森林航空消防負(fù)壓式氣體采集旋翼無人機(jī)

(1.山西省林業(yè)技工學(xué)校，山西 太原 030009；2.南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023)

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，在水質(zhì)監(jiān)測的過程中[1-2]，需要對水進(jìn)行采樣，由于一些水面較廣，為了便于工作人員采集河面、湖面或是其他水源的水樣，通常會利用無人機(jī)進(jìn)行水樣的采集[3]。對于氣體的采集有時會使用無人機(jī)進(jìn)行，但現(xiàn)有的氣體采集式旋翼無人機(jī)存在以下問題：①現(xiàn)有的氣體采集式旋翼無人機(jī)多為直采式，重復(fù)使用容易造成收集的氣體相互污染，影響檢測精度；②現(xiàn)有的氣體采集式旋翼無人機(jī)在氣體采集時無法調(diào)節(jié)角度，易造成氣體收集不完全。因此，我們提出了森林航空消防負(fù)壓式氣體采集旋翼無人機(jī)裝置來解決上述問題[4-5]。

1 負(fù)壓式氣體采集系統(tǒng)組成

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，而提出的負(fù)壓式氣體采集旋翼無人機(jī)裝置。負(fù)壓式氣體采集旋翼無人機(jī)裝置包括機(jī)體、驅(qū)動桿、旋翼、支撐架、真空泵、殼體、進(jìn)氣口、支撐桿、固定座、驅(qū)動電機(jī)、過濾網(wǎng)、聚氣罩、進(jìn)氣管、單向閥、真空倉、連接管、出氣口、收集罐，如圖1～3所示

圖1 整體結(jié)構(gòu)示意圖1.機(jī)體；2.驅(qū)動桿；3.旋翼；4.支撐架；5.真空泵；6.殼體；7.進(jìn)氣口

圖2 側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖5.真空泵；6.殼體；7進(jìn)氣口；8支撐桿；9.固定座；10.驅(qū)動電機(jī)

圖3 殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖7.進(jìn)氣口；11.過濾網(wǎng)；12.聚氣罩；13.進(jìn)氣管；14.單向閥；15.真空倉；16.連接管；17.出氣口；18.收集罐

2 實施方式

2.1 部件連接

機(jī)體1四周設(shè)有驅(qū)動桿2，且驅(qū)動桿上部設(shè)有旋翼3，旋翼與驅(qū)動桿內(nèi)部的動力輸出裝置相連接，機(jī)體下部設(shè)有支撐架4，且支撐架內(nèi)側(cè)設(shè)有真空泵5，真空泵通過螺栓與機(jī)體之間固定連接，且真空泵下部設(shè)有殼體6，真空泵下部設(shè)有支撐桿8，支撐桿下部設(shè)有固定座9，殼體左側(cè)設(shè)有驅(qū)動電機(jī)10，驅(qū)動電機(jī)通過連接管16與固定座之間相連接，殼體通過驅(qū)動電機(jī)與固定座之間轉(zhuǎn)動連接，殼體右側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口7，進(jìn)氣口左側(cè)設(shè)有聚氣罩12，聚氣罩左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管13，進(jìn)氣管左側(cè)連接有真空倉15，真空倉側(cè)面設(shè)有連接管，連接管位于支撐桿內(nèi)部并與真空泵相連通，真空倉底部設(shè)有出氣口17，出氣口下部設(shè)有收集罐18，收集罐與出氣口之間螺紋連接。

2.2 工作原理

使用時，啟動真空泵對真空倉進(jìn)行抽真空處理，使真空倉內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，此時真空倉通過進(jìn)氣管、聚氣罩和進(jìn)氣口將外部氣體吸入真空倉內(nèi)，真空倉底部設(shè)置的收集罐內(nèi)部壓力小于真空倉，將真空倉內(nèi)的氣體吸入收集罐內(nèi)進(jìn)行存儲，且收集罐與出氣口之間螺紋連接，方便對其進(jìn)行拆卸安裝，從而完成對氣體的采集。

3 技術(shù)優(yōu)勢

如圖3所示，進(jìn)氣管為U形管且在U形管底部設(shè)有單向閥14，所以單向閥插接在進(jìn)氣管內(nèi)部，U形管的設(shè)置可以有效避免氣體的回流，同時設(shè)置的單向閥避免收集氣體后內(nèi)部氣體泄漏。進(jìn)氣口內(nèi)部設(shè)有過濾網(wǎng)11且過濾網(wǎng)通過與進(jìn)氣口之間螺紋連接，過濾網(wǎng)的設(shè)置可以有效避免氣體收集時將大顆粒雜質(zhì)帶入通氣管內(nèi)，有效避免了通氣管的堵塞。

機(jī)體四周設(shè)置有四組驅(qū)動桿和旋翼，保證了無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性，同時支撐架保證了無人機(jī)落地的平穩(wěn)，真空泵與機(jī)體之間相連接且通過支撐桿與固定座之間相連接；固定座側(cè)面通過連接桿與殼體側(cè)面的驅(qū)動電機(jī)相連接，增加了殼體的穩(wěn)定性，且驅(qū)動電機(jī)的動力輸出端與殼體之間固接，可以帶動殼體與固定座之間轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)殼體的收集角度，方便氣體收集。真空泵通過支撐桿內(nèi)部設(shè)置連接管與殼體內(nèi)的真空倉相連通，啟動真空泵對真空倉進(jìn)行抽真空處理，使真空倉內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，此時真空倉通過進(jìn)氣管、聚氣罩和進(jìn)氣口7將外部氣體吸入真空倉內(nèi)；真空倉底部設(shè)置的收集罐內(nèi)部壓力小于真空倉，將真空倉內(nèi)的氣體吸入收集罐內(nèi)進(jìn)行存儲，且收集罐與出氣口之間螺紋連接，方便對其進(jìn)行拆卸安裝，從而完成對氣體的采集，減少了氣體之間的相互污染。

4 結(jié)束語

森林航空消防負(fù)壓式氣體采集旋翼無人機(jī)裝置，通過設(shè)置真空泵抽空真空倉，使真空倉內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，通過進(jìn)氣口將氣體吸入，并收集罐進(jìn)行收集，此種設(shè)置減少了氣體之間的相互污染，滿足實際應(yīng)用需求。