CN108146628A - 搭载气溶胶采样装置的无人机 - Google Patents

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Abstract

搭载气溶胶采样装置的无人机，属于无人机技术领域，包括机架、动力组件、遥控器、无线接收器、飞行控制器、电源模块及气溶胶采样装置；动力组件包括螺旋桨、电机及电子调速器；无线接收器与遥控器通信方式连接；飞行控制器分别与电子调速器和电源模块电连接；电源模块为整个无人机的运行提供能源支持；气溶胶采样装置包括外箱体、柔性密封膜、控制芯片和设在外箱体内的气溶胶采样组件。本发明能对未知的辐射环境进行一个初步探测，为工作人员进入危险辐射区提供决策参考。气溶胶采样装置集成在无人机上，通过远程操控无人机实现一定高度、一定空间位置内的放射线剂量和剂量率的测量，其探测灵敏度高，精度高，能量响应特性好。

Description

搭载气溶胶采样装置的无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是一种搭载气溶胶采样装置的无人机。
背景技术
核工业的一些生产环节及核事故等都会向周围环境释放放射性核素，放射性核素会释放出不同射线。核辐射检测装置是用来检测各种放射线的辐射剂量率或累积剂量率的仪器，检测的射线种类包括：α、β、γ、X射线中的一种或多种。
当放射性核素被大气中的悬浮物吸附时，会形成放射性气溶胶。放射性气溶胶的空气动力学直径小，具有不易沉降的特点，可长时间悬浮在空气中。放射性气溶胶主要通过人的呼吸作用而进入人体，并对人体造成内照射。进入人体的放射性核素不易排出，即使人员离开辐射区域与环境，但进入体内的放射性核素仍会对机体造成持续性的辐射（特别是长寿命α放射性核素）。因此，避免人员吸入放射性气溶胶显示尤为重要。
通过采集核事故周围辐射环境中的放射性气溶胶样本，经过分析可知核事故释放的放射性核素种类、粒径、浓度等信息。这些信息可用于评估辐射环境对工作人员的危害程度，进而对核事故的应急决策提供依据。现有的用于大气气溶胶采样的装置多为固定式，具有采样流量大，长时间连续采样的优点，但体积和重量大，移动不方便，采样高度限制在地面附近。
对于一些突发的核事故应急处理，往往需要工作人员携带相关仪器进行辐射检测和气溶胶采样。对辐射环境不了解的情况下，工作人员可能接受超过剂量限值的辐射。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种搭载气溶胶采样装置的无人机，它不但能远程检测指定飞行路线下的辐射环境剂量率和累积剂量率，而且一次起飞能对多个不同位置的大气气溶胶进行采样。该装置功耗低、体积小、操作灵活简单，解决了现有的固定式核辐射检测及采样装置不便于移动，或需要人员携带进入辐射区域进行检测和采样的弊端。
本发明的技术方案是：搭载气溶胶采样装置的无人机，包括机架、动力组件、遥控器、无线接收器、飞行控制器、电源模块及气溶胶采样装置；
动力组件包括螺旋桨、电机及电子调速器；螺旋桨安装在电机的机轴上，电机安装在机架上，电子调速器与电机电性连接；
遥控器包括无线发射模块、显示模块、按键输入模块及信息处理芯片；信息处理芯片分别与无线发射模块、显示模块、按键输入模块电连接；
无线接收器安装在机架上并与遥控器的无线发射模块通信方式连接；
飞行控制器安装在机架上，并分别与电子调速器和电源模块电连接；
电源模块安装在机架上，其为整个无人机的运行提供能源支持；
气溶胶采样装置包括外箱体、柔性密封膜、控制芯片和设在外箱体内的气溶胶采样组件；外箱体固接在机架的下端，其上设有连通其内腔的孔；柔性密封膜贴覆安装在外箱体外表面的孔处，从而将孔封闭；气溶胶采样组件包括电动液压缸、定位座及滤膜采样夹；电动液压缸固定安装在外箱体内腔中；定位座固接在电动液压缸的活塞杆的端头上；滤膜采样夹安装在定位座上，并正对外箱体的孔；控制芯片安装在外箱体内，并与电动液压缸和无线接收器电连接，以控制电动液压缸的活塞杆伸缩。
本发明进一步的技术方案是：气溶胶采样装置还包括GPS模块和海拔高度传感器，GPS模块和海拔高度传感器安装在外箱体上，并分别与控制芯片电连接。
本发明进一步的技术方案是：外箱体内部设有多块隔板，隔板将外箱体内腔分隔成四个互不连通的子腔，外箱体上孔的数量为四个，四个孔分别连通至四个子腔；气溶胶采样组件有四组，分别安装在外箱体的四个子腔内。
本发明再进一步的技术方案是：机架包括从上至下依次固定连接的上盖板、横梁、下盖板及起落架，横梁有四条，呈十字形分布。
本发明更进一步的技术方案是：电机有四个，分别安装在四根横梁的外侧端部；相应的，螺旋桨数量有四个。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明能对未知的辐射环境进行一个初步探测，为工作人员进入危险辐射区提供决策参考。气溶胶采样装置集成在无人机上，通过远程操控无人机实现一定高度、一定空间位置内的放射线剂量和剂量率的测量，其探测灵敏度高，精度高，能量响应特性好。
2、气溶胶采样装置采用被动式采样方式，利用螺旋桨转动的产生的风及飞行时产生的风诱导空气通过滤膜(滤膜设在滤膜采样夹内部)，无需额外安装气体采样泵，节省电力，飞行器落地后，通过对滤膜进行分析，可得知放射性污染核素的种类。
3、气溶胶采样装置包含有GPS模块和海拔高度传感器，可实时采集无人机的经纬度、海拔高度等轨迹和坐标信息，并存储进控制芯片内，待无人机落地后，结合辐射剂量数据和位置数据便可绘制出飞行轨迹中辐射剂量的分布情况。
4、外箱体内设有四个滤膜采样夹(每个滤膜采样夹内均装有滤膜)，可在一次飞行中采集四个不同位置的大气气溶胶。
5、外箱体外壁上设有用于遮住孔的柔性密封膜，当滤膜采样夹未从外箱体内伸出时，其粘附在外箱体外壁上，防止灰尘进入外箱体内影响采样准确性。
以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为气溶胶采样装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-2所示，搭载气溶胶采样装置的无人机，包括机架、动力组件、遥控器3、无线接收器4、飞行控制器5、电源模块6及气溶胶采样装置。
机架包括从上至下依次固定连接的上盖板11、横梁12、下盖板13及起落架14，横梁12有四条，呈十字形分布。
动力组件包括螺旋桨21、电机22及电子调速器23。螺旋桨21安装在电机22的机轴上，电机22有四个，分别安装在四根横梁12的外侧端部上，电子调速器23与电机22电性连接，进而控制电机22机轴的转速。
遥控器3包括无线发射模块、显示模块、按键输入模块及信息处理芯片。信息处理芯片分别与无线发射模块、显示模块、按键输入模块电连接。
无线接收器4安装在机架上并与遥控器3的无线发射模块通信方式连接。
飞行控制器5安装在机架上，并分别与电子调速器23和电源模块6电连接。
电源模块6安装在机架上，其为整个无人机的运行提供能源支持。
气溶胶采样装置包括外箱体71、柔性密封膜72、控制芯片74和设在外箱体内的气溶胶采样组件。外箱体71固接在机架的下盖板13的下端，其上设有连通其内腔的孔711；柔性密封膜72贴覆安装在外箱体71外表面的孔711处，从而将孔711封闭。气溶胶采样组件包括电动液压缸731、定位座732及滤膜采样夹733。电动液压缸731固定安装在外箱体71内腔中。定位座732固接在电动液压缸731的活塞杆的端头上。滤膜采样夹733安装在定位座732上，并正对外箱体71的孔711。控制芯片74安装在外箱体71内，并与电动液压缸731和无线接收器4电连接，其用于控制电动液压缸731的活塞杆伸出或缩回。
优选，气溶胶采样装置还包括GPS模块75和海拔高度传感器76，GPS模块75和海拔高度传感器76安装在外箱体71上，并分别与控制芯片74电连接，GPS模块75和海拔高度传感器76采集的位置及高度信息被控制芯片74收集。
优选，外箱体71内部设有多块隔板712，隔板712将外箱体71内腔分隔成四个互不连通的子腔713，外箱体71上孔711的数量为四个，四个孔711分别连通至四个子腔713。相应的，气溶胶采样组件有四组，分别安装在外箱体71的四个子腔713内。
简述本发明的应用：
操作人员手持遥控器3将飞行器升空到需要采样的空间。通过遥控器发送指令，使电动液压缸731的活塞杆伸出，将滤膜采样夹733从外箱体71内送出，采样完成后，将滤膜采样夹733缩回外箱体71。
待本装置落地后,取出滤膜采样夹71中的滤膜，对滤膜进行检测可知放射性污染核素的种类。

Claims (5)

1.搭载气溶胶采样装置的无人机，其特征是：包括机架、动力组件、遥控器、无线接收器、飞行控制器、电源模块及气溶胶采样装置；
动力组件包括螺旋桨、电机及电子调速器；螺旋桨安装在电机的机轴上，电机安装在机架上，电子调速器与电机电性连接；
遥控器包括无线发射模块、显示模块、按键输入模块及信息处理芯片；信息处理芯片分别与无线发射模块、显示模块、按键输入模块电连接；
无线接收器安装在机架上并与遥控器的无线发射模块通信方式连接；
飞行控制器安装在机架上，并分别与电子调速器和电源模块电连接；
电源模块安装在机架上，其为整个无人机的运行提供能源支持；
气溶胶采样装置包括外箱体、柔性密封膜、控制芯片和设在外箱体内的气溶胶采样组件；外箱体固接在机架的下端，其上设有连通其内腔的孔；柔性密封膜贴覆安装在外箱体外表面的孔处，从而将孔封闭；气溶胶采样组件包括电动液压缸、定位座及滤膜采样夹；电动液压缸固定安装在外箱体内腔中；定位座固接在电动液压缸的活塞杆的端头上；滤膜采样夹安装在定位座上，并正对外箱体的孔；控制芯片安装在外箱体内，并与电动液压缸和无线接收器电连接。
2.如权利要求1所述的搭载气溶胶采样装置的无人机，其特征是：气溶胶采样装置还包括GPS模块和海拔高度传感器，GPS模块和海拔高度传感器安装在外箱体上，并分别与控制芯片电连接。
3.如权利要求2所述搭载气溶胶采样装置的无人机，其特征是：外箱体内部设有多块隔板，隔板将外箱体内腔分隔成四个互不连通的子腔，外箱体上孔的数量为四个，四个孔分别连通至四个子腔；气溶胶采样组件有四组，分别安装在外箱体的四个子腔内。
4.如权利要求3所述的搭载气溶胶采样装置的无人机，其特征是：机架包括从上至下依次固定连接的上盖板、横梁、下盖板及起落架，横梁有四条，呈十字形分布。
5.如权利要求1-4中任一项所述的搭载气溶胶采样装置的无人机，其特征是：电机有四个，分别安装在四根横梁的外侧端部；相应的，螺旋桨数量有四个。
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