CN216332737U - 一种基于tdlas甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及甲烷泄漏探测设备技术领域，具体涉及一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机。包括防爆机体外壳、设置于防爆机体外壳一端开口处的机体外壳封盖、以及设置于防爆机体外壳另一端开口处的半球形外罩；防爆机体外壳内部设置有控制器、无线通讯模块，TDLAS甲烷传感器、视觉传感器、电源；控制器用于执行无人机起降、飞行的控制程序；无线通讯模块用于将无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据以及视觉传感器采集的图像信号传递给地面控制器。该无人机不仅可以快速检测甲烷气体的浓度信息，而且具备在易爆环境中工作的防爆功能，在有害气体环境作业时，可避免操作人员进入危险区域引起的危害。

Description

一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机

技术领域

本实用新型涉及甲烷泄漏探测设备技术领域，具体涉及一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机。

背景技术

随着工业化的发展，突发毒害气体泄漏引发的恶性事故频频发生，如天津港“8·12”重大爆炸事故。危险气体的泄漏不仅容易造成重大人员伤亡和财产损失，而且还会使生态环境受到严重破坏，甚至还引发社会恐慌等问题。因此发明一种用于危险环境中的防爆无人机平台着重要的意义。

现有技术中，常用的甲烷气体的探测设备可以分为接触式和非接触式两大类。非接触式探测设备是指探测仪器本体与甲烷气体在一定距离之内（一般几十到上百米）即可探测到甲烷气体浓度，如可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy, TDLAS）传感器；接触式探测设备是指探测设备本体必须物理上接触到甲烷气体才能探测甲烷气体浓度，如金属氧化物传感器和电化学传感器等。

然而非接触式探测设备成本比较高，一个设备至少十万左右，且需要安装反射面，比较复杂。而使用接触式探测设备时，现有的接触式探测设备不具备在易爆环境中工作的防爆功能，不能够保障在易爆环境中的安全。

近年来，无人机发展十分迅猛，主要以电动无人机为主。天津中翔腾航科技股份有限公司发明了一种基于无人机的天然气管线巡检系统{ CN 106379536 A}，通过高清运动相机和气体检测仪对天然气管线进行巡检。西安交通大学发明了一种空中飞行人工嗅觉气体早期泄漏监测定位系统及方法{ CN 106090622 A}，并设计了人工嗅觉系统和泄漏源定位算法。

虽然无人机发展的速度比较快，但到目前为止，尚未有一款用于甲烷气体泄漏探测的防爆旋翼无人机。

基于以上描述，亟需一种用于甲烷气体泄漏探测的防爆旋翼无人机，以解决现有技术中使用非接触式探测设备成本比较高，使用接触式探测设备不具备在易爆环境中工作的防爆功能，不能够保障在易爆环境中安全的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，该装置不仅可以快速检测甲烷气体的浓度信息，而且具备在易爆环境中工作的防爆功能，能够保障在易爆环境中的安全。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现。

一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，包括：

防爆机体外壳、设置于防爆机体外壳一端开口处的机体外壳封盖、以及

设置于防爆机体外壳另一端开口处的半球形外罩；

至少四个防爆电机外壳，每个所述防爆电机外壳内部设置有电机与电调电路板；

所述防爆机体外壳内部设置有控制器、无线通讯模块，TDLAS甲烷传感器、视觉传感器、电源及电源管理系统，所述控制器外侧设置有主机壳；

所述控制器用于执行无人机起降、飞行的控制程序；

所述无线通讯模块用于将无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据以及视觉传感器采集的图像信号传递给地面控制器；

所述防爆机体外壳外侧均匀设置有至少两个机臂接口一，且机臂接口一的数量与防爆电机外壳的数量相等，每个所述防爆电机外壳的外侧设置有一个机臂接口二，每个机臂接口一与其中一个防爆电机外壳上的机臂接口二之间安装有一个机臂，所述机臂是空心的碳纤维管，所述控制器与每个电机之间分别通过线缆连接，所述线缆从对应的机臂内穿过；

所述防爆机体外壳外侧的下端设置有起落架；

所述防爆机体外壳外侧的顶端设置有超声视觉避障模块。

作为优选，所述无线通讯模块为数传与图传电台，所述数传与图传电台包括数传通道和图传通道，所述数传通道用于传输无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据，所述图传通道用于传输视觉传感器传回来的图像信号。

作为优选，所述防爆机体外壳与机体外壳封盖之间通过十字槽盘头螺钉一固定连接，所述十字槽盘头螺钉一与机体外壳封盖之间设置有弹簧垫圈一。

作为优选，所述防爆机体外壳与机体外壳封盖之间设置有密封圈。

作为优选，所述防爆机体外壳与半球形外罩之间通过十字槽盘头螺钉二固定连接，所述十字槽盘头螺钉二与机体外壳封盖之间设置有弹簧垫圈二。

作为优选，所述防爆机体外壳内部设置有支撑架，所述TDLAS甲烷传感器固定安装在支撑架上；所述防爆机体外壳内壁上还设置有灯。

作为优选，所述防爆机体外壳外侧面涂有204-1防锈油脂。

作为优选，所述TDLAS甲烷传感器的激光输出额定功率为11.90 mW，激光输出最大功率为13.34 mW。

作为优选，所述数传与图传电台的发射功率为1 W。

作为优选，所述机臂与起落架表面涂有防静电漆。

本实用新型的有益效果是：

本方案提供的一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机包括防爆机体外壳、设置于防爆机体外壳一端开口处的机体外壳封盖、以及设置于防爆机体外壳另一端开口处的半球形外罩；防爆机体外壳内部设置有控制器、无线通讯模块，TDLAS甲烷传感器、视觉传感器、电源、电机；控制器用于执行无人机起降、飞行的控制程序；无线通讯模块用于将无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据以及视觉传感器采集的图像信号传递给地面控制器。该无人机可代替人工对天然气储运设备进行探测，能够对环境中的甲烷进行远程探测，为实现快速确定泄漏源与绘制环境中甲烷气体的浓度梯度图提供数据支持。该装置不仅可以快速检测甲烷气体的浓度信息，提高了探测效率，而且具备在易爆环境中工作的防爆功能，可保证无人机在易爆环境中正常工作。在有害气体环境作业时，可避免操作人员进入危险区域引起的危害，能够保障在易爆环境中的安全。

附图说明

图1是本实施例提供的无人机的俯视图；

图2是本实施例提供的无人机的主视图；

图3是本实施例提供的机体的主视图；

图4是图3中沿A-A向的剖面图；

图5是本实施例提供的防爆电机外壳与机臂接口二的装配图；

图6是本实施例提供的无人机的系统框图。

图中：

1-防爆机体外壳；2-机体外壳封盖；3-数传与图传电台；4-半球形外罩；5-灯；6-TDLAS甲烷传感器；7-支撑架；8-控制器；9-电源管理系统；10-电源；11-连接线缆；12-十字槽盘头螺钉一；14-密封圈；15-十字槽盘头螺钉二；16-防爆电机外壳；17-机臂；18-桨叶；

101-机臂接口一；1601-机臂接口二。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图6所示，本方案提供的一种基于TDLAS（tunable diode laserabsorption spectroscopy，可调谐半导体激光器）甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，所述无人机的主要组成部分包括机体、至少四个防爆电机外壳16及设置在防爆电机外壳16内的电机。

所述机体包括防爆机体外壳1、机体外壳封盖2及半球形外罩4。所述机体外壳封盖2设置于防爆机体外壳1的一端开口处，所述半球形外罩4设置于防爆机体外壳1的另一端开口处。

所述防爆机体外壳1内部设置有控制器8、无线通讯模块，TDLAS甲烷传感器6、视觉传感器、电源10及电源管理系统9，所述控制器8外侧设置有主机壳。所述控制器8用于执行无人机起降、飞行的控制程序。所述无线通讯模块用于将无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器6采集的数据以及视觉传感器采集的图像信号传递给地面控制器。

所有防爆电机外壳16均匀分布在以防爆机体外壳1的中心为圆心，以预设距离为半径的圆周上。每个所述防爆电机外壳16内部设置有电机与电调电路板，所述电调电路板用于控制电机的运转。

所述防爆机体外壳1外侧均匀设置有至少两个机臂接口一101，且机臂接口一101的数量与防爆电机外壳16的数量相等，每个所述防爆电机外壳16的外侧设置有一个机臂接口二1601，每个机臂接口一101与其中一个防爆电机外壳1上的机臂接口二1601之间安装有一个机臂17，所述机臂17是空心的碳纤维管，所述控制器8与每个电机之间分别通过线缆连接，所述线缆从对应的机臂17内穿过。

所述防爆机体外壳1外侧的下端设置有起落架。所述防爆机体外壳1外侧的顶端设置有超声视觉避障模块。作为优选方案，所述无人机还设置有GPS，用于为无人机提供导航功能。

其中，所述防爆机体外壳1内部设置有支撑架7，所述TDLAS甲烷传感器6固定安装在支撑架7上。

于本实施例中，作为优选方案，所述防爆机体外壳1内壁上还设置有灯5，确保无人机能发出光亮。

于本实施例中，作为优选方案，所述无线通讯模块为数传与图传电台3，所述数传与图传电台3包括数传通道和图传通道，所述数传通道用于传输无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据，所述图传通道用于传输视觉传感器传回来的图像信号。

于本实施例中，作为优选方案，所述防爆机体外壳1内还设置有机器视觉控制器，所述机器视觉控制器安装在视觉传感器前端与视觉传感器串联，用于处理视觉传感器传回来的图像信号。所述机器视觉控制器与电源连接，电源为机器视觉控制器供电，所述机器视觉控制器与电源之间并联有安全棚。

于本实施例中，作为优选方案，所述防爆机体外壳1与机体外壳封盖2之间通过十字槽盘头螺钉一12固定连接，所述十字槽盘头螺钉一12与机体外壳封盖2之间设置有弹簧垫圈一。具体的，所述防爆机体外壳1上设置有连接孔一，机体外壳封盖2上设置有与防爆机体外壳1上的连接孔一对应的连接孔二。固定连接时，将防爆机体外壳1上的连接孔一与机体外壳封盖2上的连接孔二对齐放置，用十字槽盘头螺钉一12依次穿过连接孔二及连接孔一即可。所述十字槽盘头螺钉一12的数量至少为2个。当十字槽盘头螺钉一12的数量为2个时，2个十字槽盘头螺钉一12之间呈对称分布。当十字槽盘头螺钉一12的数量大于2个时，所有十字槽盘头螺钉一12之间呈均匀分布。

于本实施例中，作为优选方案，所述防爆机体外壳1与机体外壳封盖2之间设置有密封圈14。

于本实施例中，作为优选方案，所述防爆机体外壳1与半球形外罩4之间通过十字槽盘头螺钉二15固定连接，所述十字槽盘头螺钉二与机体外壳封盖2之间设置有弹簧垫圈二。具体的，所述防爆机体外壳1上设置有连接孔三，半球形外罩4上设置有与防爆机体外壳1上的连接孔三对应的连接孔四。固定连接时，将防爆机体外壳1上的连接孔三与半球形外罩4上的连接孔四对齐放置，用十字槽盘头螺钉二15依次穿过连接孔三及连接孔四即可。所述十字槽盘头螺钉二15的数量至少为2个。当十字槽盘头螺钉二15的数量为2个时，2个十字槽盘头螺钉二15之间呈对称分布。当十字槽盘头螺钉二15的数量大于2个时，所有十字槽盘头螺钉二15之间呈均匀分布。

本方案所提供的防爆机体外壳1与防爆电机外壳根据国家防爆标准GB3836.2-2010的有关规定设计，所述防爆机体外壳1外侧面涂有204-1防锈油脂。外壳均按经规定程序批准的技术文件和图纸制造。防爆机体外壳1采用15%的铝、镁、钛和锆，7.5%的镁、钛和锆，抗拉强度不低于120Mpa的铸造铝合金制造，所有紧固件有自行防松装置。金属零部件进行了防锈、防蚀处理。安装定位装置的表面没有明显的划痕，外壳表面涂层牢固，金属部件没有锈蚀和变形，接插件紧固无松动。

本方案所提供的TDLAS甲烷传感器的激光输出额定功率为11.90 mW，激光输出最大功率为13.34 mW，数传与图传电台3的发射功率为1 W，均满足国家防爆标准。

本方案所提供的机臂与起落架表面涂有防静电漆，经过防静电处理，不会在工作中产生静电火花。

本方案所提供的超声视觉避障模块按照国家标准GB3836.4-2010设计。印刷线路板表面涂覆绝缘漆不少于二次，其电气间隙和爬电距离不小于0.7mm。电路接线端子之间的电气间隙、爬电距离不小于6mm。电路与外壳的绝缘能够承受AC500V、试验结果应无击穿和闪络现象。超声视觉避障模块在正常和故障状态下，所有电子元件等最高表面温度不超过T6（80℃）。

防爆机体外壳1上的连接孔一或连接孔三采用WSR618环氧树脂密封胶胶封方式，胶封步骤为：1、清洁玻璃；2、取适量的WSR618环氧树脂密封胶；3、倒入混合容器内，用干燥不导电类的搅拌工具，搅拌3分钟以上；4、倒入产品内；5、风干密封胶，固化；6、清理玻璃周围残留胶体。过线胶封步骤为：1、清洁引线及管道内壁；2、取适量的WSR618环氧树脂密封胶；3、倒入混合容器内，用干燥不导电类的搅拌工具，搅拌3分钟以上；4、倒入产品内；5、风干密封胶，固化；6、清洁引线及出线口周围残留胶体。胶粘步骤为：1、将被粘接表面擦洗干净至无油污，去除异物；2、按比例（A、B胶质比例为1：1）将A、B两组分胶粘剂混合均匀；3、将混好的胶粘剂均匀涂抹于被粘接的零件粘接表面；4、把抹好胶的两部件安装在一起，并把紧固件装好；5、擦去多余的胶粘剂；6、在室温下放置24小时固化即可。

当然，以上只是本实用新型的典型实例，除此之外，本实用新型还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，包括：

防爆机体外壳、设置于防爆机体外壳一端开口处的机体外壳封盖、以及

设置于防爆机体外壳另一端开口处的半球形外罩；

至少四个防爆电机外壳，每个所述防爆电机外壳内部设置有电机与电调电路板；

所述防爆机体外壳内部设置有控制器、无线通讯模块，TDLAS甲烷传感器、视觉传感器、电源及电源管理系统，所述控制器外侧设置有主机壳；

所述控制器用于执行无人机起降、飞行的控制程序；

所述无线通讯模块用于将无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据以及视觉传感器采集的图像信号传递给地面控制器；

所述防爆机体外壳外侧均匀设置有至少两个机臂接口一，且机臂接口一的数量与防爆电机外壳的数量相等，每个所述防爆电机外壳的外侧设置有一个机臂接口二，每个机臂接口一与其中一个防爆电机外壳上的机臂接口二之间安装有一个机臂，所述机臂是空心的碳纤维管，所述控制器与每个电机之间分别通过线缆连接，所述线缆从对应的机臂内穿过；

所述防爆机体外壳外侧的下端设置有起落架；

所述防爆机体外壳外侧的顶端设置有超声视觉避障模块。

2.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述无线通讯模块为数传与图传电台，所述数传与图传电台包括数传通道和图传通道，所述数传通道用于传输无人机飞行参数、TDLAS甲烷传感器采集的数据，所述图传通道用于传输视觉传感器传回来的图像信号。

3.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述防爆机体外壳与机体外壳封盖之间通过十字槽盘头螺钉一固定连接，所述十字槽盘头螺钉一与机体外壳封盖之间设置有弹簧垫圈一。

4.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述防爆机体外壳与机体外壳封盖之间设置有密封圈。

5.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述防爆机体外壳与半球形外罩之间通过十字槽盘头螺钉二固定连接，所述十字槽盘头螺钉二与机体外壳封盖之间设置有弹簧垫圈二。

6.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述防爆机体外壳内部设置有支撑架，所述TDLAS甲烷传感器固定安装在支撑架上；所述防爆机体外壳内壁上还设置有灯。

7.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述防爆机体外壳外侧面涂有204-1防锈油脂。

8.如权利要求1所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述TDLAS甲烷传感器的激光输出额定功率为11.90 mW，激光输出最大功率为13.34mW。

9.如权利要求2所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述数传与图传电台的发射功率为1 W。

10.如权利要求1至9任一项所述的基于TDLAS甲烷传感器的甲烷泄漏探测防爆旋翼无人机，其特征在于，所述机臂与起落架表面涂有防静电漆。

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