CN107631913B - 一种基于无人机的高空梯度式大气采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，包括旋翼式无人机，所述旋翼式无人机的底部安装有采样平台，所述采样平台的左端安装有第一微型电机，所述第一微型电机的输出轴上固定连接有一中心轴，所述中心轴的外周设有同心的内筒和外筒，所述内筒与外筒之间通过分隔板分隔分为相等大小的扇形空间，每个扇形空间内安装有吸附装置，所述采样平台的右端还安装有展开式采样装置。本发明解决了不同高度及同一高度不同时间段的大气采样问题。

Description

一种基于无人机的高空梯度式大气采样器

技术领域

本发明涉及大气采样技术领域，尤其涉及一种基于无人机的高空梯度式大气采样器。

背景技术

在自然景区或山区，或其他人不便于到达的区域中，为了获得大气中的污染颗粒物，如黑碳，一般采用无人机采样。但是现有的无人机大气采样器存在不能实现同一高度不同时间段的大气采样、及不同高度的梯度大气采样的缺点，另外现有采样装置一般为过滤式采样，在大气过滤采样过程中，通道阻力大，对大气污染颗粒吸附效果差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种独特的高空移动式梯度大气采样器。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，包括无人机、采样平台，所述无人机的底部安装有用于大气采样的采样平台。

进一步的，所述无人机为旋翼式无人机，所述旋翼式无人机的底部安装有采样平台，所述采样平台上安装有双筒转动式吸附采样装置，所述双筒转动式吸附采样装置包括第一微型电机，所述第一微型电机的输出轴上固定连接有一中心轴，所述中心轴的外周设有同心的内筒和外筒，所述中心轴通过连杆与内筒相连，所述内筒通过分隔板与外筒相连，所述分隔板有若干块，均匀分布固定在内筒的外圆周面上，所述分隔板的另一端与外筒的内圆周面紧密接触，所述分隔板将内筒与外筒之间的空间部分隔分为相等大小的扇形空间，每个扇形空间内安装有吸附装置，所述外筒的两端分别设有右端板、左端板，所述左端板的左侧面上安装有一微型抽气泵；所述外筒的圆周面上设有一进气口，所述内筒上设有一排气口，所述排气口通过管道与微型抽气泵相连。

进一步的，所述吸附装置由扇形盆、若干层弧形吸附板构成，所述扇形盆由左侧板、右侧板、前端板、后端板、底板组成，所述底板为弧形，在底板的左右两侧分别设有左侧板、右侧板，在底板的前后两端分别设有前端板、后端板，所述底板上设有出气口，所述出气口与所述内筒上的排气口相连通，所述扇形盆内设有若干层弧形吸附板，每层弧形吸附板均由若干块小吸附板组成，每块小吸附板之间设有透气间隙，所述小吸附板的两端分别与扇形盆的前端板、后端板相连，所述小吸附板上包裹有一层粘性吸附材料，每层小吸附板与相邻的上层或下层小吸附板均错位安装，使大气中的污染颗粒从进气口进入后能与多层的小吸附板发生碰撞吸附。

进一步的，所述吸附装置由四层弧形吸附板构成，四层弧形吸附板中的小吸附板在层与层之间呈错位排列，每块小吸附板上包裹有一层粘性吸附材料，所述粘性吸附材料为聚氨基甲酸酯泡沫粘性透明明胶。

进一步的，所述小吸附板与相邻另一小吸附板之间的间隙为5-20mm，每层弧形吸附板与相邻另一弧形吸附板之间的径向距离为10-50mm。

进一步的，所述外筒上的进气口的大小与扇形盆的上端开口相适配，所述扇形盆的形状与所述内筒与外筒之间的均匀分布的扇形空间相适配。

优选的，所述双筒转动式吸附采样装置安装在采样平台的左端，所述采样平台的右端还安装有展开式采样装置。

进一步的，所述展开式采样装置包括第二微型电机、转动轴、滚筒、挡板、塑料带、金属杆，所述第二微型电机安装在采样平台的右端，所述第二微型电机的输出轴与转动轴相连，所述转动轴上安装有一个滚筒，所述滚筒两端设有挡板，所述滚筒上卷绕有塑料带，所述塑料带上粘附有一层粘性吸附材料，所述塑料带的末端设有金属杆。

进一步的，所述挡板的边缘向滚筒两端的外部弯曲。

本发明的有益效果有：

本发明的旋翼式无人机的底部安装有采样平台，所述采样平台的左端安装有双筒转动式吸附采样装置，所述双筒转动式吸附采样装置的第一微型电机通过中心轴、连杆带动内筒转动，依次使不同的扇形空间中的吸附装置与进气口接通，并通过微型抽气泵抽入大气，使每个扇形空间内的吸附装置吸附大气中的颗粒物。可以将不同的扇形空间进行编号，并记录某个扇形空间在采样时旋翼式无人机的飞行高度和采样时间，这样，利用编号的多个扇形空间依次在旋翼式无人机的不同高空点进行采样，就可以巧妙地实现不同高度位置和时间段的梯度采样。另外，在采样平台的右端还安装有展开式采样装置，所述展开式采样装置采用第二微型电机带动转动轴旋转，使卷绕在转动轴上的塑料带在金属杆的重力作用垂直向下展开，并利用塑料带上均匀设置的固体吸附剂对大气进行吸附采样，实现对同一高空点垂直向下的不同高度的大气梯度采样。

本发明利用独特设计的采样结构和采样方法，解决了现有采样器所不能实现的对不同高空位置和时间段的梯度采样以及同一高空位置垂直向下的不同高度的大气梯度采样的难题。

另外，本发明的吸附装置由扇形盆、若干层弧形吸附板构成，所述扇形盆内设有若干层弧形吸附板，每层弧形吸附板均由若干块小吸附板组成，每块小吸附板之间设有透气间隙，所述小吸附板上包裹有一层粘性吸附材料，每层小吸附板与相邻的上层或下层小吸附板均错位安装，使大气中的污染颗粒从进气口进入后能与多层的小吸附板发生碰撞吸附，其采样效果更好，气流阻力远小于过滤式采样，极大地减小了抽气泵的功率和体积，使无人机的电池续航能力更强，能耗更小、成本更低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为双筒转动式吸附采样装置的剖视图。

图3为双筒转动式吸附采样装置的左视图。

图4为展开式采样装置的结构示意图。

附图中，1: 无人机， 2：采样平台， 21：竖直安装板， 22：水平安装板， 3：双筒转动式吸附采样装置， 31：第一微型电机， 32：中心轴， 33：微型抽气泵， 34：外筒， 35：内筒， 36：连杆， 37: 扇形盆， 371：前端板， 372：后端板， 373：底板， 374：弧形吸附板，375：管道， 376：出气口， 377：排气口， 378：小吸附板， 379：左侧板， 380：弹右侧板，381：分隔板， 382：进气口， 383：扇形空间， 38：左端板， 39：右端板， 4：展开式采样装置，41：第二微型电机， 42：转动轴， 43：滚筒， 44：挡板， 45：塑料带， 46：金属杆。

具体实施方式

以下结合附图对具体实施方式加以说明。

如图1所示，一种基于无人机1的高空梯度式大气采样器，包括无人机1、采样平台2，所述无人机1为旋翼式无人机1，所述旋翼式无人机1的底部安装有采样平台2。所述采样平台2的形状可以多种多样，可以采用金属平台，也可以采用塑料平台或其他材料的平台。本发明中优选采用倒T形平台，由两块互相垂直的竖直安装板21、水平安装板22构成，呈倒T形，所述竖直安装板21、水平安装板22均为塑料板，通过注塑连接、或胶接、螺栓连接为一体。

如图1、图2、图3所示，采样平台2的左侧安装有双筒转动式吸附采样装置3，所述双筒转动式吸附采样装置3包括第一微型电机31、中心轴32、连杆36、内筒35、外筒34、分隔板381、扇形空间383、吸附装置、右端板39、左端板38、进气口382、排气口377、微型抽气泵33。

第一微型电机31的右端通过螺栓固定在采样平台2的水平安装板22的左侧，所述第一微型电机31的输出轴通过联轴器或焊接的方式连接有一中心轴32，所述中心轴32的外周设有同心的内筒35和外筒34，所述内筒35和外筒34均为空心的圆柱形筒体，采用不锈钢薄板制作而成。中心轴32上焊接有多根连杆36，所述连杆36均匀分布在中心轴32的四周，通过连杆36的一端与中心轴32相连，连杆36的另一端与内筒35相连。所述内筒35通过分隔板381与外筒34相连，所述分隔板381有若干块，均匀分布焊接在内筒35的外圆周面上，所述分隔板381的另一端与外筒34的内圆周面紧密接触。所述分隔板381将内筒35与外筒34之间的空间部分隔分为相等大小的扇形空间383，每个扇形空间383内安装有吸附装置。外筒34的两端分别焊接有右端板39、左端板38，所述左端板38的左侧面上安装有一微型抽气泵33。所述外筒34的圆周面上设有一进气口382，所述内筒35上设有一排气口377，所述排气口377通过管道375与微型抽气泵33相连。

如图2、图3所示，吸附装置由扇形盆37、若干层弧形吸附板374构成。扇形盆37由左侧板379、右侧板380、前端板371、后端板372、底板373组成，所述底板373为弧形，在底板373的左右两侧分别设有左侧板379、右侧板380，在底板373的前后两端分别设有前端板371、后端板372，所述扇形盆37可以采用金属薄板冲压或折弯制成，也可采用塑料制作，将左侧板379、右侧板380、前端板371、后端板372、底板373一起注塑成型。

扇形盆37的底板373上设有出气口376，所述出气口376与所述内筒35上的排气口377相连通，所述扇形盆37内设有四层弧形吸附板374，每层弧形吸附板374均由若干块小吸附板378组成，每块小吸附板378之间设有透气间隙，所述小吸附板378与相邻另一小吸附板378之间的间隙为5-20mm，小吸附板378的两端分别与扇形盆37的前端板371、后端板372通过焊接或注塑成型相连。每块小吸附板378上包裹有一层粘性吸附材料，所述粘性吸附材料为带胶的活性碳或粘性的高分子材料，优选地，所述粘性吸附材料为聚氨基甲酸酯泡沫粘性透明明胶。每层小吸附板378与相邻的上层或下层小吸附板378均错位安装，每层弧形吸附板374与相邻另一弧形吸附板374之间的径向距离为10-50mm，使大气中的污染颗粒从进气口382进入后能与多层的小吸附板378发生碰撞吸附，其采样效果更好，气流阻力远小于过滤式采样，极大地减小了抽气泵的功率和体积，使无人机1的电池续航能力更强，能耗更小、成本更低。

作为本发明的优选，所述外筒34上的进气口382的大小与扇形盆37的上端开口相适配，所述扇形盆37的形状与所述内筒35与外筒34之间的均匀分布的扇形空间383相适配，以方便安装，有利于大气采集。

如图1、图4所示，所述双筒转动式吸附采样装置3安装在采样平台2的左端，所述采样平台2的右端还安装有展开式采样装置4。

展开式采样装置4包括第二微型电机41、转动轴42、滚筒43、挡板44、塑料带45、金属杆46，所述第二微型电机41通过螺栓固定在采样平台2的水平安装板22的右侧，所述第二微型电机41的输出轴与转动轴42相连，所述转动轴42上安装有一个滚筒43，所述滚筒43为圆柱体，中心设有一通孔，所述转动轴42穿过滚筒43中心的通孔，并通过键与滚筒43连接。所述滚筒43采用塑料滚筒43，两端通过注塑成形分别设有挡板44，所述挡板44的边缘向滚筒43两端的外部弯曲。滚筒43上卷绕有塑料带45，所述塑料带45上均匀附着有一层粘性吸附材料，所述粘性吸附材料为带胶的活性碳或粘性的高分子材料，优选地，所述粘性吸附材料为聚氨基甲酸酯泡沫粘性透明明胶。在塑料带45的末端设有金属杆46，所述金属杆46通过缠绕并胶接的方式连接在塑料带45的末端，以增加塑料带45向下展开时的重力。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，包括无人机、采样平台，所述无人机的底部安装有用于大气采样的采样平台，其特征在于：

所述无人机为旋翼式无人机，所述旋翼式无人机的底部安装有采样平台，所述采样平台上安装有双筒转动式吸附采样装置，所述双筒转动式吸附采样装置包括第一微型电机，所述第一微型电机的输出轴上固定连接有一中心轴，所述中心轴的外周设有同心的内筒和外筒，所述中心轴通过连杆与内筒相连，所述内筒通过分隔板与外筒相连，所述分隔板有若干块，均匀分布固定在内筒的外圆周面上，所述分隔板的另一端与外筒的内圆周面紧密接触，所述分隔板将内筒与外筒之间的空间部分隔分为相等大小的扇形空间，每个扇形空间内安装有吸附装置，所述外筒的两端分别设有右端板、左端板，所述左端板的左侧面上安装有一微型抽气泵；所述外筒的圆周面上设有一进气口，所述内筒上设有一排气口，所述排气口通过管道与微型抽气泵相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，其特征在于：所述吸附装置由扇形盆、若干层弧形吸附板构成，所述扇形盆由左侧板、右侧板、前端板、后端板、底板组成，所述底板为弧形，在底板的左右两侧分别设有左侧板、右侧板，在底板的前后两端分别设有前端板、后端板，所述底板上设有出气口，所述出气口与所述内筒上的排气口相连通，所述扇形盆内设有若干层弧形吸附板，每层弧形吸附板均由若干块小吸附板组成，每块小吸附板之间设有透气间隙，所述小吸附板的两端分别与扇形盆的前端板、后端板相连，所述小吸附板上包裹有一层粘性吸附材料，每层小吸附板与相邻的上层或下层小吸附板均错位安装。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，其特征在于：所述吸附装置由四层弧形吸附板构成，四层弧形吸附板中的小吸附板在层与层之间呈错位排列，每块小吸附板上包裹有一层粘性吸附材料，所述粘性吸附材料为聚氨基甲酸酯泡沫粘性透明明胶。

4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，其特征在于：所述小吸附板与相邻另一小吸附板之间的间隙为5-20mm，每层弧形吸附板与相邻另一弧形吸附板之间的径向距离为10-50mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，其特征在于：所述双筒转动式吸附采样装置安装在采样平台的左端，所述采样平台的右端还安装有展开式采样装置。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，其特征在于：所述展开式采样装置包括第二微型电机、转动轴、滚筒、挡板、塑料带、金属杆，所述第二微型电机安装在采样平台的右端，所述第二微型电机的输出轴与转动轴相连，所述转动轴上安装有一个滚筒，所述滚筒两端设有挡板，所述滚筒上卷绕有塑料带，所述塑料带上粘附有一层粘性吸附材料，所述塑料带的末端设有金属杆。

7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的高空梯度式大气采样器，其特征在于：所述挡板的边缘向滚筒两端的外部弯曲。

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