一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置的制作方法

本发明涉及一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，属于无人机与水样采集交叉领域。

背景技术：

近年来，环境安全一直是热点话题，由于工业，农业以及生活等废水的排放严重污染了水资源。地表水资源污染严重威胁环境安全。为了保障人民生命健康，常常需要对河流湖库的水体进行抽样检测。

传统的水体采样通常为人工实地采样，该采样方法前期需要大量准备，采样周期长，经常会遇到采样工作环境恶劣的情况，如水面受到严重污染或有大量飘浮物时，很难到达指定的采样位置。而基于无人机的水体样品自动采集系统采用多旋翼无人机作为搭载平台，具有良好的稳定性和操控性，定位准确，起降灵活，安全性高。该方法不受障碍物和地形条件的限制，且节省人力物力，有助于环境采样的高效化、精确化和信息化，弥补传统环境采样方法的不足。目前公开号为cn110104191a的专利公开了“一种基于无人机的自动采集装置”，该装置在无人机下方设置悬浮装置，悬浮装置底部设置伸缩链连接采水装置采水。其在实际应用时很难能满足水质采样技术的规程标准，如：无法精准的在地面站进行采水任务规划以及实时监控水样采集状态，不能按规范采取定量的水样；无法保证用标准的采样器进行精确的定深采集；无法保证采集的水样不受污染，影响真实的水质参数；无法实现一次飞行任务获得多个采样点水样，效率较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术的缺陷，本发明设计了一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置。该系统能实现在地面站进行采水任务规划和采集任务发送并实时显示采样水域水深信息、无人机距离水面的高度和位置信息、当前采样点距离水面深度，实现根据水样采集技术规程准确定深采集。采用抽吸泵采集水样可以避免空气污染水样，也能实现一次任务可采集多个采样点的水样，并且可以获得实时的采水量信息，实现根据水样采集技术规程准确的定量采集。水样采集的规范性、准确性得到保证，极大地提高采水效率。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，所述一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置包括多旋翼无人机、采水装置、地面控制站。所述多旋翼无人机包括机身、传动系统、飞行控制器、gps、罗盘、电池、发射机。

所述采水装置包括泵式采样器、采样点位置控制装置，摄像设备(20)；所述采样点位置控制装置由液位变送器(9)、电容(16)及拉线式传感器(2)、液位变送器的绕线滚筒(6)、拉线式传感器的安装支架(1)、单片机及可拆卸安装平台(17)组成，所述可拆卸平台(17)固定在无人机下方，所述液位变送器(9)和电容(16)及拉线式传感器(2)固定在可拆卸平台底部，所述单片机固定在无人机的上方，所述泵式采样器由抽吸泵(14)(常用的是蠕动泵或手动式真空泵)、3个采样瓶(4)、3个电容式传感器(3)、采水软管(15)、软管收放滚桶(19)、水管缠绕滚筒安装支架(18)组成，所述3个采样瓶(4)及软管收放滚轮(19)固定在可拆卸平台上，所述3个电容式传感器(3)放置在采样瓶上盖的底部，软管(15)下放到采样点处由抽吸泵吸入待测水样，出口连接一分三软管(5)，将水样分别输入三个采样瓶，得到水样及时保存，便于后续检测化验。

作为本发明改进的技术方案采水装置搭载摄像设备用于水质采样并实时监控采样时状态；同时通过数据传输模块将数据实时传回地面站。

作为本发明改进的技术方案，采样点位置控制装置可以测得采样水域水深信息、无人机距离水面的高度和位置信息、当前采样点距离水面深度，进而根据水质采样技术规程确定采样点位置，由此得到准确有效水样。

作为本发明的改进技术方案，本采水装置可根据水质检测指标更换相适用的采集瓶。

作为本发明的改进技术方案，本采水装置中采用蠕动泵，泵体不接触水样，避免污染水样。

作为本发明的改进技术方案，本采水装置中抽吸泵输出接口连接一分多软管，分别输入到多个采样瓶，可使一次飞行任务采集多个采样点的水样，提高工作效率。

作为本发明的改进技术方案，本采水装置的采样瓶瓶底放置电容式传感器，可通过无线传输模块在地面站实时显示采水量。

作为本发明的改进技术方案，本采集装置采用智能控制系统，由无人机与地面端通信控制作业，地面站可以规划采水任务，发出开始采集和停止采集指令。

附图说明

图1是本发明水质采样的流程框图。

图2是本发明所述一种基于多旋翼无人机的水质采样装置。

图3是本发明采水装置图；

其中，1—拉线式传感器安装支架，2—拉线式传感器，3—电容式传感器，4—采水瓶，5—采水软管，6—液位变送器的绕线滚桶，7—安装支柱，8—液位变送器绕线，9—液位变送器，10—液位变送器的绕线支架，11—减速器，12—减速器安装支架。13—电机，14—采水泵，15—水管。16—电容传感器，17—安装板，18—水管缠绕滚筒的安装支架，19—水管缠绕滚筒。

具体实施方式

如图1所示，一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置的流程框图，具体包括以下步骤：

步骤1：多旋翼无人机各个组件和模块的检验和自动校准，确保无人机的各个组件和模块满足起飞要求，以及采水装置以及地面站状态正常。

步骤2：在地面站根据采样水面规划采水任务航线，并设置飞行速度，返航终点等参数，并将已规划的航线命令写入飞行控制器中，然后解锁无人机，发出飞行指令。

步骤3：多旋翼无人机按航线飞行到指定位置，发送指令将液位变送器下放到采样水体底部，测得采样水体的深度，然后将信号传输到单片机上，单片机通过无线通讯模块将信号传到地面站。

步骤4：收起液位变送器，下放电容拉线式传感器至水面测得无人机至水面高度，然后将信号传输到单片机上，单片机通过无线通讯模块将信号传到地面站。

步骤5：根据水质采样技术规程标准，单片机处理步骤4和步骤5得到的数据，设定橡胶软管的下放深度，并下放橡胶软管。

步骤6：发出采集指令，将水样由泵抽吸到采样瓶中，采样瓶瓶底电容式传感器实时传输采水量信号。根据实际需要停止采集水样。地面站实时监测采水任务的进度。

步骤7：收回软管，多旋翼无人机返航。

步骤8：地面工作人员取下采样瓶，测定需现场测得项目，其余项目带回实验室通过各种仪器检测化验。

以上所述仅为本发明的最有效实施方案，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明工作原理的前提下，还可以做出适当的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，所述一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置；包括多旋翼无人机、采水装置、地面控制站，多旋翼无人机包括机身、传动系统、飞行控制器、gps、罗盘、电池、发射机、摄像设备；所述采水装置包括泵式采样器、采样点位置控制装置；所述采样点位置控制装置由液位变送器、电容及拉线式传感器、单片机及可拆卸安装板组成，所述可拆卸安装板固定在无人机下方，所述液位变送器和电容拉线式传感器固定在可拆卸安装板底部，所述单片机固定在无人机的上方，所述泵式采样器由抽吸泵、多个采样瓶、多个电容式传感器、采水软管、软管收放滚轮组成，所述多个采样瓶及软管收放滚轮固定在可拆卸安装板上，所述多个电容式传感器放置在采样瓶瓶盖底部，软管下放到采样点处由抽吸泵吸入待测水样，出口连接一分多软管，将水样分别输入多个采样瓶，得到水样及时保存，便于后续检测化验。

2.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，其特征在于：采水装置搭载摄像设备用于监控采集水样时周围环境状态；并且通过无线数据传输模块将数据实时传回地面站。

3.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，其特征在于：采样点位置控制装置下放液位变送器根据压力变化获取待测水体深度、下放电容拉线式传感器根据介质的变化获取无人机距离水面高度；通过单片机处理数据计算出采样点深度，并将全部数据通过无线数据传输模块传回地面站。

4.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，其特征在于：泵式采样器中采用抽吸泵可以防止水样被污染失去真实性。

5.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，其特征在于：采水装置中抽吸泵输出接口连接一分多软管，分别输送到多个采样瓶中，实现一次飞行任务获得多个采样点的水样；采样瓶的数量可根据实际需要进行安装。

6.据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，其特征在于：本采水装置中采样瓶瓶盖底部放置电容传感器，根据介质的变化可实时获取采水量；同时采样瓶的材质根据标准选择更换。

7.据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，其特征在于：本采集装置采用智能控制系统，由无人机、单片机与地面站通过无线通讯模块通信，地面站可以规划采水任务，发出开始采集和停止采集指令，并显示无人机位置状态，同时地面站也可以显示采水任务进度。

技术总结
本实用新型提供一种基于多旋翼无人机的多点定深智能水质采样装置，涉及水样采集技术领域，所述一种基于多旋翼无人机的智能水样采集及监测系统包括多旋翼无人机、采水装置、地面控制站。其特征在于：所述地面控制站用于规划航线，发出采集指令，实时显示采水状态信息；所述采水装置包括泵式采样器、采样点位置控制装置；采样点位置控制装置下放液位变送器、电容及拉线式传感器获得水体深度及无人机距水面高度数据，并通过单片机传回地面站，按水样采集规程确定采样点坐标，所述泵式采样器由抽吸泵吸入待测水样，出口连接一分多软管，将水样分别输入多个瓶盖底部设有电容式传感器的采样瓶中，从而实现定深定量采集水样。

技术研发人员：丁涛;张广朋;徐铭驰
受保护的技术使用者：浙江量大智能科技有限公司
技术研发日：2019.10.21
技术公布日：2020.08.04