一种精确测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线的装置
技术领域
本实用新型涉及大气污染监测技术领域，特别是涉及一种精确测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线的装置。
背景技术
大气颗粒物，尤其是细粒子(PM2.5)污染已经成为人类面临的重要问题，虽然在国家的高度重视以及各地方政府的积极努力下，PM2.5污染有较好的的改善，但是对PM2.5中其他组成成分的研究，还任重道远，黑碳颗粒是PM2.5中的亚微米级颗粒物，可直接进入人体，其表面多孔可吸附各种有毒物质，对人类健康产生巨大的影响，并且具有较高的辐射强迫，是影响全球气候变暖的第三大因素，虽然目前世界各地对黑碳的研究有了一些成果，但是其在空间立体分布以及黑碳在大气近地层垂直分布廓线的研究确实极少的，期制因素主要是观测方法不成熟。
前人在测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线有以下几点问题：1.如果使用气象铁塔高度有限(300m左右)并且只能在固定的高度放置观测黑碳的仪器，只能观测固定的高度，无法绘制廓线，操作困难，成本高，数据结果较差。2.使用无人机搭载仪器观测无法解决进气问题，气流受无人机旋翼产生的气流影响过大，导致观测数据可靠性差。3.使用无人机搭载仪器观测无法解决仪器流量的问题，随着高度的升高，气压发生变化，加上旋翼的影响，仪器的流量会有很大影响，数据的噪音过大。4.使用无人机搭载仪器观测无法解决供电问题，观测仪器和各种设备如果都携带自身的电池装配在无人机上将会增加无人机的额外载重，产生安全隐患。5.使用无人机搭载仪器进行观测具有一定的坠机危险，将昂贵的观测仪器搭载在无人机上如果发生坠机将会造成严重的损失。6.使用无人机搭载仪器进行观测不清楚如何规划航线，并不能合理的根据地形和气象以及对数据的需求对飞行高度，飞行方向，飞行速度和飞行时间进行规划。
发明内容
为解决以上技术问题，本实用新型提供一种安全、科学、安装便捷、性能可靠，并且通用性强的使用旋翼无人机精准测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线的系统。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种精确测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线的装置，包括无人机、颗粒物进气系统、仪器装配和保护系统；所述颗粒物进气系统包括大气观测仪器、进气管和抽气泵，所述进气管与所述大气观测仪的进气口相连通，所述抽气泵的进气口与所述大气观测仪的出气口相连通；所述仪器装配和保护系统设置于所述无人机下方，所述大气观测仪器设置于所述仪器装配和保护系统内。
可选的，所述进气管为碳纤维管。
可选的，所述进气管设置于所述无人机顶部。
可选的，所述进气管长1.5米。
可选的，所述无人机上设置有供电口，所述供电口与所述颗粒物进气系统电连接。
可选的，所述仪器装配和保护系统是采用泡沫和硬质塑料制作的保护装置。
可选的，所述大气观测仪器设置于所述仪器装配和保护系统内。
可选的，所述无人机的飞行航迹规划，通过对地形、气象条件、电量和载重的分析，通过控制无人机的飞行高度、飞行速度、飞行方向、飞行角度和飞行时间，以保证数据的可靠性，完成测量黑碳在大气近地层的垂直分布廓线。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)使用旋翼无人机可根据机型的不同具有不同的飞行高度，摆脱铁塔观测高度的限制，并且使用一台观测仪器就可以绘制出完整的垂直廓线，节省了仪器的成本，并且可根据需求去不同的地点飞行观测，解决了铁塔的地域限制问题。
(2)通过根据不同无人机机型设计的底座，将一根1.5m长的碳纤维管固定在无人机的顶部，将观测仪器的采样管穿过碳纤维管，这样的进气高度，可有效的避免旋翼带来的气流影响。
(3)在无人机的重心位置上，安装一台小型抽气泵，将观测仪器的出气口与抽气泵的进气口接通，通过对流量的加大，减少气流和气压带来的影响，可有效的提高数据质量，减少数据的噪音。
(4)将无人机输出电的接口进行改造，使其可调节电压，以满足不同仪器和设备的使用，将会大大的减少无人机的载重，更加安全。
(5)根据黑碳观测仪器的重量和形状，装配在无人机的特定位置，并且为设备制作保护罩，保护罩是由泡沫和硬质塑料特制而成，防止在坠机时黑碳观测仪器的损坏。
(6)根据飞行地点的地形，规划航迹，尽量避免垂直飞行和向有居民处飞行，根据需求控制飞行高度和飞行方向，要预判载重和飞行时间，在遥控器上安装信号放大器，避免无人机在极端条件下信号丢失。
本实用新型中的方案科学可靠，操作灵活简便，可适用于绝大多数的旋翼无人机进行大气环境监测，可有效解决之前使用旋翼无人机所遇到的问题，提高可操作性和安全性、对数据质量有极大的提高，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
图1为本实用新型精确测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线的装置的结构示意图。
附图标记说明：1、进气管；2、黑胶导电进气管；3、供电系统；4、供电线；5、抽气泵；6、仪器出气管；7、仪器保护装置。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
如图1所示，本实施例提供一种精确测量黑碳在大气近地层垂直分布廓线的装置，包括无人机、颗粒物进气系统、仪器装配和保护系统；所述颗粒物进气系统包括大气观测仪器、进气管1和抽气泵5，所述进气管1与所述大气观测仪的进气口相连通，所述抽气泵5的进气口与所述大气观测仪的出气口相连通；所述仪器装配和保护系统设置于所述无人机下方，所述大气观测仪器设置于所述仪器装配和保护系统内。
于本具体实施例中，所述进气管1为1.5米长的碳纤维管。所述进气管1设置于所述无人机顶部，在进气管1内通过一根黑胶导电进气管2与大气观测仪器的进气口相连通。
所述无人机上设置有供电口，所述供电口与观测黑碳的仪器以及抽气泵5电连接。
所述仪器装配和保护系统是采用泡沫和硬质塑料制作的保护装置。
所述大气观测仪器设置于所述仪器装配和保护系统内。
通过分析整个装置的体积和重量，将大气观测仪器、抽气泵5、进气管1、供电口、供电线4进行合理放置，使设置在无人机上的所有零部件或仪器不会对无人机的飞行造成影响，保证无人机按照规划的飞行航迹飞行，并通过仪器装配和保护系统对大气观测仪器进行保护，保证大气观测仪器不受损。
所述无人机的飞行航迹规划，通过对地形、气象条件、电量和载重的分析，通过控制无人机的飞行高度、飞行速度、飞行方向、飞行角度和飞行时间，以保证数据的可靠性，完成测量黑碳在大气近地层的垂直分布廓线。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
