本实用新型涉及空中气体测量领域，具体涉及一种基于八旋翼无人机的气体测量装置。
背景技术：
随着人类文明的发展，我们的足迹已渐渐遍及这颗星球，生产生活也影响着人口的分布，这就造成了一种极端人口极度密集，一旦发生灾害将直接影响营救和保护工作；当在人口密集区发生灾害时由于建筑物情况复杂，卫星不可能精确了解详细信息，地面无人探测车也不能做到全地形通行这时候往往会派消防营救人员进入探查情况，这对救援人员来说是极度危险的，一旦区域内含有危险气体或者辐射这对不明情况的救援人员来说将是致命的。因此使用无人机搭载传感器进入事发区域内进行先期调查，这无论是对后期救援工作或者是保护救援人员的生命安全都将是十分必要的；无人机搭载传感器相对于地面无人探测车来说，优于其极强的地形适应能力，相对于卫星而言，低空侦察的准确性方面是无可比拟的；所以使用无人机搭载传感器进行先期探测就目前而言是最便捷，最为有效的。因此，目前急需一种基于无人机的气体测量装置来解决目前无法有效获得事发区域内气体环境参数的问题。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的目前无法有效获得事发区域内气体环境参数的问题提供一种基于八旋翼无人机的气体测量装置。
为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种基于八旋翼无人机的气体测量装置，包括无人机主体，所述无人机主体的内部安装有气室、气体传感器和无人机电源，所述无人机主体的底部连接有左固定架和右固定架，所述左固定架的右侧面固定连接有左悬梁，右固定架的左侧面固定连接有右悬梁，所述左悬梁通过三通接头与所述右悬梁固定连接，所述三通接头上安装有电动马达，所述三通接头的底端连通有伸缩式气管的顶端，所述伸缩式气管的底端固定有旋母的顶端，所述旋母上安装有电磁阀，所述旋母的底端固定有进气端口，所述电动马达的输出轴上连接有绳索，所述绳索与所述旋母固定连接，所述左固定架、右固定架、左悬梁和右悬梁的内部设有气道，所述气室与气体传感器连接，所述气室连通有左气管和右气管，所述左气管依次穿过左固定架内的气道和左悬梁内的气道从而与三通接头的左端连通，所述右气管依次穿过右固定架内的气道和右悬梁内的气道从而与三通接头的右端连通，所述气体传感器、电动马达和电磁阀与所述无人机电源连接。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述左悬梁和右悬梁为金属材质，所述三通接头的左端和右端均设有气体出口，所述三通接头的底端设有气体入口，所述三通接头包括相互连接的内层和外层，外层采用硬性塑料材质且外层的左端与左悬梁固定连接，外层的右端与右悬梁固定连接，内层采用密封柔性材料，所述内层的左端的气体出口与左气管连通，内层的右端的气体出口与右气管连通，所述内层的底端的气体入口与伸缩式气管连通。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述伸缩式气管包括上导气管、下导气管和外保护管，所述下导气管的底端与所述旋母的顶端连接，所述下导气管的顶端伸进所述上导气管的内部从而实现所述下导气管与上导气管的滑动连接，所述上导气管的底端伸进所述外保护管的内部从而实现所述上导气管与外保护管的滑动连接，所述上导气管的顶端与所述三通接头的底端的气体入口连通。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述旋母为中空金属材料，所述旋母的顶端与所述下导气管的底端螺纹连接，所述旋母的直径大于所述外保护管的直径，所述下导气管上套设有缓冲层且缓冲层位于所述外保护管和旋母之间。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述上导气管和下导气管均包括三层，三层中的外层采用硬质金属材料，三层中的中层采用高密度泡沫材料，三层中的内层采用一次性气管，所述外保护管包括两层，两层中的外层采用硬性塑料材质，两层中的内层采用一次性气管。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述进气端口包括金属片和过滤网，所述金属片的中部设有通孔，所述通孔的内壁与所述旋母的底端密封焊接，所述过滤网为倒立圆坛状且过滤网的顶部四周与金属片的外圆边四周连接。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述气室包括两个气体入口和一个气体出口，所述气室的两个气体入口分别与左气管和右气管连通，所述气体传感器为具有吸气功能的主动式气体传感器，所述气室的气体出口与气体传感器连接。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述气室采用密封弹性材料，所述气室的底部设有散气口，所述散气口连接有密封阀门。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述无人机主体顶部四周连接有多个悬臂，所述悬臂的伸出端设有无人机驱动电机，所述无人机驱动电机连接有螺旋桨，所述无人机本体的底部固定有起落架，所述无人机本体的内部设有主控制单元，所述主控制单元分别与无人机电源、无人机驱动电机、气体传感器、电动马达和电磁阀电连接，所述主控制单元通过无线通信模块远程连接有地面控制终端。
作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述左固定架和右固定架为金属材质，所述无人机主体的底部均通过电磁锁与左固定架和右固定架连接，所述电磁锁与所述主控制单元连接，所述左气管包括上左气管和下左气管，所述上左气管穿过无人机主体的内部并与气室的左端的气体入口连通，所述下左气管依次穿过左固定架内的气道和左悬梁内的气道并与三通接头的左端的气体出口连通，所述上左气管和下左气管通过插接的方式活动连接，所述右气管包括上右气管和下右气管，所述上右气管穿过无人机主体的内部并与气室的右端的气体入口连通，所述下右气管依次穿过右固定架内的气道和右悬梁内的气道从而与三通接头的右端的气体出口连通，所述上右气管和下右气管通过插接的方式活动连接，所述电动马达和电磁阀通过导线连接有导线母端子，所述主控制单元和无人机电源通过导线连接有用于与导线母端子活动插接的导线公端子。
本实用新型的有益效果为：
（1）本实用新型通过无人机本体和气体测量装置的相结合使用，能够有效降低救援行动中，先期探测任务的代价，在保证数据准确性的情况下，最大限度地保证人员财产安全。
（2）本实用新型的无人机本体在飞到事故区域的上空采集并测量气体时，可以通过伸缩式气管进行伸展，通过电动马达带动伸缩式气管伸长，再进行采集并测量气体，不使用时，伸缩式气管内的上导气管和下导气管可以收缩到外保护管内部，减少伸缩式气管的占用空间且外保护管有效的保护上导气管和下导气管，增加其使用寿命。
（3）本实用新型的进气端口上安装有过滤网，过滤网可率先过滤掉大颗粒物避免数据结果受影响，增加数据的准确性。
（4）本实用新型在准备返航时，如果出现电量不足或机身不稳的状况，可以通过主控制器控制电磁锁，电磁锁断开无人机本体与左固定架和右固定架的连接，由于无人机本体下方的探头结构部分的重力作用，使上左气管和下左气管之间脱离，上右气管和下右气管之间脱离，导线母端子和导线公端子之间脱离，从而实现丢掉整个的探头结构，保证无人机本体的安全返航。
（5）本实用新型的上导气管和下导气管，主要由金属层、泡沫隔离层和一次性气管构成，一次性气管不与被测气体反应不影响最终的数据，泡沫隔离层覆于一次性气管之上用于保护一次性气管防止最外层金属层弯折所导致的气管破损，最外层的金属层选用航空铝材质。保护管由一次性气管以及塑料保护层构成，用于收纳保护上下导气管以及传输气体。
附图说明
图1是本实用新型的静态示意图。
图2是本实用新型的飞行示意图。
图3是本实用新型的气体传感器和伸缩式气管的整体结构示意图。
图4是本实用新型的气室结构示意图。
图5是本实用新型的传动模块侧面结构示意图。
图6是本实用新型收缩后的结构示意图。
图7是本实用新型的进气端口结构示意图。
图8是本实用新型的上导气管或下导气管结构示意图。
图9是本实用新型的外保护管结构示意图。
图10是本实用新型的右固定架的结构示意图。
图11是本实用新型的右固定架的顶部结构示意图。
图12是本实用新型的流程图。
图13是本实用新型的飞行轨迹规划原则示意图。
图14是本本实用新型的采集是否完成标准示意图。
具体实施方式
下面根据图1至图14对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：
参见图1和图2，一种基于八旋翼无人机的气体测量装置，包括无人机主体1和气体测量装置6，参见图3，所述气体测量装置6包括气室8、气体传感器7、左固定架11、右固定架12、左悬梁13、右悬梁14、三通接头15、电动马达16、伸缩式气管、旋母21和进气端口23。所述无人机主体1的内部安装有气室8、气体传感器7和无人机电源，所述无人机主体1的底部连接有左固定架11和右固定架12，所述左固定架11的右侧面固定连接有左悬梁13，右固定架12的左侧面固定连接有右悬梁14，所述左悬梁13通过三通接头15与所述右悬梁14固定连接，所述三通接头15上安装有电动马达16，所述三通接头15的底端连通有伸缩式气管的顶端，所述伸缩式气管的底端固定有旋母21的顶端，所述旋母21上安装有电磁阀，所述旋母21的底端固定有进气端口23，所述电动马达16的输出轴上连接有绳索17，所述绳索17与所述旋母21固定连接，所述左固定架11、右固定架12、左悬梁13和右悬梁14的内部均设有气道，所述气室8与气体传感器7连接，所述气室8连通有左气管9和右气管10，所述左气管9依次穿过左固定架11内的气道和左悬梁13内的气道从而与三通接头15的左端连通，所述右气管10依次穿过右固定架12内的气道和右悬梁14内的气道从而与三通接头15的右端连通，所述气体传感器7、电动马达16和电磁阀与所述无人机电源连接。
所述左悬梁13和右悬梁14为金属材质，参见图5，所述三通接头15的左端和右端均设有气体出口27，所述三通接头15的底端设有气体入口，所述三通接头15包括相互连接的内层和外层，外层采用硬性塑料材质且外层的左端与左悬梁13固定连接，外层的右端与右悬梁14固定连接，内层采用密封柔性材料，所述内层的左端的气体出口与左气管9连通，内层的右端的气体出口与右气管10连通，所述内层的底端的气体入口与伸缩式气管连通。
参见图3，所述伸缩式气管包括上导气管18、下导气管19和外保护管20，所述下导气管19的底端与所述旋母21的顶端连接，所述下导气管19的顶端伸进所述上导气管18的内部从而实现所述下导气管19与上导气管18的滑动连接，所述上导气管18的底端伸进所述外保护管20的内部从而实现所述上导气管18与外保护管20的滑动连接，所述上导气管18的顶端与所述三通接头15的底端的气体入口连通。
所述旋母21为中空金属材料，所述旋母21的顶端与所述下导气管19的底端螺纹连接，所述旋母21的直径大于所述外保护管20的直径，所述下导气管19上套设有缓冲层22且缓冲层22位于所述外保护管20和旋母21之间。
参见图8，所述上导气管18和下导气管19均包括三层，三层中的外层采用硬质金属材料（即金属层31），三层中的中层采用高密度泡沫材料（即泡沫隔离层32），三层中的内层采用一次性气管33，一次性气管33不与被测气体反应不影响最终的数据，泡沫隔离层32覆于一次性气管33之上用于保护一次性气管33防止外层的金属层31弯折所导致的气管破损，最外层的金属层31可选用航空铝材质。参见图9，所述外保护管20包括两层，两层中的外层采用硬性塑料材质（即塑料保护层34），两层中的内层采用一次性气管33，用于收纳上导气管18、下导气管19以及传输气体。
参见图7，所述进气端口23包括金属片28和过滤网29，所述金属片28的中部设有通孔，所述通孔的内壁与所述旋母21的底端密封焊接，所述过滤网29为倒立圆坛状且过滤网29的顶部四周与金属片28的外圆边四周通过卡扣30连接。过滤网29可率先过滤掉大颗粒物避免数据结果受影响。
所述气室8包括两个气体入口和一个气体出口，所述气室8的两个气体入口分别与左气管9和右气管10连通，所述气体传感器7为具有吸气功能的主动式气体传感器7，所述气室8的气体出口与气体传感器7连接。所述气室8采用密封弹性材料，所述气室8的底部设有散气口，所述散气口连接有密封阀门24。参见图4，气室8的具体结构为，气室8包括气室内层25和气室外壳26，所述气室内层25设置在气室外壳的内部，所述气室内层25为密封弹性材料，所述气室外壳的空间为气室内层的常态下1.2倍。气室内层25与气体传感器7连接，气室内层25分别与左气管9和右气管10连通。
参见图1和图2，所述无人机主体1顶部四周连接有多个悬臂2，所述悬臂2的伸出端设有无人机驱动电机4，所述无人机驱动电机4连接有螺旋桨3，所述无人机本体的底部固定有起落架5，所述无人机本体的内部设有主控制单元，所述主控制单元分别与无人机电源、无人机驱动电机4、气体传感器7、电动马达16和电磁阀电连接，所述主控制单元通过无线通信模块远程连接有地面控制终端。本实施例采用现有技术中的八旋翼无人机的结构，只需要在现有的八旋翼无人机上安装气体传感器7、气室8、左导气管、右导气管以及固定架、悬梁、三通接头15、伸缩式气管、旋母21、进气端口23等结构。本实施例中的主控制单元可以采用同一个控制器同时控制飞行（无人机驱动电机4）以及气体采集（气体传感器7、电动马达16和电磁阀），也可以采用2个控制器，分别控制飞行和气体采集。本实施例中的电动马达16的输出轴连接有绕线筒，所述绕线筒上缠绕有绳索17。
参见图10和图11，所述左固定架11和右固定架12为金属材质，所述无人机主体1的底部均通过电磁锁36与左固定架11和右固定架12连接，所述电磁锁36与所述主控制单元连接，所述左气管9包括上左气管和下左气管，所述上左气管穿过无人机主体1的内部并与气室8的左端的气体入口连通，所述下左气管依次穿过左固定架11内的气道和左悬梁13内的气道并与三通接头15的左端的气体出口27连通，所述上左气管和下左气管通过插接的方式活动连接，所述右气管10包括上右气管和下右气管35，所述上右气管穿过无人机主体1的内部并与气室8的右端的气体入口连通，所述下右气管35依次穿过右固定架12内的气道和右悬梁14内的气道从而与三通接头15的右端的气体出口27连通，所述上右气管和下右气管35通过插接的方式活动连接，所述电动马达16和电磁阀通过导线连接有导线母端子，所述主控制单元和无人机电源通过导线连接有用于与导线母端子活动插接的导线公端子。左固定架11和右固定架12的结构一样，相对设置。
本实用新型所提出方式是将传感器主体与进气模块分离，进气模块置于无人机机腹；配置完成的无人机静态情况下进气模块以及传动模块（即探头结构）整体处于收缩状态，收纳于保护管内，当得到指令后会伸展至所需长度。其中，传感器主体包括上述的气室8和气体传感器7，进气模块包括上述的两根独立的上导气管18及下导气管19、用于收纳的外保护管20、用于防磨损的缓冲层22、决定气道开启关闭的旋母21（旋母21上的电磁阀）以及拥有过滤能力的进气端口23组成，用于气体的采集；传动模块包括用于与无人机主体1的机身连接的左固定架11和右固定架12，左固定架11和右固定架12采用航空铝保护壳。 左气管9和右气管10采用PCB管。本实施例中的气体为CO、SO2、CO2、Cl2等有害气体；气体传感器7根据具体情况自行选择安装，内置于机体内部，与无人机电源（电池）之间应有隔板类间隔物。
本实施例在不工作的时候，气体测量装置6的结构如图6所示。当接到开始采集的指令后，主控制器分别控制气体传感器7、电动马达16（微型电动马达）和电磁阀，气体传感器7启动，电动马达16启动转动释放绳索17，伸缩式气管开始伸展到达合适长度后停止转动并保持，具体伸展过程为，伸缩式气管中的上导气管18、下导气管19和外保护管20由于自身重力作用的原因，下导气管19相对于上导气管18内向下滑动，外保护管20相对于上导气管18向下滑动，从而实现伸展，旋母21中的电磁阀打开，此时气体会因此沿着进气端口23、旋母21、下导气管19、上导气管18、三通接头15、左气管9进入气室8，并沿着进气端口23、旋母21、下导气管19、上导气管18、三通接头15、右气管10进入气室8，由于气室8采用密封弹性材料，具备达到常态下1.2倍的伸缩比，当气体传感器7未启动是应处于常态，不占用空间，当气室8传入气体时，气室8率先充气达到1.2倍最大体积值时，气体再进入气体传感器7，气体传感器7为采用现有技术的具有吸气功能的主动式气体传感器7，主动式气体传感器7一般包括外壳，外壳内安装用于实现空气检测的反应仓，外壳设有进气口、检测气体通道和出气口，检测气体通道内安装轴流风机，轴流风机位于外壳内，进气口与轴流风机的进口之间设置所述反应仓，轴流风机的出口与出气口连通，反应仓信号输出端均与主控制单元连接，轴流风机与主控制单元连接。气体传感器7对吸入的气体进行检测分析并将分析后的结果反馈到主控制单元，主控制单元可以通过存储器存储或者直接反馈到地面控制终端。待下达采集完成的指令后电动马达16会被主控制单元再次激活转动，收缩伸缩式气管，绳索17带动旋母21向上运动，旋母21与下导气管19螺纹固定连接，则会带动下导气管19向上滑动，收缩到上导气管18内，当旋母21触碰到缓冲层22，缓冲层22触碰到外保护管20时，外保护管20相对于上导气管18向上滑动，上导气管18收缩到外保护管20内，在不是使用的时候外保护管20可以保护其内的上导气管18和下导气管19，缓冲层22可以采用弹性橡胶材质，对旋母21和外保护管20之间起到缓冲作用。当上导气管18和下导气管19收缩到外保护管20内后准备返航，主控制器关闭旋母21上的电磁阀，在返航过程中若出现电量不足或机身不稳的状况，由于无人机主体1的底部均通过电磁锁36与左固定架11和右固定架12连接，可选择通过主控制器单元控制电磁锁36，断开与左固定架11和右固定架12连接的电磁锁36从而丢掉整个的探头结构（进气模块和传动模块），由于上左气管和下左气管通过插接的方式活动连接，上右气管和下右气管35通过插接的方式活动连接，电动马达16和电磁阀通过导线连接有导线母端子，主控制单元和无人机电源通过导线连接有用于与导线母端子活动插接的导线公端子，所以在丢掉整个的探头结构时，探头结构由于自身重力的原因，使上左气管和下左气管之间脱离，上右气管和下右气管35之间脱离，导线母端子和导线公端子之间脱离，从而实现丢掉整个的探头结构，保证无人机本体的安全返航。当然返航过程中如果没有出现电量不足或机身不稳的状况，则不需要丢弃探头结构，探头结构可以下次再利用。本实施例中可以通过打开气室8上的密封阀门24释放其内多余的气体。进气模块中的上导气管18和下导气管19，主要由金属层31、泡沫隔离层32和一次性气管33构成，一次性气管33不与被测气体反应不影响最终的数据，泡沫隔离层31覆于一次性气管33之上用于保护一次性气管33防止最外层金属层31弯折所导致的气管破损，最外层的金属层31选用航空铝材质。保护管的结构如图11所示，由一次性气管33以及塑料保护层34构成，用于收纳上下导气管以及传输气体。
本实施例中的任务执行总流程如图12所示，接到任务后首先需要根据现场大致状况选择相应的气体传感器7安放在无人机本体内部，连接好相应的接口，做起飞前的检查，当无人机到达指定区域后，下达气体传感器7开机指令，此时旋母21上的电磁阀打开，气体经过进气模块进入气体传感器7，生成相应数据经由无人机本体上的无线通信模块（收发装置）传输到地面，然后根据后续指令判定采集任务是否完成，再确定是否返航。
至于整个的无人机航线规划原则综合图13和图14所示，在无人机起飞到达指定区域后该点设为C点，采集此时的环境参数X，C点选取的原则为事故影响边缘区域，低空且可用GPS标定；地面接收到参数X后，操控无人机直线向上飞行（可根据具体环境下的风速温度自行规划）采集实时的环境参数，每次反馈的结果都将和X进行对比，直至接近或者达到X数值；保持此时高度并标定为A点，此点标定原则为高空事故边缘区域；此时下达指令无人机平飞经过中心区域并采集实时数据直至数值接近或者等于X，则完成横向采集此时的位置标定为B点，标定原则为高空事故边缘区域可被坐标GPS标定，此时悬空并转向朝C点返回，此时遵循最短原则并反馈实时数据，此时应高度警惕规避危险障碍物直至到达C点，完成数据采集，这样进行数据采集的优势在于便于指挥人员获得三维的现场数据图，利于接下来的具体任务安排。由于本实施例需要安装气体传感器7，电动马达16，电磁锁36以及电磁阀这些都需要电能，为保证载荷的足够轻便并未配备独立无人机电源，均连接的是无人机本体上的无人机电源，所以在返航的时候有可能会遇到电量不足，此时可以选择抛掉结构保证安全返航。
本实施例根据上述气体测量装置6的结构提供一种测量方法，包括：
步骤1：根据事故现场大致状况选择相应的气体传感器7，遵循主动式气体传感器7，内置的原则；
步骤2：检查起飞前的状况，静态情况下，上导气管18和下导气管19默认收纳于外保护管20内；
步骤3：待无人机到达指定区域后执行探测任务时，电动马达16开启工作根据具体情况调节所需的伸缩式气管的长度；
步骤4：打开旋母21上的电磁阀；
步骤5：主动式气体传感器7开机，通过进气模块吸进气体进行分析，将数据汇总到无人机本体上的无线通信模块进行反馈；
步骤6：电动马达16启动收缩进伸缩式气管到静态时的状态，关闭旋母21上的电磁阀；
步骤7：完成全部任务返航，可选择是否丢弃探头结构。
本实施例的有益效果是在地面装备无法抵达，太空设备无法侦察的情况下的一种有效措施；能够有效降低救援行动中，先期探测任务的代价，在保证数据准确性的情况下，最大限度地保证人员财产安全；操作人员应当熟悉所选气体传感器7的性能，精通八旋翼无人机的相关操作，并及时与指挥沟通。
本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。