一种单线激光的无人机气体检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单线激光的无人机气体检测系统及其检测方法，检测系统包括地面控制站和无人机端，所述地面控制站通过无线通讯模块与所述无人机端的数据传输链路相连，所述无人机端包括无人机机体和设在所述无人机机体中的检测装置，所述检测装置包括半导体激光驱动模块、烟道、激光发射器、光电传感器、数据收集模块和气体数据分析及控制模块。本发明专利技术具有不受背景气体的影响、不受粉尘与视窗污染的影响、能自动修正温度压力对测量的影响的优点。

A single line laser UAV gas detection system and its detection method

The invention discloses a single-wire laser UAV gas detection system and a detection method thereof. The detection system comprises a ground control station and an UAV terminal which are connected with the data transmission link of the UAV terminal through a wireless communication module. The UAV terminal includes the UAV body and the UAV. The detection device in the body comprises a semiconductor laser driving module, a flue, a laser transmitter, a photoelectric sensor, a data collection module and a gas data analysis and control module. The invention has the advantages of not being affected by background gas, not being affected by dust and window pollution, and automatically correcting the influence of temperature and pressure on measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种单线激光的无人机气体检测系统及其检测方法
本专利技术涉及无人机领域，具体涉及一种单线激光的无人机气体检测系统及其检测方法。
技术介绍
目前，随着无人机技术的发展，气体检测技术也运用在了无人机上。使得面对一些特殊场景(如高空、灾害地点等)的气体测量作业时，简化了测试步骤，同时保护了工作人员的安全。但是，目前的无人机气体检测技术均为气敏检测法，该类方法在无人机的飞行环境下进行作业时，存在着误差大，易受环境影响，仪器烟道易堵漏，仪器设备需频繁维护等问题。专利号201420103431.6的技术专利公开了一种无人机载化学气体检测系统。虽然利用无人机方便了对高空或危险区域的检测，操作方便。但该种技术未解决误差大，易受环境影响，仪器烟道易堵漏，仪器设备需频繁维护等问题。专利号201720431111.7的专利技术专利提供了一种无人机检测装置及系统，优点在于能利用维护人员能够通过终端设备获取无人机的检测结果，操作简便，使用安全。但该系统检测时易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单线激光的无人机气体检测系统及其检测方法，以解决现有技术中检测误差大，易受环境影响的缺陷。所述的单线激光的无人机气体检测系统，包括地面控制站和无人机端，所述地面控制站通过无线通讯模块与所述无人机端的数据传输链路相连，所述无人机端包括无人机机体和设在所述无人机机体中的检测装置，所述检测装置包括，半导体激光驱动模块，设在所述无人机机体中与气体数据分析及控制模块相连，用于根据气体数据分析及控制模块发出的信号向激光发射器注入电流进行驱动和调频；烟道，设在所述无人机机体中并具有连通外界的进口，所述烟道内设有吸气装置；激光发射器，与所述半导体激光驱动模块相连，设在所述烟道的一侧；光电传感器，设在所述烟道的另一侧，与对应的所述激光发射器彼此相对，并与数据收集模块相连，用于接收激光发射器发出穿过烟道的激光，并将获得的激光光谱数据发送到数据收集模块；数据收集模块，设在所述无人机机体中与所述气体数据分析及控制模块相连，将收集到的每种频率激光的光谱数据记录后发送到气体数据分析及控制模块；气体数据分析及控制模块，与所述数据传输链路相连，用于向半导体激光驱动模块发送信号使半导体激光驱动模块驱动所述激光发射器发出相应频率的激光，再从数据收集模块获取该频率激光扫描所述烟道中气体后所得到的光谱数据，并根据激光的频率和光谱数据分析得到相应气体的浓度数据，并发送到所述数据传输链路。优选的，所述检测装置还包括设在所述烟道中的温度感应器和压力感应器，所述温度感应器与所述气体数据分析及控制模块相连，用于检测并传输所述烟道中气体的温度数据，所述压力感应器与所述气体数据分析及控制模块相连，用于检测并传输所述烟道中气体的气压数据，所述气体数据分析及控制模块还用于根据所述烟道中气体的气压数据和温度数据对相应气体的浓度数据进行修正。优选的，所述检测装置还包括设在所述烟道有所述激光发射器一侧的分光器和校验传感器，所述分光器设在相应的所述激光发射器的发射端，所述分光器的输出端有两个，一个连接到所述校验传感器，另一个连接到所述烟道并与所述光电传感器相对，校验传感器连接到所述气体数据分析及控制模块。优选的，所述半导体激光驱动模块设有电流调整电路和半导体制器，用于根据气体数据分析及控制模块发出的信号将电流调制成锯齿形电流并对锯齿形电流进一步进行波谱调频，并调整激光发射器的温度实现对激光的调频。优选的，所述无人机端还包括图像采集模块和连接到所述数据传输链路的飞行控制模块、所述图像采集模块包括安装在所述无人机机体上的摄像头和连接到所述摄像头的图像存储器，所述图像存储器连接到所述飞行控制模块，所述飞行控制模块用于接收图像采集模块发出的环境图像信息并发送到所述数据传输链路，以及根据数据传输链路发送的飞行数据控制无人机机体飞行。优选的，所述无人机端还包括分别连接到所述飞行控制模块的GPS导航模块，所述飞行控制模块还用于获得GPS导航模块发送的无人机位置信息和由数据传输链路获得的飞行路径信息，并通过对比无人机位置信息和飞行路径信息控制无人机机体沿飞行路径飞行。本专利技术还提供了一种单线激光的无人机气体检测系统的检测方法，包括如下步骤：S1、地面控制站得知需要检测气体成分浓度的目标地点后通过无线通讯模块向无人机端发出起飞信号，起飞信号包含飞行路径信息；S2、无人机端的数据传输链路获取起飞信号后启动无人机的飞行控制模块、GPS导航模块和图像采集模块，所述飞行控制模块根据GPS导航模块发送的无人机位置信息和获得的飞行路径信息控制无人机机体飞往目标地点；S3、所述无人机机体到达目标地点的过程中不断向地面控制站发送无人机位置信息，到达目标地点后地面控制站的操作人员根据图像采集模块获得的环境图像信息控制无人机到达第一个气体检测点；S4、无人机端每到达一个气体检测点，地面控制站的操作人员就启动检测装置，启动后，气体数据分析及控制模块根据存储的初次发出的激光频率强度信息向半导体激光驱动模块发出与该激光频率强度信息对应的激光发射信号，所述激光发射信号包含电流调制信息和温度控制信息；S5、所述半导体激光驱动模块根据获得的激光发射信号驱动激光发射器发出相应频率的激光，光电传感器接收到穿过烟道的激光，并将获得的激光光谱数据发送到数据收集模块，数据收集模块记录该光谱数据后再发送到所述气体数据分析及控制模块；S6、所述气体数据分析及控制模块根据光谱数据和之前存储的与该次发出的激光发射信号所对应的激光频率信号进行分析，计算出与该激光频率对应的气体成分的浓度，记录该种气体的浓度，并根据存储的下一次发出的激光频率强度信息向半导体激光驱动模块发出与该激光频率强度信息对应的激光发射信号；重复步骤S5至S6直至存储的最后一次发出激光频率强度信息也已经完成了激光发射到获取与该次激光频率强度信息相对应的气体成分的浓度，记录该种气体的浓度后执行步骤S7；S7、气体数据分析及控制模块将记录的各气体成分及相应各气体成分的浓度信息发送到地面控制站，地面控制站获取各气体成分的浓度信息后关闭检测装置再控制无人机到达下一个气体检测点；重复S4至S7直至各气体检测点都由无人机端进行了检测，地面控制站获得所有气体检测点的各气体成分的浓度数据，之后执行S8；S8、地面控制站确定各气体检测点的检测都已完成，发送无人机返回的飞行路径信息，所述无人机机体沿该飞行路径返回降落并关闭各模块。优选的，所述步骤S5还包括通过校验传感器获取激光校验信息发送到气体数据分析及控制模块，气体数据分析及控制模块依据激光校验信息分析出激光的频率和强度等信息，如果与与此前发出的激光频率强度信息不相符，气体数据分析及控制模块根据两者差异校正激光发射信号，校正后再次发送校正后的激光发射信号。优选的，所述步骤S6还包括气体数据分析及控制模块通过压力感应器和温度感应器分别获取烟道中气体的气压数据和温度数据，所述气体数据分析及控制模块根据气压数据和温度数据对相应气体成分的浓度数据进行修正，将修正后的浓度数据记录下来。本专利技术的优点在于：通过无人机操作者能在地面控制台对高空和危险区域进行检测，并能够远距离迅速到达检测区域。检测更快捷方便，提高了人员的安全性。该方案采用多频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：包括地面控制站(1)和无人机端，所述地面控制站(1)通过无线通讯模块与所述无人机端的数据传输链路(2)相连，所述无人机端包括无人机机体和设在所述无人机机体中的检测装置，所述检测装置包括，半导体激光驱动模块(4)，设在所述无人机机体中与气体数据分析及控制模块(3)相连，用于根据气体数据分析及控制模块(3)发出的信号向激光发射器(5)注入电流进行驱动和调频；烟道(6)，设在所述无人机机体中并具有连通外界的进口，所述烟道(6)内设有吸气装置；激光发射器(5)，与所述半导体激光驱动模块(4)相连，设在所述烟道(6)的一侧；光电传感器(7)，设在所述烟道(6)的另一侧，与对应的所述激光发射器(5)彼此相对，并与数据收集模块(8)相连，用于接收激光发射器(5)发出穿过烟道(6)的激光，并将获得的激光光谱数据发送到数据收集模块(8)；数据收集模块(8)，设在所述无人机机体中与所述气体数据分析及控制模块(3)相连，将收集到的每种频率激光的光谱数据记录后发送到气体数据分析及控制模块(3)；气体数据分析及控制模块(3)，与所述数据传输链路(2)相连，用于向半导体激光驱动模块(4)发送信号使半导体激光驱动模块(4)驱动所述激光发射器(5)发出相应频率的激光，再从数据收集模块(8)获取该频率激光扫描所述烟道(6)中气体后所得到的光谱数据，并根据激光的频率和光谱数据分析得到相应气体的浓度数据，并发送到所述数据传输链路(2)。...

【技术特征摘要】
1.一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：包括地面控制站(1)和无人机端，所述地面控制站(1)通过无线通讯模块与所述无人机端的数据传输链路(2)相连，所述无人机端包括无人机机体和设在所述无人机机体中的检测装置，所述检测装置包括，半导体激光驱动模块(4)，设在所述无人机机体中与气体数据分析及控制模块(3)相连，用于根据气体数据分析及控制模块(3)发出的信号向激光发射器(5)注入电流进行驱动和调频；烟道(6)，设在所述无人机机体中并具有连通外界的进口，所述烟道(6)内设有吸气装置；激光发射器(5)，与所述半导体激光驱动模块(4)相连，设在所述烟道(6)的一侧；光电传感器(7)，设在所述烟道(6)的另一侧，与对应的所述激光发射器(5)彼此相对，并与数据收集模块(8)相连，用于接收激光发射器(5)发出穿过烟道(6)的激光，并将获得的激光光谱数据发送到数据收集模块(8)；数据收集模块(8)，设在所述无人机机体中与所述气体数据分析及控制模块(3)相连，将收集到的每种频率激光的光谱数据记录后发送到气体数据分析及控制模块(3)；气体数据分析及控制模块(3)，与所述数据传输链路(2)相连，用于向半导体激光驱动模块(4)发送信号使半导体激光驱动模块(4)驱动所述激光发射器(5)发出相应频率的激光，再从数据收集模块(8)获取该频率激光扫描所述烟道(6)中气体后所得到的光谱数据，并根据激光的频率和光谱数据分析得到相应气体的浓度数据，并发送到所述数据传输链路(2)。2.根据权利要求1所述的一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：所述检测装置还包括设在所述烟道(6)中的温度感应器(9)和压力感应器(10)，所述温度感应器(9)与所述气体数据分析及控制模块(3)相连，用于检测并传输所述烟道(6)中气体的温度数据，所述压力感应器(10)与所述气体数据分析及控制模块(3)相连，用于检测并传输所述烟道(6)中气体的气压数据，所述气体数据分析及控制模块(3)还用于根据所述烟道(6)中气体的气压数据和温度数据对相应气体的浓度数据进行修正。3.根据权利要求1所述的一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：所述检测装置还包括设在所述烟道(6)有所述激光发射器(5)一侧的分光器(12)和校验传感器(11)，所述分光器(12)设在相应的所述激光发射器(5)的发射端，所述分光器(12)的输出端有两个，一个连接到所述校验传感器(11)，另一个连接到所述烟道(6)并与所述光电传感器(7)相对，校验传感器(11)连接到所述气体数据分析及控制模块(3)。4.根据权利要求1所述的一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：所述半导体激光驱动模块(4)设有电流调整电路和半导体制器，用于根据气体数据分析及控制模块(3)发出的信号将电流调制成锯齿形电流并对锯齿形电流进一步进行波谱调频，并调整激光发射器(5)的温度实现对激光的调频。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：所述无人机端还包括图像采集模块(14)和连接到所述数据传输链路(2)的飞行控制模块(13)，所述图像采集模块(14)包括安装在所述无人机机体上的摄像头和连接到所述摄像头的图像存储器，所述图像存储器连接到所述飞行控制模块(13)，所述飞行控制模块(13)用于接收图像采集模块(14)发出的环境图像信息并发送到所述数据传输链路(2)，以及根据数据传输链路(2)发送的飞行数据控制无人机机体飞行。6.根据权利要求5所述的一种单线激光的无人机气体检测系统，其特征在于：所述无人机端还包括分别连接到所述飞行控制模块(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显光，周玲玲，叶茂林，陈建伟，
申请(专利权)人：广东容祺智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44