本发明涉及监测装置，具体涉及无人机环境监测装置。
背景技术：
我国是一个干旱缺水严重的国家。我国的淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。然而，中国又是世界上用水量最多的国家。水资源的保护涉及到河流、湖泊、海洋等环境。随着我国工业化进程的不断推进，环境污染现象日益严重，对水质进行监测，是环保部门及机构进行管理、治理的重要依据。当前水质水样采集仍然以传统的船舶采集为主。工作强度大、采集环境恶劣、效率低下。特别是对于不同深度水样的采集，尤为繁琐。当前大部分水文环境监测自动化装置均是面对表层水，无法满足对不同深度水域水样的自动采集需要。技术老、效率低，采样到检验的时间过长造成水样变质等问题，亟待解决。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足，提供无人机环境监测装置，以解决上述问题。
无人机环境监测装置，包括无人机本体、平衡部、放线部、支撑部、转动部、牵引采集部、顶起部和控制部。
所述平衡部固定于无人机本体的下端，支撑部固定于无人机本体下端，放线部与支撑部固定，转动部与支撑部连接，牵引采集部与转动部连接，顶起部固定于支撑部的下方，控制部与支撑部固定。
无人机本体为旋翼型无人机。
所述平衡部包括平衡电机、连杆和平衡球。
所述平衡电机为步进电机，平衡电机与无人机本体的飞控系统连接。所述连杆为杆状，一端与平衡电机的输出轴固定，另一端与平衡球固定。所述平衡球为球状，内部设有砝码
所述放线部包括放线电机、滚筒和牵引线。
所述放线部的放线电机和滚筒固定于支撑部的顶板的一端。
所述滚筒的侧面设有光电码盘。光电码盘的读码器与控制部连接。
所述牵引线的一端固定在放线电机的输出轴上，进而绕卷在滚筒上，与牵引采集部连接。
所述支撑部与无人机本体固定，位于平衡部的下方。
所述支撑部包括顶板、底板和固定杆。所述顶板为一字形，两端分别固定有一个固定杆。所述顶板的中央下方连接有牵引采集部。所述顶板的一端下方连接有转动部，另一端固定有放线部。所述固定杆为杆状，上端与顶板固定，下端与底板固定。所述固定杆为碳纤维材料。所述底板中央为圆盘状，两端设有两个凸起耳。底板圆盘设有导出孔，导出孔与牵引采集部的采集筒为间隙配合。靠近导出孔的凸起耳的下端固定有顶起部，同时该位置的凸起耳下端设有凹槽，凹槽宽度大于顶起部的顶针厚度，同时顶起部的顶起压力传感器固定于该位置的凸起耳凹槽表面。底板圆盘上表面设有环形凹槽。环形凹槽与牵引采集部的下端的半球凸起为间隙配合。所述底板导出孔的圆心在落在环形凹槽上。
所述转动部包括转动电机、拨盘、槽轮和孔座。
所述转动部为槽轮结构。
所述转动电机与支撑部顶板固定，所述拨盘与转动电机的输出轴固定，所述槽轮上端与支撑部的顶板铰接，所述槽轮的下端与孔座固定。所述转动电机为直流电机，与控制部连接，直流电机的输出轴与拨盘上端固定。所述拨盘上设有圆柱销和月牙凸起。所述拨盘与转动电机的输出轴固定。所述槽轮为盘状，槽轮表面设有条状槽和月牙槽，条状槽与拨盘的圆柱销为间隙配合，月牙槽与拨盘的月牙凸起的圆周半径相同。所述槽轮上端与顶板铰接，所述槽轮的下端与孔座上端连接固定。所述孔座分为上圆板和下圆板，通过立柱连接固定。所述上圆板和下圆板分别设有至少三个圆通孔，上圆板的圆通孔围绕上圆板的轴心线等夹角圆周阵列，下圆板的圆通孔围绕下圆板的轴心线等夹角圆周阵列。上圆板和下圆板的圆通孔的轴心线重合、孔径相同。孔座的圆通孔孔径与底板的导出孔的孔径相同。孔座的圆通孔与牵引采集部的采集筒为间隙配合。上圆板的圆通孔圆心所在上圆板的圆心线，与下圆板的圆通孔圆心所在下圆板的圆心线、底板环形凹槽的圆心线直径相同。上圆板的圆通孔数与槽轮的条状槽数相同。
所述牵引采集部包括固定筒、压力传感器、牵引头、采集筒。所述固定筒与支撑部固定，所述压力传感器置于固定筒内，所述牵引头与固定筒连接，所述采集筒位于转动部的孔座内。所述固定筒的上端固定于顶板中央下端。所述固定筒为圆柱状，固定筒下端设有圆锥状槽，槽壁上设有压力传感器，压力传感器与控制部连接。放线部的牵引线穿过固定筒进而与牵引头的上端固定。
所述牵引头上端为圆锥状，下端为圆柱状，圆柱直径与导出孔孔径相同，二者为间隙配合。所述牵引头的下部设有三棱凹槽，三棱凹槽的上端为三棱锥凹槽，下端为三棱柱凹槽。三棱柱凹槽的三个侧面分别固定有一个固定单元。所述牵引头的下表面固定有三个圆柱凸起，圆柱凸起内设有激发单元的电磁柱。圆柱凸起与采集筒定位板的定位孔为间隙配合。所述牵引头内设有固定单元和激发单元。
所述牵引头的固定单元与采集筒的固定插板组成按压插入弹出结构。
所述激发单元包括控制模块、通讯模块、电源、电磁铁驱动模块和电磁柱。所述控制模块与通讯模块、电源、电磁铁驱动模块连接，所述电磁铁驱动模块与电磁柱连接。所述电磁柱为柱状电磁铁。
所述采集筒为柱状，采集筒包括三棱凸起、固定插板、定位板、筒盖、筒体、弹簧、磁性块和插座。所述三棱凸起上部为三棱锥，下部为三棱柱。三棱凸起固定于定位板的上表面中央。所述三棱凸起的三个侧面中央分别固定有一个固定插板。所述定位板下端固定有三个筒盖。所述定位板设有三个定位孔。定位孔内插入牵引头的电磁柱。
所述筒盖为柱状薄片，设有通孔，孔径与定位板的定位孔孔径相同。筒盖上端与定位板固定，筒盖下端与筒体固定。一个采集筒内设有三个筒体。所述筒体为开口柱状，筒体下端与插座固定。筒体内设有圆柱槽体，圆柱槽体内固定有弹簧，弹簧的上端固定有磁性块。筒体上端开有通孔。磁性块的上表面极性与通电后的牵引头电磁柱下端极性相同。所述插座为圆盘状，下端设有半球凸起，半球凸起插入底板的环形凹槽内。
所述顶起部包括顶起压力传感器、顶起电机和顶针。所述顶起部固定于底板下端。同时底板固定顶起部位置的凸起耳下端设有凹槽，凹槽宽度大于顶起部的顶针厚度所述顶起压力传感器固定于靠近导出孔的凸起耳下端凹槽内。所述顶起电机固定于靠近导出孔的凸起耳下端。所述顶起压力传感器与控制部连接，所述顶起电机与控制部连接。所述顶针为l形状，一端与顶起电机的输出轴连接固定，另一端设有工形头，工形头上表面设有橡胶球。
所述控制部固定于无人机本体上，内部设有通讯模块，与无人机本体的飞控系统和牵引头的激发单元进行通讯。
本发明的有益效果在于：
本发明适用于淡水湖、河流、近海区域的不同深度水样的自动采集。一处地点，经过设定后自动采集不同深度水样，并可在一次飞行任务中对多处地点进行采样。能够极大的提高环境监测人员的工作效率，减轻工作强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明无人机本体下部结构示意图；
图3为本发明无人机本体下部结构立体示意图；
图4为本发明转动部示意图；
图5为本发明牵引采集部局部示意图；
图6为本发明的孔座结构示意图；
图7为本发明的采集筒示意图；
图8为本发明的采集筒俯视图；
图9为本发明的牵引头采集筒连接示意图；
图10为本发明的顶起部示意图；
图11为本发明的使用状态局部示意图。
图例说明：
1、无人机本体；2、平衡部；201、平衡电机；202、连杆；203、平衡球；3、放线部；301、放线电机；302、滚筒；4、支撑部；401、顶板；402、底板；402a、凸起耳；402b、导出孔；402c、环形凹槽；403、固定杆；5、转动部；501、转动电机；502、拨盘；502a、圆柱销；502b、月牙凸起；503、槽轮；503a、条状槽；503b、月牙槽；504、孔座；504a、上圆板；504b、下圆板；6、牵引采集部；601、固定筒；602、牵引头；602a、三棱锥凹槽；602b、三棱柱凹槽；602c、固定单元；602d、激发单元；602d1、电磁柱；603、采集筒；6031、三棱凸起；6032、固定插板；6033、定位板；6033a、定位孔；6034、筒盖；6035、筒体；6036、弹簧；6037、磁性块；6038、插座；6038a、半球凸起；7、顶起部；701、顶起电机；702、顶针；702a、工形头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见图1至图11，无人机环境监测装置，包括无人机本体1、平衡部2、放线部3、支撑部4、转动部5、牵引采集部6、顶起部7和控制部。平衡部2固定于无人机本体1的下端，支撑部4固定于无人机本体1下端，放线部3与支撑部4固定，转动部5与支撑部4连接，牵引采集部6与转动部5连接，顶起部7固定于支撑部4的下方，控制部与支撑部4固定。
无人机本体1为旋翼型无人机。
平衡部2包括平衡电机201、连杆202和平衡球203。平衡电机201为步进电机，平衡电机201与无人机本体1的飞控系统连接。连杆202为杆状，一端与平衡电机201的输出轴固定，另一端与平衡球203固定。平衡球203为球状，内部设有砝码无人机本体1在飞行状态时，无人机本体1内的飞控系统对平衡电机201进行控制，进而转动平衡球203，使无人机本体1保持飞行姿态的稳定。
放线部3包括放线电机301、滚筒302和牵引线。放线部3的放线电机301和滚筒302固定于支撑部4的顶板401的一端。滚筒302的侧面设有光电码盘。光电码盘的读码器与控制部连接。牵引线的一端固定在放线电机301的输出轴上，进而绕卷在滚筒302上，与牵引采集部6连接。牵引线拖放牵引采集部6，具体为放线电机301转动，缠绕或释放牵引线，牵引线穿过滚筒302，滚筒302对缠绕或释放的牵引线长度进行测量。当达到预定缠绕或释放长度时，控制部控制放线电机301定制转动。光电码盘是由光学玻璃制成，在上面刻有许多同心码道，每个码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分。工作时，光投射在码盘上，码盘随运动物体一起旋转，透过亮区的光经过狭缝后由光敏元件接受，光敏元件的排列与码道一一对应，对于亮区和暗区的光敏元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”，当码盘旋转在不同位置时，光敏元件输出信号的组合反映出一定规律的数字量，代表了码盘轴的角位移。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式码盘是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式码盘的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。本发明专利采用的是增量式码盘及配套的读码器。进而实现对滚筒302累计转动角度的精准测量，最终实现放线距离的精准控制。相比较于直接将滚筒302与步进电机连接，通过步进电机的转动角度控制实现放线距离控制的方式，光电码盘的控制方式更快速、更精准。
支撑部4与无人机本体1固定，位于平衡部2的下方。支撑部4包括顶板401、底板402和固定杆403。顶板401为一字形，两端分别固定有一个固定杆403。顶板401的中央下方连接有牵引采集部6。顶板401的一端下方连接有转动部5，另一端固定有放线部3。固定杆403为杆状，上端与顶板401固定，下端与底板402固定。固定杆403为碳纤维材料。底板402中央为圆盘状，两端设有两个凸起耳402a。底板402圆盘设有导出孔402b，导出孔402b与牵引采集部6的采集筒603为间隙配合。靠近导出孔402b的凸起耳402a的下端固定有顶起部7，同时该位置的凸起耳402a下端设有凹槽，凹槽宽度大于顶起部7的顶针702厚度，同时顶起部7的顶起压力传感器固定于该位置的凸起耳402a凹槽表面。底板402圆盘上表面设有环形凹槽402c。环形凹槽402c与牵引采集部6的下端的半球凸起6038a为间隙配合。底板402导出孔402b的圆心在落在环形凹槽402c上。底板402圆盘中央设有至少一个通孔，以便减轻底板402的整体质量。
转动部5包括转动电机501、拨盘502、槽轮503和孔座504。转动部5为槽轮503结构。转动电机501与支撑部4顶板401固定，拨盘502与转动电机501的输出轴固定，槽轮503上端与支撑部4的顶板401铰接，槽轮503的下端与孔座504上端固定。转动电机501为直流电机，与控制部连接，直流电机的输出轴与拨盘502上端固定。拨盘502上设有圆柱销502a和月牙凸起502b。拨盘502与转动电机501的输出轴固定。槽轮503为盘状，槽轮503表面设有条状槽503a和月牙槽503b，条状槽503a与拨盘502的圆柱销502a为间隙配合，月牙槽503b与拨盘502的月牙凸起502b的圆周半径相同。槽轮503上端与顶板401铰接，槽轮503的下端与孔座504连接固定。孔座504分为上圆板504a和下圆板504b，通过立柱连接固定。上圆板504a和下圆板504b分别设有至少三个圆通孔，上圆板504a的圆通孔围绕上圆板504a的轴心线等夹角圆周阵列，下圆板504b的圆通孔围绕下圆板504b的轴心线等夹角圆周阵列。上圆板504a和下圆板504b的圆通孔的轴心线重合、孔径相同。孔座504的圆通孔孔径与底板402的导出孔402b的孔径相同。孔座504的圆通孔与牵引采集部6的采集筒603为间隙配合。上圆板504a的圆通孔圆心所在上圆板504a的圆心线，与下圆板504b的圆通孔圆心所在下圆板504b的圆心线、底板402环形凹槽402c的圆心线直径相同。上圆板504a的圆通孔数与槽轮503的条状槽503a数相同。槽轮503结构(genevadrive)是由装有圆柱销502a的主动拨盘502、槽轮503和机架组成的单向间歇运动机构，又称马耳他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。当需要进行采集水样时，转动部5转动，将需释放的采集筒603转动至牵引头602的下端。
牵引采集部6包括固定筒601、压力传感器、牵引头602、采集筒603。固定筒601与支撑部4固定，压力传感器置于固定筒601内，牵引头602与固定筒601连接，采集筒603位于转动部5的孔座504内。固定筒601的上端固定于顶板401中央下端。固定筒601为圆柱状，固定筒601下端设有圆锥状槽，槽壁上设有压力传感器，压力传感器与控制部连接。放线部3的牵引线穿过固定筒601进而与牵引头602的上端固定。放线部3在控制部的控制下，精准缠绕或释放牵引线，进而提升或下放牵引头602。控制部控制放线部3提升牵引头602，直至牵引头602上端进入固定筒601的圆锥状槽内，牵引头602上端挤压固定筒601内的压力传感器，压力传感器将信号传输至控制部，控制部控制放线部3停止提升牵引头602。
牵引头602上端为圆锥状，下端为圆柱状，圆柱直径与导出孔402b孔径相同，二者为间隙配合。牵引头602的下部设有三棱凹槽，三棱凹槽的上端为三棱锥凹槽602a，下端为三棱柱凹槽602b。三棱柱凹槽602b的三个侧面分别固定有一个固定单元602c。牵引头602的下表面固定有三个圆柱凸起，圆柱凸起内设有激发单元602d的电磁柱602d1。圆柱凸起与采集筒603定位板6033的定位孔6033a为间隙配合。牵引头602内设有固定单元602c和激发单元602d。采集筒603的三棱凸起6031插入牵引头602的三棱凹槽，通过三棱锥与三棱锥凹槽602a接触，三棱柱与三棱柱凹槽602b接触的方式，实现采集筒603与牵引头602的定位。进而牵引头602的电磁柱602d1插入采集筒603定位板6033的定位孔6033a。
牵引头602的固定单元602c与采集筒603的固定插板6032组成按压插入弹出结构。按压采集筒603，通过采集筒603的固定插板6032与牵引头602的固定单元602c连接，再次按压采集筒603，进而实现采集筒603与牵引头602分离。典型的按压插入弹出机构如sd卡槽机构。按压sd卡，sd卡插入卡槽内进行连接固定。再次按压sd卡，sd卡从卡槽内分离。激发单元602d包括控制模块、通讯模块、电源、电磁铁驱动模块和电磁柱602d1。控制模块与通讯模块、电源、电磁铁驱动模块连接，电磁铁驱动模块与电磁柱602d1连接。电磁柱602d1为柱状电磁铁。控制模块通过通讯模块实现与控制部的通讯。控制模块通过电磁铁驱动模块进而对电磁柱602d1进行通电或断电。
采集筒603为柱状，采集筒603包括三棱凸起6031、固定插板6032、定位板6033、筒盖6034、筒体6035、弹簧6036、磁性块6037和插座6038。三棱凸起6031上部为三棱锥，下部为三棱柱。三棱凸起6031固定于定位板6033的上表面中央。三棱凸起6031的三个侧面中央分别固定有一个固定插板6032。定位板6033下端固定有三个筒盖6034。定位板6033设有三个定位孔6033a。定位孔6033a内插入牵引头602的电磁柱602d1。采集筒603包括三棱凸起6031与牵引头602的三棱凹槽相互配合，使得采集筒603的三棱凸起6031以任何角度，均能在插入牵引头602的过程中，自动调整，实现精准对接，进而使得采集筒603的固定插板6032插入牵引头602的固定单元602c内，牵引头602的电磁柱602d1插入采集筒603的定位孔6033a内。筒盖6034为柱状薄片，设有通孔，孔径与定位板6033的定位孔6033a孔径相同。筒盖6034上端与定位板6033固定，筒盖6034下端与筒体6035固定。一个采集筒603内设有三个筒体6035。筒体6035为开口柱状，筒体6035下端与插座6038固定。筒体6035内设有圆柱槽体，圆柱槽体内固定有弹簧6036，弹簧6036的上端固定有磁性块6037。筒体6035上端开有通孔。磁性块6037的上表面极性与通电后的牵引头602电磁柱602d1下端极性相同。插座6038为圆盘状，下端设有半球凸起6038a，半球凸起6038a插入底板402的环形凹槽402c内。当控制部控制放线部3放牵引线到预设长度l1时，此时牵引头602和采集筒603处于水深h1的位置，控制部与牵引头602激发单元602d进行通讯，激发单元602d的电磁柱602d1通电t1时间，进而推动磁性块6037向下运动，被采集的水样进入采集筒603的筒体6035内，t1时间结束后，激发单元602d的电磁柱602d1断电，磁性块6037在弹簧6036的作用下复位，完成一个地点一个深度的水样采集动作。全部水样采集完毕后，拔掉插座6038，将筒体6035与采集筒603分离即可获得水样。每一个采集筒603可进行三次采样。
顶起部7包括顶起压力传感器、顶起电机701和顶针702。顶起部7固定于底板402下端。同时底板402固定顶起部7位置的凸起耳402a下端设有凹槽，凹槽宽度大于顶起部7的顶针702厚度顶起压力传感器固定于靠近导出孔402b的凸起耳402a下端凹槽内。顶起电机701固定于靠近导出孔402b的凸起耳402a下端。顶起压力传感器与控制部连接，顶起电机701与控制部连接。顶针702为l形状，一端与顶起电机701的输出轴连接固定，另一端设有工形头702a，工形头702a上表面设有橡胶球。顶起部7为托底状态时，顶针702的的工形头702a抵住处于支撑部4导出孔402b位置的采集筒603下端，使得该位置的采集筒603避免下落。顶起部7为顶起状态时，控制部控制顶起电机701正转动，顶针702穿过支撑部4底板402的导出孔402b，向上将导出孔402b位置上的采集筒603顶起，采集筒603与牵引头602，在顶针702的作用力下，采集筒603的固定插板6032与牵引头602的固定单元602c连接，采集筒603与牵引头602连接，此时，顶针702触碰到顶起压力传感器，控制部控制顶起电机701反转至托底状态角度。顶起部7为释放状态时，控制部控制顶起电机701从托底状态角度反转，使得采集筒603和牵引头602能够从导出孔402b内释放。在无操作时，顶起部7处于托底状态。
控制部固定于无人机本体1上，内部设有通讯模块，与无人机本体1的飞控系统和牵引头602的激发单元602d进行通讯。
具体工作步骤如下：
(1)当无人机本体1到达指定位置时，控制部控制顶起部7为顶起状态，顶起部7的顶针702将牵引头602与采集筒603按压连接。控制部通过放线部3放线l1，即牵引头602和采集筒603到达水深h1的位置，控制部通过牵引头602的激发单元602d，使得采集筒603开始采集该位置与深度的水样，并在一定时间后停止采集。控制部再次通过放线部3放线至l2，即牵引头602和采集筒603到达水深h2的位置，控制部通过牵引头602的激发单元602d，使得采集筒603开始采集该位置与深度水样，并在一定时间后停止采集。共可采集三个深度的水样。
(2)采集完成后，控制部通过放线部3将牵引头602及采集筒603拉回，牵引头602挤压固定筒601内的压力传感器，控制部控制放线部3停止收线，并控制顶起部7的顶针702进入顶起状态，将已采样的采集筒603与牵引头602分离。并在时间t后，控制转动部5将新的采集筒603转入至支撑部4导出孔402b位置，此时顶针702托起新的采集筒603，防止坠落。
(3)完成一个位置的水样采集，无人机本体1飞入下一个指定位置后，进入第(1)步。
(4)所有采集筒603全部已采集水样，无人机本体1飞回。
以上所述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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。