CN111806675B - 一种空中监测式无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，且公开了一种空中监测式无人机，包括固定圆板、遥控器和空气取样袋，所述固定圆板的上表面固定安装有外部太阳能柔性充电板。通过氢气压缩罐和折叠袋的设置，使得无人机上升到预定高度时，氢气压缩罐通过氢气充入电磁阀将氢气充入折叠袋中，增加无人机的浮力，进而可以降低扇叶的转速，进入低能耗模式运行，减小电池中电量的消耗，故而增加无人机航行时间，扩大无人机监测范围和监测的时间，并降低气流与扇叶之间碰撞，增加无人机的稳定性，同时通过伺服电机一与伺服电机二的设置，可改变扇叶的旋转姿态，使得扇叶可与气流之间形成平衡，进一步增加无人机之间的稳定性。

Description

一种空中监测式无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为一种空中监测式无人机。

背景技术

环境保护是我国的一项基本国策，随着我国环境保护事业的发展，环境管理工作不断深化，对污染源有效边界的监测和排查便成了重中之重，大部分地区依然采用人工采样和实验室分析为主的大气检测的手段，但此种方式不能及时、高效地监测到污染物的实时排放情况，于是利用无人机携带空气监测设备进行实时排查和进行快速监测应运而生，但目前利用无人机进行空气检测依然存在一些不足，如下：

无人机利用多个旋翼进行飞行，通过多个旋翼之间不同的转向进行平衡和不同的转速进行横向飞行，但此种飞行方式，受到外界气流波动的影响较大，使得无人机产生较大的晃动，对监测精度造成较大的影响。

由于无人机搭载电池作为能源供飞行使用，故而其续航能力受到严重的限制，则一方面其监测范围大大缩小，另一方面使得空气监测设备对污染地区进行检测的时间较短，故而无法进行多组采样检测，并且提取样品的时间间隔较短，空气相对流动的时间较少，无法对该地区的污染检测进行全面的总结概括。

发明内容

本发明提供了一种空中监测式无人机，具备航行时间较长，飞行平稳的优点，解决了上述背景技术中的问题。

本发明提供如下技术方案：一种空中监测式无人机，包括固定圆板、遥控器和空气取样袋，所述固定圆板的上表面固定安装有外部太阳能柔性充电板，所述固定圆板的上表面且位于外部太阳能柔性充电板的内部固定安装有电池，所述固定圆板的上表面且位于电池的右侧固定安装有氢气压缩罐，所述电池的上表面且位于外部太阳能柔性充电板的内部固定安装有支撑底板，所述支撑底板的上表面固定安装有折叠袋，所述支撑底板上且位于氢气压缩罐的顶部固定安装有氢气充入电磁阀，所述氢气压缩罐与折叠袋通过氢气充入电磁阀连通，所述外部太阳能柔性充电板的内部活动套接有内部太阳能柔性充电板，所述内部太阳能柔性充电板的顶部固定连接有顶部太阳能柔性充电板，所述顶部太阳能柔性充电板的底部与折叠袋的顶部固定连接，所述顶部太阳能柔性充电板的右侧固定安装有氢气释放电磁阀，所述折叠袋的内部通过氢气释放电磁阀与外界连通，所述固定圆板的侧边固定安装有伺服电机一，所述伺服电机一的活动端固定连接有伺服电机二，所述伺服电机二的活动端固定安装有扇叶，所述伺服电机一与伺服电机二共有四组，且均匀分布在固定圆板的侧边，所述固定圆板的底面通过螺钉固定安装有监测装置。

优选的，所述监测装置内腔的右部固定安装有控制器，所述监测装置内腔的中心固定安装有在线空气分析仪，所述监测装置的内腔且位于在线空气分析仪的后面固定安装有纯净空气压缩罐，所述监测装置的内部且位于在线空气分析仪的右侧固定安装有双通电磁阀，所述监测装置的内部且位于双通电磁阀的右侧固定安装有气泵，所述监测装置的内部且位于在线空气分析仪的前方固定安装有采样装置，所述采样装置的底部且位于监测装置的底面固定连接有空气取样袋，所述纯净空气压缩罐的前侧固定安装有空气充入电磁阀，所述纯净空气压缩罐与双通电磁阀通过气管连通，所述气泵与双通电磁阀通过气管连通，所述双通电磁阀与采样装置和在线空气分析仪分别通过气管连通，所述在线空气分析仪与采样装置通过气管连通，所述气泵的右侧固定连通有气管，且穿过监测装置与外界连通。

优选的，所述采样装置包括柱形腔，所述柱形腔的右侧中部开设有空气进口一，所述空气进口一通过气管与双通电磁阀连通，所述柱形腔的左侧中部开设有空气进口二，所述空气进口二通过气管与在线空气分析仪的左侧连通，所述柱形腔的前面固定安装有单向电磁阀，所述单向电磁阀通过气管穿过监测装置与外界连通，所述柱形腔的内部中心固定安装有伺服电机三，所述伺服电机三的底端固定连接有环形开关，所述柱形腔的底部开设有环槽，所述环槽内开设有均匀分布的采样通孔，所述采样通孔穿过监测装置与外界连通。

优选的，所述固定圆板的上表面开设有环形凹槽，所述内部太阳能柔性充电板的底部均匀固定连接有弹性绳，所述弹性绳的底端与环形凹槽的底面固定连接。

优选的，所述折叠袋在垂直面上呈折叠状态，且侧面无张力。

优选的，所述氢气压缩罐的内部充满氢气压缩气体，所述纯净空气压缩罐的内部充满纯净的压缩空气。

优选的，所述外部太阳能柔性充电板与电池均匀圆柱型。

本发明具备以下有益效果：

1、通过氢气压缩罐和折叠袋的设置，使得无人机上升到预定高度时，氢气压缩罐通过氢气充入电磁阀将氢气充入折叠袋中，增加无人机的浮力，进而可以降低扇叶的转速，进入低能耗模式运行，减小电池中电量的消耗，故而增加无人机航行时间，扩大无人机监测范围和监测的时间，并降低气流与扇叶之间碰撞，增加无人机的稳定性，同时通过伺服电机一与伺服电机二的设置，可改变扇叶的旋转姿态，使得扇叶可与气流之间形成平衡，进一步增加无人机之间的稳定性。

2、通过折叠袋与顶部太阳能柔性充电板的设置，使得充气时向上膨胀舒展，将顶出的内部空间，增加接收太阳能的有效面积，加大光能转化电能的量，增加无人机续航时间。

3、通过采样装置的设置，使得对污染地区的空气进行采样，以便实验室检测使用，并且对在线空气分析仪检测过的空气进行采样，以便后续试验并加以验证，提高在线检测的精度和真实性，并通过纯净空气压缩罐的设置，使得对在线空气分析仪与采样装置中的污染空气进行排除，减少下一次空气检测和采样时，受到上一次污染空气的影响，进一步提高检测精度。

附图说明

图1为本发明结构正视示意图；

图2为本发明结构正视局部示意图；

图3为本发明结构监测装置俯视示意图；

图4为本发明结构伺服电机一、伺服电机一和扇叶安装示意图；

图5为本发明结构图3中A处放大示意图；

图6为本发明结构控制器控制原理图示意图；

图7为本发明结构监测装置原理示意图。

图中：1、固定圆板；2、外部太阳能柔性充电板；3、电池；4、氢气压缩罐；5、支撑底板；6、折叠袋；7、采样装置；71、柱形腔；72、空气进口一；73、空气进口二；74、单向电磁阀；75、伺服电机三；76、环形开关；77、采样通孔；8、内部太阳能柔性充电板；9、顶部太阳能柔性充电板；11、伺服电机一；12、伺服电机一；13、监测装置；14、控制器；15、纯净空气压缩罐；16、在线空气分析仪；17、双通电磁阀；18、气泵；19、氢气充入电磁阀；20、氢气释放电磁阀；21、弹性绳；22、扇叶。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，一种空中监测式无人机，包括固定圆板1、遥控器和空气取样袋，固定圆板1的上表面固定安装有外部太阳能柔性充电板2，固定圆板1的上表面且位于外部太阳能柔性充电板2的内部固定安装有电池3，固定圆板1的上表面且位于电池3的右侧固定安装有氢气压缩罐4，电池3的上表面且位于外部太阳能柔性充电板2的内部固定安装有支撑底板5，支撑底板5的上表面固定安装有折叠袋6，支撑底板5上且位于氢气压缩罐4的顶部固定安装有氢气充入电磁阀19，氢气压缩罐4与折叠袋6通过氢气充入电磁阀19连通，外部太阳能柔性充电板2的内部活动套接有内部太阳能柔性充电板8，内部太阳能柔性充电板8的顶部固定连接有顶部太阳能柔性充电板9，顶部太阳能柔性充电板9的底部与折叠袋6的顶部固定连接，顶部太阳能柔性充电板9的右侧固定安装有氢气释放电磁阀20，折叠袋6的内部通过氢气释放电磁阀20与外界连通，固定圆板1的侧边固定安装有伺服电机一11，伺服电机一11的活动端固定连接有伺服电机二12，伺服电机二12的活动端固定安装有扇叶22，伺服电机一11与伺服电机二12共有四组，且均匀分布在固定圆板1的侧边，固定圆板1的底面通过螺钉固定安装有监测装置13。

其中，监测装置13内腔的右部固定安装有控制器14，监测装置13内腔的中心固定安装有在线空气分析仪16，监测装置13的内腔且位于在线空气分析仪16的后面固定安装有纯净空气压缩罐15，监测装置13的内部且位于在线空气分析仪16的右侧固定安装有双通电磁阀17，监测装置13的内部且位于双通电磁阀17的右侧固定安装有气泵18，监测装置13的内部且位于在线空气分析仪16的前方固定安装有采样装置7，采样装置7的底部且位于监测装置13的底面固定连接有空气取样袋，纯净空气压缩罐15的前侧固定安装有空气充入电磁阀，纯净空气压缩罐15与双通电磁阀17通过气管连通，气泵18与双通电磁阀17通过气管连通，双通电磁阀17与采样装置7和在线空气分析仪16分别通过气管连通，在线空气分析仪16与采样装置7通过气管连通，气泵18的右侧固定连通有气管，且穿过监测装置13与外界连通，当无人机飞到检测区域，气泵18启动，将污染空气吸入，传向双通电磁阀17，通过双通电磁阀17可分别将污染空气通向在线空气分析仪16进行检测，对污染地区的空气进行在线实时检测，并快速生成大量数据，提高检测的高效性，或者通往采样装置7向外排出或者排向空气取样袋进行收集，对污染地区的空气进行采样，以便实验室检测使用，并且对在线空气分析仪16检测过的空气进行采样，以便后续试验并加以验证，提高在线检测的精度和真实性，一次检测或者采样结束后，纯净空气压缩罐15中的纯净空气对双通电磁阀17、在线空气分析仪16和采样装置7中的污染空气进行冲刷，减少下一次空气检测和采样时，受到上一次污染空气的影响，进一步提高检测精度。

其中，采样装置7包括柱形腔71，柱形腔71的右侧中部开设有空气进口一72，空气进口一72通过气管与双通电磁阀17连通，柱形腔71的左侧中部开设有空气进口二73，空气进口二73通过气管与在线空气分析仪16的左侧连通，柱形腔71的前面固定安装有单向电磁阀74，单向电磁阀74通过气管穿过监测装置13与外界连通，柱形腔71的内部中心固定安装有伺服电机三75，伺服电机三75的底端固定连接有环形开关76，柱形腔71的底部开设有环槽，环槽内开设有均匀分布的采样通孔77，采样通孔77穿过监测装置13与外界连通，空气从空气进口一72进入柱形腔71中，通过伺服电机三75带动环形开关76旋转，从而依次开放采样通孔77，将空气送入空气取样袋，或者打开单向电磁阀74，将多余的空气通过单向电磁阀74排向外界，同样从在线空气分析仪16中被检测过的空气从空气进口二73送入柱形腔71中，利用同样的方式收集或者排向外界。

其中，固定圆板1的上表面开设有环形凹槽，内部太阳能柔性充电板8的底部均匀固定连接有弹性绳21，弹性绳21的底端与环形凹槽的底面固定连接，当折叠袋6中充满氢气时，对内部太阳能柔性充电板8与顶部太阳能柔性充电板9顶出，同时使得弹性绳21被拉伸，使得折叠袋6进行放气时，对内部太阳能柔性充电板8进行拉扯，为顶部太阳能柔性充电板9提供下压力，使得内部太阳能柔性充电板8迅速归位，并增加放气速度。

其中，折叠袋6在垂直面上呈折叠状态，且侧面无张力，防止折叠袋6充气时向侧边膨胀，对内部太阳能柔性充电板8造成压迫。

其中，氢气压缩罐4的内部充满氢气压缩气体，纯净空气压缩罐15的内部充满纯净的压缩空气。

其中，外部太阳能柔性充电板2与电池3均匀圆柱型，一方面增加外部太阳能柔性充电板2的外表面积，提高光能转化效率，另方面减小风阻，提高无人机航行速度。

工作原理，飞行模式，操作人员通过遥控器将信号传入控制器14，则控制器14控制电能的输送，控制伺服电机一11与伺服电机二12的启动，伺服电机二12转动进而带动扇叶22旋转，使得无人机飞往预定区域，到达预定区域后，控制器14控制氢气充入电磁阀19打开，往折叠袋6内注入氢气，折叠袋6向上膨胀，进而将顶部太阳能柔性充电板9与内部太阳能柔性充电板8顶出，同时对弹性绳21进行拉伸，增加无人机的浮力，同时，降低扇叶22的转速，进而达到飞行平衡，降低电池3的消耗；

监测模式，当无人机飞到检测区域，气泵18启动，将污染空气吸入，传向双通电磁阀17，通过双通电磁阀17可分别将污染空气通向在线空气分析仪16进行检测，对污染地区的空气进行在线实时检测，并快速生成大量数据，或者通往采样装置7向外排出或者排向空气取样袋进行收集，对污染地区的空气进行采样，以便实验室检测使用，并且对在线空气分析仪16检测过的空气进行采样，以便后续试验并加以验证，提高在线检测的精度和真实性，一次检测或者采样结束后，纯净空气压缩罐15中的纯净空气对双通电磁阀17、在线空气分析仪16和采样装置7中的污染空气进行冲刷，减少下一次空气检测和采样时，受到上一次污染空气的影响，进一步提高检测精度，空气从空气进口一72进入柱形腔71中，通过伺服电机三75带动环形开关76旋转，从而依次开放采样通孔77，将空气送入空气取样袋，或者打开单向电磁阀74，将多余的空气通过单向电磁阀74排向外界，同样从在线空气分析仪16中被检测过的空气从空气进口二73送入柱形腔71中，利用同样的方式收集或者排向外界。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种空中监测式无人机，包括固定圆板（1）、遥控器和空气取样袋，其特征在于：所述固定圆板（1）的上表面固定安装有外部太阳能柔性充电板（2），所述固定圆板（1）的上表面固定安装有电池（3），所述固定圆板（1）的上表面且位于电池（3）的右侧固定安装有氢气压缩罐（4），所述电池（3）的上表面固定安装有支撑底板（5），所述支撑底板（5）的上表面固定安装有折叠袋（6），所述支撑底板（5）上且位于氢气压缩罐（4）的顶部固定安装有氢气充入电磁阀（19），所述外部太阳能柔性充电板（2）的内部活动套接有内部太阳能柔性充电板（8），所述内部太阳能柔性充电板（8）的顶部固定连接有顶部太阳能柔性充电板（9），所述顶部太阳能柔性充电板（9）的底部与折叠袋（6）的顶部固定连接，所述顶部太阳能柔性充电板（9）的右侧固定安装有氢气释放电磁阀（20），所述固定圆板（1）的侧边均匀固定安装有伺服电机一（11），所述伺服电机一（11）的活动端固定连接有伺服电机二（12），所述伺服电机二（12）的活动端固定安装有扇叶（22），所述固定圆板（1）的底面通过螺钉固定安装有监测装置（13）；

所述监测装置（13）内腔的右部固定安装有控制器（14），所述监测装置（13）内腔的中心固定安装有在线空气分析仪（16），所述监测装置（13）的内腔且位于在线空气分析仪（16）的后面固定安装有纯净空气压缩罐（15），所述监测装置（13）的内部且位于在线空气分析仪（16）的右侧固定安装有双通电磁阀（17），所述监测装置（13）的内部且位于双通电磁阀（17）的右侧固定安装有气泵（18），所述监测装置（13）的内部且位于在线空气分析仪（16）的前方固定安装有采样装置（7），所述采样装置（7）的底部且位于监测装置（13）的底面固定连接有空气取样袋，所述纯净空气压缩罐（15）的前侧固定安装有空气充入电磁阀，所述纯净空气压缩罐（15）与双通电磁阀（17）通过气管连通，所述气泵（18）与双通电磁阀（17）通过气管连通，所述双通电磁阀（17）与采样装置（7）和在线空气分析仪（16）分别通过气管连通，所述在线空气分析仪（16）与采样装置（7）通过气管连通，所述气泵（18）的右侧固定连通有气管，且穿过监测装置（13）与外界连通；所述采样装置（7）包括柱形腔（71），所述柱形腔（71）的右侧中部开设有空气进口一（72），所述空气进口一（72）通过气管与双通电磁阀（17）连通，所述柱形腔（71）的左侧中部开设有空气进口二（73），所述空气进口二（73）通过气管与在线空气分析仪（16）的左侧连通，所述柱形腔（71）的前面固定安装有单向电磁阀（74），所述单向电磁阀（74）通过气管穿过监测装置（13）与外界连通，所述柱形腔（71）的内部中心固定安装有伺服电机三（75），所述伺服电机三（75）的底端固定连接有环形开关（76），所述柱形腔（71）的底部开设有环槽，所述环槽内开设有均匀分布的采样通孔（77），所述采样通孔（77）穿过监测装置（13）与外界连通。

2.根据权利要求1所述的一种空中监测式无人机，其特征在于：所述固定圆板（1）的上表面开设有环形凹槽，所述内部太阳能柔性充电板（8）的底部均匀固定连接有弹性绳（21），所述弹性绳（21）的底端与环形凹槽的底面固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种空中监测式无人机，其特征在于：所述折叠袋（6）在垂直面上呈折叠状态，且侧面无张力。

4.根据权利要求1所述的一种空中监测式无人机，其特征在于：所述氢气压缩罐（4）的内部充满氢气压缩气体，所述纯净空气压缩罐（15）的内部充满纯净的压缩空气。

5.根据权利要求1所述的一种空中监测式无人机，其特征在于：所述外部太阳能柔性充电板（2）与电池（3）均为 圆柱型。

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