本技術(shù)涉及水體、大氣等環(huán)境監(jiān)測(cè)的采樣裝置，尤其涉及自動(dòng)水體、大氣采樣裝置。

背景技術(shù)：

1、以往的水域監(jiān)測(cè)采樣模式主要以人工操作水質(zhì)采樣器進(jìn)行采集樣本，雖然有了自動(dòng)采樣器等可以定時(shí)關(guān)啟采樣的新裝置，但仍和人工操作有著同樣的通病，那就是采樣不規(guī)范、采樣容量控制不準(zhǔn)確，無法快速方便的進(jìn)行多區(qū)域水樣監(jiān)測(cè)采集，移動(dòng)和操作繁瑣笨重。對(duì)于一些寬度超過50米的河道、渠道等需要采集多個(gè)斷面的水樣時(shí)，采樣人員需要乘坐船只等工具前往河道中心和對(duì)岸，一方面增加了采樣人員的工作危險(xiǎn)系數(shù)，容易發(fā)生意外事故；另一方面就是所乘坐的船只等工具不可避免的會(huì)攪動(dòng)水體，導(dǎo)致所采樣本不能準(zhǔn)確反應(yīng)水體的真實(shí)情況，所以傳統(tǒng)的水域監(jiān)測(cè)采樣模式正朝著智能無人機(jī)方向發(fā)展。在采氣方面，對(duì)于突發(fā)的火災(zāi)等突發(fā)情況，消防人員一是無法到達(dá)失火的高層，二是在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，會(huì)對(duì)消防人員以及檢測(cè)人員造成極大的危害，這時(shí)無人機(jī)采樣設(shè)備就可以很好的解決這個(gè)問題。

2、現(xiàn)有許多研究也提出了較為優(yōu)秀的無人機(jī)采樣模型，如已公開的專利cn115165472a，其中的水樣采集裝置就是配合無人機(jī)進(jìn)行使用，此裝置每次采樣時(shí)需要進(jìn)行標(biāo)記，且裝置的部件比較多。

3、基于上述說明，2022年我們提出了基于無人機(jī)的智能水體監(jiān)測(cè)采樣設(shè)備，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于水面下10厘米以內(nèi)的水體的采樣效果非常好；但是需要對(duì)于深水采樣的時(shí)候，設(shè)備就無法達(dá)到定深采樣，比如需要采樣水面30厘米以下，設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)定深控制，因此我們于2023年提出了一種用于無人機(jī)的多容器水體自動(dòng)采樣裝置，專利號(hào)為202320602618.x，解決了無法到達(dá)深水采樣的問題；以上兩個(gè)專利的采樣瓶，都是開放式，且只能對(duì)水體進(jìn)行采樣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述說明，本實(shí)用新型提出了一種用于無人機(jī)的多容器水體大氣采樣裝置，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，不僅能對(duì)水體進(jìn)行采樣，也能對(duì)大氣進(jìn)行采樣，并且都對(duì)每個(gè)采樣袋單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)了一次性能多個(gè)容器采樣。

2、所采用的技術(shù)方案是：用于無人機(jī)的多容器水體大氣采樣裝置，包括第一平臺(tái)、第二平臺(tái)、電磁閥裝置、電動(dòng)推桿和采樣泵；第一平臺(tái)上安裝無人機(jī)；第一平臺(tái)的一側(cè)安裝電動(dòng)推桿，中心處安裝有采樣泵；第二平臺(tái)上安裝有電磁閥裝置，第二平臺(tái)的下方安裝有采樣裝置。

3、電動(dòng)推桿，其末端的安裝孔上通過自鎖扎帶固定進(jìn)水管的一端；進(jìn)水管的另一端連接采樣泵的進(jìn)水口；采樣泵的出水口通過管子與所述的電磁閥裝置相連接；

4、電磁閥裝置包括若干個(gè)串連的二位三通電磁閥，每個(gè)二位三通電磁閥上分別連接排污管、采樣管和出水管；采樣泵的出水口的管子連接進(jìn)水總管；進(jìn)水總管分別連接采樣管；每根出水管穿過所述的第二平臺(tái)與采樣裝置連接；

5、采樣裝置位于第二平臺(tái)的下方，包括圓形的中空腔體、若干個(gè)采樣袋和若干個(gè)單向閥；中空腔體固定在第二平臺(tái)的下方，中空腔體采用亞克力板；中空腔體用亞克力板均勻分成若干個(gè)采樣腔；每個(gè)采樣腔的內(nèi)壁安裝有單向閥，單向閥上安裝有采樣袋，采樣袋位于采樣腔內(nèi)；每個(gè)二位三通電磁閥的出水管分別連接一個(gè)單向閥。

6、其中的采樣泵可以采用水氣兩用泵。

7、進(jìn)一步的，第一平臺(tái)上還安裝有so2、no、溫度一體式傳感器。

8、進(jìn)一步的，采樣泵由openrb-150和繼電器控制其啟停時(shí)間。

9、進(jìn)一步的，二位三通電磁閥個(gè)數(shù)，與采樣袋、采樣腔的個(gè)數(shù)相同。

10、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，能完成對(duì)水樣和大氣的采樣。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)無人機(jī)一次性飛行，采集多個(gè)樣本點(diǎn)的水體，并能準(zhǔn)確控制每個(gè)采樣袋所采集樣本的容量；本實(shí)用新型也能對(duì)大氣進(jìn)行采樣。采樣袋為密封，不會(huì)相互污染，通過電磁閥和單向閥的控制，控制每路分支的采樣量，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定量采樣。

11、通過安裝電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿的伸縮，帶動(dòng)進(jìn)水管的伸縮實(shí)現(xiàn)定深采樣；每個(gè)電磁閥單獨(dú)控制每一個(gè)采樣管、排水管和排污管，進(jìn)行多點(diǎn)采樣且精準(zhǔn)控制進(jìn)水量，實(shí)現(xiàn)多容器水樣采集；通過繼電器控制采樣泵的啟停時(shí)間，實(shí)現(xiàn)按需、準(zhǔn)確采集樣本容量。在采氣方面：技術(shù)人員控制無人機(jī)飛至指定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，so2、no、溫度一體式檢測(cè)器開始工作，當(dāng)場(chǎng)就可以檢測(cè)出大氣中的so2、no、溫度等參數(shù)，在檢測(cè)的同時(shí)，氣泵同時(shí)打開，電磁閥控制采樣袋上的單向閥打開，實(shí)現(xiàn)了一次性多容器采樣。

12、工作步驟：

13、采水：

14、步驟一：載有本實(shí)用新型的無人機(jī)抵達(dá)指定區(qū)域后，無人機(jī)下降并浮停在水面上，上位機(jī)發(fā)送角度指令到openrb-150控制板上，openrb-150控制板通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)推桿的控制，電動(dòng)推桿伸出去時(shí)，帶動(dòng)進(jìn)水管伸入水中，達(dá)到所需的深度；上位機(jī)通過串口通訊方式發(fā)送指令到openrb-150控制板，啟動(dòng)采樣泵，水樣經(jīng)采樣泵的出水口的水管到達(dá)進(jìn)水總管，進(jìn)水總管上分別與二位三通電磁閥的采樣管相連接，由二位三通電磁閥單獨(dú)控制每個(gè)采樣管，即實(shí)現(xiàn)了經(jīng)進(jìn)水總管的各分支能單獨(dú)由二位三通電磁閥控制，二位三通電磁閥上的排水管分別與單向閥連接，排水管內(nèi)的水樣進(jìn)入采樣袋，根據(jù)設(shè)定時(shí)間，定量采樣完成，關(guān)閉采樣泵；排污管可按需進(jìn)行排污控制；

15、步驟二：基于步驟一，采樣完成后，openrb-150控制板通過控制繼電器控制電動(dòng)推桿縮回，帶動(dòng)進(jìn)水管縮回離開水體；如需繼續(xù)采樣，無人機(jī)根據(jù)設(shè)定位置抵達(dá)下一目標(biāo)地點(diǎn)后，進(jìn)水管在目標(biāo)地點(diǎn)吸取設(shè)定的時(shí)間，電磁閥控制關(guān)閉已采集的采樣袋，電磁閥控制單向閥打開未采樣的采樣袋；再重復(fù)步驟一中的采樣動(dòng)作。

16、步驟三：采樣工作完成設(shè)定要求，無人機(jī)返航，操作人員拿出采樣袋。

17、采氣：

18、步驟一：技術(shù)人員到達(dá)控制無人機(jī)指定位置時(shí)，無人機(jī)懸停，上位機(jī)發(fā)送角度指令到openrb-150控制板上，openrb-150控制板通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)so2、no、溫度的檢測(cè)。

19、步驟二：水氣兩用泵開始工作，將所需的氣體抽進(jìn)采樣袋，電磁閥控制單向閥的關(guān)閉，完成采氣。

20、步驟三：采樣工作完成設(shè)定要求，無人機(jī)返航，操作人員拿出采樣袋。

21、本實(shí)用新型適用于多種取樣需求的環(huán)境，通過控制電動(dòng)推桿的行程，來控制進(jìn)水管進(jìn)入水體的深度，并能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)一次飛行即可采集多個(gè)水樣，且每個(gè)水樣的采集容量也能準(zhǔn)確控制，提高了水體采樣質(zhì)量，更好的服務(wù)日常水體監(jiān)測(cè)和水體科研工作。同時(shí)，對(duì)于突發(fā)的消防安全問題，無人機(jī)也可以迅速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出大氣中的有害物質(zhì)，為消防工作人員更好的分析火情，進(jìn)行救援工作。

22、本實(shí)用新型的上位機(jī)采用安裝了ros系統(tǒng)的nuc機(jī)載電腦。下位機(jī)使用openrb-150控制板，并通過串口通信方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過ros的分布式控制架構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)跟地面工作站的人機(jī)交互界面進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

23、無人機(jī)下降并浮停在水面上，上位機(jī)發(fā)送角度指令到openrb-150控制板上，openrb-150控制板通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)推桿的控制，電動(dòng)推桿伸出去時(shí)，帶進(jìn)水管伸長(zhǎng)，達(dá)到符合國(guó)家水質(zhì)采樣所要求的深度；上位機(jī)通過串口通訊方式發(fā)送指令到openrb-150控制板，啟動(dòng)采樣泵，通過泵的進(jìn)水管、出水管，水樣進(jìn)入采樣袋，根據(jù)設(shè)定時(shí)間，定量采樣完成，關(guān)閉采樣泵；采樣完成后，openrb-150控制板通過控制繼電器控制電動(dòng)推桿縮回，帶動(dòng)橡膠軟管縮回；如需繼續(xù)采樣，無人機(jī)根據(jù)設(shè)定位置抵達(dá)下一目標(biāo)地點(diǎn)后，采樣泵的進(jìn)水管在目標(biāo)地點(diǎn)吸取設(shè)定的時(shí)間，下方電磁閥控制關(guān)閉已采集的采樣袋，打開未采樣的采樣袋；再重復(fù)步驟一中的采樣動(dòng)作。采樣工作完成設(shè)定要求，無人機(jī)返航，操作人員拿出采樣袋。

24、本實(shí)用新型中的二位三通電磁閥和采樣泵的控制由與安裝ros系統(tǒng)的上位機(jī)進(jìn)行串口通信的openrb-150控制板控制。通過上位機(jī)發(fā)送角度指令到openrb-150控制板上，采樣泵的運(yùn)轉(zhuǎn)由繼電器進(jìn)行控制，通過上位機(jī)發(fā)送相關(guān)指令發(fā)送到openrb-150控制板上，進(jìn)而控制采樣泵的啟停，實(shí)現(xiàn)水樣采集的功能；電動(dòng)推桿的伸縮控制由繼電器進(jìn)行控制，通過上位機(jī)發(fā)送相關(guān)指令發(fā)送到openrb-150控制板上，進(jìn)而控制繼電器完成對(duì)電動(dòng)推桿的伸縮控制，實(shí)現(xiàn)定深采樣需求。技術(shù)人員控制無人機(jī)飛至指定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，so2、no、溫度一體式檢測(cè)器開始工作，當(dāng)場(chǎng)就可以檢測(cè)出大氣中的so2、no、溫度等參數(shù)，在檢測(cè)的同時(shí)，氣泵同時(shí)打開，電磁閥控制采樣袋上的單向閥打開，實(shí)現(xiàn)了一次性多容器采樣。