CN110531032B - 用于数学建模的污染物检测装置及具有其的无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机检测空气污染物技术领域，特别涉及一种用于数学建模的污染物检测装置及具有该装置的无人机，以解决在建立某个地域或者地区污染物主要类型的数学模型时由于实地采样信息造成误差大，建立数学模型分析时基础数据数据不准确，无法实现一点多维度检测的技术问题。装置包括预热组件、引气组件、换热组件、检测气室、冷凝室和用以为换热组件提供热源的加热控制单元。此外，无人机包括飞行平台、自由转向机构，自由转向机构用以调整用于数学建模的污染物检测装置变换检测角度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机检测空气污染物技术领域，特别涉及一种用于数学建模的污染物检测装置及具有其的无人机。
背景技术
数学模型主要作用于研究对象的实体，具体解释为某一领域的某一问题，其特点在于将该领域的产生的精细化处理并通过数学模型进行表达。需要指出的是数学建模拥有双重属性，第一为其基于一定假设条件下，第二基于假设条件下采用的研究数据具有可参考性；结合上述两点数学建模将数据、问题转化为数学结构，并将原型转化为理想化模型，从而真实的表达某一个域、某一个过程或某一个面的特征和规律。基于上述理论，在建立数学模型需要细分领域中精准数据的支持。
现行趋势下，环境友好型经济将成为未来企业的发展趋势，节能环保是永远不完结的课题，也是化工工业、矿业企业的难题。在主要工业污染物中，二氧化硫最常见，其来源和处理方式一直被人们所关注，例如电厂脱硫脱硝、冶炼烟气回收等。但是，违背节能环保理念的行为也是屡禁不止，第三方检测平台工作方式方法都需要与时俱进，尤其是在技术方面。
现有技术中，以名称为《一种环境应急监测无人机》，专利号为CN201621122645.3的中国实用新型专利为例，该专利提供了一种环境应急监测无人机，其解决的技术问题为对风险源的风险物质进行在线监测，以随时获取风险源周边的污染情况。其中，该专利的检测项目包括二氧化硫，从该专利的技术方案中知，其主要应用在紧急情况下，对于一些违规排放的企业工厂无法实现有效检测；综上通过日常实时检测积累数据建立某个区域二氧化硫污染情况并建立数学模型具有重要意义，而建立数学模型的技术需要依赖无人机对数据进行采集，并且能够数据的真实性需要得到保障，还要能够基于某一点进行多维度的检测，因此有必要提出一种用于数学建模的污染物检测装置及具有该装置的无人机，以解决现有技术中，在建立某个地域或者地区污染物主要类型的数学模型时由于实地采样信息造成误差大，实地测量环境受到限制，无法保证在建立数学模型分析时基础数据数据不准确，无法实现一点多维度检测从而影响数学建模进行分析的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于数学建模的污染物检测装置及具有该装置的无人机，以解决现有技术中，在建立某个地域或者地区污染物主要类型的数学模型时由于实地采样信息造成误差大，实地测量环境受到限制，无法保证在建立数学模型分析时基础数据数据不准确，无法实现一点多维度检测从而影响数学建模进行分析的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的一个方面，提供了一种用于数学建模的污染物检测装置，所述污染物为二氧化硫气体，包括：
壳体，其一端为进气口，其另一端为排出接管；
所述壳体内集成有：
预热组件，其用以流通自所述进气口吸入的气体；
引气组件，其用以引导流通过所述预热组件的气体；
换热组件，所述引气组件还用以将流通过所述预热组件的气体输送至所述换热组件；
所述换热组件用以加热输入其的气体，并形成被加热的气体；
所述被加热的气体用以预热所述预热组件，以使自所述进气口被引入所述预热组件的气体被预热；
其中，所述被加热的气体预热所述预热组件后形成待换热气体；
其中，所述待换热气体被流通过所述换热组件的被加热的气体换热成为待检测气体；
检测气室，其流通过有来自所述换热组件的待检测气体，且其一端开口；
所述检测气室开口的一端设置于所述排出接管上；
所述检测气室的内部具有折流结构，所述折流结构用以增加所述待检测气体的停留时间；
冷凝室，其用以收集来自所述检测气室的由所述待检测气体形成的冷凝液；
其中，所述预热组件、所述引气组件和所述换热组件组成防凝装置，所述防凝装置用以减少所述气体被换热为待检测气体时产生的冷凝液；和
用以为所述换热组件提供热源以使所述气体，并形成被加热的气体的加热控制单元。
进一步地，所述预热组件包括：
第一换热器，所述第一换热器为“管壳式换热器”，且其具有：
第一换热器壳程段；
第一换热器管程段，其一端连通至所述进气口，其另一端连通有第一气室；所述第一换热器管程段具有一个中心管，所述中心管
向所述第一气室的方向延伸并位于所述第一气室内；
所述中心管位于所述第一气室内的部分形成扩口，所述扩口上设置有一调节蝶阀。
进一步地，所述引气组件包括：
引风机，其具有风机入口和风机出口；
所述风机入口与所述第一气室连通；
风机电机，其集成在所述壳体内，并用以驱动所述引风机。
进一步地，所述换热组件包括：
第二换热器，所述第二换热器为“管壳式换热器”，且其具有：
第二换热器壳程段和第二换热器管程段；
第一管道，其一端与所述风机出口连通，其另一端与所述第二换热器管程段的一端连通；
第二管道，其一端与所述第二换热器管程段的另一端连通，其另一端连通至所述第一换热器壳程段；
第三管道，其一端与所述第一换热器壳程段连通，其另一端与所述第二换热器壳程段连通；
其中，所述第二管道与所述第一换热器壳程段连通的位置为第一位置点，所述第三管道与所述第一换热器壳程段连通的位置为第二位置点，所述第一位置点和所述第二位置点之间形成第一垂直距离。
进一步地，还包括有：
第四管道，其一端与所述检测气室远离所述排出接管的一侧连通，其另一端与所述第二换热器壳程段连通；
其中，所述第三管道与所述第二换热器壳程段连通的位置为第三位置点，所述第四管道所述第二换热器壳程段连通的位置为第四位置点，所述第三位置点和所述第四位置点之间形成第二垂直距离；和
多组折流墙，多组所述折流墙在所述检测气室内间隔布置；
所述折流墙包括墙体和开口，所述墙体和所述开口由一组圆弧分隔而成，且所述圆弧的弧度向所述开口弯曲；
其中，至少包括两组所述墙体在下，且所述开口在上的折流墙；
其中，任意两组所述墙体在下，且所述开口在上的所述折流墙之间布置一组所述墙体在上，且所述开口在下的折流墙；
其中，任一一组所述墙体在下，且所述开口在上的所述折流墙的底部布置一个通孔，所述通孔开设在所述墙体上；
其中，所述折流结构至少由两组所述墙体和所述开口方位不同的两组折流墙组成；和
斜板，其设与所述检测气室内，且靠近所述检测气室具有开口的一端；
所述斜板自靠近所述检测气室具有开口的一端向所述检测气室设有折流墙的方向倾斜。
进一步地，冷凝室包括：
上盖体；
下箱体，其位于所述上盖体的下方，并与所述上盖体
可拆卸的连接；
连通管，其设置在所述上盖体上，且其一端连通至所述下箱体内，其另一端连通至所述检测气室的底部；
型管，其设置在所述上盖体的一侧，其用以与连通至所述下箱体的内部；
其中，所述连通管与所述检测气室连通的位置为第五位置点，所述第五位置点位于两组所述折流墙之间。
进一步地，所述加热控制单元包括：
加热部件，其设置在所述第一管道上，所述加热部件
为电加热器或电伴热器中的一种；
第一热电偶，其设置于所述第一管道上，且位于所述加热部件的下游；
第二热电偶，其设置于所述第四管道上，
控制组件，所述控制组件与所述加热部件、第一热电偶、第二热电偶电连接；
电源，用以为所述加热部件、热电阻部件和所述控制组件供电。
根据本发明的另一方面，提供了一种无人机，该无人机包括用于数学建模的污染物检测装置，该装置为上述提及的装置；
无人机飞行平台；以及
自由转向机构，所述自由转向机构用以调整所述用于数学建模的污染物检测装置变换检测角度。
进一步地，所述自由转向机构具有第一转动结构，所述第一转动结构用以驱使所述的用于数学建模的污染物检测装置相对于所述无人机飞行平台在水平方向旋转；
所述第一转动结构包括：
转动电机，所述无人机飞行平台的内部具有一中空室，所
述中空室的下方为底板；
所述底板水平布置，且其上设置有转轴通孔；
电机支架，其设置在所述底板上，且位于所述中空室；
所述转动电机架设在所述电机支架的上方，且所述电机的输出轴穿过所述转轴通孔；
旋转盘，其上方连接所述转动电机的输出轴；
所述旋转盘呈架体结构。
进一步地，所述自由转向机构具有还具有第二转动结构，所述第二转动结构设置于所述旋转盘的下方；
所述第二转动结构用以驱使所述的用于数学建模的污染物检测装置相对于所述无人机飞行平台在水平方向转动；或
驱使所述的用于数学建模的污染物检测装置向所述无人机飞行平台的一侧翻转；
所述第二转动结构包括：
固定在所述旋转盘的下方第一电机和第二电机；
所述第一电机和所述第二电机以所述旋转盘的中心互为对称设置；
第一输出轴，其为所述第一电机的输出端，且其与所述旋转盘垂直；
第二输出轴，其为所述第二电机的输出端，且其与所述旋转盘垂直；
固定板结构，其位于所述第一电机和所述第二电机之间；
所述固定板结构包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板与所述第二固定板垂直且固定连接；
所述第一固定板与所述旋转盘平行，所述第二固定板与所述旋转盘垂直且固定连接；
第一转轴孔，其设置在所述第一固定板上，所述第一转
轴孔上设置有第一轴承，所述第一输出轴穿过所述第一转轴孔，并与所述第一轴承转动连接；
第二转轴孔，其设置在所述第二固定板上，所述第二转轴孔上设置有第二轴承；
第一齿轮，其固定在所述第二输出轴远离所述第二电机的一端；
第二齿轮，所述第二轴承上设置有一传动轴，所述第二齿轮固定在所述传动轴的一端；
其中，所述传动轴与所述第二输出轴垂直；
所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合连接；
球形体；
翻转轴，其固定在所述球形体的一侧；
旋转轴，其所述球形体固定连接，其所述翻转轴和所述旋转轴垂直；
旋转板，其位于所述球形体的一侧，并具有第一端和第二端；
其中，所述第一端与所述第一输出轴穿出所述第一固定板的一端通过紧固件固定连接；
其中，所述第二端与所述翻转轴通过轴承转动连接；
翻转板，其具有第三端和第四端；
其中，所述旋转轴与所述第三端转动连接，且所述旋转轴穿过所述第三端；
其中，所述第四端与所述传动轴通过锁紧件固定连接；
所述球形体其具有初始状态和转动状态；
所述旋转板和所述翻转板具有相同的截面时，所述球形体处于所述初始状态；
所述旋转板和所述翻转板具有不相同的截面时，所述球形体处于所述转动状态；
所述第一输出轴与所述第二输出轴的转动动作驱动所述球形体由所述初始状态或所述转动状态向所述转动状态或所述初始状态变化。
本发明具有以下的有益效果：
应用本发明的技术方案，通过设置预热组件、引气组件和换热组件为后续检测提供了最佳的检测温度环境，并且预热组件和换热组件形成缓慢的加热和预热的过程，具有防止被检测气体冷凝的效果，且彼此之间通过管壳式换热器的管程和壳程的方式连通，相当于增加了停留时间，能够使检测数据更加真实可靠，减小误差，不受实地测量环境的限制，保证了数据的准确性，有利于后续数学建模分析；
应用本发明的技术方案，无人机平台搭载的自由转向机构能够变换角度，即使在一个检测的固定点，尤其是第一转动结构和第二转动结构的相互配合使用，提供多个变换角度的方式，多角度的检测相当于检测维度的不同，能够为后续建立数学模型的数据提供多方面的参考。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的装置的结构示意图；
图2为本发明的装置的各部件的示意图；
图3为本发明的折流墙的一种实施方式；
图4为本发明的折流墙的另一种实施方式；
图5为本发明的无人机的示意图；
图6为本发明的自由转向机构的示意图；
图7为本发明的第一换热器壳程布置示意图；
图8为本发明的第二换热器壳程布置示意图。
图中的附图标记表示为：
气体1；
壳体10、进气口11、排出接管12、预热组件20、引气组件30、换热组件40、检测气室50、冷凝室60、加热控制单元70；
第一换热器21、第一换热器壳程段21b、第一换热器管程段21a、第一气室22、中心管22a、扩口22b、调节蝶阀22c；
引风机31、风机入口31a、风机出口31b、风机电机32；
第二换热器42、第二换热器壳程段42b、第二换热器管程段42a、第一管道401、第二管道402、第三管道403、第一位置点A、第二位置点B、第一垂直距离H1、第四管道404、第三位置点C、第四位置点D；
折流墙51、墙体51a、开口51b、圆弧51c、通孔52、斜板52a；
上盖体61、下箱体62、连通管63、U型管64、第五位置点E、加热部件71、第二热电偶72b、控制组件73、电源74；
无人机飞行平台100、自由转向机构200、第一转动结构210、转动电机211、底板111、转轴通孔112、旋转盘213；
第二转动结构220、第一电机221、第二电机222、第一输出轴221a、第二输出轴222a、固定板结构223、第一固定板223a、第二固定板223b、第一转轴孔221b、第二转轴孔223b、第一齿轮222c、第二齿轮233c、传动轴233、球形体230、翻转轴231、旋转轴232、旋转板240、第一端1001、第二端1002、翻转板250、第三端1003、第四端1004。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明首先提供了一种用于数学建模的污染物检测装置，提出该装置的目的在于提供一个减小因温度影响检测效果的检测环境，该检测环境能够保证检测数据的准确性，数据的准确性是数学建模分析的一个基础工作，具体地，检测环境主要温度指标，该温度范围优选为45℃至50℃，该指标提出参考两个方面，第一方面，以二氧化硫作为尾气排放的装置一般为电厂、矿场，以矿场为例，其收集在冶炼过程中产生的二氧化硫，通过硫酸生产装置生产98硫酸，先行趋势下，硫酸装置的类型包括烟气制酸、硫铁矿制酸，废硫酸裂解制酸，其工艺尾气的指标在检测时，均为45-50℃，尾气含量指标依据标准GB-26132-2010《硫酸工业污染物排放标准》，需要二氧化硫排放指标需要小于400mg/Nm3；第二方面，现行趋势下对防治环境污染，改善环境质量的要求背景下，地方标准对于于国家标准更加严格，以某省地方标准《水泥工业污染物排放标准》为例，需要小于30mg/Nm3，而上述的检测均基于一个优选的温度检测范围而进行检测，并确定检测数值。而实际情况下，除非由第三方的主动检测，对于抽检或者定期检，虚报瞒报的行为很难杜绝。而基于此的数据用于数学建模去分析某个区域的大气污染物，主要指二氧化硫将会存在较大的误差，即使依据数据完成建模，在后续的应用中，由于基础数据的误差将导致数学建模分析的准确性。而第三方采用无人机搭载监测装置的技术中，由于无人机处于高空，仅能对环境中的空气采样监测，由于环境温度的不同，采样结果不同，现有技术中监测装置对于环境温度的补偿仍然存在较大的误差，因此需要提出在结合无人机技术同时能够保证检测的准确性。
具体在实践应用中，《空气控制质量标准》中，SO2在空气的浓度是控制空气质量的七大指标之一，并具有分级指标，在硫酸工业中，尾气吸收***温度与烟气中SO2浓度有关，温度对吸收效果的影响是通过影响亨利系数来体现的，尾气***中吸收塔的吸收效果主要由温度指标决定，一般硫酸工业中的工艺流程以二转二吸和三转二吸为主流程，其中一吸收塔的温度根据实际换热量以进塔温度40-45摄氏度为设计工况，其主要目的在于在保证烟气中的SO2的吸收和便于平衡吸收循环的换热。以硫磺装置为例，其为系吸收***温度与烟气中SO2浓度统计如下：
表1系吸收***温度与烟气中SO2浓度统计
如表1所示，烟气中SO2的排放浓度数值对其***的温度异常敏感，伴随着尾气***的温度异常敏感，伴随着尾气***温度的上升，烟气中SO2的浓度也呈明显上升，***温度每上升1℃，烟气中SO2平均上升25-36mg/Nm3，将尾气数据应用数学回归软件DRS计算后得到的表达式为y＝234.7e0.031x该数学模型表达式的方差为0.844，数学模型涵盖了84.4％的数据，基本满足了工程模型的要求。在实际检测时得到如下数据：
表2仪器预热恒定检测温度检测SO2浓度统计
如表2所示，即使在空气中SO2的排放浓度数值对其***的温度仍然具有规律可循，而温度的影响下，实际检测的环境SO2指标往往偏低，请参阅附表第二列数据，然后随着SO2不断的被氧化形成亚硫酸直至氧化成稀硫酸，而实际对于环境造成的影响，因此有必要对排放的SO2进行更为全面的检测，积累更多数据反映SO2排放的实际值，具体地，通过提供与烟气温度近似的检测环境，从而分析SO2的排放，而此时，SO2的浓度上升程度虽不明显，但与在烟气中检测的实际意义具有区别，主要区别在于在烟气中SO2可以通过二吸塔进一步吸收，而排放至空气中的SO2将成为主要污染物，而检测温度的差异造成指标的偏差；另外，检测装置的吸入端可能受到恒定风向的影响，在计算时需要通过旋转角度和翻转角度综合检测，从而在同一位置实现多维度取点检测，基于表2内容，对于高空环境监测时，以无人机飞行临近尾气烟囱附近时为例，由于尾气排放后二氧化硫难以汇聚，且在空气中存在被逐步氧化生成酸雾的情形，不可避免的造成检测损失，而温度又是二氧化硫检测的重要影响因素，结合表2总数据，同样以在实际检测时得到如下数据：因此，数学模型表达式为：y＝23.48e0.078x-αe-1.782-βe-1.893。其中，y为二氧化硫浓度，α为水平旋转角度，β为翻转角度。
结合上述内容，本发明首先提供了一种用于数学建模的污染物检测装置，污染物为二氧化硫气体，请参阅附图1所示，该污染物检测装置具体包括：壳体10，其一端为进气口11，其另一端为排出接管12；壳体10内集成有：预热组件20，其用以流通自进气口11吸入的气体1；气体1具体为含有二氧化硫的空气，可以理解的是气体1主要指某区域或者某生产装置中含有二氧化硫排放的区域的空气，预热组件20的作用是提供对气体1的预热重用，用以提供一个更加利于检测的环境。
引气组件30，其用以引导流通过预热组件20的气体1；换热组件40，引气组件30还用以将流通过预热组件20的气体1输送至换热组件40；换热组件40用以加热输入其的气体1，并形成被加热的气体1；发明人认为，仅仅通过预热或者加热的方式达到为了精准检测的环境温度可能存在气体1中二氧化硫因为温差变化，空气中的水份反而产生凝结带走部分二氧化硫，因此，通过先预热，在换热进行加热的方式实现气体1温度的缓慢上升，可以理解的是温度的缓慢上升是通过预热组件20实现的；而本发明实际上被加热的气体1并不是检测的目标；具体地可以理解为被加热的气体1用以预热预热组件20，以使自进气口11被引入预热组件20的气体1被预热；被加热的气体1实际是用于为预热组件20提供热量；
其中，被加热的气体1预热预热组件20后形成待换热气体1；可以理解的是，直接加热气体1方案还造成热量源的浪费，对于产生热量没有进行合理的使用，而被加热的气体1通过预热组件20后形成的预热后温度有所降低，确定的是被加热的气体1温度大于带换热气体1温度。
这里需要说明被加热的气体1分为两个部分，一部分是在预热组件20预热，一部分在换热组件40；其中，待换热气体1被流通过换热组件40的被加热的气体1换热成为待检测气体1；这里解释为有气体1转变为待检测气体1经历一个“迂回”的过程，这个过程可以理解为：预热组件20和换热组件40为两个管壳式换热器，通过管间和壳间的连通方式有效的积存热量，同时也增加了气体在两个换热器之间形成类似于“迂回”的流通方式，变向增加了停留时间。
检测气室50，其流通过有来自换热组件40的待检测气体1，且其一端开口；检测气室50开口的一端设置于排出接管12上；具体地，待检测气体1达到预定温度，进入检测气室50。
检测气室50的内部具有折流结构，折流结构用以增加待检测气体1的停留时间；
需要说明的是，在检测气室50上还设置有多个检测元件80，此时，检测元件80能够精准的检测气体1在流通时刻的二氧化硫含量，其主要原因是通过预热组件20和换热组件40的预热加热的方式，使被检测气体1缓慢的升温，不仅有效利用了热量，还有效降低了冷凝液的产生。可以理解的是，现有技术中可以在检测气室50接入不同类型的检测设备以实现检测功能以及针对与检测结果的记录功能。
发明人认为，在实际运用中，冷凝过程无法完全消除，过大的温度差仍然会产生冷凝液，所述冷凝液可以理解为冷凝稀硫酸，其由二氧化硫自然氧化后生成，进而被空气中的水份结合生成稀硫酸；冷凝室60，其用以收集来自检测气室50的由待检测气体1形成的冷凝液；
综合上述，预热组件20、引气组件30和换热组件40组成防凝装置，防凝装置用以减少气体1被换热为待检测气体1时产生的冷凝液；该污染物检测装置的防凝效果是通过预热组件20、引气组件30和换热组件40实现的。
应当理解的是，还包括一组用以为换热组件40提供热源以使气体1，并形成被加热的气体1的加热控制单元70。具体原理为：换热组件40需要引入热源，才能够提供热量进而形成换热的效果。
请参阅附图1、2所示，预热组件20包括：第一换热器21，第一换热器21为“管壳式换热器”，且其具有：第一换热器壳程段21b；第一换热器管程段21a，其一端连通至进气口11，其另一端连通有第一气室22；具体可以理解为气体1走第一换热器管程段21a，被加热的气体1走第一换热器壳程段21b。
第一换热器管程段21a具有一个中心管22a，中心管22a向第一气室22的方向延伸并位于第一气室22内；中心管22a位于第一气室22内的部分形成扩口22b，扩口22b上设置有一调节蝶阀22c。
第一换热器管程段21a具有一个中心管22a，其设计思路来源余热锅炉设备技术领域，中心管22a的作用起到温度调节保护的作用，可以理解的是中心管22a直径大于换热器本身管束的直径。其工作原理为当进入检测气室50的待检测气体1因故障等因素，温度过高时，调节蝶阀22c开启，此时中心管22a进入大量气体1降温保护，扩口22b作用是便于设置调节蝶阀22c，第一气室22为调节蝶阀22c提供了设置的空间，同时也便于与引起组件30连接。
请参阅附图1、2所示，引气组件30包括：引风机31，其具有风机入口31a和风机出口31b；风机入口31a与第一气室22连通；风机电机32，其集成在壳体10内，并用以驱动引风机31。具体地，引入气体1的方式通过引风机31实现的，可以理解为动能向势能的转换，用以引气流程，可以理解的是在第一换热器管程段21a或者调节蝶阀22c开启时均呈微负压，便于引导气体1进入。
请参阅附图1所示换热组件40包括：第二换热器42，第二换热器42为“管壳式换热器”，且其具有：第二换热器壳程段42b和第二换热器管程段42a；第二换热器42与第一换热器21属于同种类型的换热器。
第一管道401，其一端与风机出口31b连通，其另一端与第二换热器管程段42a的一端连通；第二管道402，其一端与第二换热器管程段42a的另一端连通，其另一端连通至第一换热器壳程段21b；第三管道403，其一端与第一换热器壳程段21b连通，其另一端与第二换热器壳程段42b连通；第一换热器21和第二换热器41的管程和壳程的连通方式是通过管道连通。
请参阅附图2、7所示，其中，第二管道402与第一换热器壳程段21b连通的位置为第一位置点A，第三管道403与第一换热器壳程段21b连通的位置为第二位置点B，第一位置点A和第二位置点B之间形成第一垂直距离H1。可以理解的是第一位置点A和第二位置点B之间存在距离，具体为第一垂直距离H1，且第一位置点A和第二位置点B在第一换热器21的径向，并且需要与第一换热器壳程段21b管程连通，其目的在与更加充分的预热，有效利用热量。
请参阅附图2、8所示还包括有：第四管道404，其一端与检测气室50远离排出接管12的一侧连通，其另一端与第二换热器壳程段42b连通；其中，第三管道403与第二换热器壳程段42b连通的位置为第三位置点C，第四管道404第二换热器壳程段42b连通的位置为第四位置点D，第三位置点C和第四位置点D之间形成第二垂直距离H2；第二垂直距离H2体现的原理与第一垂直距离H1相似，区别在于布置的是第三位置点C和第四位置点D，其目的在与更加充分的换热，有效利用热量。
请参阅附图2所示，多组折流墙51，多组折流墙51在检测气室50内间隔布置；
多组折流墙51的作用是增加被检测气体1的停留时间，具体地，如附图3、4所示折流墙51包括墙体51a和开口51b，墙体51a和开口51b由一组圆弧51c分隔而成，且圆弧51c的弧度向开口51b弯曲；其中，至少包括两组墙体51a在下，且开口51b在上的折流墙51；其中，任意两组墙体51a在下，且开口51b在上的折流墙51之间布置一组墙体51a在上，且开口51b在下的折流墙51；其中，任一一组墙体51a在下，且开口51b在上的折流墙51的底部布置一个通孔52，通孔52开设在墙体51a上；其中，折流结构至少由两组墙体51a和开口51b方位不同的两组折流墙51组成；可以理解的是检测的最佳位置为靠近第四管道404一侧的两组折流墙之间。
请参阅附图2所示，为了防止冷凝液在检测气室50内积存，设置一斜板52a，具体为斜板52a，其设与检测气室50内，且靠近检测气室50具有开口的一端；斜板52a自靠近检测气室50具有开口的一端向检测气室50设有折流墙51的方向倾斜。
请参阅附图2所示，冷凝室60作用是收集冷凝液，具体包括：上盖体61；下箱体62，其位于上盖体61的下方，并与上盖体61可拆卸的连接；连通管63，其设置在上盖体61上，且其一端连通至下箱体62内，其另一端连通至检测气室50的底部。
U型管64作用相当于连通器，可以防止冷凝室60压力过大，U型管64设置在上盖体61的一侧，其用以与连通至下箱体62的内部；其中，连通管63与检测气室50连通的位置为第五位置点E，第五位置点E位于两组折流墙51之间。
请参阅附图2所示，加热控制单元70包括：加热部件71，其设置在第一管道401上，加热部件71为电加热器或电伴热器中的一种；具体地，电加热器需要提供0℃-75℃的温度范围，另外，现有技术电伴热器同样能够提供0℃-75℃的温度范围。
第一热电偶72a，其设置于第一管道401上，且位于加热部件71的下游，可以理解的第一管道401在上，并位于加热部件71和第二换热器41之间；第二热电偶72b，其设置于第四管道404上；
控制组件73，控制组件73与加热部件71、第一热电偶72a、第二热电偶72b电连接；控制组件73优选PLC反馈控制，由电源74供电，此外电源74还用以为加热部件71、热电阻部件72供电，也包括对于风机电机32的供电。具体的控制原理为，以设定第一热点偶72a最高温度不超过75℃或者第二热电偶72b不超过55℃为例，上述两个热电偶中任意一个超过设定温度范围，控制组件73将减小加热部件71的输出功率；以设定第一热点偶72a最低温度低于25℃或者第二热电偶72b温度低于15℃为例，控制组件73将增加输出功率。
本发明还提供了一种无人机，请参阅附图5、6所示，无人机包括本发明提及的用于数学建模的污染物检测装置；
无人机飞行平台100；以及自由转向机构200，自由转向机构200用以调整用于数学建模的污染物检测装置变换检测角度。
具体地，为了达到本发明的目的，能够单点位，多维度的采集，提高采集数据的可信度和真实性，提出该技术方案，即用于数学建模的污染物检测装置可以变换检测角度，其工作原理类似于“人类眼球结构”。
请参阅附图5、6所示，自由转向机构200具有第一转动结构210，第一转动结构210用以驱使的用于数学建模的污染物检测装置相对于无人机飞行平台100在水平方向旋转；第一转动结构210提供了一个水平方向的旋转模式，具体可以解释为水平旋转动作，以使用于数学建模的污染物检测装置能够360度旋转。第一转动结构210包括：转动电机211，无人机飞行平台100的内部具有一中空室，所述中空室的下方为底板112；底板111水平布置，且其上设置有转轴通孔112；电机支架212，其设置在底板111上，且位于中空室；
转动电机211架设在电机支架212的上方，且电机的输出轴穿过转轴通孔112；具体地第一转动结构210的转动方式是通过转动电机211实现的，为安装架设转动电机211，以无人机飞行平台100的结构为基础，设一中空室架设电机，可以理解的是该电机可以通过外界通讯控制，性质类似于起重设备领域的使用电机，可以控制旋转的角度。
旋转盘213，其上方连接转动电机211的输出轴，旋转盘213呈架体结构。
请参阅附图5、6所示，自由转向机构200具有还具有第二转动结构220，第二转动结构220设置于旋转盘213的下方；第二转动结构220用以驱使的用于数学建模的污染物检测装置相对于无人机飞行平台100在水平方向转动；和/或驱使的用于数学建模的污染物检测装置向无人机飞行平台100的一侧翻转，具体地，变换检测角度与工作原理类似于“人类眼球结构”的具体解释为，第一转动结构210的旋转盘213与第二转动结构220形成一个整体，两组转动结构的动作改变了用于数学建模的污染物检测装置的角度。
请参阅附图5、6所示，第二转动结构220包括：固定在旋转盘213的下方第一电机221和第二电机222；第一电机221和第二电机222以旋转盘的中心互为对称设置；第一输出轴221a，其为第一电机221的输出端，且其与旋转盘213垂直；第二输出轴222a，其为第二电机222的输出端，且其与旋转盘213垂直；固定板结构223，其位于第一电机221和第二电机222之间；固定板结构223包括第一固定板223a和第二固定板223b，第一固定板223a与第二固定板223b垂直且固定连接；第一固定板223a与旋转盘213平行，第二固定板223b与旋转盘213垂直且固定连接；第一转轴孔221b，其设置在第一固定板223a上，第一转轴孔221b上设置有第一轴承，第一输出轴221a穿过第一转轴孔221b，并与第一轴承转动连接；第二转轴孔223b，其设置在第二固定板223b上，第二转轴孔223b上设置有第二轴承；第一齿轮222c，其固定在第二输出轴222a远离第二电机的一端；第二齿轮233c，第二轴承上设置有一传动轴233，第二齿轮233c固定在传动轴233的一端；其中，传动轴233与第二输出轴222a垂直；第一齿轮222c与第二齿轮233c啮合连接；
请参阅附图5、6所示，球形体230；翻转轴231，其固定在球形体230的一侧；旋转轴232，其球形体230固定连接，其翻转轴231和旋转轴232垂直；旋转板240，其位于球形体230的一侧，并具有第一端1001和第二端1002；其中，第一端1001与第一输出轴221a穿出第一固定板223a的一端通过紧固件固定连接；其中，第二端1002与翻转轴231通过轴承转动连接；翻转板250，其具有第三端1003和第四端1004；其中，旋转轴232与第三端1003转动连接，且旋转轴232穿过第三端1003；其中，第四端1004与传动轴233通过锁紧件固定连接。
请参阅附图5、6所示，根据上述连接关系，球形体230其具有初始状态和转动状态；如附图6所示的为球形体230的初始状态，可以解释旋转板240和翻转板250具有相同的截面时，球形体230处于初始状态；旋转板240和翻转板250具有不相同的截面时，球形体230处于转动状态；第一输出轴221a与第二输出轴222a的转动动作驱动球形体230由初始状态或转动状态向转动状态或初始状态变化。球形体230的变化依赖于第一输出轴221a和/或第二输出轴222a的转动动作，第一输出轴221a和/或第二输出轴222a的转动动作是不分先后，可以单独动作，也可以同步动作，都能够实现用于数学建模的污染物检测装置的角度的变换。
工作过程为：无人机具有飞行平台100并搭载了自由转向机构200，以飞行在某冶炼装置或制酸装置等产生二氧化硫的工厂区域为例，工厂区域尾气排放烟囱高度包括30米、45米，100米等，无人机在某一点停留，自由转向机构200调节检测角度以使用于建立数学模型的污染物检测装置检测，可以参照球形体230的初始状态为一个检测点，转动状态为第一电机221，第二电机222形成，以第一电机221转动为例，旋转板240以第一输出轴221a为轴转动，旋转板240为水平转动翻转轴231水平转动，旋转轴232随第一输出轴221a旋转；以第二电机222转动为例，第二输出轴222a旋转，通过第一齿轮222c和第二齿轮233c的啮合连接改变了传动方向，可以理解的是第一电机221和第二电机222可以正向转动或者逆向转动，在该传动方向之后，传动轴233可以向无人机的两侧翻转，即使翻转板250翻转；因此，第一电机221和第二电机222同时动作，也可以理解为正转或者反转动作的组合时，实现角度的调整。综上可知，无人机平台搭载的自由转向机构能够变换角度，即使在一个检测的固定点，尤其是第一转动结构和第二转动结构的相互配合使用，提供多个变换角度的方式，多角度的检测相当于检测维度的不同，能够为后续建立数学模型的数据提供多方面的参考。
具体到，用于建立数学模型的污染物检测装置，以进气口11附近的温度为5℃为例，加热部件71提供的温度约为55-65℃范围之内，第一管道401的温度为55-65℃，进入第二换热器41的管程后，温度降低约为35-45℃，此时第二管道402的温度为35-45℃，在进入第一换热器21的课程将5℃的气体1换热为25℃左右，在经过加热部件71加热，第三管道的温度约为25-35℃，进入第二换热器壳程换热为45℃左右，形成带检测气体1,45℃左右的待检测气体更加符合工厂二氧化硫排放的温度。待检测气体1进入检测气室50完成检测。可以理解的是，上述参数给出的是温控范围，其中的变量以进气口11的温度为主，具体指当前的环境温度，随着环境温度的变化，例如由5℃变化为-5℃或者15℃，加热部件71提供加热输出功率也随之变化，加热输出功率的变化以来PLC控制***，以及第一热电偶72a和第二热电偶72b的检测设定和反馈。
通过前述技术方案和工作过程可知：应用本发明的技术方案，通过设置预热组件、引气组件和换热组件为后续检测提供了最佳的检测温度环境，并且预热组件和换热组件形成缓慢的加热和预热的过程，具有防止被检测气体冷凝的效果，且彼此之间通过管壳式换热器的管程和壳程的方式连通，相当于增加了停留时间，能够使检测数据更加真实可靠，减小误差，不受实地测量环境的限制，保证了数据的准确性，有利于后续数学建模分析。
应用本发明的技术方案，无人机平台搭载的自由转向机构能够变换角度，即使在一个检测的固定点，尤其是第一转动结构和第二转动结构的相互配合使用，提供多个变换角度的方式，多角度的检测相当于检测维度的不同，能够为后续建立数学模型的数据提供多方面的参考。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
1.用于数学建模的污染物检测装置，所述污染物为二氧化硫气体，其特征在于，包括：
壳体(10)，其一端为进气口(11)，其另一端为排出接管(12)；
所述壳体(10)内集成有：
预热组件(20)，其用以流通自所述进气口(11)吸入的气体(1)；
引气组件(30)，其用以引导流通过所述预热组件(20)的气体(1)；
换热组件(40)，所述引气组件(30)还用以将流通过所述预热组件(20)的气体(1)输送至所述换热组件(40)；
所述换热组件(40)用以加热输入其的气体(1)，并形成被加热的气体(1)；
所述被加热的气体(1)用以预热所述预热组件(20)，以使自所述进气口(11)被引入所述预热组件(20)的气体(1)被预热；
其中，所述被加热的气体(1)预热所述预热组件(20)后形成待换热气体(1)；
其中，所述待换热气体(1)被流通过所述换热组件(40)的被加热的气体(1)换热成为待检测气体(1)；
检测气室(50)，其流通过有来自所述换热组件(40)的待检测气体(1)，且其一端开口；
所述检测气室(50)开口的一端设置于所述排出接管(12)上；
所述检测气室(50)的内部具有折流结构，所述折流结构用以增加所述待检测气体(1)的停留时间；
冷凝室(60)，其用以收集来自所述检测气室(50)的由所述待检测气体(1)形成的冷凝液；
其中，所述预热组件(20)、所述引气组件(30)和所述换热组件(40)组成防凝装置，所述防凝装置用以减少所述气体(1)被换热为待检测气体(1)时产生的冷凝液；和
用以为所述换热组件(40)提供热源以使所述气体(1)，并形成被加热的气体(1)的加热控制单元(70)；
所述预热组件(20)包括：
第一换热器(21)，所述第一换热器(21)为“管壳式换热器”，且其具有：
第一换热器壳程段(21b)；
第一换热器管程段(21a)，其一端连通至所述进气口(11)，其另一端连通有第一气室(22)；
所述第一换热器管程段(21a)具有一个中心管(22a)，所述中心管(22a)向所述第一气室(22)的方向延伸并位于所述第一气室(22)内；
所述中心管(22a)位于所述第一气室(22)内的部分形成扩口(22b)，所述扩口(22b)上设置有一调节蝶阀(22c)。
2.根据权利要求1所述的用于数学建模的污染物检测装置，其特征在于，所述引气组件(30)包括：
引风机(31)，其具有风机入口(31a)和风机出口(31b)；
所述风机入口(31a)与所述第一气室(22)连通；
风机电机(32)，其安装在所述壳体(10)内，并用以驱动所述引风机(31)。
3.根据权利要求2所述的用于数学建模的污染物检测装置，其特征在于，所述换热组件(40)包括：
第二换热器(42)，所述第二换热器(42)为管壳式换热器，且其具有：
第二换热器壳程段(42b)和第二换热器管程段(42a)；
第一管道(401)，其一端与所述风机出口(31b)连通，其另一端与所述第二换热器管程段(42a)的一端连通；
第二管道(402)，其一端与所述第二换热器管程段(42a)的另一端连通，其另一端连通至所述第一换热器壳程段(21b)；
第三管道(403)，其一端与所述第一换热器壳程段(21b)连通，其另一端与所述第二换热器壳程段(42b)连通；
其中，所述第二管道(402)与所述第一换热器壳程段(21b)连通的位置为第一位置点(A)，所述第三管道(403)与所述第一换热器壳程段(21b)连通的位置为第二位置点(B)，所述第一位置点(A)和所述第二位置点(B)之间形成第一垂直距离(H1)。
4.根据权利要求3所述的用于数学建模的污染物检测装置，其特征在于，还包括有：
第四管道(404)，其一端与所述检测气室(50)远离所述排出接管(12)的一侧连通，其另一端与所述第二换热器壳程段(42b)连通；
其中，所述第三管道(403)与所述第二换热器壳程段(42b)连通的位置为第三位置点(C)，所述第四管道(404)所述第二换热器壳程段(42b)连通的位置为第四位置点(D)，所述第三位置点(C)和所述第四位置点(D)之间形成第二垂直距离(H2)；和
多组折流墙(51)，多组所述折流墙(51)在所述检测气室(50)内间隔布置；
所述折流墙(51)包括墙体(51a)和开口(51b)，所述墙体(51a)和所述开口(51b)由一组圆弧(51c)分隔而成，且所述圆弧(51c)的弧度向所述开口(51b)弯曲；
其中，至少包括两组所述墙体(51a)在下，且所述开口(51b)在上的折流墙(51)；
其中，任意两组所述墙体(51a)在下，且所述开口(51b)在上的所述折流墙(51)之间布置一组所述墙体(51a)在上，且所述开口(51b)在下的折流墙(51)；
其中，任一一组所述墙体(51a)在下，且所述开口(51b)在上的所述折流墙(51)的底部布置一个通孔(52)，所述通孔(52)开设在所述墙体(51a)上；
其中，所述折流结构至少由两组所述墙体(51a)和所述开口(51b)方位不同的两组折流墙(51)组成；和
斜板(52a)，其设与所述检测气室(50)内，且靠近所述检测气室(50)具有开口的一端；
所述斜板(52a)自靠近所述检测气室(50)具有开口的一端向所述检测气室(50)设有折流墙(51)的方向倾斜。
5.根据权利要求4所述的用于数学建模的污染物检测装置，其特征在于，冷凝室(60)包括：
上盖体(61)；
下箱体(62)，其位于所述上盖体(61)的下方，并与所述上盖体(61)可拆卸的连接；
连通管(63)，其设置在所述上盖体(61)上，且其一端连通至所述下箱体(62)内，其另一端连通至所述检测气室(50)的底部；
U型管(64)，其设置在所述上盖体(61)的一侧，其用以与连通至所述下箱体(62)的内部；
其中，所述连通管(63)与所述检测气室(50)连通的位置为第五位置点(E)，所述第五位置点(E)位于两组所述折流墙(51)之间。
6.根据权利要求5所述的用于数学建模的污染物检测装置，其特征在于，所述加热控制单元(70)包括：
加热部件(71)，其设置在所述第一管道(401)上，所述加热部件(71)为电加热器或电伴热器中的一种；
第一热电偶(72a)，其设置于所述第一管道(401)上，且位于所述加热部件(71)的下游；
第二热电偶(72b)，其设置于所述第四管道(404)上，
控制组件(73)，所述控制组件(73)与所述加热部件(71)、第一热电偶(72a)、第二热电偶(72b)电连接；
电源(74)，用以为所述加热部件(71)、热电阻部件(72)和所述控制组件(73)供电。
7.无人机，其特征在于，包括：
权利要求1至6中任意一项所述的用于数学建模的污染物检测装置；
无人机飞行平台(100)；以及
自由转向机构(200)，所述自由转向机构(200)用以调整所述用于数学建模的污染物检测装置变换检测角度。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述自由转向机构(200)具有第一转动结构(210)，所述第一转动结构(210)用以驱使所述的用于数学建模的污染物检测装置相对于所述无人机飞行平台(100)在水平方向旋转；
所述第一转动结构(210)包括：
转动电机(211)，所述无人机飞行平台(100)的内部具有一中空室，所述中空室的下方为底板(111)；
所述底板(111)水平布置，且其上设置有转轴通孔(112)；
电机支架(212)，其设置在所述底板(111)上，且位于所述中空室；
所述转动电机(211)架设在所述电机支架(212)的上方，且所述电机的输出轴穿过所述转轴通孔(112)；
旋转盘(213)，其上方连接所述转动电机(211)的输出轴；
所述旋转盘(213)呈架体结构。
9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述自由转向机构(200)具有还具有第二转动结构(220)，所述第二转动结构(220)设置于所述旋转盘(213)的下方；
所述第二转动结构(220)用以驱使所述的用于数学建模的污染物检测装置相对于所述无人机飞行平台(100)在水平方向转动；或
驱使所述的用于数学建模的污染物检测装置向所述无人机飞行平台(100)的一侧翻转；
所述第二转动结构(220)包括：
固定在所述旋转盘(213)的下方第一电机(221)和第二电机(222)；
所述第一电机(221)和所述第二电机(222)以所述旋转盘(213)的中心互为对称设置；
第一输出轴(221a)，其为所述第一电机(221)的输出端，且其与所述旋转盘(213)垂直；
第二输出轴(222a)，其为所述第二电机(222)的输出端，且其与所述旋转盘(213)垂直；
固定板结构(223)，其位于所述第一电机(221)和所述第二电机(222)之间；
所述固定板结构(223)包括第一固定板(223a)和第二固定板(223b)，所述第一固定板(223a)与所述第二固定板(223b)垂直且固定连接；
所述第一固定板(223a)与所述旋转盘(213)平行，所述第二固定板(223b)与所述旋转盘(213)垂直且固定连接；
第一转轴孔(221b)，其设置在所述第一固定板(223a)上，所述第一转轴孔(221b)上设置有第一轴承，所述第一输出轴(221a)穿过所述第一转轴孔(221b)，并与所述第一轴承转动连接；
第二转轴孔(223b)，其设置在所述第二固定板(223b)上，所述第二转轴孔(223b)上设置有第二轴承；
第一齿轮(222c)，其固定在所述第二输出轴(222a)远离所述第二电机的一端；
第二齿轮(233c)，所述第二轴承上设置有一传动轴(233)，所述第二齿轮(233c)固定在所述传动轴(233)的一端；
其中，所述传动轴(233)与所述第二输出轴(222a)垂直；
所述第一齿轮(222c)与所述第二齿轮(233c)啮合连接；
球形体(230)；
翻转轴(231)，其固定在所述球形体(230)的一侧；
旋转轴(232)，其所述球形体(230)固定连接，其所述翻转轴(231)和所述旋转轴(232)垂直；
旋转板(240)，其位于所述球形体(230)的一侧，并具有第一端(1001)和第二端(1002)；
其中，所述第一端(1001)与所述第一输出轴(221a)穿出所述第一固定板(223a)的一端通过紧固件固定连接；
其中，所述第二端(1002)与所述翻转轴(231)通过轴承转动连接；
翻转板(250)，其具有第三端(1003)和第四端(1004)；
其中，所述旋转轴(232)与所述第三端(1003)转动连接，且所述旋转轴(232)穿过所述第三端(1003)；
其中，所述第四端(1004)与所述传动轴(233)通过锁紧件固定连接；
所述球形体(230)其具有初始状态和转动状态；
所述旋转板(240)和所述翻转板(250)具有相同的截面时，所述球形体(230)处于所述初始状态；
所述旋转板(240)和所述翻转板(250)具有不相同的截面时，所述球形体(230)处于所述转动状态；
所述第一输出轴(221a)与所述第二输出轴(222a)的转动动作驱动所述球形体(230)由所述初始状态或所述转动状态向所述转动状态或所述初始状态变化。
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