CN210953552U - 基于无人机的一种多点气体采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气体采样技术领域，提供一种基于无人机的多点气体采样装置，其技术特点是，包括六旋翼无人机、多点气体采样装置及地面基站；所述六旋翼无人机包括无人机机架、螺旋桨、无刷直流电机、蓄电池、GPS模块、数传、遥控器以及固定在无人机下方的载物托板；所述地面基站包括地面数传、处理器及与处理器相连接的显示器，处理器连接外部电源；所述多点气体采样装置包括采样泵、连接软管、采样袋、步进电机、齿轮齿条传动装置、密封装置及采样装置控制模块。本实用新型可实现多点气体采样，包括自动采样和手动采样两种采样方式。本实用新型可用于对人为难以到达的污染源或环境进行采样，提高了采样效率且保护现场操作人员安全。

Description

基于无人机的一种多点气体采样装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于无人机的多点气体采样装置，属于气体采样技术领域。

背景技术

大气环境监测是环境保护工作中最重要的基础性工作。随着我国经济的快速发展，化工企业违规排放已成为大气污染的重要污染源，由于自然灾害或工程质量、维修工作的欠缺，引发的化工厂爆炸或有害气体泄漏，严重影响区域大气环境质量。目前，环保系统化工大气污染监测主要以定时地点的地面手工监测为主，鉴于化工大气污染排放隐蔽性、污染事故突发性的特点，传统地面监测段很难满足环保部门的应急需求。当今，众多环保部门已将遥感技术作为区域大气环境污染监测的主要手段。无人机作为采样设备的载体，可以在空中任意位置悬停并监测，解决高空污染检测难题。此外，在发生环境突发事件时，无人机可以克服交通不便、情况危险等不利因素，快速出现在污染事故所在空域，查看污染情况，具有较好的时效性。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述技术难题，提供一种基于无人机的多点气体采样装置，可以通过航线规划和人为操控两种采样方式实现多点气体采样，可通过采样多点气体浓度全面准确反映污染源污染程度和大气环境状况，提高采样的作业效率；对于人为难以到达的采样区域，提供一种有效的采样手段，避免人为作业危险。

所述一种基于无人机的多点气体采样装置，包括六旋翼无人机、多点气体采样装置及控制模块。所述六旋翼无人机包括无人机机架、螺旋桨、无刷直流电机、蓄电池、GPS模块、数传、遥控器以及固定在无人机下方的载物托板，六旋翼无人机机用于搭载多点气体采样装置，完成指定的飞行任务；所述多点气体采样装置包括采样泵、连接软管、采样袋、步进电机、齿轮齿条传动装置、密封装置，齿轮齿条传动装置包括直齿轮、齿条和与齿条相连接的滑轨，密封装置包括密封滑块、下压头、连接软管、弹簧和与密封滑块相连接的密封滑块滑轨；所述控制模块包括无人机飞控、地面数传、地面站和采样装置控制模块，无人机飞控用于控制无人机在飞行过程中的姿态和轨迹，采样装置控制模块用于控制采样泵采气和步进电机转动，进而完成定点采样和采样袋内气体清理，地面数传用于地面站和无人机飞控建立联系，地面站用于实时显示无人机飞行数据。

所述步进电机、齿轮齿条传动装置、齿条滑轨、密封滑块、密封滑块滑轨均有2个，其中一个步进电机通过控制齿轮齿条传动装置，进而控制密封滑块移动，从而保证进气软管的密封，另外一个步进电机用于控制另外一组齿轮齿条传动装置，保证排气软管的密封，两组装置在一个平面上平行放置。

所述进、排气软管均内置弹簧挡板，且挡板位于管内指定位置，保证下压头下降最低位置与密封滑块底端在同一平面上。下压头底端为圆形扇叶，扇叶直径与进、排气软管内径相同。

所述气体采样袋共有6个，每个采样带上均有一个进气口和一个排气口，分别与进气软管和排气软管相连接，进气口和排气口上均设有旋钮，可通过旋转旋钮对采样袋进行密封，从而将采样袋从多点气体采样装置上取下。

所述一种基于无人机的多点气体采样装置的使用方法为：首先在地面站绘制无人机航线，并通过地面数传将航线传至无人机飞控，无人机按照航线飞到指定点悬停，当无人机飞控检测到无人机处于悬停状态时，无人机飞控向多点气体采样装置发出指令，多点气体采样装置开始进行采样工作：采样泵开始排气，排气完成后，由于排气软管上方密封滑块与齿轮齿条结构中的齿条固定连接，齿轮由步进电机驱动，采样装置控制模块给步进电机转动指令，当步进电机开始转动后，密封滑块向右移动，使排气软管中的下压头向下移动，完成对排气软管的密封，然后采样泵继续吸气，采样气体并经过进气软管进入到采样袋中，进气软管上方密封滑块与另外一组齿轮齿条结构中的齿条固定连接，在步进电机的驱动下也向右移动，使进气软管中的下压头下压，从而完成对采样袋的密封；当无人机到达下一点悬停时，采样泵再次打开，排气完成后，排气软管上方密封滑块继续向右移动，完成对采样袋排气软管的密封，采样泵继续工作，采样气体经过进气软管进入到采样袋中，随后进气软管上方密封滑块在步进电机驱动下继续右移，从而完成对采样袋的密封，剩余采样袋采气过程与其类似，共可完成6个点的采样。当采气完成后，取下采样袋，在实验室对采样气体浓度进行分析，并通过无人机遥控器向多点气体采样装置发出指令，进而控制步进电机反转，使得密封滑块回到原位置。此外，还可通过手动操控无人机遥控器完成采样工作。本实用新型可通过6个点的采样数据准确全面反映污染源污染状况或者大气环境状况，大大提高了采样效率。

附图说明

图1：本实用新型的二维结构示意图

图2：本实用新型的侧视图

图3：本实用新型的俯视图

图4：本实用新型的多点气体采样装置二维结构示意图

图5：本实用新型的密封装置二维剖视图

图6：本实用新型的工作原理图

图中：1、六旋翼无人机 2、多点气体采样装置 3、直齿轮 4、齿条 5、齿条滑轨6、步进电机 7、密封滑块 8、密封滑块滑轨9、下压头10、进气软管11、弹簧12、采样泵连接孔13、弹簧挡板14、排气软管15、采样袋16、无人机机架17、载物托板18、蓄电池19、无人机数传20、无刷直流电机21、螺旋桨22、GPS模块23、无人机飞控24、采样泵 25、采样装置控制模块26、无人机遥控器27、地面站28、地面数传

具体实施方式

下面参照附图详述本实用新型的具体实施方式，应理解，本实施例仅用于对本实用新型的解释说明而不用于对本实用新型的限制。本领域技术人员在阅读本实用新型之后，在无任何创造性贡献前提下所做出的修改，均属于本实用新型的保护范围。

一种基于无人机的多点气体采样装置包括六旋翼无人机1、多点气体采样装置2、GPS模块22、无人机遥控器26、地面站27、地面数传28；所述六旋翼无人机1包括无人机机架16、载物托板17、蓄电池18、无人机数传19、无刷直流电机20、螺旋桨21、无人机飞控23；所述多点气体采样装置2包括直齿轮3、齿条4、齿条滑轨5、步进电机6、密封滑块7、密封滑块滑轨8、下压头9、进气软管10、弹簧11、采样泵连接孔12、弹簧挡板13、排气软管14、采样袋15、采样泵24和采样装置控制模块25。所述无人机机架16与无刷直流电机20相连，无刷直流电机20上方安装螺旋桨21，载物托板连接在无人机机架16下方，无人机飞控23安装在无人机机架16上方，无人机飞控23与蓄电池18、无人机数传19、无刷直流电机20和GPS模块22相连。GPS模块22用于精准确定无人机采样点位置，无人机飞控23用于控制无人机飞行姿态和触发多点气体采样装置2进行采样工作。

所述多点气体采样装置2中的齿条滑轨5和密封滑块滑轨8均固定在载物托板17下方，齿条滑轨5和密封滑块滑轨8分别保证齿条4和密封滑块7在同一个水平面上运动，载物托板上方放置采样泵24和蓄电池18，采样泵24用于气体收集，蓄电池用于对无人机飞控23、采样泵24和采样装置控制模块25供电。

所述多点气体采样装置2中的进气软管10和排气软管14内部均安装弹簧挡板13，弹簧挡板13保证下压头9下降最低位置与密封滑块7底端在同一平面上，下压头9底端为圆形扇叶，扇叶直径与进气软管10、排气软14管内径相同，当进气软管10内的下压头9底端扇叶位于采样泵连接孔12下方时，完成对采样袋15进气口的密封，当排气软管14内的下压头底端扇叶位于采样泵连接孔12下方时，完成对采样袋15排气口的密封。

所述一种基于无人机的多点气体采样装置的使用方法为：首先在地面站27绘制无人机航线，并通过地面数传28将航线传至无人机飞控23，无人机按照航线飞到指定点悬停，当无人机飞控23检测到无人机处于悬停状态时，无人机飞控23触发多点气体采样装置2开始进行采样工作：采样泵24开始排气，排气完成后，由于排气软管14上方密封滑块7与齿轮齿条结构中的齿条4固定连接，直齿轮3由步进电机6驱动，采样装置控制模块25向步进电机6发出转动指令，当步进电机6开始转动后，排气软管14上方密封滑块7向右移动，使排气软管14中的下压头9向下移动，完成对排气软管14的密封，然后采样泵24继续吸气，采样气体并经过进气软管10进入到采样袋15中，进气软管10上方密封滑块7与另外一组齿轮齿条装置中的齿条4固定连接，在另外一个步进电机6的驱动下也向右移动，使进气软管10中的下压头9下压，从而完成对采样袋15的密封；当无人机到达下一点悬停时，采样泵24再次打开，排气完成后，多点气体采样装置2再次驱动步进电机6转动，使得下一个采样袋15排气软管14上方的密封滑块7继续向右移动，完成对下一个采样袋15排气软管14的密封，采样泵24继续工作，采样气体并经过进气软管10进入到采样袋15中，随后进气软管10上方密封滑块7在步进电机6驱动下继续右移，从而完成对下一个采样袋15的密封，剩余采样袋15采气过程与其类似，共可完成6个点的采样。当采气完成后，取下所有的采样袋15，在实验室对采样气体浓度进行分析，并通过无人机遥控器26向多点气体采样装置2发出指令，进而控制步进电机6反转，使得采样袋15进气软管10端和排气软管14端密封滑块7都回到原位置。此外，还可通过手动操控无人机遥控器26完成采样工作。

以上所述仅是本实用新型的最优实施例，应当指出，本实用新型包括但不局限于上述实施例，对于本领域的普通技术人员，凡在本实用新型基础上所做出的改进和修饰，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.基于无人机的一种多点气体采样装置，其特征在于：包括六旋翼无人机（1）、多点气体采样装置（2）及控制模块，所述六旋翼无人机（1）包括无人机机架（16）、固定在无人机下方的载物托板（17）、蓄电池（18）、无人机数传（19）、无刷直流电机（20）、螺旋桨（21）、GPS模块（22）以及遥控器（26），所述无人机机架（16）与无刷直流电机（20）相连，无刷直流电机（20）上方安装螺旋桨（21），载物托板（17）连接在无人机机架（16）下方，所述多点气体采样装置（2）包括步进电机（6）、采样袋（15）、采样泵（24）、齿轮齿条传动装置和密封装置，齿轮齿条传动装置包括直齿轮（3）、齿条（4）和与齿条相连接的齿条滑轨（5），密封装置包括密封滑块（7）、下压头（9）、进气软管（10）、弹簧（11）、排气软管（14）和与密封滑块（7）相连接的密封滑块滑轨（8），多点气体采样装置（2）有6个采样袋（15），采样袋（15）上有一个出气口和一个进气口，进气口和出气口分别与进气软管（10）和排气软管（14）相连，步进电机（6）主轴与齿轮齿条装置中的直齿轮（3）相连接，密封滑块（7）与齿轮齿条装置中的齿条（4）相连接，齿轮齿条装置中的齿条（4）和密封滑块（7）均设有滑轨，滑轨与无人机载物托板（17）下方固定连接，所述控制模块包括无人机飞控（23）、采样装置控制模块（25）、地面站（27）和地面数传（28），地面数传（28）与地面站（27）相连接，无人机飞控（23）安装在无人机机架（16）上方，无人机飞控（23）与蓄电池（18）、无人机数传（19）、无刷直流电机（20）和GPS模块（22）、采样装置控制模块（25）相连接。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的一种多点气体采样装置，其特征在于：采样泵（24）为微型电动真空泵，质量为150g。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的一种多点气体采样装置，其特征在于：采样袋（15）为铝箔复合膜采样袋，容积为100ml。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的一种多点气体采样装置，其特征在于：步进电机（6）为39步进电机，步距角为1.8°，质量为100g。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的一种多点气体采样装置，其特征在于：连接软管分为两种，进气软管（10）、排气软管（14）为硬质PVC管，用于和采样泵（24）相连接的为软质PVC管。

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