一种无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置，包括大气采样系统、传感器系统、工控模块和微型电脑模块；在采样装置外设有采样盒。当无人机到达指定采样地点和高度，微型电脑模块通过工控模块控制大气采样系统采集大气挥发性有机物并储存，同时通过传感器系统采集流量、气压、温湿度参数存储在树莓派微型电脑的microSD卡中，实现无人机机载大气挥发性有机物的自动采样。本实用新型专利技术体积小重量轻，便于运输，通用性强，亦可广泛用于车载、定位站、塔站等其他平台的大气挥发性有机物监测，可在水平和垂直空间灵活进行大气挥发性有机物监测，简单易行，成本低，采样准确度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置


[0001]本技术涉及大气环境监测技术，具体涉及一种无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置，可装载于多旋翼无人机用于对大气挥发性有机物进行自动采样。

技术介绍

[0002]大气中挥发性有机物来源于植被、工业、汽车等的排放，在二次有机气溶胶和近地面臭氧形成过程中发挥着重要作用，对区域大气环境质量、人体健康、及大气辐射平衡有直接或者间接影响，因此，有必要对大气挥发性有机物浓度进行时空分布的测量。常用测量技术以离线分析为主，利用采样罐或吸附管采集大气挥发性有机物样品，在实验室进行化学分析定量。近年来在线大气挥发性有机物监测技术得到了广泛应用，如质子转移反应质谱和在线气相色谱质谱联用仪等。无论是离线还是在线测量，一般只在地面站点或观测塔上进行，垂直测量受塔高局限一般不超过地面以上50米。有少量研究通过系留气球或航测飞机来进行垂直观测，但二者价格昂贵，操作复杂，且航测飞机因飞行速度快，空间分辨率往往较低。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本技术提供一种能在中等空间尺度(几十至几百米)灵活采集不同高度、不同水平方向上大气挥发性有机物的低成本采样装置，以填补现有传统监测平台对大气挥发性有机物空间分布特征测量的不足。
[0004]为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：
[0005]一种无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置，可装载于多旋翼无人机对大气挥发性有机物进行自动采样；该装置包括大气采样系统、传感器系统、工控模块和树莓派微型电脑模块；在采样装置外设有采样盒；其中：
[0006]整个采样装置的外盒为长方体，采用透明亚克力板；长方体的六个面通过激光切割留出固定孔，以固定盒内各个设备模块及固定采样盒和无人机机载架，并留出microSD卡和电源线出入口，并在空余处尽可能进行切除，切割出三角形孔或方形孔，以减轻重量和散热。
[0007]大气采样系统包括吸附管、多孔电磁阀、微型隔膜泵、微型针型阀和气体管路。吸附管约十厘米长，位于采样系统最前端，吸附管的一端在采样盒内连接多孔电磁阀，一端在采样盒外暴露于环境大气；多孔电磁阀下游通过柔性聚乙烯管、三通接头依次连接传感器元件、微型隔膜泵和微型针型阀；多孔电磁阀可接多个吸附管。
[0008]传感器系统包括传感器元件(如流量传感器、压力传感器、温湿度传感器)以及传感器电路板，传感器电路板上安装传感器元件，通过集成电路给传感器元件供电，并输出模拟电压信号。
[0009]工控模块包括供电模块、模数转换器、电磁阀驱动板和电路连接线。供电模块用于供给采样盒中的各电子元件所需的直流电；模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
具体通过供电模块将无人机输出的直流电压转换为采样盒中的各电子元件所需的直流电压，用于给采样装置供电；模数转换器将传感器系统输出的模拟信号转换为数字信号，传递给微型电脑模块进行记录存储。
[0010]微型电脑模块与工控模块进行连接，用于通过工控模块控制大气采样系统进行采样，并实时记录并存储传感器数据。
[0011]具体实施采用树莓派微型电脑模块，包括微型电脑、microSD存储卡和电路连接线，与工控模块进行连接。树莓派微型电脑模块以微型电脑为核心组件，通过microSD卡装载系统进行存储和运行程序，用于实时记录并存储传感器元件数据。
[0012]当无人机到达指定采样地点和高度，微型电脑模块通过工控模块控制大气采样系统中多孔电磁阀的开闭，采集大气挥发性有机物并储存在吸附管中，同时通过传感器系统采集传感器元件数据，将流量、气压、温湿度等参数存储在树莓派微型电脑的microSD卡中。
[0013]所述采样装置包括自动采样模式和通讯采样模式；所述自动采样模式为通过微型电脑模块按照预先设定的多孔电磁阀阀门开闭程序及时间间隔控制采样；采用所述通讯采样模式还包括地面移动设备端。地面移动设备端包括无人机遥控器和与其连接的运行iOS或 Android的移动设备，如智能手机或平板电脑。通过所述地面移动设备端和无人机与所述采样装置的微型电脑之间进行数据通讯，在无人机飞行过程中对采样装置进行实时控制。
[0014]具体地，本采样装置有自动采样模式和通讯采样模式两种控制方式。自动采样模式下，微型电脑内预设采样程序，无人机开机时采样装置通电，微型电脑开启系统启动，采样程序在系统启动后将自动运行，按照预先设定的多孔电磁阀阀门开闭程序及时间间隔，来控制采样。通讯采样模式下，通过大疆无人机开发者平台(DJI Developer)提供的“数据透明传输”技术，地面移动设备端(无人机的遥控器和控制App)和无人机、采样装置树莓派微型电脑之间可以进行数据通讯，实现在飞行过程中对采样装置的实时控制。该模式下，树莓派微型电脑模块和无人机之间通过TTL-USB串行端口连接。大疆无人机开发者平台提供了移动端应用程序接口，允许开发人员通过与无人机遥控器连接的运行iOS或 Android的移动设备监控和控制无人机。利用该应用程序接口，可开发在移动设备端运行的应用程序，并安装有移动端应用程序接口，微型电脑上安装有机载端应用程序接口，两个接口之间可进行通讯，以远程控制多孔电磁阀阀门的开闭。此外，两种模式下，微型电脑开启时都会自动启动传感器数据记录程序，实时记录并存储传感器元件数据。
[0015]上述大气挥发性有机物采样装置工作时，包括如下操作步骤：
[0016]1)针对目标挥发性有机物的种类，选取适合的大气中挥发性有机物吸附管；
[0017]2)根据采样环境确定采样流量和时长，再结合采样点位置预设无人机的飞行时间及多孔电磁阀阀门控制的时间点，包括无人机悬停时间；
[0018]3)外接流量计，调节采样装置中大气采样系统的微型针型阀设定采样流量；
[0019]4)将大气挥发性有机物采样装置固定安装于无人机底部；
[0020]5)在无人机起飞之前装上大气中挥发性有机物吸附管，打开吸附管密封盖；
[0021]6)启动无人机飞行至采样点，无人机将按预设采样时间悬停；可采用自动采样模式和通讯采样模式两种控制方式，控制多孔电磁阀阀门开闭；微型电脑开启时自动开始实时记录并存储传感器元件数据；
[0022]7)若有多个采样点，重复执行步骤6)的操作；
[0023]8)控制无人机返航，落地后取下吸附管，密封后低温保存；
[0024]9)读取树莓派微型电脑中的microSD卡记录的飞行过程中的传感器元件数据。
[0025]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0026]本技术提供的装置通过树莓派微型电脑控制采样，操作简单，控制方式灵活；通过电路集成控制传感器元件输入输出，提高了传感器元件运行的稳定性和数据精度；通过微型针型阀控制流量，控制成本同时提高了采样精度。
[0027]本技术由于采取以上技术方案，具有以下优点：
[0028]1、本技术提供的装置可装载于多旋翼无人机平台，自动或远程控制采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置，包括大气采样系统、传感器系统、工控模块和微型电脑模块；在采样装置外设有采样盒；其中：大气采样系统包括：吸附管、多孔电磁阀、微型隔膜泵、微型针型阀和气体管路；吸附管位于采样系统最前端；吸附管的一端在采样盒内连接多孔电磁阀，另一端在采样盒外暴露于环境大气；多孔电磁阀下游依次连接传感器、微型隔膜泵和微型针型阀；微型针型阀位于采样装置的最末端；传感器系统包括传感器元件和传感器电路板；传感器电路板上安装传感器元件，通过集成电路给传感器元件供电，并输出模拟电压信号；工控模块包括供电模块、模数转换器、电磁阀驱动板和电路连接线；供电模块用于供给采样盒中的各电子元件所需的直流电；模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号，或将数字信号转换为高电平、低电平模拟信号；微型电脑模块与工控模块进行连接，用于通过工控模块控制大气采样系统进行采样，并实时记录并存储传感器数据；当无人机到达指定采样地点和高度，微型电脑模块通过工控模块控制大气采样系统中的多孔电磁阀的开闭，采集大气挥发性有机物并储存在吸附管中，同时通过传感器系统采集各参数数据并存储在微型电脑的microSD卡中，实现无人机机载大气挥发性有机物的自动采样。2.如权利要求1所述无人机机载大气挥发性有机物自动采样装置，其特征是，所述采样装置包括自动采样模式和通讯采样模式；所述自动采样模式为通过微型电脑模块按照预先设定的电磁阀孔开闭程序及时间间隔控制采样；采用所述通讯采样模式还包括地面移动设备端，通过所述地面移动设备端和无人...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琦，李垚纬，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：