CN213581017U - 无人机携带式简易洪水泥沙监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水流流速测定技术领域，具体涉及一种无人机携带式简易洪水泥沙监测设备。本实用新型的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备本体为具有空心结构的球体，包括凹坑，所述凹坑均匀设置在监测装置本体外表面；固定钩，所述固定钩设置在所述凹坑内，能够沿所述监测装置本体径向伸缩，所述固定钩收缩时定位在所述凹坑中，弹出时伸出所述监测装置本体的外表面；通道，所述通道穿过所述监测装置本体的球心且贯穿整个球体；流速仪，所述流速仪设置在所述通道内；电磁铁，所述电磁铁设置在所述监测装置本的外表面，所述监测装置本体通过电磁铁与无人机强磁固定。本实用新型的监测装置使用简单，无须临时搭建水文观测站，随时随地都可测量流速数据。

Description

无人机携带式简易洪水泥沙监测设备

技术领域

本实用新型属于水流流速测定技术领域，具体涉及一种无人机携带式简易洪水泥沙监测设备。

背景技术

在鄂尔多斯高原的砒砂岩区治理过程中，对于河道内或者小流域内降雨中径流的监测，现有技术中通常采用在沟底修建三角堰，在三角堰口设置测量仪器进行测量，但是由于小流域内沟底存在多条沟道，降雨后雨水随机的顺着某个沟道或者多个沟道排走，如果在每条沟道都修建三角堰并设置测量仪器进行测量，成本太大，另一方面，对于比较危险的地方，修建三角堰或增设其他测量仪器都不实际。

另外，我国南方夏季经常由于暴雨洪水等出现城市内涝，城市内涝时需要对通过城市的水体流速等进行测量，以便于应急管理部门改善或者治理城市内涝，但是由于水文站处于固定的位置，对于城市内涝时的水体流速不能准确测量，现有的便携式流速计由于需要手持或者简易固定，并不适合突发内涝时水体流速的测量，而且对于一些不方便人进入的地方，现有的测量仪器无能为力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种无人机携带式简易洪水泥沙监测设备。本实用新型的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备吊挂在无人机下方，监测装置与无人机的固定方式可以为强磁固定，固定脱离较为方便，使用简单，无须临时搭建水文观测站，特别适合测量一些危险或不方便人工测量的地方的流速数据，为城市应急管理等提供有力数据支持。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，所述监测装置本体为具有空心结构的球体，包括多个凹坑，所述凹坑均匀设置在监测装置本体外表面；

固定钩，所述固定钩设置在所述凹坑内，能够沿所述监测装置本体径向伸缩，所述固定钩处于收缩状态时定位在所述凹坑中，所述固定钩处于伸出状态时伸出所述监测装置本体的外表面；

通道，所述通道穿过所述监测装置本体的球心且贯穿整个球体；

流速仪，所述流速仪设置在所述通道内；

所述监测装置本体通过连接结构与无人机之间可拆卸固定连接。

所述凹坑侧壁从下到上依次设有弹性销和固定销，所述弹性销能够在侧壁上自由滑动，弹性销露出侧壁的一端为球头或者弧面，所述弹性销的另一端与侧壁之间设有弹簧；

所述固定销露出侧壁的一端为斜面，所述斜面朝下，所述固定销的另一端与侧壁之间设有第二弹簧。

所述固定销上部设置有第一凹槽，第一凹槽内设有卡块，卡块可在第一凹槽内自由滑动，所述卡块底部与第一凹槽底部之间连接有第一弹簧；所述凹坑侧壁设有第二凹槽。

所述第一凹槽和第二凹槽开口相对，所述第二凹槽的长度大于第一凹槽。

所述第二弹簧内设置有易溃缩材料制成的支撑柱，所述支撑柱抵接在所述固定销的另一端与侧壁之间。

所述固定钩包括钩体和底座，所述钩体与底座之间通过连接杆连接，所述底座为圆柱体或者长方体。

当固定钩处于收缩状态时，所述弹性销位于底座上方，当固定钩处于伸出状态时，所述底座位于所述固定销上方。

所述底座与凹坑底部之间设置火工品，所述火工品包括基座、活塞以及导线，所述基座固定在凹坑底部，所述活塞抵接在底座下表面。

所述易溃缩材料为瓦楞纸或麦秆。

所述监测装置本体内设置有控制电路，所述控制电路设置在环形PCB板上，所述环形PCB板上还设置有火工品的导线的自由端，所述环形PCB板围绕监测装置本体的球心设置；所述控制电路包括单片机、三轴加速度传感器、无线通信模块以及所述流速仪的采集电路，整个控制电路采用干电池供电。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备吊挂在无人机下方，监测装置与无人机的固定方式可以为强磁固定，固定脱离较为方便，使用简单，无须临时搭建水文观测站，特别适合测量一些危险或不方便人工测量的地方的流速数据，为城市应急管理或砒砂岩区小流域径流监测提供有力数据支持。

2、本实用新型的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备的外壳采用金属材质，能够沉入水底，火工品能量密度大，体积小，可以有效的弹出固定钩，弹出后的固定钩勾住水底固定物，从而可以实时测出水体流速。

3、固定钩通过弹性销和固定销的组合方式，使其不用的时候固定钩状态稳定，不会轻易弹出，使用时弹出后由于固定销上还设有卡块以及第一凹槽和第二凹槽，进一步保证固定销不会回缩，进而保证固定钩不会缩回凹坑内部。

附图说明

图1是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备的截面示意图。

图2是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备固定钩收缩在凹坑内的结构示意图。

图3是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备弹性销的结构示意图。

图4是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备固定销的结构示意图。

图5是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备固定销在不同状态下的结构示意图。

图6是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备通电前火工品的结构示意图。

图7是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备通电后火工品的结构示意图。

图8是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备中流速仪的结构示意图。

图9是本实用新型径流无人机携带式简易洪水泥沙监测设备中控制电路的排布图。

附图标记说明：1-监测装置本体；2-凹坑；3-开关；4-固定钩；5-火工品；6-流速仪；7-固定销；8-弹性销；9-通道；10-绳索或者链条；11-环形PCB板；12-电磁铁；41-钩体；42-底座；51-基座；52-活塞；53-导线；71-第一凹槽；72-第一弹簧；73-卡块；74-第二凹槽；75-第二弹簧；76-支撑柱。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”、“内、外”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。

如图1-2所示，一种无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，所述监测装置本体1为具有空心结构的球体，包括多个凹坑2，所述凹坑2均匀设置在监测装置本体1外表面；

固定钩4，所述固定钩4设置在所述凹坑2内，能够沿所述监测装置本体1径向伸缩，所述固定钩4收缩时定位在所述凹坑2中，弹出时伸出所述监测装置本体1的外表面；

通道9，所述通道9穿过所述监测装置本体1的球心且贯穿整个球体；

流速仪6，所述流速仪6设置在所述通道9内；

所述监测装置本体1通过连接结构与无人机之间可拆卸固定连接。

所述连接结构包括设置在所述监测装置本体1上的电磁铁以及设置在无人机上的永磁铁，无人机上的永磁铁设置在无人机下部的吊挂装置上，所述吊挂装置为现有技术，在此不再赘述，所述监测装置本体1通过电磁铁与无人机上的永磁铁实现可拆卸固定连接。

监测装置本体1与无人机的连接方式为吊挂在无人机下方，所述无人机为常用的民用无人机(例如大疆公司的产品)或者农用植保无人机等，监测装置与无人机的固定方式为强磁固定，固定脱离较为方便。其中，电磁铁设置在球体外表面设置的凸台内或者凸台上。

如图3-5所示，所述凹坑2侧壁从下到上依次设有弹性销8和固定销7，所述弹性销8能够在侧壁内自由滑动，弹性销8露出侧壁的一端为球头或者弧面，所述弹性销8的另一端与侧壁之间设有弹簧；

所述固定销7露出侧壁的一端为斜面，所述斜面朝下，所述固定销7上部设置有第一凹槽71，第一凹槽71内设有卡块73，卡块73可在第一凹槽71内自由滑动，所述卡块73底部与第一凹槽71底部之间连接有第一弹簧72。

所述凹坑2侧壁内设有第二凹槽74，所述第一凹槽71和第二凹槽74开口相对，所述第二凹槽74的长度大于第一凹槽71。

所述固定销7的另一端位于侧壁内，且所述固定销7的另一端与侧壁之间设有第二弹簧75，所述第二弹簧75内设置有易溃缩材料制成的支撑柱76，所述支撑柱76抵接在所述固定销7的另一端与侧壁之间。

所述易溃缩材料为瓦楞纸，麦秆等强度低，抗压能力差的材料制成。

所述卡块73为直角三角形，原始位置时，如图5中a所示，初始状态时，由于支撑柱76的作用，第一凹槽71的两个侧边与第二凹槽74的两个侧边均不对齐，卡块73的一个顶角被监测装置本体侧壁压住，支撑柱76保证了固定销7的原始位置。

如图5中b所示，火工品5弹出固定钩后，固定销7的斜面与底座42发生接触，底座42在上升过程中由于斜面的作用使得固定销7回缩，压溃支撑柱76，同时固定销7缩回后,卡块73一直处于压缩状态，随后，随着底座42移动到固定销7上方，在第二弹簧75的作用下，固定销7被弹出。

如图5中c所示，当第一凹槽71的一个侧边与第二凹槽74的一个侧边对齐时，卡块73不再被约束，因此在第一弹簧72的作用下，卡块73伸出并部分位于第二凹槽74内。

如图5中d所示，由于卡块73部分位于第二凹槽74内，部分位于第一凹槽71内，同时又由于第二凹槽74的长度大于第一凹槽71，因此，固定销7不可缩回，进一步保证固定钩4不会缩回监测装置凹坑2中。

所述固定钩4包括钩体41和底座42，所述钩体41与底座42之间通过连接杆43连接，所述底座42为圆柱体或者长方体。当固定钩4处于收缩状态时，所述弹性销8位于底座42上方，用于固定固定钩，当固定钩4处于伸出状态时，所述底座42位于所述固定销7上方，固定销使得底座42无法后退。

所述底座42与凹坑2底部之间设置启动器5，所述启动器5优选为火工品，也可以为压缩空气或电磁铁。

火工品是装有火炸药的较敏感的小型起爆/传爆元件或装置，能在外界较小的初始冲能(如机械能、热能或者电能)作用下，发生燃烧、爆炸等化学反应，并以其所释放的能量去获得某种化学、物理或机械效应，如点燃火药、起爆炸药或作某种特定的动力能源等；火工品的特点是能量密度大，可靠性高，尺寸小，瞬时释放能量大。

火工品包括动力源火工品，包括很多完成某种特定动作的小型启动器，如切割器、爆炸螺栓、抛射管、推力器等，本申请中选用电能触发的火工品作为推力器使用，在通电的瞬间将固定钩4弹出。

所述火工品可以根据需求定制，也可以购买现成产品使用，本实用新型中火工品的购买厂家为西安庆华公司，所述火工品包括基座51，活塞52以及导线53，所述基座51固定在凹坑2底部，所述活塞52抵接在底座42下表面。

如图6-7所示，所述火工品5未通电时，活塞52处于缩回状态，当导线53之间通电后，活塞52弹出；所述火工品5具有两根导线53，通电时分别连接正极和负极。其中，火工品为一次性消耗品，通电后即报废，无法二次利用。

所述底座42底部与凹坑2底部之间还设有绳索或者链条10，当火工品将底座42弹出时，绳索或者链条10防止固定钩4从监测装置本体1上脱落。

所述监测装置还包括单片机、三轴加速度传感器以及无线通信模块，其中，流速仪6的采集电路、三轴加速度传感器以及无线通信模块均连接在单片机上，所述单片机上还连接有每个火工品的导线53。

所述监测装置内置环形PCB板11，所述环形PCB板11围绕球心设置，所述单片机、三轴加速度传感器、无线通信模块以及流速仪6的采集电路均焊接在环形PCB板11上，如图8所示，单片机、三轴加速度传感器、无线通信模块以及流速仪6的采集电路均布在环形PCB板11四周，尽量使得监测装置重心保持平衡；且所述导线53的自由端也焊接在环形PCB板11上,整个控制电路采用干电池供电。

所述监测装置1外壳为金属材质，且外壳上设有开关3。

流速仪6选用市售的螺旋桨式流速仪，通道9内设置流速仪6的螺旋桨。

所述监测装置还包括远程控制装置，远程控制装置与监测装置之间通过无线通信模块进行信号交换，监测装置测得的数据通过无线通信模块发送到远程控制装置，远程控制装置通过无线通信模块控制监测装置内的单片机。

本实用新型工作原理如下：

当进行径流检测或者城市内涝需要测量水体流速时，首先摁下按钮3使得监测装置系统通电，进而电磁铁通电，可以与无人机吊挂装置上的永磁铁吸附，进而将本申请中的监测装置固定在无人机底部，这时操控无人机飞至投放地点上方，监测装置的远程控制装置此时通过人为操作(比如摁下操作按钮等)使得单片机收到控制信号，单片机内置程序使得电磁铁断电，从而监测装置与无人机脱离，掉入待测水域中，由于是金属材质，监测装置可以沉到水底，单片机收到使电磁铁断电的信号后，计时20s后给所有的火工品5供电，使得火工品5激发弹出活塞52从而弹出所有的固定钩4，水流冲击使得本装置在水底不断翻滚，当固定钩4弹出后，本装置会在翻滚过程中勾住水底固定物，从而使得本装置得到固定，当三轴加速度传感器判断到本装置不再移动时，此时单片机开始采集流速仪的流速信号，单片机通过无线方式将采集的流速数据实时传输给远程终端。

固定钩4弹出过程中，火工品的冲击力使得底座42上升过程中先将弹性销8压入侧壁内，由于固定销7下端为斜面，因此底座42上升过程中将固定销7压入侧壁内，当底座42越过固定销7后，固定销7在固定销弹簧的作用下重新弹出，链条10使得固定钩不脱离监测装置本体，且固定销7上的卡块73，凹坑2侧壁内的第二凹槽74的相互作用，使得无论多大的震动冲击都不会使得固定销7缩回，从而保证固定销7使得底座42不能再缩回凹坑2中，从而保障固定钩的正常工作。

其中，三轴加速度传感器用于判断物体运动状态已经是公知常识，目前常用于智能穿戴，手机等场合，用于判断使用者的运动模式以及运动状态，因此关于三轴加速度传感器的控制原理，本实用新型中不再赘述。

由于本装置在水底的姿态无从确定，通过本装置通道的水流流速并不等于水体的真正流速，可在本装置内部设置三轴陀螺仪，从而计算出通道与水体流向的偏角，进而对流速进行校正；也可以直接测量流速，由于本装置是一次性的测量装置，抛入水体后就不再回收，仅仅作为粗略测量，因此测量结果也可以不用非常精确，测水体流速的大概范围即可。

如果采用三轴陀螺仪测量装置本身在水体内的三维姿态，由于三轴陀螺仪大量广泛应用于各种导航部件中，用于测量运动物体的三维空间姿态，因此，利用三轴陀螺仪测量本装置在水底的姿态也是本领域的公知常识，因此可以测量出通道与水体流向之间的夹角，从而对流速进行精确的矫正。

本申请中的装置均采用水密设计，各接口以及连接处都使用密封圈或者水密胶进行密封，保证装置在水底的正常使用，同时，本申请中，在固定钩弹出时，钩体41与固定销7并不接触，以保证支撑柱76的完整性，只有当底座42接触固定销时，才能将支撑柱76压溃。

以上仅就本实用新型较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述监测设备(1)为具有空心结构的球体，包括多个凹坑(2)，所述凹坑(2)均匀设置在监测设备(1)外表面；

固定钩(4)，所述固定钩(4)设置在所述凹坑(2)内，能够沿所述监测设备(1)径向伸缩，所述固定钩(4)处于收缩状态时定位在所述凹坑(2)中，所述固定钩(4)处于伸出状态时伸出所述监测设备(1)的外表面；

通道(9)，所述通道(9)穿过所述监测设备(1)的球心且贯穿整个球体；

流速仪(6)，所述流速仪(6)设置在所述通道(9)内；

所述监测设备(1)通过连接结构与无人机之间可拆卸固定连接。

2.根据权利要求1所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述凹坑(2)侧壁从下到上依次设有弹性销(8)和固定销(7)，所述弹性销(8)能够在侧壁上自由滑动，弹性销(8)露出侧壁的一端为球头或者弧面，所述弹性销(8)的另一端与侧壁之间设有弹簧；

所述固定销(7)露出侧壁的一端为斜面，所述斜面朝下，所述固定销(7)的另一端与侧壁之间设有第二弹簧(75)。

3.根据权利要求2所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述固定销(7)上部设置有第一凹槽(71)，第一凹槽(71)内设有卡块(73)，卡块(73)可在第一凹槽(71)内自由滑动，所述卡块(73)底部与第一凹槽(71)底部之间连接有第一弹簧(72)；所述凹坑(2)侧壁设有第二凹槽(74)。

4.根据权利要求3所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述第一凹槽(71)和第二凹槽(74)开口相对，所述第二凹槽(74)的长度大于第一凹槽(71)。

5.根据权利要求2所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述第二弹簧(75)内设置有易溃缩材料制成的支撑柱(76)，所述支撑柱(76)抵接在所述固定销(7)的另一端与侧壁之间。

6.根据权利要求1所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述固定钩(4)包括钩体(41)和底座(42)，所述钩体(41)与底座(42)之间通过连接杆(43)连接，所述底座(42)为圆柱体或者长方体。

7.根据权利要求2所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，当固定钩(4)处于收缩状态时，所述弹性销(8)位于底座(42)上方，当固定钩(4)处于伸出状态时，所述底座(42)位于所述固定销(7)上方。

8.根据权利要求6所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述底座(42)与凹坑(2)底部之间设置火工品，所述火工品包括基座(51)、活塞(52)以及导线(53)，所述基座(51)固定在凹坑(2)底部，所述活塞(52)抵接在底座(42)下表面。

9.根据权利要求5所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述易溃缩材料为瓦楞纸或麦秆。

10.根据权利要求8所述的无人机携带式简易洪水泥沙监测设备，其特征在于，所述监测设备(1)内设置有控制电路，所述控制电路设置在环形PCB板(11)上，所述环形PCB板(11)上还设置有火工品(5)的导线(53)的自由端，所述环形PCB板(11)围绕监测设备(1)的球心设置；所述控制电路包括单片机、三轴加速度传感器、无线通信模块以及所述流速仪(6)的采集电路，整个控制电路采用干电池供电。

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