一种大气探测载荷系统及污碳协同观测无人机系统

1.本实用新型涉及大气观测技术领域，具体而言，涉及一种大气探测载荷系统及污碳协同观测无人机系统。


背景技术：

2.目前，以微型多旋翼无人机作为平台的温室气体探测设备，大体上有以下几类技术方案：泵吸型载荷、基于空气核系统的探测载荷以及基于扩散式ndir的探测载荷。
3.其中，泵吸型载荷由于使用基于泵吸式的非分散红外传感器，因此需要额外的气泵抽气，同时需要前端过滤装置对空气湿度和颗粒物进行过滤，由于抽气装置的复杂，其体积较大，对于微型无人机配重和携带具有较高要求。由于抽气可以过滤掉多数对探测精度影响较大的因素，因此对探测器环境代表性的要求较低。
4.基于空气核系统的探测载荷由于使用腔衰荡光谱仪分析对样本分析，其优点在于精度高、分辨率高，但是需要额外的设备和人工进行操作，因此在一些时效和人力要求高的探测场景下无法满足自动在线的观测需求。
5.基于扩散式ndir的探测载荷并未集成传感器于探测系统，缺乏对探测器、电路板等关键部件的保护，同时未考虑传感器受到气流的影响和污碳协同观测的需求。
6.上述几种温室气体探测设备在有限的载重条件下，无法对多种气体实现同步探测，也不能保证传感器与大气的完全接触。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种大气探测载荷系统及污碳协同观测无人机系统，有助于解决上述技术问题。
8.本实用新型是这样实现的：
9.一种大气探测载荷系统，包括探测载荷舱、供电模块和多个气体传感模块；所述探测载荷舱由隔板分割成多个独立的隔离舱，所述隔离舱的侧壁上开设有透气通孔；所述供电模块、多个所述气体传感模块分别设置在所述隔离舱中，所述气体传感模块与所述供电模块电连接。
10.上述大气探测载荷系统在使用时，由于将探测载荷舱分割为多个独立的隔离舱，并将供电模块和多个气体传感模块按照需要分别设置在各个隔离舱中，并且，隔离舱的侧壁上开设有透气通孔，实现隔离舱内部与外部大气的充分接触。大气探测载荷系统能够对co2、co、no2或者其他气体进行有效观测的同时，各个传感器在被探测载荷舱保护的条件下，依然可以与环境大气进行充分接触。进一步地，多个所述气体传感模块包括二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器和温湿压传感器。
11.进一步地，所述二氧化碳传感器上还设置有传感器光路，所述二氧化碳传感器设置在一个所述隔离舱中。
12.进一步地，所述温湿压传感器上还设置有第一电路板。
13.进一步地，所述探测载荷舱内还设置有数据采集电路板；所述数据采集电路板分别与所述二氧化碳传感器、所述一氧化碳传感器、所述二氧化氮传感器和所述温湿压传感器电连接。
14.进一步地，所述隔板包括所述第一电路板和所述数据采集电路板。
15.进一步地，所述供电模块包括第一电池和第二电池；所述第一电池与所述温湿压传感器电连接，所述第二电池分别与所述二氧化碳传感器、所述一氧化碳传感器和所述二氧化氮传感器电连接。
16.进一步地，还设置有与所述探测载荷舱连接的舱罩，所述舱罩与所述探测载荷舱拼装后，多个所述隔离舱分别独立分割。
17.一种污碳协同观测无人机系统，包括工程无人机以及上述的大气探测载荷系统，所述大气探测载荷系统设置在所述工程无人机的底部。
18.进一步地，所述工程无人机为多旋翼无人机。
19.本实用新型的有益效果是：
20.本实用新型的大气探测载荷系统及污碳协同观测无人机系统，将多个其他传感模块分别独立地设置在隔离舱中，能够对co2、co、no2或者其他气体进行有效观测的同时，使得各个传感器在被探测载荷舱保护的条件下，依然可以与环境大气进行充分接触。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本实用新型提供的大气探测载荷系统的内部结构的第一角度示意图；
23.图2为本实用新型提供的大气探测载荷系统的内部结构的第二角度示意图；
24.图3为本实用新型提供的大气探测载荷系统在飞行实验中对co2、co和no2进行同步采样的数据结果图。
25.图标：100-探测载荷舱；110-透气通孔；200-供电模块；210-第一电池；220-第二电池；310-二氧化碳传感器；311-传感器光路；320-一氧化碳传感器；330-二氧化氮传感器；340-温湿压传感器；341-第一电路板；350-数据采集电路板。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和标注的本实用新型实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
31.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.图1为本实用新型提供的大气探测载荷系统的内部结构的第一角度示意图；图2为本实用新型提供的大气探测载荷系统的内部结构的第二角度示意图。
34.请参照图1、图2，本实施例提供一种大气探测载荷系统，包括探测载荷舱100、供电模块200和多个气体传感模块；探测载荷舱100由隔板分割成多个独立的隔离舱，隔离舱的侧壁上开设有透气通孔110；供电模块200、多个气体传感模块分别设置在隔离舱中，气体传感模块与供电模块200电连接。
35.在上述结构中，探测载荷舱100用以安装多个气体传感器对大气进行探测，多个独立的隔离舱将供电模块200和多个气体传感模块实行分区布置和安装，起到保护、防水的作用，并通过侧壁的透气通孔110保证气体传感器与外界大气充分接触。另外，供电模块200用以提供工作电源。
36.具体地，优选将供电模块200、多个气体传感模块分别独立地安装在不同的隔离舱中。并且，部分或者全部隔离舱的侧壁开设透气通孔110，其中，安装供电模块200的隔离舱中的透气通孔110能够起到散热降温的作用，而安装气体传感模块的隔离舱中的透气通孔110，用于将隔离舱内腔与外界大气实现连通，保证气体传感模块与外部大气充分接触。
37.根据上述描述，隔离舱可以分为传感器隔离舱和电器件隔离舱，分别用于安装气体传感模块和供电模块200。可选地，电器件隔离舱的侧壁可以开设也可以不开设透气通孔110，而传感器隔离舱的侧壁应当设置透气通孔110。
38.本实施例的大气探测载荷系统的工作原理和操作方法如下：
39.大气探测载荷系统，由于将探测载荷舱100分割为多个独立的隔离舱，并将供电模块200和多个气体传感模块按照需要分别设置在各个隔离舱中，并且，隔离舱的侧壁上开设有透气通孔110，实现隔离舱内部与外部大气的充分接触。大气探测载荷系统能够对co2、
co、no2或者其他气体进行有效观测的同时，各个传感器在被探测载荷舱100保护的条件下，依然可以与环境大气进行充分接触。
40.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，多个气体传感模块包括二氧化碳传感器310、一氧化碳传感器320、二氧化氮传感器330和温湿压传感器340。其中，二氧化碳传感器310优选采用集成式的vaisala gmp343二氧化碳ndir扩散式传感器；一氧化碳传感器320和二氧化氮传感器330分别采用alphasense no2-b43f和co-b4的电化学传感器，而温湿压传感器340优选采用imet-4 rsb压力和湿度传感器。各个气体传感器实现了同步对co2、co和no2的有效观测和环境状态的探测，另外，研发的采集系统可以有效对多种传感器进行同步采集并存储于sd卡。
41.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，二氧化碳传感器310上还设置有传感器光路311，二氧化碳传感器310设置在一个隔离舱中。其中，二氧化碳传感器310与传感器光路311同轴设置位于一个隔离舱中。
42.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，温湿压传感器340上还设置有第一电路板341。温湿压传感器340与第一电路板341电连接。
43.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，探测载荷舱100内还设置有数据采集电路板350；数据采集电路板350分别与二氧化碳传感器310、一氧化碳传感器320、二氧化氮传感器330和温湿压传感器340电连接。
44.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，隔板包括第一电路板341和数据采集电路板350。可选地，隔板也可以采用非电路板的其他绝缘体塑料板或者其他类型隔离结构。
45.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，供电模块200包括第一电池210和第二电池220；第一电池210与温湿压传感器340电连接，第二电池220分别与二氧化碳传感器310、一氧化碳传感器320和二氧化氮传感器330电连接。此时，分别独立的两种电池各自为不同的元件提供电源，稳定性可靠性更高。
46.在至少一个优选实施例中，进一步地，如图1、图2所示，还设置有与探测载荷舱100连接的舱罩，舱罩与探测载荷舱100拼装后，多个隔离舱分别独立分割。优选地，舱罩与探测载荷舱100可以通过扣合的方式实现可拆卸安装。
47.进一步地，在上述任意实施例的基础上，应当在探测载荷舱100中，对关键电路、电池进行防水、防尘保护，对于探测过程中出现的恶劣天气如高空雾气、低云等均有较好的保护作用。探测载荷舱100通过透气通孔110的设计，保证了探测器采样的环境代表性。
48.图3为本实用新型提供的大气探测载荷系统在飞行实验中对co2、co和no2进行同步采样的数据结果图。如图3所示，采用上述大气探测载荷系统进行观测的同步采样的结果如下：已有探测系统仅针对二氧化碳等温室气体，对于二氧化碳排放的同源污染物二氧化氮和一氧化碳并未考虑，而本大气探测载荷系统进行了协同观测的集成。利用无人机飞行实验对三类气体进行了采样进行了测试，结果显示三次飞行获得了较好的同源探测信息，图中红色和绿色表示在相近时刻、大气稳定条件下的飞行探测，两次探测结果一致性较高，同时发现了边界层内，不同高度的二氧化碳和污染物传输结构。其中，图3中的左侧图标为co2、中间图表为co，右侧图表为no2。
49.本实施例提供一种污碳协同观测无人机系统，包括工程无人机以及上述的大气探
测载荷系统，大气探测载荷系统设置在工程无人机的底部。
50.在至少一个优选实施例中，进一步地，工程无人机为多旋翼无人机。
51.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。