УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к средствам контроля атмосферы и предназначено для мониторинга окружающей среды, в частности для непрерывного контроля уровня газовых примесей в атмосфере городов и промышленных центров, в том числе на промплощадках предприятий и транспортных магистралях.
Известно устройство для дистанционного мониторинга (патент РФ №2235985 «Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды» МПК G01N 1/22 от 10.09.2004). Недостатки известного устройства заключаются в большом количестве электропневмоклапанов, за счет чего увеличивается сорбция на газовых магистралях, что проводит к потерям анализируемых проб и осуществление процесса десорбции в сорбционной трубке напрямую существенно «размывает» аналитический сигнал во времени, что также уменьшает чувствительность газоанализатора.
Для устранения данных недостатков и улучшения технических характеристик устройства и повышения достоверности информации о состоянии контролируемой среды предложено «Устройство для мониторинга окружающей среды» (патент РФ на полезную модель №52482, МПК G01N 1/22, 2006). Данное устройство содержит газоотборный тракт, газоанализатор, побудитель расхода воздуха, систему управления и сорбционную камеру с блоком нагрева. Недостатком устройств для дистанционного контроля концентраций опасных газов данного типа является наличие аспиратора, необходимого для прокачивания воздуха через сорбционные патроны, что исключает возможность непрерывного контроля загрязнения окружающей среды.
Известно «Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды» (патент РФ №2235985, 2004, МПК G01N 7/12). В нем вопросы непрерывного контроля и селективности решаются за счет использования химических датчиков, чувствительным к OВ. Применение полупроводниковые детекторы газов, измеряющих в широком диапазоне концентрации, позволяет использовать устройство не только в качестве устройства пороговой сигнализации, но и получать в любой
момент времени значения измеренных параметров на информационном табло или пересылать измерительную информацию в персональный компьютер. Применение микроЭВМ позволяет производить обработку измерительной информации, переходить в режим постоянных измерений и выводить информацию в аналоговый коммутатор, производить фиксацию результатов измерений в запоминающем устройстве по заданным в микроЭВМ программам, а также в случае аварийной ситуации.
Недостатком данного устройства является его ограниченное применение, связанное с измерением только соотношения концентраций и только определенных газов, нет привязки места измерения к местности (координаты точки измерения, высота и др.), что исключает возможность его дистанционного использования, не измеряются метеорологические данные в момент измерения концентрации, что влияет на качество измерения, нет сравнения с предельно допустимыми концентрациями измеряемых газов, что несколько снижает прикладную ценность устройства.
Наиболее близким по устройству и принципу действия является «Устройство для контроля концентраций опасных газов» (патент РФ №62706, МПК G01N 27/12, опубликовано 27.04.2007). Применение запоминающего устройства и часов реального времени позволяют протоколировать через заданные промежутки времени значения измеренных параметров, что позволяет производить детальный анализ причин аварии. Применение полупроводниковых газовых сенсоров позволяет производить измерения в широком диапазоне температур и влажности окружающей среды с одинаковой погрешностью, что не требует температурной компенсации блока физических датчиков и усилителей. Устройство содержит блок тревожной сигнализации. Недостатком устройства является невозможность контроля окружающей среды в труднодоступных местах.
Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик устройства с целью повышения достоверности информации о состоянии контролируемой среды в труднодоступных местах.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в стабилизации положения беспилотного летательного аппарата в режиме зависания в процессе отбора проб, что приводит к повышению точности измерений, а также в параллельной работе химических сенсоров и
сорбционного пробоотборника, что приводит в первом случае к высокому быстродействию, т.к. информация поступает в реальном масштабе времени, а во втором случае - к высокой точности, т.к. десорбция проводится в стационарной лаборатории.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды содержит химические сенсоры и метеодатчики, усилительно-преобразующие устройства, информационное табло, устройство сигнализации, таймер, систему управления и ЭВМ. При этом дополнительно введен блок координатометрирования, входы которого через усилительно-преобразующее устройство соединены с датчиками текущих координат и через блок задания координат - с системой управления, а его выход через распределительное устройство соединен с двигателями беспилотного летательного аппарата, при этом параллельно химическим сенсорам установлен сорбционный пробоотборник, выход которого соединен с атмосферой.
Сущность полезной модели поясняется блок-схемой,
где: 1 - БПЛА со специальным оборудованием;
2 - наземная ЭВМ;
3 - система управления;
4 - химические сенсоры;
5 - сорбционный пробоотборник;
6 - метеодатчики;
7 - усилительно-преобразующее устройство;
8 - блок задания координат;
9 - блок координатометрирования;
10 - датчики текущих координат;
11 - распределительное устройство;
12 - двигатели БПЛА;
13 - сравнивающее устройство;
14 - блок предельно допустимых концентраций;
15 - информационное табло для отображения текущей информации;
16 - устройство звуковой сигнализации;
17 - устройство световой сигнализации;
18 - интерфейсное устройство с персональным компьютером;
19 - таймер - часы реального времени.
Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды состоит из следующих частей: БПЛА 1 со специальным оборудованием, наземной ЭВМ 2, системы управления 3 и сигнального оборудования. К специальному оборудованию БПЛА 1 относится: химические сенсоры 4, сорбционные пробоотборники 5 и метеодатчики 6, которые через усилительно-преобразующее устройство 7 соединяются с наземной ЭВМ 2. Система управления 3 через блок задания координат 8 связана с одним из входов блока координатометрирования 9. Другой его вход через усилительно-преобразующее устройство 7 соединяется с датчиками текущих координат 10. Выход блока координатометрирования 9 через распределительное устройство 11 поступает на двигатели 12 летательного аппарата 1.
Одним из основных элементов ЭВМ 2 является сравнивающее устройство 13, входы которого связаны с блоком предельной концентрации 14 и с химическими сенсорами 4, а выходы его на дополнительное регистрирующее и сигнальное оборудование: информационное табло для отображения текущей информации 15, устройство звуковой сигнализации 16 и устройство световой сигнализации, а также на интерфейсное устройство с персональным компьютером 18.
Перед полетом необходимо установить траекторию полета БПЛА 1 и координаты точек отбора проб через блок задания координат 9. Управление полетом осуществляется как автоматически по заранее введенной программе, так и в ручном режиме.
Устройство работает следующим образом.
При достижении заданных координат от системы управления 3, БПЛА 1 переходит в режим зависания и подается команда на пробоотбор. При этом ЭВМ 2 подаются данные от химических сенсоров, которые настроены на определение заданных вредных веществ в ОС и от метеодатчиков 6, которые регистрируют текущие значение температуры, давления, воздуха и скорости ветра. Одновременно включается аспиратор, который пропускает воздух через сорбционный пробоотборник 8. Кроме того, на ЭВМ подаются текущие значения координат (х, у, h). В случае изменения положения БПЛА 1 от заданной точки пробоотбора на выходе блока координатометрирования 9 появляются сигналы пропорциональные разности отклонений координат от их заданных значений. Эти отклонения в распределительном
устройстве 11 преобразуются и перераспределяются в сигналы, управляющие двигателями 12. Двигатели 12 изменяют положения БПЛА 1 (углы тангажа, рыскания, вращения и высота) таким образом, чтобы ликвидировать эти отклонения.
Анализ воздуха происходит с учетом действующих метеоусловий. В процессе измерения параметров окружающей среды сигналы с химических сенсоров 4 поступают через усилительно-преобразующее устройство 7 на сравнивающее устройство 13. Одновременно на него поступают данные от блока предельно допустимых концентраций 14. Далее происходит сравнение этих значений в ЭВМ. При включенном режиме протоколирования через определенные отрезки времени записываются в запоминающем устройстве. Полученные данные высвечиваются на информационном табло 15 для отображения текущей информации. В случае, если произойдет превышение измеренного значения концентрации выше предельно допустимых концентраций, то ЭВМ включает тревожную сигнализацию 16 и 17 и переходит в режим протоколирования и прямой передачи информации в персональный компьютер 18. Запрос протокола измерений возможен из персонального компьютера в любой момент времени.
В процессе измерения параметров окружающей среды устройство может работать в следующих режимах: дежурный, режим протоколирования, режим считывания информации, аварийный режим и режим прямой передачи результатов измерений
При прибытии БПЛА на пункт базирования, сорбционный пробоотборник 5 снимается и подвергается подробному анализу в стационарной лаборатории.
Данное устройство позволяет улучшить эксплуатационные характеристики заключающиеся в том, что регистрирующая часть (ЭВМ) может быть установлена на стационарном, автомобильном и речном транспорте, а измерительная часть - на БПЛА. В результате этого устройство может осуществлять мониторинг в любых труднодоступных местах. Для него характерна повышенная точность измерения, связанная с ведением системы стабилизации БПЛА в режиме зависания при отборе проб окружающей среды. Кроме того, высокая точность пробоотбора достигается за счет десорбции пробоотборника в лаборатории. Для данного устройства характерно высокое быстродействие, т.к. сигналы с химических сенсоров в реальном масштабе времени сразу же передаются для обработки на ЭВМ.