一種無人機巡檢系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無人機巡檢系統，包括：能夠懸停在空中預設時長的無人機，移動小車，搭載在所述移動小車上的發射裝置和檢測主機，以及搭載在所述無人機上的反射裝置；其中，所述發射裝置安裝于檢測主機，所述反射裝置連接于所述檢測主機；所述檢測主機，通過檢測所述發射裝置至所述反射裝置的光程通路，獲取檢測區域內空氣中介質的類型和含量。本實用新型的方案，可以克服現有技術中費時費力、準確性差和不利于人體健康等缺陷，實現省時省力、準確性好和有利于人體健康的有益效果。
【專利說明】
一種無人機巡檢系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及氣體檢測技術領域，具體地，涉及一種無人機巡檢系統。
【背景技術】
[0002]揮發性有機化合物(volatile organic compounds，簡稱VOC)，在環保意義上的定義是指活潑的一類揮發性有機物，即會產生危害的那一類揮發性有機物，它對人體健康有巨大影響。當環境中的VOC達到一定濃度時，短時間內人們會感到頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴重時會出現抽搐、昏迷，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統，造成記憶力減退等嚴重后果。
[0003]目前，VOC治理應當采取分散控制、集中治理的模式，提倡無組織排放應當從源頭抓起，從生產工藝開始入手，精準治理，從源頭上控制VOC的產生。而我國大量化工企業并沒有足夠準確便捷的方法對VOC進行檢測，生產工藝即使產生問題致使VOC含量超標，也無法通過檢測具體數據形成工藝更改依據。
[0004]“十一五”期間，我國大氣污染防治取得積極進展，主要大氣污染物二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物(PM10)排放總量大幅度下降。但區域復合型污染日益突出，復合型污染典型現象為同時出現高濃度的臭氧和細顆粒物等二次污染物，而VOC在其中起了很大作用。VOC不僅具有一次污染，還可導致二次、三次污染，加劇了大氣污染，如苯系物可致癌、致畸。同時，VOC與氮氧化物共同作用還會生產二次污染物，如臭氧等，使大氣氧化性增強，臭氧對人及作物的危害很大。不僅如此，因大氣氧化性增強產生的氣溶膠細顆粒物，也對人體健康的危害更甚。
[0005]目前，國內的VOC檢測方式，包括:采用手持式VOC檢測儀對多點進行檢測，此類方式將耗費大量的人力及時間，同時對巡檢人員的身體健康將造成一定損害;采用大型多點固定設備對全廠進行覆蓋檢測，此類方式成本較高;進行氣體采樣，在實驗室內對氣體進行技術分析，此類方式反應速度偏慢，不具備實時效應。
[0006]因此，需要一種新的VOC巡檢技術，在能夠準確快速反應出一定區域內大氣中VOC含量的同時，可以盡可能的減少人力與時間。
[0007]現有技術中，存在費時費力、準確性差和不利于人體健康等缺陷。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的在于，針對上述缺陷，提出一種無人機巡檢系統，以解決人工檢測VOC危害人體健康的問題。
[0009]本實用新型一方面提供一種無人機巡檢系統，包括:能夠懸停在空中預設時長的無人機，移動小車，搭載在所述移動小車上的發射裝置和檢測主機，以及搭載在所述無人機上的反射裝置;其中，所述發射裝置安裝于檢測主機，所述反射裝置連接于所述檢測主機；所述檢測主機，通過檢測所述發射裝置至所述反射裝置的光程通路，獲取檢測區域內空氣中介質的類型和含量。
[0010]優選地，所述發射裝置，包括至少一個光學望遠鏡;通過所述光學望遠鏡將紅外光束平行射出，穿過檢測區域內開放的環境空氣，直至反射裝置。
[0011 ]優選地，所述反射裝置，包括與所述光學望遠鏡匹配設置的開路式反射鏡，用于接收所述光學望遠鏡發出的紅外光束并進行反射。
[0012]優選地，所述開路式反射鏡，具體為曲面反射鏡。
[0013]優選地，該系統還包括安裝于移動小車上的第一云臺設備，所述檢測主機安裝于所述第一云臺設備，所述第一云臺設備水平旋轉的角度為90-180°。
[0014]優選地，該系統還包括安裝于所述無人機上的第二云臺設備，所述反射裝置安裝于所述第二云臺設備，所述第二云臺設備俯仰旋轉的角度為30-90°。
[0015]優選地，所述無人機，具體為多旋翼無人機。
[0016]優選地，所述無人機，包括GPS模塊，用于向所述檢測主機反饋自身的位置信息。
[0017]優選地，所述無人機，采用蓄電池和/或太陽能光伏電池供電。
[0018]優選地，所述發射裝置、反射裝置和檢測主機的配置方式，具體采用頂ACC的FTIR長光程開路檢測系統的配置方式。
[0019]本實用新型的方案，借用無人機的平臺，賦予VOC檢測系統的靈活性和寬覆蓋率，引用無線電收發器、GPS導航設備、高度傳感器控制無人機的巡航位置，引入VOC開路長光程檢測系統實現在各類廠區環境下的檢測過程，通過實時迅速的檢測，實現對廠區內工藝與設備的及時更新優化。
[0020]由此，本實用新型的方案解決利用無人機對VOC進行巡航檢測，避免人工檢測VOC危害人體健康的問題，從而，克服現有技術中費時費力、準確性差和不利于人體健康的缺陷，實現省時省力、準確性好和有利于人體健康的有益效果。
[0021]本實用新型的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0022]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】

[0023]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0024]圖1為本實用新型的無人機巡檢系統的結構示意圖。
[0025]結合附圖，本實用新型實施例中附圖標記如下:
[0026]1-光學望遠鏡;2-反射鏡;3-檢測主機;4-主機載體(例如:移動小車)；5-無人機。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型具體實施例及相應的附圖對本實用新型技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]目前無人機在環境領域的應用主要集中在兩個方面。一方面采用無人機對水污染范圍、垃圾分布范圍、煙囪廢氣排放狀況等進行大面積調查。另一方面通過搭載環境空氣質量檢測儀器，進行氣體(或粒子)濃度的檢測。前者只是對視頻傳輸和航拍功能加以應用的一種拓展，技術相對成熟；后者需要技術難度相對較大，許多關鍵性技術尚在不斷完善中。2008年中國科學院大氣物理研究所采用無人機搭載了改進的臭氧傳感器和粒子(數濃度或質量濃度)探測儀以及溫度濕度傳感器進行探空試驗取得成功。2009年，由中科院安徽光機所和大氣物理研究，利用無人飛機平臺進行了大氣環境檢測飛行試驗，成功獲取大氣污染成分N02的二維時空分布。
[0029]根據本實用新型的實施例，提供了基于上述無人機的一種具體應用，即一種無人機巡檢系統。該系統包括:
[0030]能夠懸停在空中預設時長的無人機(如無人機5)，移動小車(如移動小車4)，搭載在移動小車上的發射裝置和檢測主機(如檢測主機3)，以及搭載在無人機上的反射裝置;其中，發射裝置安裝于檢測主機，反射裝置連接于所述檢測主機;檢測主機，通過檢測發射裝置至反射裝置的光程通路，獲取檢測區域內空氣中介質的類型和含量。其中，光程通路，是指光束由發射裝置到反射裝置再到檢測主機的光路。通過無人機搭載反射裝置，配合移動小車搭載發射裝置和檢測主機，可以實現VOC等對人體有害的氣體的無人檢測，可大大減小甚至避免人工檢測帶來的危害，另外還可以大大提高檢測效率和檢測精準性。
[0031 ] 其中，發射裝置，包括至少一個光學望遠鏡(如光學望遠鏡I);通過光學望遠鏡將紅外光束平行射出，穿過檢測區域內開放的環境空氣，直至反射裝置。通過光學望遠鏡，可以對準反射裝置后發射紅外光束，發射的準確性好，有利于提高檢測效率。
[0032]相應地，反射裝置，包括與光學望遠鏡匹配設置的開路式反射鏡(如反射鏡2)，用于接收光學望遠鏡發出的紅外光束并進行反射。
[0033]優選地，開路式反射鏡，具體為曲面反射鏡。通過曲面反射鏡，可以保證反射角度，有利于提尚檢測的效率和效果。
[0034]在一個實施方式中，該系統還包括安裝于移動小車上的第一云臺設備，檢測主機安裝于第一云臺設備，第一云臺設備水平(例如:左右)旋轉的角度為90-180°。相應地，該系統還包括安裝于無人機上的第二云臺設備，反射裝置安裝于第二云臺設備，第二云臺設備俯仰(例如:上下)旋轉的角度為30-90°。
[0035]由此，通過相應的云臺設備(例如:攝像用的三腳架)，可以調整發射裝置和反射裝置的角度，保證測量過程的快速準確。
[0036]在一個實施方式中，無人機，具體為多旋翼無人機。通過多旋翼無人機，懸停更方便、穩定。
[0037]在一個實施方式中，無人機，包括GPS模塊，用于向檢測主機反饋自身的位置信息。通過GPS模塊，可以獲取無人機的位置信息，以更好地實現發射裝置與反射裝置之間的對準精度，還可以更好地控制無人機準確懸停在相應的檢測位置。
[0038]在一個實施方式中，無人機，采用蓄電池和/或太陽能光伏電池供電。經驗證，每次充電電量大約可工作45分鐘左右，可懸停5-8個檢測位置。通過電池供電，供電可靠性高，更換方便。
[0039]優選地，發射裝置、反射裝置和檢測主機的配置方式，具體采用IMACC的FTIR(Fourier Transform infrared spectroscopy，傅氏轉換紅外線光譜分析儀)長光程開路檢測系統的配置方式。IMACC的FTIR長光程開路檢測系統，是傅里葉變換紅外技術運用在工業界實時檢測的一種技術，能對邊界、火炬和工藝流程中多達200種氣體進行實時檢測，包括有機化合物、無機化合物、酸類以及可揮發性有機氣體(VOC)。通過頂ACC的FTIR長光程開路檢測系統配合無人機和移動小車實現檢測，檢測可靠性大大提高。
[0040]例如:參見圖1所示的例子，本實用新型的無人機巡檢系統，包括一個處于移動或固定設備上的望遠鏡和另一端在無人機上搭載的反射鏡，從而通過檢測光程通路(例如:IMACC的FTIR長光程開路檢測系統的光程通路)來取得當前區域內的有機化合物、無機化合物、酸類及VOC氣體含量，并將其數據反饋到監視系統上，巡檢人員根據監視數據來判定超標區域與工藝流程。
[0041]在一個實施方式中，該系統包括:IMACC的FTIR長光程開路檢測系統(單基地模式)、無人機、移動小車，移動小車(配可水平旋轉的云臺、手調)，用于搭載頂ACC FTIR發射鏡;無人機(配可調整的云臺、遠程調控)，用于搭載頂ACC FTIR反射鏡。移動式主機載體(例如:移動小車)，搭載系統主機(例如:開路長光程檢測系統的主機)在廠區內進行移動巡檢，搭載監控模塊的主機由巡檢人員對巡檢數據進行記錄，同時對無人機進行發射、回收與電池更換。
[0042]其中，由于每個工廠有不同的檢測需要，IMACC的FTIR長光程開路檢測系統有兩種模式選擇:收發一體模式和收發分量模式。收發一體模式(單基地模式)下，開路光室的一端是望遠鏡，另一端是一個或多個立體角度反射鏡子。單基地模式可以通過使用一個在電動或手動三腳架上的望遠鏡，對準另一端的一個或多個反射鏡，按順序檢測一個或多個光程通路。單基地模式適用于特殊排列下的被動輻射測量，因此也稱為被動檢測。
[0043]在一個例子中，上述無人機巡檢系統還包括:與無人機匹配設置的無人機搭載平臺，用于搭載反射鏡。例如:可以采用多旋翼無人機，保證其在飛行過程中可以固定懸停在某一位置進行對準，無人機的飛行由巡檢人員進行手動操作即可。又如:無人機反射鏡載體為可懸停式無人機，操作由巡檢人員進行即時操作。
[0044]在一個例子中，上述無人機巡檢系統還包括:開路長光程檢測系統。該開路長光程檢測系統使用一個直徑為30.5cm的光學望遠鏡發射紅外光束，通過空氣介質來檢測空氣中存在的化合物。該開路長光程檢測系統內部嵌有多種電子附件從而實現檢測的多功能化，其顯著特點包括:穩定且堅固的工業化系統，能在及其惡劣的環境和溫度下正常使用，同時可在周邊其他儀器運行、振動的情況下正常工作。
[0045]其中，該開路長光程檢測系統內嵌的檢測模塊，可實現遠程檢測，同時可設置不同的化合物的警報濃度。由移動小車搭載檢測系統(例如:IMACC的FTIR長光程開路檢測系統)的發射器，無人機搭載檢測系統的反射鏡(例如HMACC的FTIR長光程開路檢測系統)，檢測模塊為檢測系統(例如:MACC的FTIR長光程開路檢測系統)自帶。例如:該檢測模塊完全基于Windows平臺，包括運行流程控制管理、光譜分析方法設計、分析儀狀態與分析結果顯示、以及工具供給等四部分，內含300多種化合物標準參考光譜庫。該檢測模塊將采集到的高分辨率干涉圖轉換成吸收光譜，通過優化的最小二乘法擬合多組分的吸收光譜和標準參考光譜，得到組分的定量濃度值，且有2σ的誤差值來表征擬合的程度。該檢測模塊的分析部分對非線性、譜線漂移和組分干擾進行了嚴格的校正和優化，還提供將分析域細分成子窗口的功能，以獲取更多分析組分的吸收譜信息，減少其他組分的交叉干擾。該檢測模塊的應用部分，提供多種圖表實時顯示或瀏覽已檢測的歷史數據、后期處理、及光譜數據和各組分濃度數據的存檔和輸出等。
[0046]在一個例子中，為保證測量過程的快速準確，地面與空中的云臺固定設備均可在一定范圍內進行旋轉，配合開路長光程檢測系統所提供的無散射光的高能量輸出和調整角度。
[0047]優選地，開路長光程檢測系統的主機，采用傅里葉變換紅外技術，使用光學望遠鏡將紅外光束平行射出，穿過開放的環境空氣，直至反射鏡。為了配合反射鏡位置，主機下方配有可進行旋轉的云臺設備，設備偏轉角度為左右90-180°。
[0048]相應地，開路式反射鏡接收光學望遠鏡發出的紅外光束并進行反射，為保證反射角度，鏡片不可采用平面反射鏡。為配合系統主機(例如:檢測主機)的發射位置，反射鏡配有云臺設備，設備偏轉角度為上下30-90°。
[0049]使用時，巡檢人員駕駛小車在廠內進行巡檢，到達巡檢地點后(坐標由無人機控制系統給出或人員進行判定)放飛無人機。到達巡檢地點后，巡檢人員控制無人機以小車為圓心進行檢測，也可由無人機控制系統控制無人機進行定點飛行。無人機到達需要檢測坐標后在空中懸停，巡檢人員調整小車上架起FTIR檢測系統的發射器云臺角度并遠程控制無人機上掛住反射鏡的云臺的角度，使發射器與反射鏡保證對準。對準后，檢測系統開始出現數據，保持數據收集一段時間。在巡檢地點檢測數個檢測點后，回收無人機。巡檢人員駕駛小車到下一巡檢點重復上述操作。
[0050]經大量的試驗驗證，采用本實施例的技術方案，借助無人機的靈活、覆蓋面寬的控制平臺，通過合理分析大氣中的VOC等有毒有害氣體含量，為工廠的工藝修整提供依據，保證工廠排放合理與廠內職工及附近居民的呼吸健康安全。
[0051]綜上，本領域技術人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自由地組合、疊加。
[0052]以上所述僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的權利要求范圍之內。
【主權項】
1.一種無人機巡檢系統，其特征在于，包括:能夠懸停在空中預設時長的無人機，移動小車，搭載在所述移動小車上的發射裝置和檢測主機，以及搭載在所述無人機上的反射裝置;其中， 所述發射裝置安裝于檢測主機，所述反射裝置連接于所述檢測主機； 所述檢測主機，通過檢測所述發射裝置至所述反射裝置的光程通路，獲取檢測區域內空氣中介質的類型和含量。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述發射裝置，包括至少一個光學望遠鏡；通過所述光學望遠鏡將紅外光束平行射出，穿過檢測區域內開放的環境空氣，直至反射裝置。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述反射裝置，包括與所述光學望遠鏡匹配設置的開路式反射鏡，用于接收所述光學望遠鏡發出的紅外光束并進行反射。4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述開路式反射鏡，具體為曲面反射鏡。5.根據權利要求1-4之一所述的系統，其特征在于，該系統還包括安裝于移動小車上的第一云臺設備，所述檢測主機安裝于所述第一云臺設備，所述第一云臺設備水平旋轉的角度為90-180° ο6.根據權利要求1-4之一所述的系統，其特征在于，該系統還包括安裝于所述無人機上的第二云臺設備，所述反射裝置安裝于所述第二云臺設備，所述第二云臺設備俯仰旋轉的角度為30-90°。7.根據權利要求1-4之一所述的系統，其特征在于，所述無人機，具體為多旋翼無人機。8.根據權利要求1-4之一所述的系統，其特征在于，所述無人機，包括GPS模塊，用于向所述檢測主機反饋自身的位置信息。9.根據權利要求1-4之一所述的系統，其特征在于，所述無人機，采用蓄電池和/或太陽能光伏電池供電。10.根據權利要求1-4之一所述的系統，其特征在于，所述發射裝置、反射裝置和檢測主機的配置方式，具體采用IMACC的FTIR長光程開路檢測系統的配置方式。
【文檔編號】G01N21/3504GK205691495SQ201620578058
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620578058.9, CN 201620578058, CN 205691495 U, CN 205691495U, CN-U-205691495, CN201620578058, CN201620578058.9, CN205691495 U, CN205691495U
【發明人】金天驕, 俞抗, 彭琰, 高磊
【申請人】襄陽航生石化環保設備有限公司