CN219265807U - 一种无人机水质采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无人机水质采样装置，包括采样组件和控制组件；在所述采样中，在盛水筒的底部设置通孔；所述液位变送器设置在盛水筒上；所述橡胶垫设置在电动推拉杆位于盛水筒内的一端上，且与盛水筒的内壁紧贴；在所述控制组件中，所述电缆缠绕在转轴上，其包括电线和信号传输线，所述电线的一端贯穿导电滑环，且与无人机上的电源连接，而其另一端与电动推拉杆连接；所述信号传输线的一端与控制板连接，而其另一端贯穿导电滑环与液位变送器连接；所述有刷电机与有刷双向电调连接，且其输出轴与所述转轴连接。本实用新型适应各种野外复杂环境，可随意重复采取不同深度的水，大大提高了水质采样的效率、精度和安全性。

Description

一种无人机水质采样装置

技术领域

本实用新型涉及野外水样采集技术领域，具体涉及一种无人机水质采样装置。

背景技术

随着工业的迅速发展，关于水体污染的新闻也日益增多。对此，迫切需要对违法排污行为进行水样取证，以便加强对生活污水和工业废水排放的监管。常见的水样取证方式如下：

1)由工作人员乘船只或其他构筑物到达取水区域，使用容器从水中进行取样。

2)使用无人机吊挂采集瓶，使用采集瓶的具体方案是无人机通过绳索吊挂采集瓶深入到水中取水；其中，取水一般有两种方式，一种是直接将开口采集瓶放入水中，从采集瓶的上部开口处装水；另一种是在开口采集瓶底部安装单向阀门，该采集瓶在下沉过程中水从其底部进入采集瓶，达预定采样深度后，所有之前进入采集瓶内的水都将被预定深度上的水所置换，从而获取水质样本。

3)使用水泵的方案是用装载在无人机上的水泵通过软管从水体中吸取水质样本。

4)采用无人机多光谱遥感技术来查找排污口，即使用无人机对某一区域范围的水体进行遥感摄影，以获取多光谱遥感影像，然后再通过影像分析确定水体污染情况。

上述水样取证方式1)-4)虽然可行，但是均存在对应的缺点。具体的：

对于水样取证方式1)人工取样存在效率低、成本高的缺点，且需要作业人员亲自前往采样点，然后手动取样，这种方式不仅费时费力，还可能会因为船舶干扰水流而影响采样的准确性；另外，因野外采样环境复杂，作业人员可能无法到达待监测区域。

对于水样取证方式2)使用吊挂开口采集瓶的方式取水无法精准采集指定深度的水样，即使将开口采集瓶下降到指定深度，也会因为开口采集瓶在下降过程中早已装满表层水，而无法采集到深层水。底部安装单向阀门的开口采集瓶虽然可以采集到不同深度的水，但灵活性差，当已经采集到深层水时，则无法采集浅层水。

对于水样取证方式3)通过水泵采取水样的方式，也无法做到采样的灵活性，同时对水泵吸力要求较高，从而影响无人机的续航性，使得采样效率较低。

对于水样取证方式4)无人机多光谱遥感的方式一般用于水体富营养化监测、黑臭水体监测，可用于查找排污口，但无法对深层水进行监测且精度较低。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种无人机水质采样装置，具体技术方案如下：

一种无人机水质采样装置，包括采样组件和控制组件；

所述采样组件包括盛水筒、液位变送器、电动推拉杆和橡胶垫；在所述盛水筒的底部设置用于水体进出的通孔；所述液位变送器设置在所述盛水筒上；所述电动推拉杆的一端可滑动设置在所述盛水筒内，而另一端设置在所述盛水筒外；所述橡胶垫设置在所述电动推拉杆位于所述盛水筒内的一端上，且与所述盛水筒的内壁紧贴；

所述控制组件设置在所述无人机上，其包括电缆、导电滑环、控制板、转轴、有刷电机和有刷双向电调；所述电缆缠绕在所述转轴上，其包括并列设置的电线和信号传输线，所述电线的一端贯穿所述导电滑环，且与所述无人机上的电源连接，而其另一端与所述电动推拉杆连接；所述信号传输线的一端与所述控制板连接，而其另一端贯穿所述导电滑环与所述液位变送器连接；所述有刷电机与所述有刷双向电调连接，且其输出轴与所述转轴连接。

所述控制组件还包括飞行控制器，所述飞行控制器设置在所述无人机上，且与所述控制板和所述有刷双向电调通过信号线连接。

所述控制组件还包括接收机和遥控器；所述接收机设置在所述无人机上，且与所述飞行控制器通过信号线连接、与所述遥控器通过无线连接。

所述采样组件还包括过滤网，所述过滤网设置在所述盛水筒的通孔上。

所述无人机水质采样装置还包括壳体，所述转轴可转动设置在所述壳体内；所述导电滑环、控制板、有刷电机和有刷双向电调均设置在所述壳体上；在所述壳体上设有用于所述电缆贯穿的孔道和用于与所述无人机连接的安装孔。

所述控制板包括Arduino控制板。

应用本实用新型的技术方案，至少具有以下有益效果：

本实用新型中所述无人机水质采样装置，通过将所述采样组件和控制组件组合在所述无人机上，能够实现自主完成起飞、飞行、下降、采样和返回等任务，适应各种野外复杂环境，灵活性强，可随意重复采取不同深度的水，大大提高了水质采样的效率、精度和安全性。其中，在水质采样时，由所述飞行控制器控制所述刷双向电调，所述有刷双向电调再控制所述有刷电机转动，从而带动所述转轴转动，将电缆和所述采样组件下放至水下设定的深度，停止转轴的转动；随后，电动推拉杆执行由飞行控制器下达的拉操作，使所述盛水筒执行吸水操作；最后，所述转轴在所述飞行控制器控制下回转收回电缆和所述采样组件。当临时需要更换深度重新采样时，只需飞行控制器下达使电动推拉杆执行推操作的指令，使得被采集的水质从所述盛水筒内排出，然后按照上述采样过程再重新采样即可。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例1中的一种无人机水质采样装置的结构示意图；

图2是图1中的控制组件的结构示意图；

图3是图1中的采样组件的结构示意图(图中还示出了电缆)；

图4是图3中采样组件的剖面图；

其中，1、盛水筒，1.1、通孔，2、液位变送器，3、电动推拉杆，4、橡胶垫，5、电缆，5.1、电线，5.2、信号传输线，6、导电滑环，7、Arduino控制板，8、转轴，9、有刷电机，10、有刷双向电调，11、过滤网，12、壳体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

参见图1-4，一种无人机水质采样装置，包括采样组件和控制组件；

所述采样组件包括盛水筒1、液位变送器2、电动推拉杆3和橡胶垫4；在所述盛水筒1的底部设置用于水体进出的通孔1.1；所述液位变送器2设置在所述盛水筒1上；所述电动推拉杆3的一端可滑动设置在所述盛水筒1内，而另一端设置在所述盛水筒1外；所述橡胶垫4设置在所述电动推拉杆3位于所述盛水筒1内的一端上，且与所述盛水筒1的内壁紧贴，便于在所述盛水筒1内形成良好的气密性，确保水质采样的精确性；

所述控制组件设置在所述无人机上，其包括电缆5、导电滑环6、Arduino控制板7、转轴8、有刷电机9和有刷双向电调10；所述电缆5缠绕在所述转轴8上，其包括并列设置的电线5.1和信号传输线5.2，所述电线5.1的一端贯穿所述导电滑环6，且与所述无人机上的电源连接，而其另一端与所述电动推拉杆3连接；所述信号传输线5.2的一端与所述Arduino控制板7连接，而其另一端贯穿所述导电滑环6与所述液位变送器2连接；所述有刷电机9与所述有刷双向电调10连接，且其输出轴与所述转轴8连接。

所述控制组件还包括飞行控制器(图中未示出)，所述飞行控制器设置在所述无人机上，且与所述Arduino控制板7和所述有刷双向电调10通过信号线连接。

所述控制组件还包括接收机(图中未示出)和遥控器(图中未示出)；所述接收机设置在所述无人机上，且与所述飞行控制器通过信号线连接、与所述遥控器通过无线连接。

所述采样组件还包括过滤网11，所述过滤网11设置在所述盛水筒1的通孔1.1上，便于过滤进入所述盛水筒1内的水体，避免堵塞。

所述无人机水质采样装置还包括壳体12，所述转轴8可转动设置在所述壳体12内；所述导电滑环6、Arduino控制板7、有刷电机9和有刷双向电调10均设置在所述壳体12上；在所述壳体12上设有用于所述电缆5贯穿的孔道和用于与所述无人机连接的安装孔。所述壳体12通过所述安装孔挂设在所述无人机的底部安装架上。

所述无人机水质采样装置的作业方式包括手动控制作业和自动控制作业：

1)手动控制作业

操控员通过地面站和所述无人机上的相机(在实施例1中提及的相机和地面站均为本领域的常规设置)回传的图像实时查看无人机的位置、航向、姿态、水中深度以及水面情况，手动控制无人机飞往指定的地点进行水质采样作业。在开始作业时，操控员需要将无人机悬停在进行水质采样的指定地点；然后操控所述遥控器，遥控器发送下放电缆5指令给无人机上的接收机，所述接收机再将指令信息传给飞行控制器，经由所述飞行控制器处理后将转换后的指令下达给有刷双向电调10，所述有刷双向电调10再控制所述有刷电机9转动，从而带动所述转轴8转动，将电缆5和所述采样组件下放至水下指定的深度，水下深度信息由液位变送器2采集后经Arduino控制板7数字化处理后，再传给飞行控制器，飞行控制器再将水下深度数据经由数传电台发给地面站，操控人员可根据地面站显示的水下深度信息控制所述转轴8的动作，使所述盛水筒1到达指定深度。在开始采样时，操控员操控遥控器，将指令信息发给飞行控制器，飞行控制器再控制电动推拉杆3执行拉操作，带动所述盛水筒1内的橡胶垫4上拉，进而使得所述盛水筒1吸取该深度下的水。取水完成后，操控员通过遥控器下达指令使所述转轴8回转，收回电缆5和所述采样组件，然后再操控无人机飞回起飞点。

当临时需要更换深度重新采样时，只需飞行控制器下达使电动推拉杆3执行推操作的指令，使得被采集的水质从所述盛水筒1内排出，然后按照上述采样过程再重新采样即可。

当需要去除堵塞所述盛水筒1的异物时，只需飞行控制器下达使电动推拉杆3执行推操作的指令，使得堵塞的异物从所述盛水筒1的通孔1.1排出。

2)自动控制作业

操控员在地面站上设定目标位置、水下采样深度以及规划航线后，解锁无人机，无人机即按照规划航线飞往目标位置，并在离水面3m高悬停住；所述飞行控制器控制所述刷双向电调，所述有刷双向电调10再控制所述有刷电机9转动，从而带动所述转轴8转动，将电缆5和所述采样组件下放至水下设定的深度，停止转轴8的转动；随后，电动推拉杆3执行由飞行控制器下达的拉操作，使所述盛水筒1执行吸水操作；最后，所述转轴8在所述飞行控制器控制下回转收回电缆5和所述采样组件，再飞回起飞点。这期间，操控员可随时通过地面站暂停自动任务，可修改水下采样深度信息和目标位置，修改完成后，无人机会执行新的水质采样任务。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无人机水质采样装置，其特征在于，包括采样组件和控制组件；

所述采样组件包括盛水筒(1)、液位变送器(2)、电动推拉杆(3)和橡胶垫(4)；在所述盛水筒(1)的底部设置用于水体进出的通孔(1.1)；所述液位变送器(2)设置在所述盛水筒(1)上；所述电动推拉杆(3)的一端可滑动设置在所述盛水筒(1)内，而另一端设置在所述盛水筒(1)外；所述橡胶垫(4)设置在所述电动推拉杆(3)位于所述盛水筒(1)内的一端上，且与所述盛水筒(1)的内壁紧贴；

所述控制组件设置在所述无人机上，其包括电缆(5)、导电滑环(6)、控制板、转轴(8)、有刷电机(9)和有刷双向电调(10)；所述电缆(5)缠绕在所述转轴(8)上，其包括并列设置的电线(5.1)和信号传输线(5.2)，所述电线(5.1)的一端贯穿所述导电滑环(6)，且与所述无人机上的电源连接，而其另一端与所述电动推拉杆(3)连接；所述信号传输线(5.2)的一端与所述控制板连接，而其另一端贯穿所述导电滑环(6)与所述液位变送器(2)连接；所述有刷电机(9)与所述有刷双向电调(10)连接，且其输出轴与所述转轴(8)连接。

2.根据权利要求1所述的无人机水质采样装置，其特征在于，所述控制组件还包括飞行控制器，所述飞行控制器设置在所述无人机上，且与所述控制板和所述有刷双向电调(10)通过信号线连接。

3.根据权利要求2所述的无人机水质采样装置，其特征在于，所述控制组件还包括接收机和遥控器；所述接收机设置在所述无人机上，且与所述飞行控制器通过信号线连接、与所述遥控器通过无线连接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的无人机水质采样装置，其特征在于，所述采样组件还包括过滤网(11)，所述过滤网(11)设置在所述盛水筒(1)的通孔(1.1)上。

5.根据权利要求4所述的无人机水质采样装置，其特征在于，还包括壳体(12)，所述转轴(8)可转动设置在所述壳体(12)内；所述导电滑环(6)、控制板、有刷电机(9)和有刷双向电调(10)均设置在所述壳体(12)上；在所述壳体(12)上设有用于所述电缆(5)贯穿的孔道和用于与所述无人机连接的安装孔。

6.根据权利要求4所述的无人机水质采样装置，其特征在于，所述控制板包括Arduino控制板(7)。

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