CN107389385A - 高空气体检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高空气体检测系统及检测方法。所述检测系统包括移动平台、环境气体收集通道、多个气体感应器及气体流量控制器。所述移动平台包括罩体。所述环境气体收集通道包括依次贯通设置的气体入口、收容腔及气体出口。所述气体入口及所述气体出口分设于设于所述罩体二相对端，所述收容腔由所述罩体围成，并贯通所述气体入口及所述气体出口，所述感应器收容于所述环境气体收集通道的收容腔，所述气体流量控制器控制所述环境气体收集通道内所采集气体的流量并保证所述环境气体收集通道内的气体得到及时更新。所述高空气体检测系统及方法对周边环境气体参数分布实时精确检测，且所述传感器免于受外部环境干扰，提高检测精度，延长寿命。

Description

高空气体检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种应用无人机移动平台的环境气体检测系统及其检测方法。

背景技术

无人机即无人驾驶飞机(UnmannedAerialVehicle)简称UAV。它自20世纪初诞生以来，至今已有80多年历史。特别是在电子和航空技术飞速发展的推动下，无人机的发展受到了各国的重视。

现有技术中有以环境检测车、环境检测船和便携式环境检测设备为主构成的环境监控体系及其检测方法存在如下技术缺陷：

技术缺陷一：复杂地形条件下，难以到达；

技术缺陷二：响应速度不高，监控范围有限的问题；及

技术缺陷三：无法实时动态跟踪检测周边环境气体参数的问题。

在特定环境空间内，通过在无人机上搭载气体检测设备和气象参数检测设备，在低空快速飞行过程中，掌握污染物浓度分布情况，能够有效弥补现有环境监体系的不足，极大的提升环境应急响应速度。上述方案虽然解决了主动跟踪检测周边环境气体参数的技术问题，然而，因为无人机系统的旋翼工作时，会对周边的环境气体进行排流，通过对气体的排流实现上升或者下降，在该过程中，无人机的旋翼会对周边环境造成涡流，所以上述技术方案仍然存在如下技术缺陷：旋翼改变检测环境中的气体属性分布，导致检测结果不精确。

因此，有必要提供一种能够实时精确主动跟踪检测周边环境气体参数的高空气体检测系统及其检测方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种能够主动实时动态跟踪并检测周边环境气体的高空气体检测系统。

同时还提供一种采用所述高空气体检测系统的气体检测方法。

本发明提供一种高空气体检测系统，包括移动平台、环境气体收集通道、多个气体感应器及气体流量控制器，所述移动平台包括罩体，所述环境气体收集通道包括依次贯通设置的气体入口、收容腔及气体出口，所述气体入口及所述气体出口分设于所述罩体二相对端，所述收容腔由所述罩体围成，并贯通所述气体入口及所述气体出口，所述感应器收容于所述环境气体收集通道的收容腔，所述气体流量控制器控制所述环境气体收集通道内所采集气体的流量与外部环境气体流量分布一致。

优选的，所述气体入口是形成于所述罩体端部的开口，所述气体入口的数量是多个。

优选的，还包括滤网，所述滤网设于所述气体入口处及所述气体出口处。

优选的，还包括气体流量控制模块，所述气体流量控制模块设于所述气体出口处。

优选的，所述气体流量控制模块包括设于所述气体出口侧的排气风扇和气体流量检测器。

优选的，所述移动平台还包括机身，所述罩体盖设于所述机身，所述环境气体收集通道设于所述罩体与所述机身之间，并贯穿所述移动平台的首尾。

一种采用高空气体检测系统的气体检测方法，所述检测系统包括移动平台、环境气体收集通道、多个气体感应器及气体流量控制器，其检测方法包括如下步骤：

确定检测区域；

提供指令驱动所述移动平台沿设定轨迹移动；

所述环境气体收集通道采集当前环境气体样本；

所述气体感应器侦测环境气体样本的参数，并储存侦测结果；

所述气体流量控制器检测所述环境气体收集通道的气体流量，并根据检测结果对应调整所述气体流量控制器的工作状态，以使得采集当前环境气体样本与当前环境的气体参数相一致。

优选的，所述气体流量控制器包括气体流量检测器，所述气体流量检测器临近所述气体出口设置，当所述气体流量检测器检测到所述环境气体收集通道的气体更新率过低，导致所述环境气体收集通道的气体与当前环境的实际气体不一致时，所述气体流量控制器加大所述环境气体收集通道的气体流速，使所述环境气体收集通道的气体与当前环境得实际气体保持一致。

优选的，所述气体流量控制器包括气流检测器，当所述环境气体收集通道的气体更新率过低，导致所述环境气体收集通道的气体与当前环境的实际气体不一致时，所述气体流量控制器加大所述环境气体收集通道的气体流速，使所述环境气体收集通道的气体与当前环境得实际气体保持一致。

优选的，当所述移动平台飞行时，所述气体流量控制器恒定功率或恒定电压工作。

与相关技术相比，本发明提供的高空气体检测系统的罩体设置相互贯通的气体入口和气体出口，通过该气体入口实时收集周边环境中的气体，同时将所述环境气体检测模块设于所述收容腔内，避免所述环境气体检测模块裸露于露天环境中，使得所述待检测气体免于受移动平台的旋翼影响，所述环境气体检测模块检测的气体处于相对稳定的环境中，提高检测精度。

另一方面，增加设置气体流量控制模块，通过提供控制信号控制所述环境气体收集通道内所收集的待检测气体的实时更新，有效保障所述移动平台在移动过程中对周边环境气体参数的实时检测，当所述移动平台处于移动过程中，所述环境气体收集通道内所收集的待检测气体不受移动平台的气体流量影响。

附图说明

图1是本发明一种高空气体检测系统的结构框图；

图2是图1所示高空气体检测系统的立体组装结构俯视图；

图3是图2所示高空气体检测系统的立体分解示意图；

图4是图2所示高空气体检测系统的另一角度结构示意图；

图5是沿图2所示V-V线的剖视图；

图6是气体流量控制模块控制环境气体收集通道气体更新的一种控制方法；及

图7是气体流量控制模块控制环境气体收集通道气体更新的另一种控制方法。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明一种高空气体检测系统的结构框图。所述高空气体检测系统10包括移动平台11、环境气体收集通道13、环境气体检测模块15、气体流量控制模块16及环境气体分析模块17。所述移动平台11承载所述环境气体收集通道13、环境气体检测模块15、气体流量控制模块16及环境气体分析模块17，并实现与所述环境气体收集通道13、环境气体检测模块15及环境气体分析模块17相对目标环境的同步移动。

所述移动平台11沿设定轨迹跟踪标的空间环境气体。所述环境气体收集通道13收集标的空间环境的气体样本。所述环境气体检测模块15对所述环境气体收集通道13收集的待检测气体样本进行检测。所述气体流量控制模块16控制所述环境气体收集通道13内收集的待检测气体的更新。所述环境气体分析模块17针对所述环境气体检测模块15的检测结果进行分析并反馈。

所述移动平台11是一种高空自主跟踪机构，在本实施方式中，所述移动平台11是无人机。当然，作为上述实施方式的进一步改进，所述移动平台11不仅仅局限于无人机，其还可以是漂浮式移动气球、悬浮式探测球等。本发明以无人机为例对高空气体检测系统进行描述。

再请结合参阅图2、图3及图4，其中图2是图1所示移动平台的组装结构俯视图，图3所示移动平台的立体分解结构示意图，图4是图3所示移动平台的另一角度立体分解结构示意图。所述移动平台11包括机身111、罩体113及多旋翼115。所述罩体113盖设于所述机身111表面，所述多旋翼115环绕所述机身111设置。所述罩体113中间区域与所述机身111之间间隔设置，二者之间围成所述环境气体收集通道13。

所述罩体113包括相对设置的第一开口1131、第二开口1133及第三开口1135。所述第一开口1131及所述第二开口1133间隔设于所述罩体113的一端，所述第三开口1135设于所述罩体113的另一端。所述第一开口1131、第二开口1133分别设于所述罩体113的上侧和下侧。所述第一开口1131、所述第二开口1133及第三开口1135均贯通所述罩体113所包围的空间与外界环境。

所述多旋翼115在工作过程中产生升力和拉力双重作用，进而控制所述移动平台11在三维空间内按照设定的方向移动。

请参阅图5，是沿图2所示V-V线的侧面剖视图。所述环境气体收集通道13用以对周边环境的气体进行收集取样。所述环境气体收集通道13包括气体入口131、收容腔133、气体出口135及滤网，如图5中箭头走向所指。所述气体入口131是所述罩体113的第一开口1131及第二开口1133。所述收容腔133连接所述气体入口131及所述气体出口135。所述收容腔133通过所述气体入口131及所述气体出口135与外界环境相贯通。所述滤网分设于所述气体入口113及所述气体出口135的开口处。所述滤网对经过所述环境气体收集通道13的气体进行过滤处理。

请再次参阅图1，所述环境气体检测模块15包括颗粒物检测模块151、气体检测模块153及气象参数检测模块155。所述颗粒物检测模块151包括PM2.5传感器、PM1.0和或PM10传感器。所述气体检测模块153包括硫化氢传感器、一氧化氮传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器及氨气传感器中的任意一种或者多种。

所述气象参数检测模块155包括温度传感器、湿度传感器及压力传感器中的任意一种或者多种。

所述气体流量控制模块16设于所述环境气体收集通道13的气体出口135侧。具体而言，所述气体流量控制模块16包括一排气风扇。提供控制信号，控制所述排气风扇的工作状态以实现对所述环境气体收集通道13内收容气体样本的更新。所述气体流量控制模块16的工作状态与所述移动平台11的飞行状态、环境气体的稳定性、所述环境气体收集通道13内气体的流量等相关。接下来通过具体实施例描述所述气体流量控制模块16的工作流程和控制方法。

实施例一

请参阅图6，是所述气体流量控制模块16控制方法的其中一种实施例，所述气体流量控制模块16包括气体流量检测器和排气风扇，其控制方法包括如下步骤：

步骤S11，所述移动平台11悬停，所述环境气体收集通道13内收容当前环境气体样本；

步骤S12，所述环境气体检测模块15对应检测当前环境气体收集通道13内的气体参数；

步骤S13，所述气体流量检测器检测所述环境气体收集通道13的气体出口处的气体流量；

步骤S14，根据气体流量检测器检测结果提供驱动信号驱动所述气体流量控制模块16按照设定的功率持续工作，以使得所述环境气体收集通道13内的气体更新；

步骤S15，当检测到所述环境气体收集通道13内气体更新，则所述环境气体检测模块15再次对更新后的气体参数样本进行检测。

步骤S16，重复步骤S12至步骤S15。

在本实施方式中，所述移动平台11处于悬停状态，则所述气体流量控制模块16以设定效率工作，使得所述环境气体收集通道13内气体持续更新，且与环境气体参数分布一致。同时，所述环境气体检测模块15每检测一次，所述环境气体收集通道13至少完成一次换气，并存储该检测结果反馈至所述环境气体分析模块17。

实施例二

请参阅图7，是所述气体流量控制模块16控制方法的另一种实施例，所述气体流量控制模块16包括气流检测器和排气风扇，其控制方法包括如下步骤：

步骤S21，提供控制信号驱动所述移动平台11在待检测环境空间移动，所述环境气体收集通道13内收集待检测气体样本，所述环境气体检测模块15对待检测气体样本做周期性检测；

步骤S22，提供控制信号控制所述气体流量控制模块16处于第一工作状态；

步骤S23，所述气流检测器检测所述环境气体收集通道13内气体流量，从而计算出在一段时间内所述环境气体收集通道13的实际气体更新率。根据所述环境气体检测模块15的采样间隔计算所述环境气体收集通道13的目标气体更新率，并与所述实际气体更新率进行比较。当所述实际气体更新率大于所述目标气体更新率时，所述气体流量控制模块16切换至第三工作状态降低工作效率，以降低所述环境气体收集通道13内气体更换与节省电能；当所述实际气体更新率小于目标气体更新率时，所述气体流量控制模块16切换至第二工作状态提高工作效率，以加速所述环境气体收集通道13内气体更换。并与环境气体压力进行比较，当所述环境气体收集通道13内气体流量小于外部环境气体流量，则所述气体流量控制模块16切换至第二工作状态提高工作效率，以加速所述环境气体收集通道13内气体更换；当所述环境气体收集通道13内气体流量大于外部环境气体流量，则所述气体流量控制模块16切换至第三工作状态降低工作效率，以降低所述环境气体收集通道13内气体更换；当所述环境气体收集通道13内气体流量等于外部环境气体流量，则所述气体流量控制模块16维持工作效率不变，以维持所述环境气体收集通道13内气体持续更新。

在本实施方式中，所述气体流量控制模块16动态调整工作状态，以保障所述环境气体收集通道13内气体持续更新，并与所述移动平台11所在环境的气体参数分布趋于一致，同时所述环境气体检测模块15周期性对收集于所述环境气体收集通道13内气体参数分布周期性检测，该周期设定为8秒。

在上述实施方式中，所述环境气体收集通道13内气体通过所述气体流量控制模块16实现持续更新，同时与移动平台当前所处位置的周边环境气体参数分布趋于一致，对应的，所述环境气体检测模块15对存在于所述环境气体收集通道13内气体的检测结果与周边环境中的实际结果一致，如此保证所述高空气体检测系统10检测结果精确客观。

所述环境气体分析模块17接收来自所述环境气体检测模块15的检测结果，并根据检测结果对应产生反馈信号。具体而言，所述环境气体分析模块17内预存标准参数值，当所述环境气体分析模块17接收来自所述环境气体检测模块15的检测结果后，将实际结果与预设的标准参数值进行对比，如果实际检测结果值大于标准参数值，则所述环境气体分析模块17对应输出不合格信号，并通过无线传输方式传输至地面站或者远程服务器；如果实际检测结果值小于等于标准参数值，则所述环境气体分析模块17对应输出合格信号，并通过无线传输方式传输至地面站或者远程服务器；在该过程中，所述环境气体分析模块17反馈的输入信号可以是具体的参数值，也可以是经过转换后的数字信号。

在本实施方式的高空气体检测系统10中，于所述罩体113的两端分别设置气体入口131和气体出口135，使得当所述罩体113安装于所述移动平台11时，在所诉罩体113和机身111之间围成由所述气体入口131、收容腔133及气体出口135依次贯通的环境气体收容通道13。通过所述环境气体收容通道13随所述移动平台11在设定的三维空间内移动，实时采集待检测区域的环境气体于所述收容腔133内。

同时，由于设置所述环境气体检测模块15于所述收容腔133内，所述罩体113盖设收容所述环境气体检测模块15，使得所述环境气体检测模块15免于裸露在露天环境中，有效保护所述环境气体检测模块15。另一方面，设置所述环境气体检测模块15于所述收容腔133内，所述环境气体检测模块15直接与所述收容腔133内待检测的环境气体直接接触，且该部分气体不受外界风力影响、旋翼引起的涡流影响，即所述待测气体的参数与周边环境的气体参数分布趋于一致，保障所述环境气体检测模块15的检测结果精确表达周边环境的气体参数，提高检测精度。

相较于现有技术，在本发明的高空气体检测系统10中，于所述罩体113设置气体入口131和气体出口135，由此在所述罩体113和所述机身111之间形成与外部环境相贯通的环境气体收集通道13，使得所述环境气体收集通道13内收容的气体与标的环境的气体趋于一致；

同时，设置所述环境气体检测模块15于该通道内，实时检测收容于所述环境气体收集通道13内的气体参数，保障所述环境气体检测模块15的检测结果与周边环境的气体参数相一致，提高检测精度，避免旋翼等周边部件及客观因素对气体参数分布造成的影响。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高空气体检测系统，包括：

移动平台，包括罩体；

环境气体收集通道，包括依次贯通设置的气体入口、收容腔及气体出口；

多个气体感应器，及

气体流量控制器，其特征在于，所述气体入口及所述气体出口分设于设于所述罩体二相对端，所述收容腔由所述罩体围成，并贯通所述气体入口及所述气体出口，所述感应器收容于所述环境气体收集通道的收容腔，所述气体流量控制器控制所述环境气体收集通道内气体实时更新，并与环境气体参数分布一致。

2.根据权利要求1所述的高空气体检测系统，其特征在于，所述气体入口是形成于所述罩体端部的开口，所述气体入口的数量是多个。

3.根据权利要求2所述的高空气体检测系统，其特征在于，还包括滤网，所述滤网设于所述气体入口处及所述气体出口处。

4.根据权利要求1所述的高空气体检测系统，其特征在于，还包括气体流量控制模块，所述气体流量控制模块设于所述气体出口侧。

5.根据权利要求4所述的高空气体检测系统，其特征在于，所述气体流量控制模块包括设于所述气体出口侧的排气风扇和气体流量检测器。

6.根据权利要求1所述的高空气体检测系统，其特征在于，所述移动平台还包括机身，所述罩体盖设于所述机身，所述环境气体收集通道设于所述罩体与所述机身之间，并贯穿所述移动平台的首尾。

7.采用如权利要求1-6中任意一项所述高空气体检测系统的气体检测方法，其包括如下步骤：

确定检测区域；

提供指令驱动所述移动平台沿设定轨迹移动；

所述环境气体收集通道采集当前环境气体参数样本；

所述气体感应器侦测环境气体样本的参数，并储存侦测结果；

所述气体流量控制器检测所述环境气体收集通道的气体流量，并根据检测结果对应调整所述气体流量控制器的工作状态，以使得采集当前环境气体样本参数与当前环境的实际气体参数相一致。

8.根据权利要求7所述的气体检测方法，其特征在于，所述气体流量控制器包括气体流量检测器，所述气体流量检测器临近所述气体出口设置，当所述气体流量检测器检测到所述环境气体收集通道的气体更新率过低，导致所述环境气体收集通道的气体与当前环境的实际气体不一致时，所述气体流量控制器加大所述环境气体收集通道的气体流速，使所述环境气体收集通道的气体与当前环境得实际气体保持一致。

9.根据权利要求7所述的气体检测方法，其特征在于，所述气体流量控制器包括气流检测器，当所述环境气体收集通道的气体更新率过低，导致所述环境气体收集通道的气体与当前环境的实际气体不一致时，所述气体流量控制器加大所述环境气体收集通道的气体流速，使所述环境气体收集通道的气体与当前环境得实际气体保持一致。

10.根据权利要求7所述的气体检测方法，其特征在于，当所述移动平台飞行时，所述气体流量控制器以恒定功率或恒定电压工作。