无人机烟囱污染物监测烟枪探杆的固定装置的制作方法

本发明涉及无人机环境监测应用领域，具体是一种无人机烟囱污染物监测烟枪探杆的固定装置。

背景技术：

当前，空气污染已经成为危害人类健康的杀手之一。这其中，工业烟囱污染物，包括有毒气体和细小颗粒物的排放，占据空气污染的绝大部分比例。企业的大气污染物偷排、偷放现场普遍存在，且异常严峻，严重阻碍了我国大气污染防治与治理。

然而，当前国家缺乏高效快捷的大气污染排放现场执法监管技术及设备。现有工业烟囱大气污染物监测主要依靠人工爬上烟囱中部预留监测口，抽取一定量的气体样品，人工爬下烟囱，线下进行样品分析的方式进行。这种方法的缺点一是高空取证危险性高，需要人工爬上、爬下；二是隐蔽性差，工厂可以在监测时间段内少排甚至不排，以达到验收合格的目的；三是执法监管效率较低，每只烟囱需要经历爬上、取样、爬下、线下分析多个过程，整个过程费时多，难以满足当前大气污染排放现场快速执法监管的迫切需要。

现阶段，无人机搭载环境监测设备进行污染物现场监测的报道并不多。专利cn104155954a提出了一种基于无人机的城市工程环境监测方法，主要监测城市内工程现场中的噪音及灰尘浓度，其主要通过设定航线进行巡航，通过搭载在无人机上的噪声检测仪和灰尘检测仪，对工程现场进行监控。专利cn204807134u发明了一种微型无人机机载工业炉窑污染气体及颗粒物排放检测系统，该系统由数据采集模块、电源模块和传输模块组成，三部分模块集成于一块电路板上，能够方便的挂载在小型民用无人机上。上述两个专利在一定程度上填补了无人机环境监测的空白，但针对于无人机应用于工业烟囱的污染数据监测，目前并没有明确的方法。

技术实现要素：

为克服现有技术中尚无利用无人机在线监测工业烟囱污染物的不足，以及现有方法现场执法监管技术效率不高、执法过程取证难、污染物现场量化不易明确、高空取证危险性高、不具备隐蔽性的问题，本发明提出了一种无人机烟囱污染物监测烟枪探杆的固定装置。

本发明包括挂架、卡环、烟枪探杆和挂板。其中，所述挂架的长度为2～3m。所述挂板的一端通过转动杆和顶部连接件安装在所述挂架顶端的端面上，并使该挂板与所述挂架之间能产生相对转动；所述挂板的另一端为悬臂形式。所述的烟枪探杆通过卡环固定连接在挂架内侧。烟气分析仪主机箱吊装在无人机的下部；烟枪探杆通过卡环安装在所述挂架顶角的铝管上。

所述挂板的下表面与挂架的两组底角杆构成的平面之间的角度为60～80°。

所述挂架为由一组顶角杆和两组底角杆拼装组成；所述挂架分为三段，分别为下段、中段和上段，各段之间均通过连接架连接。

所述挂架的顶端有顶板。在该顶板上固定有连接板。在所述连接板的下表面分布有三个挂架连接件，转动杆上的连接块插入挂架连接件上的两个凸块之间，并通过销轴将圆弧凸块与转动杆连接。将挂架的一组顶角杆和两组底角杆的顶端分别装入所述转动杆的连接套内并固紧定位，以实现该挂架与顶板的连接。

所述挂架的底端端面为由两段圆弧组成的3/4的圆环，各圆环的一端分别与挂架两组底角杆的下端通过第二连接件连接，各圆环的另一端分别通过三通的第一连接件连接，形成了所述3/4圆环的顶端，并使所述第一连接件中的一个接头与所述挂架的顶角杆连接。该圆环与所述两个底角连接的端头之间连接有底部直杆，该底部直杆的两端分别装入所述各第二连接件的一个接头中。形成所述挂架底角的两根底角杆的下端分别与连接所述各第二连接件的第三个接头连接。

所述的连接架包括下段与中段之间的连接架和中段与上段之间的连接架。所述连接架根据所处的连接位置尺寸不同。该连接架包括三根连接杆和三个连接套。所述各连接杆的两端均有卡槽，并且两端的卡槽处于同一水平面上。所述的连接套的内径与组成挂架的铝管的外径相同，在该连接套的中部有两个径向凸出的卡板，并且所述两个卡板处于该连接套的同一水平面上。所述两个卡板相邻的侧表面之间的夹角为该连接套在该连接架中所处的位置确定。

所述的两个第一连接件和第二连接件均有三个管状接头。所述两个的第一连接件和第二连接件的三个接头的角度和形状不同，以满足连接的需要。

所述挂架连接件的一个端面有两个轴向凸出的圆弧形的凸块，并且两个凸块的圆弧相对。所述两个圆弧凸块之间的最小间距略大于转动杆上的连接块的厚度。在所述两个圆弧凸块长度方向的中心均有销轴孔，并且分别位于各圆弧凸块上的销轴孔同心。所述挂架连接件圆周表面均布有四个径向凸出的固定板。

所述转动杆一端端面的中心有轴向凸出的连接块，该连接块的厚度略小于所述挂架连接件上两个圆弧凸块之间的最小间距。在所述连接块长度方向的中心有销轴孔。

本发明利用无人机作为飞行平台搭载环境监测设备，悬停于空中，置于烟囱口正上方，而烟枪部分从工业烟囱顶部伸入到烟囱内部，进行在线取样，同时利用无人机数传系统，将污染物分析结果传回地面，进行污染物实时在线监测。

本发明中要解决连接软线和烟枪探杆的随风摆动问题。随风摆动会引发两个问题：一是烟枪探杆难以伸入烟囱，二是由于烟囱内部有较大气流，即便烟囱探杆伸入到烟囱内部，摆动会造成难以稳定抽取气体样品，造成检测数据失真。为了解决连接软线和烟枪探杆的随风摆动问题，将本发明烟气分析仪主机箱通过吊绳连接，将烟枪探杆固定在挂架上，且充分保证烟气分析仪主机箱和烟枪探杆之间的连接软线不受力。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点：

(1)利用无人机搭载环境监测设备的方法测量工业烟囱污染数据，监测手段方便、迅速、快捷。

本发明应用的工业烟囱污染物监测方式相比传统方式，具有以下优势：一是高空取证危险性小，不需要人工爬上、爬下烟囱预留监测口；二是隐蔽性好，可以随时暗访进行厂区工业烟囱污染物监测；三是执法监管效率高，具体时间视烟囱周围环境，50m高度10m直径的烟囱，应用本发明方法一般需要15min左右，传统的方法一般耗时60min，有效的提高了当前大气污染排放现场执法监管的效率。

(2)特别地，本发明介绍了一种烟枪固定装置。该装置结构简单，方便加工制造，可拆卸，整体材料为合金铝，质量轻，比强度较高，能够适应烟囱口高温高腐蚀环境。

(3)烟枪固定装置可方便挂载在烟囱口顶部。挂板与竖直方向成80°锐角，整体成锥形结构，便于携挂；烟枪固定装置侧面由扇形+平面组成，工作状态时，烟囱内部和烟枪固定装置侧面的平面接触，保证烟枪探杆稳定地处于烟囱芯部，有利于控制取样质量。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是烟气分析仪与无人机的连接方式示意图；

图4是挂架底部的配合示意图；

图5是挂架连接方式示意图；

图6是图5中a部位的局部放大图；

图7是卡环的结构示意图；

图8是连接套与底角杆的连接示意图；

图9是挂架连接件的结构示意图；

图10是挂架底部的结构示意图；

图11是第二连接件的结构示意图；

图12是转动杆的结构示意图，其中的12a为主视图，12b为侧视图；

图13是挂架顶部连接件的结构示意图，其中的13a为俯视图，13b为侧视图；

图14是挂板的结构示意图，其中的14a为底视图，14b为俯视图。图中：

1.无人机飞行平台；2.烟气分析仪主机箱；3.吊绳；4.烟枪固定装置；5.烟囱口顶部；6.挂架；7.卡环；8.烟枪探杆；9.挂板；10.连接软线；11.连接架；12.底角杆；13.卡板；14.挂环；15.连接套；16.底部直杆；17.第一连接件；18.第二连接件；19.转动杆；20.顶部连接件；21.挂板侧板；22.顶部第一平板；23.顶部第二平板；24.顶角杆。

具体实施方式

本实施例是一种无人机烟囱污染物监测烟枪探杆的固定装置，包括挂架6、卡环7、烟枪探杆8和挂板9。其中，所述挂架的长度为2～3m。所述挂板9的一端通过转动杆19和顶部连接件20安装在所述挂架顶端的端面上，并使该挂板与所述挂架之间能产生相对转动；所述挂板9的另一端为悬臂形式，使该挂板能方便地悬挂在烟囱口上。所述的烟枪探杆8通过卡环7固定连接在挂架6内侧。烟气分析仪主机箱2吊装在无人机的下部；烟枪探杆8通过卡环7安装在所述挂架顶角的铝管上。

所述挂架为由三组铝管拼装组成的顶端小、底端大的杆件，并且挂架的各横截面均为等腰三角形；所述的三组空心铝管分别是构成横截面为等腰三角形挂架的一组顶角杆26和两组底角杆12。所述挂架6分为三段，分别为下段、中段和上段，各段之间均通过连接架11连接。

所述挂架的底端端面为由两段圆弧组成的3/4的圆环，各圆环的一端分别与挂架在底端平面构成的等腰三角形的两个底角通过第二连接件18连接，各圆环的另一端分别通过三通的第一连接件17连接，形成了所述3/4圆环的顶端，并使所述第一连接件中的一个接头与形成所述挂架顶角的顶角杆26连接。该圆环与所述两个底角连接的端头之间连接有底部直杆16，该底部直杆的两端分别装入所述各第二连接件的一个接头中。形成所述挂架底角的两根底角杆12的下端分别与连接所述各第二连接件的第三个接头连接。

所述的两个第一连接件17和第二连接件18均有三个接头，并且所述的三个接头均为管状，并且各接头的内径分别与所连接的挂架的三组铝管的外径相同。当所连接的各挂架铝管分别装入各接头内后，通过螺钉固连并定位。由于所述两个的第一连接件17处于所述挂架的两个底角处，并且与两个的第一连接件的三个接头连接的铝管均为直管；而第二连接件18则处于所述挂架的顶角处，并且与该第二连接件的三个接头有两个与所述3/4的圆环的一端连接；故所述的两个第一连接件17和第二连接件18的三个接头的角度和形状略有不同，以满足连接的需要。

所述挂架的顶端有顶板，该顶板亦为等腰三角形，包括两根支撑边21和支撑板23。所述的支撑板的两个侧边分别与所述两根支撑边的内侧边焊接固定，形成了所述顶板的底边和底角。在该顶板等腰三角形的顶部固定有连接板22。在所述连接板22的下表面呈等腰三角形的分布有三个挂架连接件20，转动杆19上的连接块插入挂架连接件20上的两个圆弧凸块之间，并将销轴装入两个圆弧凸块上的销轴孔和连接块上的销轴孔内，以实现转动杆与挂架连接件的连接。将挂架的三组铝管的顶端分别装入所述转动杆的连接套内并通过螺钉固紧定位，以实现该挂架与顶板的连接。

所述挂架连接件20为圆形块状。在该挂架连接件的一个端面有两个轴向凸出的圆弧形的凸块，并且两个凸块的圆弧相对。所述两个圆弧凸块之间的最小间距略大于转动杆19上的连接块的厚度。在所述两个圆弧凸块长度方向的中心均有销轴孔，并使分别位于各圆弧凸块上的销轴孔同心。所述挂架连接件圆周表面均布有四个径向凸出的固定板，通过该固定板将挂架连接件固定在所述挂架顶板上的连接板22的下表面。

所述转动杆19为圆形杆件。该转动杆的外径与所述铝管的内径相同。在该转动杆一端端面的中心有轴向凸出的连接块，该连接块的厚度略小于所述挂架连接件20上两个圆弧凸块之间的最小间距。在所述连接块长度方向的中心有销轴孔。

使用时，将所述转动杆上的连接块插入挂架连接件20上的两个圆弧凸块之间，并将销轴装入两个圆弧凸块上的销轴孔和连接块上的销轴孔内，使该转动杆能够以该销轴为转动中心转动，以调整挂板的下表面与挂架的两组底角杆构成的空间平面之间的角度α为60～80°，使挂架能够通过该挂板方便可靠的挂在烟囱口上。

所述的连接架包括下段与中段之间的连接架和中段与上段之间的连接架。

所述连接架的平面形状为等腰三角形，根据所处的连接位置尺寸不同。该连接架包括三根铝管制成的连接杆和三个连接套15。所述各连接杆的两端均有卡槽，并且两端的卡槽处于同一水平面上；各连接杆卡槽处分别有定位孔。所述的连接套的内径与组成挂架的铝管的外径相同，在该连接套的中部有两个径向凸出的卡板13，并且所述两个卡板处于该连接套的同一水平面上。所述两个卡板相邻的侧表面之间的夹角为该连接套在该连接架中所处的位置确定：若该连接套位于连接架的顶角处，该连接套上两个卡板侧表面之间的夹角为30°，若该连接套位于连接架的底角处，该连接套上两个卡板侧表面之间的夹角为75°。

所述各连接套内中部有隔板。在各连接套的壳体上均有铝管的定位孔。

组合时，以下段与中段之间的连接为例，将挂架的中部三根铝管分别装入所述连接套的上端，将挂架的下部三根铝管分别装入所述连接套的下端，并分别通过螺钉定位。将三根连接杆两端的卡槽分别卡装在该连接套的卡板13上，并通过螺钉定位，至此完成了挂架中部与下部的连接。

为了实现挂架的吊装，在所述下段与中段之间的三个连接套上分别固定有挂环14，通过该挂环用吊绳3将所述挂架吊装在无人机1的下方。

所述卡环7整体为长方体结构，侧向两端各开圆形卡槽，所开圆形卡槽的内径分别与所述底角杆12和烟枪探杆8的外径匹配，用以将烟枪探杆8固定连接在挂架上。

监测时，无人机作为飞行平台搭载环境监测设备，悬停于空中，利用吊绳将烟枪固定装置置于烟囱口正上方，飞机缓慢降落，挂板挂在烟囱5顶部的口内壁处，烟枪探杆跟随烟枪固定装置从工业烟囱顶部伸入到烟囱内部，进行在线取样分析，同时利用无人机数传系统，将污染物的分析结果传回地面，进行污染物实时在线监测，其中环境监测设备为现有成熟技术。