森林航空消防负压式气体采集旋翼无人机

(1.山西省林业技工学校，山西 太原 030009；2.南京森林警察学院，江苏 南京 210023)

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，在水质监测的过程中[1-2]，需要对水进行采样，由于一些水面较广，为了便于工作人员采集河面、湖面或是其他水源的水样，通常会利用无人机进行水样的采集[3]。对于气体的采集有时会使用无人机进行，但现有的气体采集式旋翼无人机存在以下问题：①现有的气体采集式旋翼无人机多为直采式，重复使用容易造成收集的气体相互污染，影响检测精度；②现有的气体采集式旋翼无人机在气体采集时无法调节角度，易造成气体收集不完全。因此，我们提出了森林航空消防负压式气体采集旋翼无人机装置来解决上述问题[4-5]。

1 负压式气体采集系统组成

为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的负压式气体采集旋翼无人机装置。负压式气体采集旋翼无人机装置包括机体、驱动杆、旋翼、支撑架、真空泵、壳体、进气口、支撑杆、固定座、驱动电机、过滤网、聚气罩、进气管、单向阀、真空仓、连接管、出气口、收集罐，如图1～3所示

图1 整体结构示意图1.机体；2.驱动杆；3.旋翼；4.支撑架；5.真空泵；6.壳体；7.进气口

图2 侧视结构示意图5.真空泵；6.壳体；7进气口；8支撑杆；9.固定座；10.驱动电机

图3 壳体内部结构示意图7.进气口；11.过滤网；12.聚气罩；13.进气管；14.单向阀；15.真空仓；16.连接管；17.出气口；18.收集罐

2 实施方式

2.1 部件连接

机体1四周设有驱动杆2，且驱动杆上部设有旋翼3，旋翼与驱动杆内部的动力输出装置相连接，机体下部设有支撑架4，且支撑架内侧设有真空泵5，真空泵通过螺栓与机体之间固定连接，且真空泵下部设有壳体6，真空泵下部设有支撑杆8，支撑杆下部设有固定座9，壳体左侧设有驱动电机10，驱动电机通过连接管16与固定座之间相连接，壳体通过驱动电机与固定座之间转动连接，壳体右侧设有进气口7，进气口左侧设有聚气罩12，聚气罩左侧设有进气管13，进气管左侧连接有真空仓15，真空仓侧面设有连接管，连接管位于支撑杆内部并与真空泵相连通，真空仓底部设有出气口17，出气口下部设有收集罐18，收集罐与出气口之间螺纹连接。

2.2 工作原理

使用时，启动真空泵对真空仓进行抽真空处理，使真空仓内处于负压状态，此时真空仓通过进气管、聚气罩和进气口将外部气体吸入真空仓内，真空仓底部设置的收集罐内部压力小于真空仓，将真空仓内的气体吸入收集罐内进行存储，且收集罐与出气口之间螺纹连接，方便对其进行拆卸安装，从而完成对气体的采集。

3 技术优势

如图3所示，进气管为U形管且在U形管底部设有单向阀14，所以单向阀插接在进气管内部，U形管的设置可以有效避免气体的回流，同时设置的单向阀避免收集气体后内部气体泄漏。进气口内部设有过滤网11且过滤网通过与进气口之间螺纹连接，过滤网的设置可以有效避免气体收集时将大颗粒杂质带入通气管内，有效避免了通气管的堵塞。

机体四周设置有四组驱动杆和旋翼，保证了无人机的飞行稳定性，同时支撑架保证了无人机落地的平稳，真空泵与机体之间相连接且通过支撑杆与固定座之间相连接；固定座侧面通过连接杆与壳体侧面的驱动电机相连接，增加了壳体的稳定性，且驱动电机的动力输出端与壳体之间固接，可以带动壳体与固定座之间转动，从而调节壳体的收集角度，方便气体收集。真空泵通过支撑杆内部设置连接管与壳体内的真空仓相连通，启动真空泵对真空仓进行抽真空处理，使真空仓内处于负压状态，此时真空仓通过进气管、聚气罩和进气口7将外部气体吸入真空仓内；真空仓底部设置的收集罐内部压力小于真空仓，将真空仓内的气体吸入收集罐内进行存储，且收集罐与出气口之间螺纹连接，方便对其进行拆卸安装，从而完成对气体的采集，减少了气体之间的相互污染。

4 结束语

森林航空消防负压式气体采集旋翼无人机装置，通过设置真空泵抽空真空仓，使真空仓内处于负压状态，通过进气口将气体吸入，并收集罐进行收集，此种设置减少了气体之间的相互污染，满足实际应用需求。