一种湿地水表层环境分布式采样用无人机漂浮舱的制作方法

本实用新型涉及无人机辅助装置设计，属于水环境监测领域。

背景技术：

水环境检测的常见项目包括水温、PH值、导电率、盐度、生化氧(BOD)、总有机碳(TOC)、总氮、总磷等。其中总氮、总磷这些指标目前都需要在实验室完成；水温、PH值、含盐量、导电率、生化氧等指标都已经可以使用手持式电子设备在现场即时获取。因此在实际水环境检测工作中，一般是在现场尽可能多的完成检测，对于需要实验室实验的项目，则用容器携带少量水样带回到实验室完成。

绝大多数的便携式水环境检测设备由仪器本体和检测头两部分组成。仪器本体包括数据显示屏，可实时显示测量数值。现有的设备包括导电率检测仪、PH值检测仪(包括水温)、BOD(生化氧)检测仪。

一般水体采样深度分为三种：第一种是水表层，深度为水面下0.3-0.5米，借此避开水面漂浮的杂物、污物等对检测的影响；第二种是水底以上约0.5米；第三种是在水的中层。在湿地等浅水区，也可只采集水表层的数据。

以往对水体进行检测或获取样品都需要人员驾驶船只到达制定水区实施，在湿地环境中，水道狭窄曲折、水深不足，并且水域面积被自然地形和植物随机分割成多块，普通船只难以进入，即使使用无人船只，也不能自由穿梭，无法编辑规则的无人驾驶线路，更难于到达被分割、封闭的小块水域，造成只能在一部分水域进行检测，无法实施分布式的多点检测。

目前空中遥感手段获得的环境数据种类和精度有限，还不能替代上述接触式的水体检测，例如使用红外成像仪可以探测地表温度，但水体对红外线的吸收非常严重，水面在航空红外图像中显示出的明暗差别其实并不是来自于水温差别，而是自然水体表面漂浮的草叶、水藻等物的干扰效果，所以真实的水温难以用空中红外成像的办法获取，至于含盐度、PH值等就更不可能依靠遥感手段了。

就以上分析，湿地等植物、陆地、浅水交错的区域，水环境检测或采样只能限于个别位置，难于做到分布式多点检测。

无人机的航线飞行很少受水生植物、水面区划的影响，且移动速度快，适于实施水环境检测工作，尤其能够达到多点分布式检测的目的，一次性获取一个区域内不同水面的环境指标。虽然目前无人机的保有量很大，尤其多旋翼无人机的普及率最高，但绝大部分无人机都不具备在水面漂浮进行检测或采样的能力。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种通用的无人机水上起降、漂浮装置，使得绝大多数类型的多旋翼无人机均可安装这一装置，从而使普通的多旋翼无人机具备在水面多次起降和漂浮的能力，同时能够在水面以下0.3-0.5米左右深度对水体温度、盐度、导电性、PH值等指标进行现场检测，并可获取少量水样供实验室检测。

本实用新型技术方案是：

一种湿地水表层环境分布式采样用无人机漂浮舱，包括漂浮舱和与其配合的多旋翼无人机，漂浮舱的形状为倒置的圆形细口瓶，舱身水平截面均为圆形，上宽下窄，浮舱薄壁中空，底部一侧有一部分突出体作为地面降落时的触地脚，舱中部有一环形承台，用于承托各种手持式的水检测仪器本体，漂浮舱顶部有一圆形舱口，用于放入和取出舱内仪器，圆形舱口周围用多个螺丝固定圆形舱盖以封闭整个舱室，圆形舱盖上表面的一侧还有管箍座，管箍座上表面有两个螺丝孔，通过螺丝与用于连接多旋翼无人机的管箍盖片相连。

进一步的，所述的漂浮舱底部开有人工开口，水检测仪器本体的检测头置于漂浮舱的底部，使其传感头能够接触水体并获得读数，然后将人工开口密封。

进一步的，所述的漂浮舱1的数量范围一般为4-8个。

进一步的，所述的多旋翼无人机用电机支撑管以及电机下面的电机座将多个电机与中心机身板相连成为一体，所述的管箍座和管箍盖片套在电机支撑管上，使圆形舱盖位于电机座的正下方，内置好水环境检测仪器的漂浮舱通过多颗螺丝与圆形舱盖固定在一起。

本实用新型的优点和积极效果：(a)使普通多旋翼无人机具有水面漂浮的能力。(b)漂浮舱的形状设计使得取样深度符合要求。(c)普适性强，绝大多数多旋翼无人机均可使用。(d)无人机升力效率无显著降低。

附图说明

图1漂浮舱俯视图；

图2漂浮舱侧面纵向剖视图一；

图3漂浮舱侧面纵向剖视图二；

图4漂浮舱内部放置水环境检测仪器的示意图；

图5多旋翼无人机原起落架的示意图(以四旋翼无人机为例)；

图6多旋翼无人机底部漂浮舱替代原起落架的示意图(以四旋翼无人机为例，且显示水面漂浮状态)；

图7多旋翼无人机跨过水面分隔带进行逐点水环境检测过程示意图。

图中，1漂浮仓，2环形承台，3触地脚，4圆形舱口，5圆形舱盖，6螺丝，7管箍座，8管箍盖片，9水检测仪器本体，10检测头，11人工开口，12电机支撑管，13电机座，14电机，15原起落架。

具体实施方式

参见附图1-附图4，本实用新型漂浮舱1的形状类似于倒置的圆形细口瓶。舱身水平截面均为圆形，上宽下窄，底部细长。漂浮舱1薄壁中空，底部一侧有一部分突出体可作为地面降落时的触地脚3。舱中部有一环形承台2，用于承托各种手持式的水检测仪器本体9。漂浮舱1顶部有一圆形舱口4，用于放入和取出舱内仪器，圆形舱口1周围的舱壁较厚，用多个螺丝6固定圆形舱盖5以封闭整个舱室。圆形舱盖5上表面的一侧还有管箍座7，管箍座7上表面有两个螺丝孔，通过螺丝与管箍盖片8相连，该管箍用于连接多旋翼无人机。

此漂浮舱1需要有多个，每一个装一种水环境检测装置，漂浮舱1的数量范围一般为4-8个。

实施过程：

首先参见附图4，使用前首先根据所用的检测头尺寸，在漂浮舱1底部开适当大小的人工开口11，然后卸下所有固定圆形舱盖5的螺丝6，取下舱盖后将水检测仪器本体9置于环形承台2上，水检测仪器本体9的检测头10则用密封带等防水辅材置于漂浮舱1的底部，将人工开口11密封，这样在无人机降落睡眠后，防止水溢入漂浮舱1，但其传感头能够接触水体并获得读数。

参见附图5和附图6，一般多旋翼无人机使用电机支撑管12以及电机14下面的电机座13将多个电机与中心机身板相连成为一体，并在电机支撑管12上装有原起落架15以使地面起飞降落时机身与地面保持安全距离。本方案实施过程中需要拆卸原起落架15，并将刚才卸下的圆形舱盖5上管箍座7的两颗螺丝及管箍盖片8卸下，将管箍座7和管箍盖片8套在电机支撑管12上，重新拧紧管箍座7上的两颗螺丝，使得圆形舱盖5位于电机座13的正下方，之后将已经内置好水环境检测仪器的漂浮舱1通过多颗螺丝6与圆形舱盖5固定在一起，就完成了一个漂浮舱在多旋翼无人机底部的安装。

按照此办法，利用每一根电机支撑管12，在多旋翼无人机的每一个电机座13下方都安装一个。本方案的附图中是以最常见的四旋翼无人机为例，总共需要4个漂浮舱，可以同时检测PH值、水温、盐度、含氧量等指标，对于六旋翼、八旋翼等更大型的多旋翼无人机，多出来的漂浮舱还可以用来装载取水装置，以采少量水样用于实验室操作。

参见附图7，在实际水环境检测时，可利用自动导航系统或采用人工操纵的方式，将多旋翼无人机移动到所需检测的位置，并减少升力使之可以降落于水面，漂浮舱1的底部到达水面下0.3米深度进行检测，之后增加旋翼升力离开水面回到高于芦苇等地物的低空，平移到下一个检测位置并重复这一过程，就可以在湿地这种水路交错的地形中完成分布式的多点水环境检测任务。

本方案同时满足以下各项要求：

(a)使普通多旋翼无人机具有水面漂浮的能力。使用薄壁空心的漂浮舱替代原有的起落架，在尽可能减重的前提下提供了必要的水面浮力，使得普通的多旋翼无人机能够漂浮在水面。

(b)漂浮舱的形状设计使得取样深度符合要求。漂浮舱具有显著的下细上宽的形状，使其在飞行器重量改变时(小型多旋翼无人机一般单电机负载约为0.8-2千克)，漂浮舱进入水面的深度比较稳定，采样不会受到水表面干扰，也不会浮力不足导致无人机机身也淹没水中。

(c)普适性强，绝大多数多旋翼无人机均可使用。可根据旋翼(电机)数量自由调整漂浮舱数量，因多旋翼无人机电机都是对称布局，所以按照本方案，漂浮舱提供的浮力也是对称的，保证水面降落时的平衡性。

(d)无人机升力效率无显著降低。旋翼的翼尖部分提供绝大多数升力，靠近电机的中央部分因线速度低，提供的升力很有限。本方案保证了漂浮舱竖轴与电机的旋转轴基本重合，这样舱身对旋翼下洗气流的干扰最小，升力损失最小。