一种可多点位多方式开展水质采样的无人机装置

    专利查询2025-03-18  30


    本发明涉及环境监测,具体为一种可多点位、多方式开展水质采样的无人机装置。


    背景技术:

    1、环境监测涉及广泛的领域,包括水质监测。目前,现有的水质采样通常是人工采样,其缺点是速度慢、检测时间长、操作复杂、稳定性差,无法在第一时间获得水污染的准确信息等。

    2、现有的采样装置主要分为无人船采集水样装置和无人飞行器采集水样装置。前者在水质比较恶劣的水域中会受到阻碍,存在空间和天气的局限性。而基于无人机飞行器为搭载平台的水样采集装置具有很明显的优势,不受地形及其他水域环境的限制。其缺点为不易适应恶劣天气,采集的水样受到外界影响较大;其次,软管无法精确地采取水面下一定深度的水样,且多次采样时,后一次采样受前一次采样影响较大。

    3、目前公开号为cn114802725a的专利公开了“一种长航时定点定深定量智能水质采样无人机”,其通过取水管缠绕在滚筒上来采集水样,采集完水样后可以迅速收纳;公开号为cn107192583a的专利公开了“一种水质采样无人机的智能化水质采样方法”其通过在无人机下方设置采样杯,利用电机控制卷线轴的转动圈数使采样杯到达水面下指定位置;但在实际应用存在如下不足,如:(1)采水管材质为软管,其下放和回收过程中,会受气象条件的影响而导致软管缠绕失败,降低采样效率;针对有一定流速的水域,水流会对采样杯或者采样桶产生冲击,导致采样失败。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种可多点位、多方式开展水质采样的无人机装置。

    2、本发明的一种可多点位多方式开展水质采样的无人机装置,包括无人机主体、飞行驱动系统和水样采集系统;所述的飞行驱动系统包括电机、转轴和桨叶。

    3、所述无人机主体包括太阳能电板、充电端口、gps定位仪、高清云台相机和支撑腿。无人机本体表面设有充电端口,与蓄电池组相连。无人机本体外壳安装太阳能电板,增加了无人机的续航时间。所述gps定位仪安装在无人机主体顶部,用于定位。所述高清云台相机安装在无人机主体底板上,可实时监视所述采样管的伸缩程度以及采水操作过程。

    4、所述水样采集系统包括采样伸缩管、水样收集瓶组、润洗喷嘴、压力水位传感器以及多个阀门组成。

    5、所述采样伸缩管结构为本体、密封圈、压盖、卡位法兰、伸缩回位器和伸缩短管等组合而成,地面传输设备输入采样的次数,并且发送到无人机的内部处理装置,通过内部控制程序控制伸缩回位器,来改变采样伸缩管的伸缩程度,进而改变其本身长度进行定点定深采样,并且配合采样瓶上的阀门可以实现所需的采样次数。

    6、所述抽水泵工作时,配合采样瓶进口管上的阀门,将采集的水样分装到水样收集瓶组中。采样瓶底部安装压力水位传感器,当水样重量达到设定值时,压力传感器会输送信号给控制器,即采样完成。控制器控制伸缩回位器使采样管伸缩到原长度和原位,此时采样瓶的进口阀也处于关闭状态,以保证采集的水样不受周围环境影响。

    7、所述润洗喷嘴在每次采样完成时对采样伸缩管进行润洗,确保在两次采样间采样伸缩管的清洁程度。所述的采样伸缩管包括安装管段,多个采样伸缩管段,伸缩回位器和卡位法兰。采样伸缩管段的管径依次减小,伸缩回位器运作时,实现采样伸缩管依次套管,减小收纳体积。控制器根据设定的采样深度,确定伸缩采样伸缩管段的数量。

    8、所述卡位法兰能使采样伸缩管段达到伸缩的最大限度以及保证管段间的密封性。

    9、所述采样瓶组由三个独立的水样收集瓶组成,避免水样采集过程中互相干扰,每个采样瓶都包括一个进水管、一个排空阀和一个抽水泵。

    10、所述飞行驱动系统的电机、水样采集系统的采样伸缩管、抽水泵和润洗喷嘴使用导线与控制器连接,接收控制器发送的控制指令。所述蓄电池组由两组锂离子电池组成;所述飞行驱动组件与所述无人机本体为活动安装连接。

    11、本发明具有的有益效果是:

    12、(1)摒弃了传统的软管采样管,通过采样伸缩管进行定点定深采样;采集的水样分装到采样瓶中,前后两次采样间自动润洗采样管,减小采样误差,采集的水样分装到采样瓶中,前后两次采样间自动润洗采样管,减小采样误差;(这也可以写在优选里)

    13、(2)相比于传统的滚筒和软管采样,采样伸缩管避免无人机在水样采集过程中不被气流变化或重心偏移所影响,增加了采样过程中的准确性。(所以伸缩管的结构要描述清楚,是这个结构增加了准确性)



    技术特征:

    1.一种可多点位多方式开展水质采样的无人机装置,其特征在于:包括无人机主体、飞行驱动系统和水样采集系统;所述的飞行驱动系统包括电机、转轴和桨叶;

    2.根据权利要求1所述的一种可多点位、多方式开展水质采样的无人机装置,其特征在于:所述水样采集系统包括采样伸缩管、水样收集瓶组、润洗喷嘴以及多个阀门组成;

    3.根据权利要求1所述的一种可多点位、多方式开展水质采样的无人机装置,其特征在于:所述飞行驱动系统的电机、水样采集系统的采样伸缩管、抽水泵和润洗喷嘴使用导线与控制器连接,接收控制器发送的控制指令;所述蓄电池组由两组锂离子电池组成;所述飞行驱动组件与所述无人机本体为活动安装连接。

    4.根据权利要求1所述的一种可多点位、多方式开展水质采样的无人机装置,其特征在于:所述采样瓶通过阀门与采样管的进水口相连接,可通过地面设备来自由调节阀门的开关,进水口在工作状态下保持开启;出水口在采样工作状态下保持关闭,采样结束后,可卸下采样瓶并打开排空阀将水样取出;所述采样伸缩管的清洁由安置在无人机内部的润洗喷嘴完成,润洗后的液体可排入水环境;当采样伸缩管完成采样工作时,通过伸缩回位器使采样管伸缩到原长度和原位,此时采样瓶的进口阀也处于关闭状态,以保证采集的水样不受周围环境影响。


    技术总结
    本发明专利公开一种可多点位多方式开展水质采样的无人机装置,包括无人机主体、飞行驱动系统和水样采集系统。所述飞行驱动系统包括电机、转轴和桨叶。所述无人机主体包括太阳能电板、GPS定位仪和高清云台相机等。无人机外壳安装太阳能电板,与蓄电池组相连;所述GPS定位仪和高清云台相机分别安装在无人机顶部和底板,用于定位和实时监控。所述水样采集系统包括采样伸缩管、水样收集瓶组、润洗喷嘴及多个阀门。所述采样伸缩管,可通过伸缩来改变采样管长度进行定点定深采样。所述抽水泵工作时,配合采样瓶进口管处阀门,将水样分装至收集瓶中,采集完毕自动关闭采样瓶进口阀。所述润洗喷嘴在每次采样完成时对采样管进行润洗,确保采样管清洁。

    技术研发人员:夏光华,应欣盛,何键,王汐玥,卢可佳,范海燕
    受保护的技术使用者:台州学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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