CN109204799A - 基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，包括无人机***和原地检测***，无人机***包括上下升降式无人机本体以及无线控制器，原地检测***包括环形底座和倒扣碗状的集气罩，集气罩的下边缘与环形底座的内环面密封连接，环形底座由上半座和下半座组成，上半座和下半座上下卡位固定、水平可旋转配合，上半座上固定有一电机，上半座上固定有进气管以及出气管，进气管上安装有第一气体检测器，出气管上安装有第二气体检测器，下半座的下表面设置有若干道环形凸出片，上半座上固定有电池、控制芯片以及无线信号发射器。本发明具有能无视地形，通过飞行的方式到达检测地点、密封效果好、测量精准的优点。
Description
技术领域
本发明属于气体检测设备的技术领域，具体涉及基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置及其使用方法。
背景技术
针对某挥发物的目标气体挥发量的测量，传统方法是需要采集样本至检测容器中，这个过程容易导致样本附近的自然环境发生变化，导致样本目标气体挥发量与实际情况并不相符，在原地检测气体挥发量时，会使用到气体检测箱，其工作原理是将气体检测箱罩在目标物上，目标物挥发出的气体会充斥气体检测箱，气体检测箱内安装气体检测器，实时记录气体检测箱内目标气体含量的变化情况，较为精确，然而，原地检测在某些地形情况下，难以达成，以检测禽畜粪山上部的氨气挥发量为例，养殖场禽畜粪山时常占地数亩，且由于非常松软，粪上顶部中部位置人工难以接近，原地检测无从谈起。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能无视地形，通过飞行的方式到达检测地点、密封效果好、测量精准的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置及其使用方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其中：包括无人机***和原地检测***，无人机***包括上下升降式无人机本体以及无线控制器，无人机本体的下部设置有固定杆，无线控制器能控制无人机本体载重飞行，原地检测***包括环形底座和倒扣碗状的集气罩，集气罩的下边缘与环形底座的内环面密封连接，环形底座由上半座和下半座组成，上半座和下半座上下卡位固定、水平可旋转配合，上半座上固定有一电机，电机的驱动轴穿过上半座与下半座螺纹咬合配合，下半座与电机的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿，使得电机转动时，下半座相对上半座旋转，上半座上固定有进气管以及出气管，进气管和出气管均一端接入集气罩中，另一端位于集气罩外，进气管上安装有第一气体检测器，出气管上安装有第二气体检测器，进气管或出气管上安装有气泵，气泵用于将集气罩外的气体泵入集气罩内，并使集气罩内的气体从出气管流出，固定杆与集气罩固定连接，下半座的下表面设置有若干道环形凸出片，上半座上固定有电池、控制芯片以及无线信号发射器，电池分别与气泵、第一气体检测器、第二气体检测器、电机、控制芯片以及无线信号发射器连接并为之供电，控制芯片分别与气泵、第一气体检测器、第二气体检测器、电机以及无线信号发射器连接，控制芯片控制气泵以及电机运作，接收第一气体检测器和第二气体检测器的检测信息，并将信息通过无线信号发射器发出。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的环形凸出片的下表面尖锐。
上述的集气罩上安装有温度传感器和半导体冷热片，温度传感器在集气罩内外各一，用于检测集气罩内外温度，半导体冷热片的一端位于集气罩内，一端位于集气罩外，电池分别与温度传感器和半导体冷热片连接，并为二者供电，控制芯片分别与温度传感器和半导体冷热片连接，控制芯片能通过温度传感器的温度信息控制半导体冷热片的通断电以及电流方向。
上述的控制芯片为单片机，型号为STM32L系列；电池为直流电池。
上述的第一气体检测器和第二气体检测器为氨气检测器。
上述的电机为步进电机。
上述的无人机本体上安装有摄像头，无线控制器上安装有显示器，无线控制器上还设置有控制摇杆。
基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、将集气罩与固定杆固定，使原地检测***固定在无人机本体下方；
步骤二、使用者通过无线控制器控制无人机本体飞行至目标检测区域，寻找面积不小于环形底座横截面积的平坦地形，确定该地形为检测点，然后控制无人机本体下降，使原地检测***降落到监测点；
步骤三、控制芯片控制电机运作，带动下半座相对上半座转动，使得环形凸出片下端切入至监测点地面内，在无人机本体和原地检测***自重的作用下，集气罩的底部通过环形底座和环形凸出片与外界密封隔离；
步骤四、停止电机运作，控制芯片控制气泵以恒定速率向进气管内充入外界空气，第一气体检测器检测充入空气中的被检气体浓度，外界空气进入集气罩中时，会将集气罩内气体从出气管挤出，第二气体检测器检测出气管内的被检气体浓度；
步骤五、控制芯片持续收集第一气体检测器和第二气体检测器检测的气体浓度信息，并将该信息通过无线信号发射器发出至外界接收器；
步骤六、外界接收器根据第一气体检测器和第二气体检测器检测的气体浓度差值与气泵充气速率、集气罩的下表面面积换算得出单位面积的被检区域挥发被检气体的量和速率，并根据单位面积的被检区域挥发被检气体的量和速率换算出整体目标检测区域挥发被检气体的量和速率。
本发明的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置及其使用方法，具有以下优点：
1、改变了传统气体检测箱在箱体内检测气体浓度的方式，采用检测进气口和出气口的气体浓度，根据二者之间的差值计算箱内的气体挥发量，相较于传统的气体检测箱，本发明的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置能在较小的改变检测目标周围环境的基础上，检测检测目标的气体挥发情况，更接近真实情况。
2、装备有无人机，可以到达人不易到达的地形，因此适用范围更广，非常适合地形复杂的检测场景。
3、本发明的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置设置了环形凸出片，可以***土地中，使集气罩内空间密封，保证外界的气体只能从进气管进入，从出气管排出，保证检测的精确。同时，还可以让基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置能适应有部分起伏的地形，提高了装置的适用范围。
4、能调节集气罩内外温差，因温度会较大的影响气体挥发量，因此，将集气罩内温度调节至与外界温度相同，可以更为真实的记录检测目标的气体挥发情况。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是原地检测***的示意图；
图4是原地检测***的俯视图。
其中的附图标记为：无人机***1、无人机本体11、无线控制器12、固定杆13、摄像头14、原地检测***2、环形底座3、上半座3a、下半座3b、环形凸出片3c、进气管31、出气管32、第一气体检测器33、第二气体检测器34、气泵35、电机36、螺纹齿37、集气罩4、温度传感器41、半导体冷热片42、电池5、控制芯片6、无线信号发射器7。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本发明的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，包括无人机***1和原地检测***2，无人机***1包括上下升降式无人机本体11以及无线控制器12，无人机本体11的下部设置有固定杆13，无线控制器12能控制无人机本体11载重飞行，原地检测***2包括环形底座3和倒扣碗状的集气罩4，集气罩4的下边缘与环形底座3的内环面密封连接，环形底座3由上半座3a和下半座3b组成，上半座3a和下半座3b上下卡位固定、水平可旋转配合，上半座3a上固定有一电机36，电机36的驱动轴穿过上半座3a与下半座3b螺纹咬合配合，下半座3b与电机36的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿37，使得电机36转动时，下半座3b相对上半座3a旋转，上半座3a上固定有进气管31以及出气管32，进气管31和出气管32均一端接入集气罩4中，另一端位于集气罩4外，进气管31上安装有第一气体检测器33，出气管32上安装有第二气体检测器34，进气管31或出气管32上安装有气泵35，气泵35用于将集气罩4外的气体泵入集气罩4内，并使集气罩4内的气体从出气管32流出，固定杆13与集气罩4固定连接，下半座3b的下表面设置有若干道环形凸出片3c，上半座3a上固定有电池5、控制芯片6以及无线信号发射器7，电池5分别与气泵35、第一气体检测器33、第二气体检测器34、电机36、控制芯片6以及无线信号发射器7连接并为之供电，控制芯片6分别与气泵35、第一气体检测器33、第二气体检测器34、电机36以及无线信号发射器7连接，控制芯片6控制气泵35以及电机36运作，接收第一气体检测器33和第二气体检测器34的检测信息，并将信息通过无线信号发射器7发出。
实施例中，环形凸出片3c的下表面尖锐。
实施例中，集气罩4上安装有温度传感器41和半导体冷热片42，温度传感器41在集气罩4内外各一，用于检测集气罩4内外温度，半导体冷热片42的一端位于集气罩4内，一端位于集气罩4外，电池5分别与温度传感器41和半导体冷热片42连接，并为二者供电，控制芯片6分别与温度传感器41和半导体冷热片42连接，控制芯片6能通过温度传感器41的温度信息控制半导体冷热片42的通断电以及电流方向。
实施例中，控制芯片6为单片机，型号为STM32L系列；电池5为直流电池。
实施例中，第一气体检测器33和第二气体检测器34为氨气检测器。
实施例中，电机36为步进电机。
实施例中，无人机本体11上安装有摄像头14，无线控制器12上安装有显示器，无线控制器12上还设置有控制摇杆。
基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、将集气罩4与固定杆13固定，使原地检测***2固定在无人机本体11下方；
步骤二、使用者通过无线控制器12控制无人机本体11飞行至目标检测区域，寻找面积不小于环形底座3横截面积的平坦地形，确定该地形为检测点，然后控制无人机本体11下降，使原地检测***2降落到监测点；
步骤三、控制芯片6控制电机36运作，带动下半座3b相对上半座3a转动，使得环形凸出片3c下端切入至监测点地面内，在无人机本体11和原地检测***2自重的作用下，集气罩4的底部通过环形底座3和环形凸出片3c与外界密封隔离；
步骤四、停止电机36运作，控制芯片6控制气泵35以恒定速率向进气管31内充入外界空气，第一气体检测器33检测充入空气中的被检气体浓度，外界空气进入集气罩4中时，会将集气罩4内气体从出气管32挤出，第二气体检测器34检测出气管32内的被检气体浓度；
步骤五、控制芯片6持续收集第一气体检测器33和第二气体检测器34检测的气体浓度信息，并将该信息通过无线信号发射器7发出至外界接收器；
步骤六、外界接收器根据第一气体检测器33和第二气体检测器34检测的气体浓度差值与气泵35充气速率、集气罩4的下表面面积换算得出单位面积的被检区域挥发被检气体的量和速率，并根据单位面积的被检区域挥发被检气体的量和速率换算出整体目标检测区域挥发被检气体的量和速率。
本发明使用的无线信号发射器7可以集成在单片机上，也可以是单独的模块。
本发明使用的半导体冷热片42，根据帕尔贴效应，可以通过改变电流方向，控制集气罩内的一端是热端或冷端，结构小巧，效率较高。
本发明非常适合用于养殖场禽畜粪山的氨气挥发量检测，这种地形人迹不易到达，而氨气又是雾霾产生的重要因素，氨气的产生有很大一部分是养殖场禽畜***物挥发出来的，因此，对养殖场禽畜粪山的氨气挥发量检测是处理雾霾的重要一环，而禽畜粪山的质地较为柔软，适合本发明的环形凸出片3c切入，如换成硬质地面，例如水泥地，则本发明的装置难以应用。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：包括无人机***(1)和原地检测***(2)，所述的无人机***(1)包括上下升降式无人机本体(11)以及无线控制器(12)，所述的无人机本体(11)的下部设置有固定杆(13)，所述的无线控制器(12)能控制无人机本体(11)载重飞行，所述的原地检测***(2)包括环形底座(3)和倒扣碗状的集气罩(4)，所述的集气罩(4)的下边缘与环形底座(3)的内环面密封连接，所述的环形底座(3)由上半座(3a)和下半座(3b)组成，所述的上半座(3a)和下半座(3b)上下卡位固定、水平可旋转配合，所述的上半座(3a)上固定有一电机(36)，所述的电机(36)的驱动轴穿过上半座(3a)与下半座(3b)螺纹咬合配合，所述的下半座(3b)与电机(36)的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿(37)，使得电机(36)转动时，下半座(3b)相对上半座(3a)旋转，所述的上半座(3a)上固定有进气管(31)以及出气管(32)，进气管(31)和出气管(32)均一端接入集气罩(4)中，另一端位于集气罩(4)外，所述的进气管(31)上安装有第一气体检测器(33)，出气管(32)上安装有第二气体检测器(34)，所述的进气管(31)或出气管(32)上安装有气泵(35)，所述的气泵(35)用于将集气罩(4)外的气体泵入集气罩(4)内，并使集气罩(4)内的气体从出气管(32)流出，所述的固定杆(13)与集气罩(4)固定连接，所述的下半座(3b)的下表面设置有若干道环形凸出片(3c)，所述的上半座(3a)上固定有电池(5)、控制芯片(6)以及无线信号发射器(7)，所述的电池(5)分别与气泵(35)、第一气体检测器(33)、第二气体检测器(34)、电机(36)、控制芯片(6)以及无线信号发射器(7)连接并为之供电，所述的控制芯片(6)分别与气泵(35)、第一气体检测器(33)、第二气体检测器(34)、电机(36)以及无线信号发射器(7)连接，控制芯片(6)控制气泵(35)以及电机(36)运作，接收第一气体检测器(33)和第二气体检测器(34)的检测信息，并将信息通过无线信号发射器(7)发出。
2.根据权利要求1所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：所述的环形凸出片(3c)的下表面尖锐。
3.根据权利要求1所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：所述的集气罩(4)上安装有温度传感器(41)和半导体冷热片(42)，所述的温度传感器(41)在集气罩(4)内外各一，用于检测集气罩(4)内外温度，所述的半导体冷热片(42)的一端位于集气罩(4)内，一端位于集气罩(4)外，所述的电池(5)分别与温度传感器(41)和半导体冷热片(42)连接，并为二者供电，所述的控制芯片(6)分别与温度传感器(41)和半导体冷热片(42)连接，控制芯片(6)能通过温度传感器(41)的温度信息控制半导体冷热片(42)的通断电以及电流方向。
4.根据权利要求3所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：所述的控制芯片(6)为单片机，型号为STM32L系列；所述的电池(5)为直流电池。
5.根据权利要求4所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：所述的第一气体检测器(33)和第二气体检测器(34)为氨气检测器。
6.根据权利要求5所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：所述的电机(36)为步进电机。
7.根据权利要求5所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置，其特征是：所述的无人机本体(11)上安装有摄像头(14)，无线控制器(12)上安装有显示器，无线控制器(12)上还设置有控制摇杆。
8.如根据权利要求5所述的基于无人机运输及可视化选点的原地气体动态监测装置的使用方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一、将集气罩(4)与固定杆(13)固定，使原地检测***(2)固定在无人机本体(11)下方；
步骤二、使用者通过无线控制器(12)控制无人机本体(11)飞行至目标检测区域，寻找面积不小于环形底座(3)横截面积的平坦地形，确定该地形为检测点，然后控制无人机本体(11)下降，使原地检测***(2)降落到监测点；
步骤三、控制芯片(6)控制电机(36)运作，带动下半座(3b)相对上半座(3a)转动，使得环形凸出片(3c)下端切入至监测点地面内，在无人机本体(11)和原地检测***(2)自重的作用下，集气罩(4)的底部通过环形底座(3)和环形凸出片(3c)与外界密封隔离；
步骤四、停止电机(36)运作，控制芯片(6)控制气泵(35)以恒定速率向进气管(31)内充入外界空气，第一气体检测器(33)检测充入空气中的被检气体浓度，外界空气进入集气罩(4)中时，会将集气罩(4)内气体从出气管(32)挤出，第二气体检测器(34)检测出气管(32)内的被检气体浓度；
步骤五、控制芯片(6)持续收集第一气体检测器(33)和第二气体检测器(34)检测的气体浓度信息，并将该信息通过无线信号发射器(7)发出至外界接收器；
步骤六、外界接收器根据第一气体检测器(33)和第二气体检测器(34)检测的气体浓度差值与气泵(35)充气速率、集气罩(4)的下表面面积换算得出单位面积的被检区域挥发被检气体的量和速率，并根据单位面积的被检区域挥发被检气体的量和速率换算出整体目标检测区域挥发被检气体的量和速率。
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