城市污水管网多因子监测方法以及监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种城市污水管网多因子监测方法，其包括如下具体步骤：1）对城市污水管网中的污水进行过滤处理；2）对于经过步骤1）过滤处理后的污水进行多因子监测；所述多因子监测包括有：对于污水流速、污水液位与污水温度的监测；采用上述技术方案的城市污水管网多因子监测方法以及监测系统，可对城市污水管网内的污水流量、污水液位与污水温度等相关信息进行实时监测，从而使得城市污水管网内部的详尽信息可通过数据方式实时反馈至相关工作人员处，其可根据污水管网可能存在的问题进行及时疏导，进而避免污水管网内堵塞等现象对城市环境造成严重影响。
【专利说明】城市污水管网多因子监测方法以及监测系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种市政工程中的环境监测方法以及相关设备的运用，尤其是一种城 市污水管网多因子监测方法以及监测系统。
【背景技术】
[0002] 城市污水管网是城市发展的基础，随着城市的扩建，城市污水管网亦需要随之改 善；然而，部分城市的污水管网在极端环境下难以实现良好的排水功能，具体体现在污水堵 塞，雨水难以下渗等现象；在污水管网建设本身存在一定不足的同时，污水管网内的污水状 况难以及时反馈至相关人员，以进行处理亦成为城市污水管网效能不足的重要原因之一。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种城市污水管网的监测方法以及其相关设备， 其可在城市污水管网的恶劣工作环境中，对于污水管网内的污水情况进行实时而精确的监 测。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明涉及一种城市污水管网多因子监测方法，其包括如 下具体步骤： 1) 对城市污水管网中的污水进行过滤处理； 2) 对于经过步骤1)过滤处理后的污水进行多因子监测；所述多因子监测包括有：对于 污水流速、污水液位与污水温度的监测； 作为本发明的一种改进，所述步骤1)中，对污水进行过滤处理的具体方法为：在污水 管网中，所述步骤2)中对污水进行多因子监测的监测位置相对于污水流向的前端对污水进 行分流处理。采用上述方案，其可通过对污水的分流处理，使得污水中的杂物通过分流设备 得以阻隔，从而避免其直接与相关监测设备接触，造成对监测设备的堵塞甚至损坏。
[0005] 作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，多因子监测包括有对于污水流量的监测， 其具体方法为：通过对于污水流速与污水液位的监测获得的流速与液位数据的分析与计 算，获取污水流量的数据。采用上述方案，其可通过监测污水流速与污水液位所采集的数据 间接获得污水流量，避免额外设置监测设备而形成的成本增加与系统可靠性的降低。
[0006] 作为本发明的一种改进，对于污水流量的监测的方法包括有，通过步骤2)中对于 污水温度监测获取的污水温度数据，对基于污水流速与污水液位的监测获得的流速与液位 数据的计算所获取的污水流量数据进行温度补偿。采用上述方案，其可有效避免污水的流 量因温度不同而造成的变化，从而更为精确的监测出污水的实际流量。
[0007] 作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，对污水流速进行监测的方法为，通过对污 水中携带的固体颗粒与气泡的流动速度进行监测，以获取污水的流速监测数据。采用上述 方案，其通过对污水中的固体进行监测，相较于直接测量污水流速可实现更为精确的监测 效果。
[0008] 基于上述城市污水管网多因子监测方法对城市污水管网进行监测的过程中，其采 用城市污水管网多因子监测系统，其包括有，用于对污水管网进行监测的监测装置，以及与 监测探头彼此电性连接的监测主机；所述监测装置包括有污水流速监测传感器、压力传感 器以及温度传感器。
[0009] 作为本发明的一种改进，所述监测装置包含有监测探头，监测探头中包含有监测 端部与安装端部，所述污水流速监测传感器、压力传感器以及温度传感器均安装于监测探 头的监测端部之上；所述监测探头的安装端部通过螺纹连接至，固定于污水管道内部的安 装基座中。
[0010] 采用上述设计，其可通过监测探头同时实现污水流速、液位与温度的检测，从而使 得相关设备的体积与数量均得到简化；同时，监测探头的安装方式中，其可便捷的实现安装 与拆卸，并可适用于污水管网内的各个区域，从而有效改善了监测系统的适用性；同时，采 用安装基座与监测探头之间的固定连接方式，其亦可确保监测探头的稳定性。
[0011] 作为本发明的一种改进，所述监测探头中，其监测端部位置设置有两个流速监测 面，其均垂直于污水管网轴线所在的坚直平面；两个流速监测面所在平面与监测探头的轴 线交点，其均位于监测探头中监测端部的端面与污水管网中，监测探头的安装端面的相对 端面之间；两个流速监测面上分别设置有一个超声波换能器。
[0012] 采用上述设计，其可通过设置于流速监测面上的超声波换能器产生超声波，超声 波在污水中的固体颗粒或气泡的影响下发生偏移，从而可通过频率的偏移计算出污水的流 速，进而实现对污水流速的精确实时监测。
[0013] 在监测探头中采用两个不同方向的超声波换能器，其可对污水进出的两个方向上 进行监测，从而提高了监测的精度与全面性；流速监测面所采用的斜面设计，其可使得用于 流速监测的超声波换能器与污水流动形成一定夹角，从而在一定程度上防止了污水中的杂 物覆盖，导致超声波无法对其进行精确监测，亦可消除污水与超声波换能器接触时产生的 涡流，进而避免其多超声波换能器的监测造成影响。
[0014] 作为本发明的一种改进，所述城市污水管网多因子监测系统中，监测装置与污水 入口之间设置有污水过滤装置，其由多个彼此平行的过滤隔板构成，每一个过滤隔板均由， 其于污水管网中的安装端面向，污水管网中监测装置轴线所在的径向截面方向进行延伸； 所述过滤隔板中的任意位置与，过滤隔板于污水管网的安装端面所在平面之间的最大距 离，大于监测探头的轴向长度。
[0015] 采用上述设计，其可通过污水过滤装置的多个过滤隔板，对污水中的杂物进行阻 隔，从而避免其对监测设备造成堵塞甚至损坏；同时，多个平行的过滤隔板设计可避免其对 污水的流速造成影响，从而使得监测装置可真实的反应污水管网中的实际流速；过滤隔板 的曲面延伸设计，其可避免杂物堆积在过滤隔板之上，并能使其沿多个过滤隔板形成的曲 面滑至监测装置后方。
[0016] 作为本发明的一种改进，相邻两个污水过滤隔板之间的距离为污水过滤隔板宽度 的1至2倍。采用上述设计，其可在阻隔污水中的杂物的同时，避免污水的流速受到过大影 响。
[0017] 作为本发明的一种改进，所述城市污水管网多因子监测系统中包含有，正对于污 水管网内窨井所在位置进行延伸的红外传感器。采用上述设计，其可通过红外传感器实时 监测污水管网中的窨井状态，当窨井丢失或打开时，其可及时向相关人员反馈，以避免行人 因其发生意外。
[0018] 采用上述技术方案的城市污水管网多因子监测方法以及监测系统，可对城市污水 管网内的污水流量、污水液位与污水温度等相关信息进行实时监测，从而使得城市污水管 网内部的详尽信息可通过数据方式实时反馈至相关工作人员处，其可根据污水管网可能存 在的问题进行及时疏导，进而避免污水管网内堵塞等现象对城市环境造成严重影响；同时， 上述监测系统通过对监测设备的改进，使得其可避免污水管网内，恶劣环境对监测的影响， 故而其具备相当的监测适用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明示意图； 图2为本发明中监测探头示意图； 图3为本发明中过滤装置正视图； 图4为本发明中过滤隔板示意图； 图5为本发明中监测主机控制模块图； 图6为本发明中实施例9内监测示意图； 附图标记列表： 1 一监测探头、2-监测主机、3-污水管道、4 一窨井管道、5-压力传感器、6-温度传感 器、7-多普勒超声波换能器、8-过滤隔板、9 一红外传感器、10-安装管体。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语"前"、"后"、 "左"、"右"、"上"和"下"指的是附图中的方向，词语"内"和"外"分别指的是朝向或远离特 定部件几何中心的方向。
[0021] 实施例1 本发明涉及一种城市污水管网多因子监测方法，其包括如下具体步骤： 1) 对城市污水管网中的污水进行过滤处理； 2) 对于经过步骤1)过滤处理后的污水进行多因子监测；所述多因子监测包括有：对于 污水流速、污水液位与污水温度的监测； 3) 通过步骤2)中获得的污水流速、污水液位的数据信息，基于计算与分析获取污水管 网中污水流量信息； 4) 对于步骤3)中获得的污水流量信息，通过步骤2)中获取的污水温度的监测数据对 其进行温度补偿处理，以获取污水管网内的实际流量数据。
[0022] 作为本发明的一种改进，所述步骤1)中，对污水进行过滤处理的具体方法为：在 污水管网中，所述步骤2)中对污水进行多因子监测的监测位置相对于污水流向的前端对污 水进行分流处理。采用上述方案，其可通过对污水的分流处理，使得污水中的杂物通过分流 设备得以阻隔，从而避免其直接与相关监测设备接触，造成对监测设备的堵塞甚至损坏。
[0023] 作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，对污水流速进行监测的方法为，通过多普 勒频移原理，在污水中释放超声波，通过检测超声波信号因污水中携带的固体颗粒与气泡 的流动速度不同而产生的不同程度的频率偏移，以获取污水的流速监测数据。
[0024] 所述步骤2)中，对污水液位进行监测的方法为，通过浸没压力方法，即通过压力传 感器在不同液面位置测量到的污水压力的不同，以对污水液面进行实时监测；对污水温度 进行监测的方法为，通过温度传感器实时测量污水温度，以对其进行监测。
[0025] 采用上述方案，其通过对污水中的固体进行监测，相较于直接测量污水流速可实 现更为精确的监测效果；同时，通过浸没压力方法与温度传感器，均可精确测量污水的液面 与温度，从而提高准确的数据以供后续处理与反馈。
[0026] 为实现上述城市污水管网多因子监测，本实施例采用如图1所示的城市污水管网 多因子监测系统，其包括有，用于对污水管网进行实时监测的监测探头1，以及与监测探头 彼此通过电性连接的监测主机2 ;本发明中，污水管网由污水管道3与窨井管道4构成，所 述监测探头1设置于污水管道中，其与窨井管道交汇位置的20米范围内，所述监测主机2 通过机架与螺栓（图中未标示）固定安装于窨井管道内部。
[0027] 为确保监测探头1在污水管道中对污水良好的测量效果，对于污水管道日常处于 满管状态地区，所述监测探头1以及相关设备需安装于污水管道的上端面，对于污水管道 日常处于非满管状态地区，所述监测探头1以及相关设备需安装于污水管道下端面；本实 施例中以满管状态地区中的污水管道进行描述。
[0028] 如图1与图2所示，所述监测主机2中设置有延伸至监测探头1的安装位置的连 接管路，其包括有在污水管道上端面沿水平方向延伸的安装管体10,其构成用于对监测探 头1进行安装的安装基座，安装管体10上设置有用于固定在污水管道内壁的挂钩；所述监 测探头1中包含有监测端部与安装端部，安装端部通过螺纹连接至安装管体3中；所述监测 探头1由其位于污水管道的上端面的安装位置，沿坚直方向向下延伸；所述监测探头1中， 监测端部的对应位置安装有污水流速监测传感器、压力传感器5以及温度传感器6,污水流 速监测传感器采用多普勒超声波换能器7。
[0029] 采用上述设计，其通过监测探头的安装方式，使得其可便捷的实现安装与拆卸，并 可适用于污水管网内的各个区域，从而有效改善了监测系统的适用性；而监测主机的安装 位置则其可避免污水流动时损坏监测主机致使监测工作无法正常运行；同时，监测探头中 的多个传感器可通同时实现污水流速、液位与温度的检测，从而在实现对污水的多因子精 确监测的同时，使得相关设备的体积与数量均得到简化。
[0030] 作为本发明的一种改进，所述监测探头1的监测端部位置设置有两个流速监测 面，其均垂直于污水管网轴线所在的坚直平面；两个流速监测面所在平面与监测探头的轴 线交点，位于监测探头1中，监测端部的端面以下，即两个流速监测面使得监测探头1底端 的轴向截面为等腰梯形结构，其上底面长度大于下底面长度，且其中位线平行于污水管道 的轴线；两个流速监测面上分别设置有一个多普勒超声波换能器7 ;所述压力传感器5安装 于监测探头1的底端面之上；所述温度传感器6安装于监测探头1的侧端面之上。
[0031] 采用上述设计，其可通过设置于流速监测面上的超声波换能器产生超声波，超声 波在污水中的固体颗粒或气泡的影响下发生偏移，从而可通过频率的偏移计算出污水的流 速，进而实现对污水流速的精确实时监测。
[0032] 在监测探头中采用两个不同方向的超声波换能器，其可对污水进出的两个方向上 进行监测，从而提高了监测的精度与全面性；流速监测面所采用的斜面设计，其可使得用于 流速监测的超声波换能器与污水流动形成一定夹角，从而在一定程度上防止了污水中的杂 物覆盖，导致超声波无法对其进行精确监测，亦可消除污水与超声波换能器接触时产生的 涡流，进而避免其多超声波换能器的监测造成影响。
[0033] 在实际测量过程中，对于污水的流速的测量过程为： V = M*fd*V0/(2* cos Θ) 其中，fd为多普勒超声波换能器检测到的频移；VO为声音在介质中的传播速度；Θ为 超声波换能器发射面或接收面同水平面之间的夹角；M为比例校正系数，其由多普勒超声 波换能器在出厂前测得。
[0034] 对于污水的液面的测量过程为： H = K (P - PO) +HO 其中，H为液位；P为压力传感器实际测量的压力值；PO为空气中测得的压力零点值；K 为比例校正系数，其由压力传感器在出厂前测得；HO为探头安装时距离底部的高度。
[0035] 基于上述数据，对于污水的流量计算过程为： 当污水管道处于满管时：液位H >管径D Q = Ji D2/4*V 其中，Q为污水流量；V为污水流速；D为污水管道的管径。
[0036] 通过多次现场试验数据获知，流体的流速随温度的增加而增加，故此，在上述计算 污水流速的过程中，需对污水流速进行温度补偿处理；温度补偿处理的方法为，通过多次试 验获得的温度补偿的线性回归方程对污水的流速进行再计算，即： V = M*fd*f(t)*V0/(2* cos0) f(t)为温度补偿系数，其通过相关监测装置对污水在不同温度环境下的流速的离散值 获得，其具体方法为，通过设置多个温度比对点，通过实验测得多个温度比对点处温度系数 f(t)的实际数值。
[0037] 在实际的监测过程中，当温度传感器监测到的污水温度与温度比对点的温度相 同，则可直接通过实验数据获得温度系数以进行温度补偿的计算；当温度传感器监测到的 污水温度位于两个温度比对点之间时，由于在小范围内，温度系数与温度变化可近似为线 性关系，故可通过相邻两个温度对比点的温度系数计算线性回归方程，进而得到实际温度 下的温度系数；对于温度对比点的温度系数试验数据见下表：
【权利要求】
1. 一种城市污水管网多因子监测方法，其特征在于，所述城市污水管网在线监测方法 包括如下具体步骤： 1) 对城市污水管网中的污水进行过滤处理； 2) 对于经过步骤1)过滤处理后的污水进行多因子监测；所述多因子监测包括有：对于 污水流速、污水液位与污水温度的监测。
2. 按照权利要求1所述的城市污水管网多因子监测方法，其特征在于，所述步骤1)中， 对污水进行过滤处理的具体方法为：在污水管网中，所述步骤2)中对污水进行多因子监测 的监测位置相对于污水流向的前端对污水进行分流处理。
3.按照权利要求1所述的城市污水管网多因子监测方法，其特征在于，所述步骤2)中， 多因子监测包括有对于污水流量的监测，其方法包括：通过对于污水流速与污水液位的监 测获得的流速与液位数据的分析与计算，获取污水流量的数据。
4.按照权利要求3所述的城市污水管网多因子监测方法，其特征在于，对于污水流量 的监测的方法包括有，通过步骤2)中对于污水温度监测获取的污水温度数据，对基于污水 流速与污水液位的监测获得的流速与液位数据的计算所获取的污水流量数据进行温度补 偿。
5.按照权利要求1或4所述的城市污水管网多因子监测方法，其特征在于，所述步骤 2)中，对污水流速进行监测的方法为，通过对污水中携带的固体颗粒与气泡的流动速度进 行监测，以获取污水的流速监测数据。
6. -种城市污水管网多因子监测系统，其特征在于，所述城市污水管网多因子监测系 统包括有，用于对污水管网进行监测的监测装置，以及与监测探头彼此电性连接的监测主 机；所述监测装置包括有污水流速监测传感器、压力传感器以及温度传感器。
7.按照权利要求6所述的城市污水管网多因子监测系统，其特征在于，所述监测装置 包含有监测探头，监测探头中包含有监测端部与安装端部，所述污水流速监测传感器、压力 传感器以及温度传感器均安装于监测探头的监测端部之上；所述监测探头的安装端部通过 螺纹连接至，固定于污水管道内部的安装基座中。
8. 按照权利要求7所述的城市污水管网多因子监测系统，其特征在于，所述监测探头 中，其监测端部位置设置有两个流速监测面，其均垂直于污水管网轴线所在的坚直平面；两 个流速监测面所在平面与监测探头的轴线交点，其均位于监测探头中监测端部的端面与污 水管网中，监测探头的安装端面的相对端面之间；两个流速监测面上分别设置有一个超声 波换能器。
9.按照权利要求6或8所述的城市污水管网多因子监测系统，其特征在于，所述城市污 水管网多因子监测系统中，监测装置与污水入口之间设置有污水过滤装置，其由多个彼此 平行的过滤隔板构成，每一个过滤隔板均由，其于污水管网中的安装端面向，污水管网中监 测装置轴线所在的径向截面方向进行延伸；所述过滤隔板中的任意位置与，过滤隔板于污 水管网的安装端面所在平面之间的最大距离，大于监测探头的轴向长度。
10. 按照权利要求9所述的城市污水管网多因子监测系统进行城市污水管网监测的方 法，其特征在于，所述城市污水管网多因子监测系统中包含有，正对于污水管网内窨井所在 位置进行延伸的红外传感器。
【文档编号】G01D21/02GK104316109SQ201410636856
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】周思良, 张健 申请人:周思良