[發明專利]基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統、方法

在審

• 申請號: 202011552632.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112782123A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 巫陽;羅濤;崔生成;黃堯;劉慶;李學彬;朱文越
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

1.一種基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統，其特征在于，包括：

無人機控制系統，用于實時控制無人機飛行，通過無人機內置的GPS實時獲取無人機的位置、高度；

氣象參數探測模塊，包括溫度傳感器、濕度傳感器以及氣壓傳感器，能夠測量近地大氣層不同高度的溫度、氣壓、濕度、風速以及風向；

氣溶膠粒徑譜探測模塊，包含光學氣溶膠粒徑儀和大氣測量傳感器；所述光學氣溶膠粒徑儀包括抽氣泵以及光學腔，其利用抽氣泵將樣本大氣和鞘氣抽入儀器的光學腔并檢測顆粒物粒徑，能夠獲得大氣中顆粒物粒徑譜分布；所述大氣測量傳感器包括快速溫濕傳感器、臭氧傳感器、二氧化碳傳感器以及顆粒物傳感器，其為折射率結構常數的測量以及顆粒物粒徑譜分析提供對比數據；

大氣湍流探測模塊，包括用于獲取溫度變化量的微溫傳感器，以及將溫度變化量轉化為折射率結構常數的轉換板；

數據處理系統，用于接收氣象參數探測模塊、氣溶膠粒徑譜探測模塊以及光學氣溶膠粒徑儀的各類氣象參數、環境參數，并對接收的數據進行解析、存儲、顯示。

2.根據權利要求1所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統，其特征在于：無人機控制系統還包括具有加強型天線的遙控器，所述遙控器用于向無人機發送指令、從無人機處接收信息；所述無人機控制系統還包括電子地圖系統、狀態顯示系統、航線規劃系統、參數配置系統和數據存儲系統。

3.根據權利要求1所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統，其特征在于：氣象參數探測模塊中，所述溫度傳感器為負溫系數熱敏電阻，所述濕度傳感器為高分子碳濕敏電阻，所述氣壓傳感器為硅壓敏電橋。

4.根據權利要求1所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統，其特征在于：所述微溫傳感器采用一對相距1m、直徑10μm、電阻10Ω的鉑絲作為微溫探頭，用于測量溫度變化量。

5.根據權利要求1所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統，其特征在于：所述無人機平臺為六旋翼無人機，包括機體、六個可拆卸機臂、與機臂可拆卸連接的旋翼、與機體的底部可拆卸連接的起落架，以及固設于機體頂部的三根用于導航的2.4G天線；機臂與機殼之間通過鋁合金螺紋圈鎖緊連接；所述機體內部由隔板分上下兩層，其中下層為設備艙，上部為電池艙。

6.根據權利要求5所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統，其特征在于：所述氣象參數探測模塊、氣溶膠粒徑譜探測模塊以及大氣湍流探測模塊通過連接件固定在機體頂部，并通過細鋼絲纖繩進行加固；所述光學氣溶膠粒徑儀外設置有防護箱體，所述防護箱體上開設有抽氣口，所述光學氣溶膠粒徑儀通過連接件固定在機體底部；所述連接件由碳纖維卷管和高強度鋁金組成。

7.根據權利要求1-6中任一項所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統的探測方法，其特征在于：

氣象參數探測模塊進行氣象參數測量時，測量溫度的范圍為-90℃～+50℃，誤差在0.4℃以內；濕度范圍為0％～100％，當環境溫度在-25℃以上時，誤差控制在5％以內；氣壓范圍為5hpa～1060hpa，當氣壓在500hpa以上時，誤差控制在1hpa以內；根據無人機在飛行期間的姿態、飛行方位和水平位移反演風速和風向；

光學氣溶膠粒徑儀檢測顆粒物粒徑時，利用抽氣泵將樣本大氣和鞘氣抽入儀器的光學腔，樣本大氣中的顆粒物經過激光束產生的散射光，聚焦到光電倍增管轉換成電壓信號，并通過米散射理論得到顆粒物粒徑；

大氣湍流探測模塊獲取折射率結構常數時，將空間兩點氣溫的變化感應為電阻值的變化，通過電橋轉化為電壓的變化，利用電壓變化獲得相應溫度變化，并由經驗公式得到折射率結構常數。

8.根據權利要求7所述基于無人機技術的大氣光學關鍵參數綜合探測系統的探測方法，其特征在于：

傳輸接收處理系統通過403MHz頻率實時接收氣象湍流數據，進行預處理后轉化為預處理氣象參數和預處理環境參數；傳輸接收處理系統包括氣象顯示界面、湍流參數顯示界面以及氣溶膠粒子譜界面；氣象顯示界面能夠實時顯示溫度、濕度、氣壓、風速、風向；湍流參數顯示界面能夠實時顯示折射率結構常數；氣溶膠粒子譜界面能夠顯示氣溶膠顆粒的大小變化。