区域，及时传送危险信号及实时监控险情。
进一步地，在上述方案中，所述有毒有害气体预警监测装置能够对有毒有害的气态污染物进行定性和定量检测。为突发污染事件的决策、指挥、现场监测、控制等其他应急管理提供辅助决策，避免不必要的伤亡。
进一步地，在上述方案中，所述无人机还包括运行于手持智能终端的APP，实时接收无人机发回的数据信息并发布后台控制指令，对无人机的运行进行实时操控。
本发明的有益效果是：本发明是针对大气采样、气象监测、污染预警检测、快速发现危险源以及紧急侦察等方面的需求研制而成的一款新型无人机，不仅可用于环保，还可用于消防救援、安监等领域，不仅可以飞行，还可以在地面上行走，用于高速路上危险品泄漏的检测，实现了一机多用；具有实时监测并传输数据、响应速度快、应用范围广的优点，在应急抢险方面具有较强优势，为突发污染事件的决策、指挥、现场监测、控制等其他应急管理提供辅助决策。有着广阔的市场需求，易于推广应用。
附图说明
图1是本发明无人机的结构框图；
图2是本发明无人机上的大气采样装置的结构示意图；
其中，1、采样罐，1a、外罐，1b、内罐，2、气流罩，3、过滤网，4、进气口，5、排气口，6、排气管，7、采气管一，8、采气管二，9、气体收集瓶，A为无人机飞行方向，B为气流方向，C为有毒有害气体预警监测装置。
具体实施方式
一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，主要包括无人机机体、GPS控制器、无人机主控制器、动力系统，还包括大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、摄像头、高度计；无人机机体为一次性注塑成膜形成壳体和内腔，所述壳体是由防水、耐火、耐腐蚀材料制成，不仅耐用，而且应用范围更广阔；无人机机体上部设有1-4个螺旋桨，螺旋桨分别被独立受控的电动马达驱动，用于控制所述无人机的高度和速度，同时控制无人机从初始时刻的移动状态过渡到最终时刻的悬停状态；无人机机体底部设置有2个或4个着陆轮，大气采样装置、大气质量监测装置位于无人机机体外部，GPS控制器、无人机主控制器、动力系统、高度计均位于无人机机体内，摄像头位于无人机机体正前端，摄像头为带光源补偿的高清摄像头，可360°全方位旋转。通过摄像头采集影像可以在高空发现爆炸点、着火点等敏感区域，及时传送危险信号及实时监控险情；动力系统包括电源部分和电动马达驱动部分，大气质量监测装置内按需求安装有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器，有毒有害气体预警监测装置位于无人机机体内部并与大气采样装置相连，有毒有害气体预警监测装置能够对气态污染物进行定性和定量检测，为突发污染事件的决策、指挥、现场监测、控制等其他应急管理提供辅助决策，避免不必要的伤亡；的大气质量监测装置和易燃易爆气体预警监测装置、摄像头及高度计均连接至数据处理装置，数据处理装置包括数据采集模块、数据存储模块、无线数据传输模块，动力系统、大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、数据处理装置均通过电线相连至无人机主控制器上，无人机主控制器通过无线通讯连接到地面终端设备，由地面终端设备接收无人机传输过来的数据信息，并对无人机主控制器进行操作控制。无人机还包括运行于手持智能终端的APP，实时接收无人机发回的数据信息并发布后台控制指令，对无人机的运行进行实时操控。
其中，大气采样装置包括采样罐1、气流罩2、过滤网3，所述采样罐1包括外罐1a和内罐1b，外罐的罐口1c朝向无人机飞行的方向，气流罩2和过滤网3位于罐口1c外侧，内罐1b上开设有进气口4和排气口5，进气口4位于内罐1b后方(相对于无人机飞行方向来说，如图中的箭头A所指方向为无人机前进方向，箭头B所指的方向为气流方向)，排气口5位于内罐1b前方，排气口5外连接有排气管6，内罐1b上还设有2个采气管，分别为采气管一7和采气管二8，采气管一7连接至有毒有害气体预警监测装置C，采气管二8连接至气体收集瓶9，所述外罐1a的罐口1c上设有开关控制阀门，所述开关控制阀门连接至所述无人机主控制器。采样罐通过内罐与外罐结合，可以形成背压，减轻了内罐的气流压力，使采样装置性能更加稳定，工作更加可靠。
着陆轮在飞行状态时可自动向内隐藏，在陆地上工作时自动向外伸出，每个着陆轮可以在水平方向上自由旋转。所述的着陆轮上部连接收放机构、驱动机构、控制机构、传感器、起落架臂和减震机构，所述的收放机构是给框架的前后两块支撑板上分别加工有安装传感器的上、下限位孔，蜗轮、摇臂、蜗杆、上机械限位杆和下机械限位杆安装在框架上，摇臂的一端与蜗轮固连，另一端与减震机构的一端连接，减震机构的另一端与起落架臂上部通过销轴连接，蜗轮、蜗杆之间螺纹配合，蜗杆的一端与驱动部分连接，传感器安装在上、下限位孔内，框架固定安装在无人机机体上承力结构上，起落架臂的上端通过无人机机体上承力转轴与无人机机体连接，起落架臂的下端与着陆轮连接，控制机构通过电缆分别与驱动机构和传感器对接。该无人机不仅可用于环保，还可用于消防、安监等领域，不仅可以飞行，还可以在地面上行走，用于高速路上危险品泄漏的检测，实现了一机多用，在应急抢险方面具有较强优势。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，主要包括无人机机体、GPS控制器、无人机主控制器、动力系统，其特征在于，还包括大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、摄像头、高度计；所述无人机机体上部设有1-4个螺旋桨，无人机机体底部设置有2个或4个着陆轮，所述的大气采样装置、大气质量监测装置位于无人机机体外部，所述GPS控制器、无人机主控制器、动力系统、高度计均位于无人机机体内，所述摄像头位于无人机机体正前端.所述动力系统包括电源部分和电动马达驱动部分，所述大气质量监测装置内按需求安装有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器，所述有毒有害气体预警监测装置位于无人机机体内部并与大气采样装置相连，所述的大气质量监测装置和易燃易爆气体预警监测装置、摄像头及高度计均连接至数据处理装置，所述数据处理装置包括数据处理装置数据采集模块、数据存储模块、无线数据传输模块，所述动力系统、大气采样装置、大气质量监测装置、有毒有害气体预警监测装置、数据处理装置均通过电线相连至所述无人机主控制器上。所述无人机主控制器通过无线通讯连接到地面终端设备，由地面终端设备接收无人机传输过来的数据信息，并对无人机主控制器进行操作控制。
2.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，所述的无人机机体为一次性注塑成膜形成壳体和内腔，所述壳体是由防水、耐火、耐腐蚀材料制成。
3.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，所述大气采样装置包括采样罐(1)、气流罩(2)、过滤网(3)，所述采样罐(1)包括外罐(1a)和内罐(1b)，外罐的罐口(1c)朝向无人机飞行的方向，气流罩(2)和过滤网(3)位于罐口(1c)外侧，内罐(1b)上开设有进气口(4)和排气口(5)，进气口(4)位于内罐(1b)后方(相对于无人机飞行方向来说)，排气口(5)位于内罐(1b)前方，排气口(5)外连接有排气管(6)，内罐(1b)上还设有2个采气管，分别为采气管一(7)和采气管二(8)，采气管一(8)连接至有毒有害气体预警监测装置，采气管二(8)连接至气体收集瓶(9a)，所述外罐(1a)的罐口(1c)上设有开关控制阀门，所述开关控制阀门连接至所述无人机主控制器。
4.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，所述无人机机体顶部设有4个螺旋桨，所述的4个螺旋桨分别被独立受控的电动马达驱动。
5.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，所述的着陆轮在飞行状态时可自动向内隐藏，在陆地上工作时自动向外伸出，每个着陆轮可以在水平方向上自由旋转。
6.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，所述摄像头为带光源补偿的高清摄像头，可360°全方位旋转。
7.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，所述有毒有害气体预警监测装置能够对有毒有害的气态污染物进行定性和定量检测。
8.如权利要求1所述的一种用于大气采样检测及有毒有害气体预警监测的无人机，其特征在于，还包括运行于手持智能终端的APP，实时接收无人机发回的数据信息并发布后台控制指令，对无人机的运行进行实时操控。
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