CN108408068A - 安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱 - Google Patents
安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱，包括电路板、四个气体传感器及外壳；所述的电路板及四个气体传感器分别设置在所述的外壳内，所述的电路板的前端面上设有四个三针气体传感器接口、北斗装置、通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***，所述的四个气体传感器分别安装到旋翼无人机的机臂下方；所述的气体传感器包括SO2、O3、CO、NO2传感器；其中，所述NO2传感器为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为TiO2纳米粒子和Ca/SnO2/N‑RGO复合材料的混合物。
Description
技术领域
本发明涉及大气环境监测领域，尤其涉及一种安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱。
背景技术
目前，人民群众对环境质量与环境健康的关注越来越高。环境公共服务需求日益增长与供给落后之间的矛盾，正迅速成为当今社会主要矛盾的突出表现形式之一。随着无人机技术和通信技术的发展，使得利用无人机挂载监测吊舱，检测区域空气质量成为可能。通常这种吊舱需要针对不同型号、不同机翼样式的无人机单独设计，才能实现飞行参数、空气动力、数据采集与传输等使用要求。
发明内容
本发明旨在提供一种安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱，包括电路板、四个气体传感器及外壳；所述的电路板及四个气体传感器分别设置在所述的外壳内，所述的电路板的前端面上设有四个三针气体传感器接口、北斗装置、通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***，所述的电路板的后端面上设有粉尘传感器和温湿度传感器、电源及STM32单片机；所述的四个气体传感器接口分别与所述的四个气体传感器对应连接，所述的四个气体传感器分别安装到旋翼无人机的机臂下方；所述的STM32单片机分别与所述的通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***连接，所述的电源分别与所述的四个气体传感器接口、粉尘传感器和温湿度传感器、北斗装置、STM32单片机、通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***连接，所述的数据处理***分别与所述的四个气体传感器接口、粉尘传感器和温湿度传感器、北斗装置、电源及STM32单片机连接；
所述的气体传感器包括SO2、O3、CO、NO2传感器；其中，所述NO2传感器为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为TiO2纳米粒子和Ca/SnO2/N-RGO复合材料的混合物。
优选地，所述敏感薄膜制备过程为：首先制备石墨烯，然后通过添加尿素、SnCl4·5H2O、Ca(NO3)2，制成Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液，然后将 Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液滴涂到TiO2纳米粒子表面，并且经过等离子体的处理，从而形成所述的传感器敏感薄膜。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明质量小于280g，可安装在任意多旋翼无人机上，可快速实现对区域环境的空气质量的监测，并可实时将数据传输、推送到地面客户端上。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明所述通用型大气环境监测吊舱的电路板的主视图。
图2是本发明所述通用型大气环境监测吊舱的电路板的后视图。
图3是本发明所述通用型大气环境监测吊舱的连接框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
参照图1、2、3，本发明的实施例涉及一种安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱，包括电路板9、四个气体传感器及外壳；所述的电路板9及四个气体传感器分别设置在所述的外壳内，所述的电路板9的前端面上设有四个三针气体传感器接口1、北斗装置3、通用化处理***6、预留多数据接口7及数据处理***8，所述的电路板9的后端面上设有粉尘传感器和温湿度传感器2、电源 4及STM32单片机5；所述的四个气体传感器接口1分别与所述的四个气体传感器对应连接，所述的四个气体传感器分别安装到旋翼无人机的机臂下方；所述的STM32单片机5分别与所述的通用化处理***6、预留多数据接口7及数据处理***8连接，所述的电源4分别与所述的四个气体传感器接口1、粉尘传感器和温湿度传感器2、北斗装置3、STM32单片机5、通用化处理***6、预留多数据接口7及数据处理***8连接，所述的数据处理***8分别与所述的四个气体传感器接口1、粉尘传感器和温湿度传感器2、北斗装置3、电源4及 STM32单片机5连接。
所述的通用化处理***6包括BMP280-3.3气压传感器、MPU9250姿态传感器及MPU6050加计传感器，通用化处理***6利用STM32单片机5，对数据重新进行编译，形成新的通用编码，可以不限制旋翼无人机的型号、大小、旋翼数目，从而满足在不同旋翼无人机上使用的要求。
所述的预留多数据接口7包括USB、蓝牙、WiFi、3G/4G等多种数据接口，可根据客户需求定制数据传输、推送方式。
所述的外壳采用流线型，可以满足无人机飞行时的气动布局要求，同时起到对电路板的保护作用。
所述的电路板9的尺寸为140mm×50mm×40mm。
所述的气体传感器包括SO2、O3、CO、NO2传感器。可采用德国Sensor进口气体传感器，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、反应灵敏等优点，可直接实时、精确地测量空气中的SO2、O3、CO、NO2、PM2.5、PM10、温度、湿度等数据指数。
型号为plantower-G3的粉尘传感器和型号为SHT25的温、湿度传感器可精确测量空气中PM2.5、PM10含量，以及温度、湿度等指数。
北斗装置3的型号为NEO-M8N-O-10，该模块精度高，延时短，可以精确收集数据位置信息。
电源4的型号为WRB1205MD-6W，可为四个三针电化学气体传感器接口1、粉尘传感器和温湿度传感器2、北斗装置3、STM32单片机5、通用化处理***6、预留多数据接口7及数据处理***8提供稳定的工作电源。
STM32单片机5可采用STM32F103ZET6芯片单片机，该芯片高性能、低成本、低功耗的优点，是本发明的核心部分，它完成对所有数据的处理及控制功能。
数据处理***8可采集各种数据，通过STM32单片机5控制，将数据处理、暂存并通过连接到预留多数据接口7的设备，将数据实时传输到地面客户端上。
本发明质量小于280g，可安装在任意多旋翼无人机上，可快速实现对区域环境的空气质量的监测，并可实时将数据传输、推送到地面客户端上。
一种优选实施方式为，所述的NO2传感器为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为TiO2纳米粒子和Ca/SnO2/N-RGO复合材料的混合物。由于基于传统金属氧化物的 NO2传感器需要在较高的温度下工作，增加了传感器内耗。而石墨烯是一种新型的碳材料，由于其特殊的原子结构和复杂的能带结构使它同时具有半导体特性和金属特性，并具有优良的电子传递性能，许多研究尝试将石墨烯材料应用于构筑室温气体传感器，其中，金属氧化物修饰石墨烯材料被广泛用于室温检测NO2，但其仍存在灵敏度低、响应恢复慢等问题。基于上述，本发明技术方案中，所述的敏感薄膜为TiO2纳米粒子和Ca/SnO2/N-RGO复合材料的混合物，并且该混合物经过了等离子体处理，在两者结合的基础上，使得所述敏感薄膜产生了意料不到的技术效果，在室温下，使得传感器的灵敏性能大幅提高。
具体实施时，针对上述敏感薄膜，首先制备石墨烯，然后通过添加尿素、 SnCl4·5H2O、Ca(NO3)2，制成Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液，然后将 Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液滴涂到TiO2纳米粒子表面，并且经过等离子体的处理，从而形成所述的传感器敏感薄膜。
经过上述制备步骤，所述的Ca/SnO2/N-RGO复合材料中，RGO呈片层，掺杂有氮原子，Ca与SnO2为纳米粒子，修饰在掺杂氮的片层RGO表面；将 Ca/SnO2/N-RGO分散液滴涂到TiO2纳米粒子表面可以使得所述Ca/SnO2/N-RGO 复合材料充分分散在TiO2纳米粒子表面，借助纳米粒子的高比表面积，达到对 Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散的技术目的，产生了意料不到的技术效果，提高了传感器灵敏度。
此外，氮掺杂的还原氧化石墨烯(RGO)与TiO2纳米粒子、SnO2纳米粒子、 Ca纳米粒子结合，上述纳米粒子对石墨烯掺杂，能够调控石墨烯的表面属性及半导体属性，进而改善传感器的敏感特性，上述结合对NO2发挥敏感作用，提高了敏感材料中电子的传输速率，产生了意料不到的技术效果。
所述Ca/SnO2/N-RGO复合材料是通过水热法制备的，该复合材料呈二维片状结构，Ca和SnO2均为纳米粒子，均匀的担载在石墨烯表面，石墨烯掺杂有氮元素；所述Ca纳米粒子粒径为20nm，所述SnO2纳米粒子粒径为5nm；该复合材料中，Ca、SnO2、N、RGO的质量比例为27:20:2:40。所述TiO2纳米粒子的粒径为100nm。
在质量比例方面，该TiO2纳米粒子与Ca/SnO2/N-RGO复合材料的质量比为 7:1。通过调控混合物的质量比例，使得该敏感材料产生了意料不到的技术效果，使得传感器的灵敏性能大幅提高。所述复合材料中，通过对石墨烯掺杂氮原子和Ca、SnO2纳米粒子，提高了敏感材料的电子传输速率，使得复合材料具有多孔结构，进而，提高了敏感特性。该敏感薄膜厚度为0.1mm。
所述NO2传感器的制备过程为：
S1，GO的制备是通过改进的Hummers方法完成：首先，将0.1g的石墨粉与2.3ml的浓硫酸溶液混合，在室温下搅拌24h，随后，将10mg的硝酸钠添加到混合物中继续搅拌40min，然后，将混合物置于冰浴中，向其中缓慢加入 0.3g高锰酸钾，待混合物搅拌均匀后，对其进行35-40℃的水浴加热处理40min，至反应粘稠，再缓慢加入4.6ml蒸馏水，并将上述混合物在75℃下加热搅拌15 min，最后，向混合物中加入14ml蒸馏水和1ml的过氧化氢溶液来终止反应；然后，将所得混合物反复用蒸馏水清洗，至溶液呈中性，再将沉积在溶液底部未被氧化剥离的石墨粉与已被氧化剥离分散在水溶液中的GO片层分离，将干燥后的GO重新分散在去例子水中配置成浓度为1.0mg/ml的GO溶液；
S2，取1ml的上述GO溶液，将其加入到40ml蒸馏水中，再将SnCl4·5H2O 和尿素加入到GO分散液中，超声分散30min，而后将溶液转移至水热反应釜中，密封后放在烘箱中180℃反应12h，将所得产物离心分离，得到SnO2/N-RGO 分散液；
S3，将0.3M的Ca(NO3)2溶液和质量分数为2％的醋酸钠溶液加入到上述SnO2/N-RGO分散液中，将混合溶液加热到100℃反应60min，所得产物经离心分离、洗涤，得到所述Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液；
S4，取粒径为100nm的TiO2纳米粒子，将上述Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液滴涂到TiO2纳米粒子表面，研磨30min、超声处理15min，使其混合均匀，得到混合物A；
S5，将混合物A进行低温射频氩等离子体处理，等离子发生装置为电感耦合式，工作频率为13.75MHz，功率为350W，气压30Pa，气体流速为15sccm，处理时间为60min；本发明技术方案中，混合物经过氩等离子体处理，可以有效改善复合材料的表面性质，增加表面活性，对于提高NO2灵敏度、降低最低检测浓度产生了意料不到的技术效果。
S6，将等离子体处理后的混合物A与适量去例子水混合均匀，在研钵中研磨10min，将所得糊状物涂敷于带有插指电极的陶瓷基底表面，干燥后，得到所述NO2传感器；
优选地，所述的插指电极为Pt电极，Pt电极线条宽为0.12mm，指间距为 0.15mm，插指电极厚度为0.1～0.2mm。
利用气敏特性测试仪对本发明NO2传感器进行测试：先将一定浓度的目标气体注入到密封测试腔中，待目标气体与腔中的空气混合均匀后，再将NO2传感器放入测试腔中。
本发明中NO2传感器的灵敏度、响应恢复时间等采用本领域常规定义。
首先，对实施例得到的传感器在室温下对5ppm的NO2进行响应测试，
测试结果如下表1：
可以看到，实施例得到的传感器在灵敏度、响应恢复时间均具有明显优势，产生了意料不到的技术效果。然后，将实施例所得NO2传感器对1ppm的NO2进行响应测试，发现灵敏度仍高达21.8，降低了NO2的最低检测浓度。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.安装于无人机的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于：包括电路板、四个气体传感器及外壳；所述的电路板及四个气体传感器分别设置在所述的外壳内，所述的电路板的前端面上设有四个三针气体传感器接口、北斗装置、通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***，所述的电路板的后端面上设有粉尘传感器和温湿度传感器、电源及STM32单片机；所述的四个气体传感器接口分别与所述的四个气体传感器对应连接，所述的四个气体传感器分别安装到旋翼无人机的机臂下方；所述的STM32单片机分别与所述的通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***连接，所述的电源分别与所述的四个气体传感器接口、粉尘传感器和温湿度传感器、北斗装置、STM32单片机、通用化处理***、预留多数据接口及数据处理***连接，所述的数据处理***分别与所述的四个气体传感器接口、粉尘传感器和温湿度传感器、北斗装置、电源及STM32单片机连接；
所述的气体传感器包括SO2、O3、CO、NO2传感器；其中，所述NO2传感器为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为TiO2纳米粒子和Ca/SnO2/N-RGO复合材料的混合物。
2.根据权利要求1所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述敏感薄膜制备过程为：首先制备石墨烯，然后通过添加尿素、SnCl4·5H2O、Ca(NO3)2，制成Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液，然后将Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液滴涂到TiO2纳米粒子表面，并且经过等离子体的处理，从而形成所述的传感器敏感薄膜。
3.根据权利要求2所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述TiO2纳米粒子的粒径为100nm。
4.根据权利要求2所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述敏感薄膜厚度为0.1mm。
5.根据权利要求2所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述TiO2纳米粒子与Ca/SnO2/N-RGO复合材料的质量比为7:1。
6.根据权利要求5所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述Ca/SnO2/N-RGO复合材料是通过水热法制备的，该复合材料呈二维片状结构，Ca和SnO2均为纳米粒子，均匀的担载在石墨烯表面，石墨烯掺杂有氮元素。
7.根据权利要求6所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述Ca纳米粒子粒径为20nm，所述SnO2纳米粒子粒径为5nm。
8.根据权利要求6所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，Ca/SnO2/N-RGO复合材料中，所述Ca、SnO2、N、RGO的质量比例为27:20:2:40。
9.根据权利要求6所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述NO2传感器的制备过程为：
S1，GO的制备是通过改进的Hummers方法完成：首先，将0.1g的石墨粉与2.3ml的浓硫酸溶液混合，在室温下搅拌24h，随后，将10mg的硝酸钠添加到混合物中继续搅拌40min，然后，将混合物置于冰浴中，向其中缓慢加入0.3g高锰酸钾，待混合物搅拌均匀后，对其进行35-40℃的水浴加热处理40min，至反应粘稠，再缓慢加入4.6ml蒸馏水，并将上述混合物在75℃下加热搅拌15min，最后，向混合物中加入14ml蒸馏水和1ml的过氧化氢溶液来终止反应；然后，将所得混合物反复用蒸馏水清洗，至溶液呈中性，再将沉积在溶液底部未被氧化剥离的石墨粉与已被氧化剥离分散在水溶液中的GO片层分离，将干燥后的GO重新分散在去例子水中配置成浓度为1.0mg/ml的GO溶液；
S2，取1ml的上述GO溶液，将其加入到40ml蒸馏水中，再将SnCl4·5H2O和尿素加入到GO分散液中，超声分散30min，而后将溶液转移至水热反应釜中，密封后放在烘箱中180℃反应12h，将所得产物离心分离，得到SnO2/N-RGO分散液；
S3，将0.3M的Ca(NO3)2溶液和质量分数为2％的醋酸钠溶液加入到上述SnO2/N-RGO分散液中，将混合溶液加热到100℃反应60min，所得产物经离心分离、洗涤，得到所述Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液；
S4，取粒径为100nm的TiO2纳米粒子，将上述Ca/SnO2/N-RGO复合材料分散液滴涂到TiO2纳米粒子表面，研磨30min、超声处理15min，使其混合均匀，得到混合物A；
S5，将混合物A进行低温射频氩等离子体处理，等离子发生装置为电感耦合式，工作频率为13.75MHz，功率为350W，气压30Pa，气体流速为15sccm，处理时间为60min；
S6，将等离子体处理后的混合物A与适量去例子水混合均匀，在研钵中研磨10min，将所得糊状物涂敷于带有插指电极的陶瓷基底表面，干燥后，得到所述NO2传感器。
10.根据权利要求1所述的通用型大气环境监测吊舱，其特征在于，所述的插指电极为Pt电极，Pt电极线条宽为0.12mm，指间距为0.15mm，插指电极厚度为0.1～0.2mm。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105891271A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-08-24 | 吉林大学 | 一种基于石墨烯/二氧化锡/氧化锌复合材料的电阻型气体传感器、制备方法及其应用 |
| CN206114474U (zh) * | 2016-06-14 | 2017-04-19 | 中科遥感科技集团有限公司 | 一种大气环境遥感监测机构 |
| CN106872533A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-06-20 | 吉林大学 | 一种基于石墨化碳化氮/二氧化锡复合材料的电阻型丙酮传感器、制备方法及其应用 |
| CN206440662U (zh) * | 2017-01-18 | 2017-08-25 | 周航 | 多旋翼无人机通用型大气环境监测吊舱 |
| CN107436314A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-12-05 | 韦德永 | 一种基于TiO2复合材料的湿敏传感器 |
| US20180003656A1 (en) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | Unmanned Innovation Inc. | Solar panel inspection using unmanned aerial vehicles |
| CN107621522A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-01-23 | 中国建筑股份有限公司 | 一种基于无人机的工程周边环境大气质量监测*** |
-
2018
- 2018-02-08 CN CN201810129988.XA patent/CN108408068A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105891271A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-08-24 | 吉林大学 | 一种基于石墨烯/二氧化锡/氧化锌复合材料的电阻型气体传感器、制备方法及其应用 |
| CN206114474U (zh) * | 2016-06-14 | 2017-04-19 | 中科遥感科技集团有限公司 | 一种大气环境遥感监测机构 |
| US20180003656A1 (en) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | Unmanned Innovation Inc. | Solar panel inspection using unmanned aerial vehicles |
| CN206440662U (zh) * | 2017-01-18 | 2017-08-25 | 周航 | 多旋翼无人机通用型大气环境监测吊舱 |
| CN106872533A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-06-20 | 吉林大学 | 一种基于石墨化碳化氮/二氧化锡复合材料的电阻型丙酮传感器、制备方法及其应用 |
| CN107436314A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-12-05 | 韦德永 | 一种基于TiO2复合材料的湿敏传感器 |
| CN107621522A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-01-23 | 中国建筑股份有限公司 | 一种基于无人机的工程周边环境大气质量监测*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 冯文林等: "《新型石墨烯气敏传感器发展现状及展望》", 《西华师范大学学报（自然科学报）》 * |
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