CN108146610A - 一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台 - Google Patents

一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台 Download PDF

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孟庆浩
戴旭阳
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Abstract

本发明公开了一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，包括外壳封盖、机体外壳和半球形透光外罩，机体外壳设置碳纤维机臂和起落架，每个碳纤维机臂均连接电机外壳，每个电机外壳内均设置带电调电路板的电机，每个电机外壳顶部均设置与电机相连接的桨叶，机体外壳和电机外壳均采用隔爆型防爆外壳，机体外壳内水平设置电源管理模块，电源管理模块上端连接电源模块，下端连接飞行控制单元，飞行控制单元连接数传电台、图传电台、激光甲烷传感器、超声视觉避障模块，激光甲烷传感器设置于半球形透光外罩内部。本发明不仅可以快速检测甲烷浓度信息，而且具备在易爆环境中工作的防爆功能，能够保障在易爆环境中的安全。

Description

一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台
技术领域
本发明涉及一种平台，更具体的说，是涉及一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台。
背景技术
甲烷气体的探测设备可以分为接触式和非接触式。非接触式探测设备是指探测仪器不必接触到甲烷气体即可探测到甲烷气体浓度，如甲烷激光传感器；接触式探测设备是指探测设备必须接触到甲烷气体才能探测甲烷气体浓度，如金属氧化物传感器和电化学传感器。
近年来，无人机发展十分迅猛，主要以电动无人机为主。天津中翔腾航科技股份有限公司发明了一种基于无人机的天然气管线巡检系统(CN 106379536A)，通过高清运动相机和气体检测仪对天然气管线进行巡检。西安交通大学发明了一种空中飞行人工嗅觉气体早期泄漏监测定位系统及方法(CN 106090622A)，设计了人工嗅觉系统和泄漏源定位算法。但是目前并没有一款用于天然气泄漏探测的防爆无人机。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，不仅可以快速检测甲烷浓度信息，而且具备在易爆环境中工作的防爆功能，能够保障在易爆环境中的安全。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，包括由上至下依次连接的外壳封盖、机体外壳和半球形透光外罩，所述机体外壳设置有碳纤维机臂和起落架，每个碳纤维机臂均连接有电机外壳，每个电机外壳内均设置有带电调电路板的电机，每个电机外壳顶部均设置有与电机相连接的桨叶，所述机体外壳和电机外壳均采用隔爆型防爆外壳，所述机体外壳内水平设置有电源管理模块，所述电源管理模块上端连接有电源模块，下端连接有带GPS的飞行控制单元，所述飞行控制单元连接有数传电台、图传电台、激光甲烷传感器、超声视觉避障模块，所述数传电台、图传电台、超声视觉避障模块设置于外壳封盖顶部，所述激光甲烷传感器设置于半球形透光外罩内部。
所述电机、数传电台、图传电台、激光甲烷传感器和超声视觉避障模块均由飞行控制单元进行控制。
所述电机、电源管理模块、数传电台、图传电台、激光甲烷传感器和超声视觉避障模块均由电源模块供电。
所述超声视觉避障模块设置有四个，均匀设置于外壳封盖顶部。
所述机体外壳和电机外壳的隔爆结合面参数均符合GB3836.2-2010规定，隔爆结合面涂204-1防锈油脂，所述机体外壳和电机外壳均采用15％的铝、镁、钛和锆，7.5％的镁、钛和锆，抗拉强度不低于120Mpa的铸造铝合金制造，所有紧固件有自行防松装置。
所述激光甲烷传感器的激光输出额定功率为11.90mW，激光输出最大功率为13.34mW，均满足国家防爆标准。
所述碳纤维机臂与起落架表面均涂有防静电漆，经过防静电处理。
所述机体外壳与外界的连接孔采用WSR618环氧树脂密封胶胶封方式。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明搭载激光甲烷传感器能够对环境中的甲烷进行探测，为实现快速确定泄漏源与绘制环境中甲烷浓度梯度图提供数据支持；
(2)本发明在有害气体环境作业时，可避免操作人员进入危险区域引起的危害；
(3)本发明可代替人工对天然气储运设备进行探测，提高探测效率；
(4)本发明相较于传统的无人机甲烷探测平台，本发明具有防爆功能，可保证无人机在易爆环境中正常工作。
附图说明
图1为本发明中机体外壳的结构示意图；
图2为本发明中机体外壳的A-A剖面图；
图3为本发明中电机外壳的结构示意；
图4为本发明用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台的系统框图。
附图标记:1机体外壳；2外壳封盖；3数传电台；4半球形透光外罩；5图传电台；6激光甲烷传感器；7飞行控制单元；8电源管理模块；9电源模块；10 弹簧垫圈；11十字槽盘头螺钉；12密封圈；13电机外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1至图4所示，本发明用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，包括由上至下依次连接的外壳封盖2、机体外壳1和半球形透光外罩4，所述机体外壳 1与外壳封盖2和半球形透光外罩4均通过十字槽盘头螺钉11、弹簧垫圈10、密封圈12固定连接。所述机体外壳1设置有碳纤维机臂和起落架，每个碳纤维机臂均连接有电机外壳13，每个电机外壳13内均设置有带电调电路板的电机，每个电机外壳顶部均设置有与电机相连接的桨叶，其中碳纤维机臂、电机、桨叶均优选为六个。
所述机体外壳1内水平设置有电源管理模块8，所述电源管理模块8上端连接有电源模块9，下端连接有带GPS的飞行控制单元7，所述飞行控制单元7连接有数传电台3、图传电台5、激光甲烷传感器6、超声视觉避障模块，所述数传电台3、图传电台5、超声视觉避障模块设置于外壳封盖2顶部，所述激光甲烷传感器6设置于半球形透光外罩4内部。所述超声视觉避障模块设置有四个，均匀设置于外壳封盖2顶部。所述电机、数传电台3、图传电台5、激光甲烷传感器6和超声视觉避障模块均由飞行控制单元7进行控制。所述电机、电源管理模块、数传电台3、图传电台5、激光甲烷传感器6和超声视觉避障模块均由电源模块9供电。
所述机体外壳1和电机外壳13均采用隔爆型防爆外壳，隔爆结合面参数均符合GB3836.2-2010规定，隔爆结合面涂204-1防锈油脂。所述机体外壳1和电机外壳13均按经规定程序批准的技术文件或图纸制造，均采用15％的铝、镁、钛和锆，7.5％的镁、钛和锆，抗拉强度不低于120Mpa的铸造铝合金制造，所有紧固件有自行防松装置。金属零部件进行了防锈、防蚀处理。安装定位装置的表面没有明显的划痕，外壳表面涂层牢固，金属部件没有锈蚀和变形，接插件紧固无松动。所述激光甲烷传感器6的激光输出额定功率为11.90mW，激光输出最大功率为13.34mW，图传电台5和数传电台3的发射功率均为1W，均满足国家防爆标准。所述碳纤维机臂与起落架表面均涂有防静电漆，经过防静电处理，不会在工作中产生静电火花。
所述超声视觉避障模块按照国家标准GB3836.4-2010设计。印刷线路板表面涂覆绝缘漆不少于二次，其电气间隙和爬电距离不小于0.7mm。电路接线端子之间的电气间隙、爬电距离不小于6mm。电路与机体外壳的绝缘能够承受AC500V、试验结果应无击穿和闪络现象。超声视觉避障模块在正常和故障状态下，所有电子元件等最高表面温度不超过T6(80℃)。
所述机体外壳与外界的连接孔采用WSR618环氧树脂密封胶胶封方式，胶封步骤为：(1)清洁半球形透光外罩；(2)取适量的WSR618环氧树脂密封胶； (3)倒入混合容器内，用干燥不导电类的搅拌工具，搅拌三分钟以上；(4)倒入半球形透光外罩与机体外壳的连接处；(5)风干密封胶，固化；(6)清理半球形透光外罩周围残留胶体。过线胶封步骤为：(1)清洁引线及碳纤维机臂内壁； (2)取适量的WSR618环氧树脂密封胶；(2)倒入混合容器内，用干燥不导电类的搅拌工具，搅拌三分钟以上；(4)倒入机体外壳与碳纤维机臂的连接处，以及电机外壳与碳纤维机臂的连接处；(5)风干密封胶，固化；(6)清洁引线及出线口周围残留胶体。胶粘步骤为：(1)将被粘接表面擦洗干净至无油污，去除异物；(2)按比例(A、B胶质比例为1：1)将A、B两组分胶粘剂混合均匀；(3) 将混好的胶粘剂均匀涂抹于被粘接的零件粘接表面；(4)把抹好胶的两部件安装在一起，并把紧固件装好；(5)擦去多余的胶粘剂；(6)在室温下放置24小时固化即可。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，包括由上至下依次连接的外壳封盖(2)、机体外壳(1)和半球形透光外罩(4)，所述机体外壳(1)设置有碳纤维机臂和起落架，每个碳纤维机臂均连接有电机外壳(13)，每个电机外壳(13)内均设置有带电调电路板的电机，每个电机外壳(13)顶部均设置有与电机相连接的桨叶，其特征在于，所述机体外壳(1)和电机外壳(13)均采用隔爆型防爆外壳，所述机体外壳(1)内水平设置有电源管理模块(8)，所述电源管理模块(8)上端连接有电源模块(9)，下端连接有带GPS的飞行控制单元(7)，所述飞行控制单元(7)连接有数传电台(3)、图传电台(5)、激光甲烷传感器(6)、超声视觉避障模块，所述数传电台(3)、图传电台(5)、超声视觉避障模块设置于外壳封盖(2)顶部，所述激光甲烷传感器(6)设置于半球形透光外罩(4)内部。
2.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述电机、数传电台(3)、图传电台(5)、激光甲烷传感器(6)和超声视觉避障模块均由飞行控制单元(7)进行控制。
3.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述电机、电源管理模块(8)、数传电台(3)、图传电台(5)、激光甲烷传感器(6)和超声视觉避障模块均由电源模块(9)供电。
4.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述超声视觉避障模块设置有四个，均匀设置于外壳封盖(2)顶部。
5.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述机体外壳(1)和电机外壳(13)的隔爆结合面参数均符合GB3836.2-2010规定，隔爆结合面涂204-1防锈油脂，所述机体外壳(1)和电机外壳(13)均采用15％的铝、镁、钛和锆，7.5％的镁、钛和锆，抗拉强度不低于120Mpa的铸造铝合金制造，所有紧固件有自行防松装置。
6.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述激光甲烷传感器(6)的激光输出额定功率为11.90mW，激光输出最大功率为13.34mW，均满足国家防爆标准。
7.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述碳纤维机臂与起落架表面均涂有防静电漆，经过防静电处理。
8.根据权利要求1所述的用于天然气泄漏探测的防爆无人机平台，其特征在于，所述机体外壳(1)与外界的连接孔采用WSR618环氧树脂密封胶胶封方式。
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