CN108507840A - 一种无人机大气生物颗粒采集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机大气生物颗粒采集装置及其方法，属于农业技术领域，该采集装置包括吊挂件、吊舱、采样工件、伸缩器、驱动器、张合机构和供电设施；吊挂件与伸缩器相连；张合机构由伞骨、伞杆、旋转件、导杆组成，伞骨与吊舱通过驱动器可转动的连接，导杆一端安装在吊舱上，另一端与套装在伞骨上的旋转件滑动连接，旋转件与伞骨通过螺纹旋接；采样工件设置在伞杆上；供电设施与伸缩器和驱动器分别电性连接。本发明通过在无人机上悬挂该采集装置对高空中的大气生物颗粒实施采样，有利于克服低空无法反应出大气生物颗粒扩散的局限性。本发明可准确、连续的完成大气中的生物颗粒采样操作，具有结构紧凑，采集高效、稳定、可靠的特点。

Description

一种无人机大气生物颗粒采集装置及其方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种无人机大气生物颗粒采集装置及其方法。

背景技术

现有技术中，大气中生物颗粒的飘散一直是农业生态系统研究的关键性课题，是入侵物种扩散，生态种群变迁，花粉过敏源追溯等研究的关键技术。由于随风传播的生物颗粒，体重轻、体积小，传播高度、远度变化范围大，且本身大气的变化快，生物颗粒飘散采样一直是生物颗粒大气传播研究的掣肘。尽可能的捕捉到随大气飘散的生物颗粒，如花粉、种子等，增大有效采样的机会，就需要研发新型的采样工具。

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，而随着现代社会对环境污染的重视和对环境污染研究的不断加强，环境样品采集的需求不断增加。传统的环境样品采集主要分为人工携带采集仪的现场采集和固定点样品采集。这两种采集方式各有利弊，前者灵活性高，但人力成本和时间成本较高，同时采集精度底；后者虽然采集精度高，但固定投资较大，同时该采集方法需要占用土地和持续维护。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工作效率高的无人机大气生物颗粒采集装置及其方法，以克服低空无法反应出大气生物颗粒扩散的局限性，并可快速、准确、连续的完成大气中的生物颗粒采样操作。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种无人机大气生物颗粒采集装置，包括吊挂件、吊舱、采样工件以及设置在吊舱上的伸缩器、驱动器、张合机构和供电设施；所述吊挂件与伸缩器相连；所述张合机构呈伞状结构，由伞骨、伞杆、旋转件、导杆组成，伞骨背离伞杆的背离端与吊舱通过驱动器可转动的连接，导杆与伞骨相互平行，其一端安装在吊舱上，另一端与套装在伞骨上的旋转件滑动连接，旋转件与伞骨通过螺纹旋接；所述采样工件设置在伞杆的自由端；所述供电设施与伸缩器和驱动器分别电性连接。

进一步，所述采样工件通过转动器与伞杆可转动的连接，所述转动器与所述供电设施电性连接，所述伞骨通过齿轮副、涡轮蜗杆副或同步带与驱动器相连，所述转动器和驱动器采用电机。

进一步，所述伸缩器采用卷扬机。

进一步，所述供电设施设置在吊舱位于伸缩器和驱动器之间的区域，采用蓄电池。

进一步，所述伞骨在远离吊舱的一端还设置有与吊挂件相互钩挂的吊环，所述吊挂件采用吊钩。

进一步，所述采样工件由支架、可拆卸连接于该支架上的采样片组成，所述采样片设置为2-4个，呈环形分布，采用涂抹有粘附剂的显微镜玻片。

本发明还利用上述的无人机大气生物颗粒采集装置实施的采集方法，包括如下步骤：

S1、将采集装置安装在无人机上；

S2、根据待测地设置无人机的飞行高度；

S3、待无人机升空至指定高度后，通过伸缩器下放吊舱至待测高空点，并由驱动器打开张合机构；

S4、利用采样工件对待测高空点的大气生物颗粒进行采集；

S5、待采样工件采集完毕后，由驱动器收拢张合机构，伸缩器上拉吊舱，无人机返航。

优选的，在步骤S1中还包括在无人机上串联设置的多个采集装置，并在步骤S3中，通过对多个采集装置的伸缩器进行单独操作来下放各自的吊舱至不同的待测高空点，以在同一区域设置不同的垂直高度采样点，形成不同垂直高度的大气生物颗粒数据的分布图。

本发明的有益效果是：本发明通过在无人机上悬挂该采集装置对高空中的大气生物颗粒实施采样，有利于克服低空无法反应出大气生物颗粒扩散的局限性。本发明还能通过多个采集装置停留在不同的待测高空点，以在同一区域设置不同的垂直高度采样点，形成不同垂直高度的大气生物颗粒数据的分布图，以此获得连续可靠的采集数据，从而提高由其计算所得的空气总颗粒浓度的准确性。本发明的采集装置实用性强，有利于降低操作成本和减少了由人工采集样本的危险性，并具有结构紧凑，采集高效、稳定、可靠的特点。本发明采集方法的整个采集过程均可由本采集装置实现灵活快速、连续准确的采集效果，即可准确、连续的完成大气中的生物颗粒采样操作。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明采集装置的结构示意图；

图2为本发明采集装置连接示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1-2，附图中的元件标号分别表示：吊挂件1、吊舱2、伸缩器3、供电设施4、驱动器5、张合机构6、采样工件7；伞骨61、伞杆62、旋转件63、导杆64、吊环65；支架71、采样片72。

实施例基本如附图所示：本实施例提供一种无人机大气生物颗粒采集装置，包括吊挂件1、吊舱2、采样工件7以及设置在吊舱2上的伸缩器3、驱动器5、张合机构6和供电设施4；所述吊挂件1与无人机(未画出)进行连接；所述吊挂件1与伸缩器3相连，该伸缩器3采用卷扬机设备，利用钢丝或绳索的收放来下放或上拉吊舱2；所述张合机构6呈伞状结构，由伞骨61、伞杆62、旋转件63、导杆64组成，伞骨61背离伞杆62的背离端与吊舱2通过驱动器5可转动的连接，所述伞骨61通过齿轮副、涡轮蜗杆副或同步带与驱动器5相连，导杆64与伞骨61相互平行，其一端安装在吊舱2上，另一端与套装在伞骨61上的旋转件63滑动连接，旋转件63与伞骨61通过螺纹旋接；所述采样工件7设置在伞杆62的自由端；所述供电设施4与伸缩器3和驱动器5分别电性连接。

使用时，首先将本采集装置安装在无人机上；然后，根据待测地设置无人机的飞行高度；接着，待无人机升空至指定高度后，通过其伸缩器3下放吊舱2至待测高空点，并由驱动器5打开张合机构6，使得采样工件向四周散开实施大气生物颗粒的采集，而张合机构呈雨伞状撑开结构，利于采样工件扩大采样范围；然后，待采样工件7采集完毕后，由驱动器5收拢张合机构6，伸缩器3上拉吊舱2，无人机返航；最后对采样工件上的采集样品进行测试计算。为完成上述一系列的采样工作，其无人机上带有的常规装置，如飞行控制模块、导航模块、无线传输模块、遥控装置等属于默认设施，这里就不做过多的阐述，同理对采集装置上的伸缩器、驱动器等部件的控制操作，同样应另行设置有如控制模块、地面遥控、无线传输等常规技术。采用上述方案，本发明通过在无人机上悬挂该采集装置对高空中的大气生物颗粒实施采样，有利于克服低空无法反应出大气生物颗粒扩散的局限性。本发明的采集装置实用性强，有利于降低操作成本和减少了由人工采集样本的危险性，并具有结构紧凑，采集高效、稳定、可靠的特点。本发明的整个采集过程均可由本采集装置实现灵活快速、连续准确的采集效果，即可准确、连续的完成大气中的生物颗粒采样操作。

本实施例中的采样工件7通过转动器(未标记)与伞杆62可转动的连接，这样，可使采样工件自行转动采样，提高采集效果和效率。所述转动器和驱动器5采用电机。

本实施例中的供电设施4设置在吊舱2位于伸缩器3和驱动器5之间的区域，采用蓄电池。

本实施例中的伞骨61在远离吊舱2的一端还设置有与吊挂件1相互钩挂的吊环65，所述吊环与伞骨可转动的连接，所述吊挂件1采用吊钩。这样，可在无人机上串联设置的多个采集装置，通过对多个采集装置的伸缩器进行单独操作来下放各自的吊舱至不同的待测高空点，以在同一区域设置不同的垂直高度采样点，形成不同垂直高度的大气生物颗粒数据的分布图，以此获得连续可靠的采集数据，从而提高由其计算所得的空气总颗粒浓度的准确性。

本实施例中的采样工件7由支架71、可拆卸连接于该支架71上的采样片72组成，所述采样片设置为两至四个，采用涂抹有粘附剂的显微镜玻片，粘附剂如硅脂。如采样工件通过三片式采样片结构设计，可增加有效的采集区域，提高了采集效率，因其可以获得连续可靠的采集数据，从而提高由其计算所得的空气总颗粒浓度的准确性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种无人机大气生物颗粒采集装置，其特征在于，包括吊挂件(1)、吊舱(2)、采样工件(7)以及设置在吊舱上的伸缩器(3)、驱动器(5)、张合机构(6)和供电设施(4)；所述吊挂件与伸缩器相连；所述张合机构呈伞状结构，由伞骨(61)、伞杆(62)、旋转件(63)、导杆(64)组成，伞骨背离伞杆的背离端与吊舱通过驱动器可转动的连接，导杆与伞骨相互平行，其一端安装在吊舱上，另一端与套装在伞骨上的旋转件滑动连接，旋转件与伞骨通过螺纹旋接；所述采样工件设置在伞杆的自由端；所述供电设施与伸缩器和驱动器分别电性连接。

2.根据权利要求1所述的无人机大气生物颗粒采集装置，其特征在于，所述采样工件通过转动器与伞杆可转动的连接，所述转动器与所述供电设施电性连接，所述伞骨通过齿轮副、涡轮蜗杆副或同步带与驱动器相连，所述转动器和驱动器采用电机。

3.根据权利要求1所述的无人机大气生物颗粒采集装置，其特征在于，所述伸缩器采用卷扬机。

4.根据权利要求1所述的无人机大气生物颗粒采集装置，其特征在于，所述供电设施设置在吊舱位于伸缩器和驱动器之间的区域，采用蓄电池。

5.根据权利要求1所述的无人机大气生物颗粒采集装置，其特征在于，所述伞骨在远离吊舱的一端还设置有与吊挂件相互钩挂的吊环(65)，所述吊挂件采用吊钩。

6.根据权利要求1所述的无人机大气生物颗粒采集装置，其特征在于，所述采样工件由支架(71)、可拆卸连接于该支架上的采样片(72)组成，所述采样片设置为2-4个，呈环形分布，采用涂抹有粘附剂的显微镜玻片。

7.利用权利要求1-6任一项所述的无人机大气生物颗粒采集装置的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将采集装置安装在无人机上；

S2、根据待测地设置无人机的飞行高度；

S3、待无人机升空至指定高度后，通过伸缩器下放吊舱至待测高空点，并由驱动器打开张合机构；

S4、利用采样工件对待测高空点的大气生物颗粒进行采集；

S5、待采样工件采集完毕后，由驱动器收拢张合机构，伸缩器上拉吊舱，无人机返航。

8.利用权利要求7所述的无人机大气生物颗粒采集装置的采集方法，其特征在于，在步骤S1中还包括在无人机上串联设置的多个采集装置，并在步骤S3中，通过对多个采集装置的伸缩器进行单独操作来下放各自的吊舱至不同的待测高空点，以在同一区域设置不同的垂直高度采样点，形成不同垂直高度的大气生物颗粒数据的分布图。