一种用于监控排水管网流量的非接触式设备的制作方法

本实用新型涉及一种用于监控排水管网流量的设备，尤其是一种用于监控排水管网流量的非接触式设备。

背景技术：

城市排水管网承担着城市防汛排涝、污水收集和输送的任务，是重要的城市基础设施之一，它关系到社会经济稳定发展和人民生活的安定,在保障城市发展和安全运行中发挥着重要的作用。城市排水系统不仅要建设好，更重要的是要运行管理好。因此，通过对城市排水管网的监测来实现排水管网运行状态的评估、预测，进而实现对排水管网科学有效的调度管理变得尤为重要。尤其最近几年城市内涝严重影响人民的日常生活和生命财产安全，城市排水管网监测的需求越来越大。

目前排水管网的流量监测都采用的是接触式测量方法，即将测量传感器放入液体当中，从而获得流体的速度和液面的高度。传感器一般包含超声波流速仪和压力式液位计组成，传感器安装在管道底部，通信模块和电源部分安装在井口位置。为了获得准确的测量就需要将传感器安装到管道底部。安装在管道底部就会造成传感器表面会被淤泥覆盖，使得测量精度降低或失效，必须将设备取出清洗后重新安装。由于是地下管道，环境比较恶劣，需要有相应资质的专业人员才能够操作，且操作具有一定的危险性。这也就造成了安装和后期维护成本很高，对大面积使用和公司运用造成了很大的困难。

技术实现要素：

实用新型目的：在于提供一种用于监控排水管网流量的非接触式设备，能够不用和液体接触就可以进行流量测量。

技术方案：本实用新型所述的一种用于监控排水管网流量的非接触式设备，包括防水盒、竖向防水管、通信天线、横向防水管、雷达流量计、下压力表、上压力表、浸没开关以及大气压力表；通信天线固定安装在防水盒上；防水盒固定安装在竖向防水管上，且竖向防水管的上下端密封；横向防水管的一端垂直固定在竖向防水管上，且与竖向防水管相连通；雷达流量计固定安装在横向防水管的另一端上；下压力表固定安装在竖向防水管的下端外壁上；上压力表和浸没开关固定安装在竖向防水管同一高度外壁上，且位于下压力表的上方；大气压力表固定安装在竖向防水管的上端外壁上；在防水盒内设有微处理器、无线通信模块以及电源模块；通信天线与无线通信模块的射频端子电连接；雷达流量计的通信线缆依次通过横向防水管和竖向防水管与微处理器的通信端电连接；下压力表、上压力表、浸没开关以及大气压力表的数据线缆通过竖向防水管与微处理器的数据采集端电连接；电源模块分别为微处理器、无线通信模块、雷达流量计、下压力表、上压力表、浸没开关以及大气压力表供电。

进一步地，竖向防水管通过固定机构可拆卸安装；固定机构包括固定安装在竖向防水管上的固定套管以及固定支架；固定支架包括安装板、垂直固定在安装板上的支撑杆以及固定在支撑杆端部的锥形头；固定套管套设在锥形头上。

进一步地，雷达流量计包括雷达流速仪和超声波液位计；超声波液位计的信号输出端与雷达流速仪的信号采集端电连接；雷达流速仪的通信端通过通信线缆与微处理器的通信端电连接。

进一步地，雷达流速仪内设有微控制器和微波雷达模块；微控制器的信号采集端分别与超声波液位计的信号输出端以及微波雷达模块的信号输出端电连接；微控制器的通信端与微处理器的通信端电连接。

进一步地，在竖向防水管的上端上设有提拉把手。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：采用竖向防水管和横向防水管能对各个电器设备之间的通信线路进行有效防护，防止出现漏电短路，确保设备整体长期稳定运行；采用下压力表、上压力表以及大气压力表能够实现双差压法来精确测量液位，从而不会因为流体密度的变化导致的液位测量不准；利用浸没开关判断液位是否达到雷达流量计的最大测量位置，从而完成流量测量与液位测量的切换；利用无线通信模块能够实现测量数据的远程传输，方便用户进行远程监测和报警。

附图说明

图1为本实用新型的安装结构示意图；

图2为本实用新型的电路连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1和2所示，本实用新型公开的用于监控排水管网流量的非接触式设备包括：防水盒1、竖向防水管2、通信天线4、横向防水管9、雷达流量计、下压力表13、上压力表12、浸没开关14以及大气压力表8；通信天线4固定安装在防水盒1上；防水盒1固定安装在竖向防水管2上，且竖向防水管2的上下端密封；横向防水管9的一端垂直固定在竖向防水管2上，且与竖向防水管2相连通；雷达流量计固定安装在横向防水管9的另一端上；下压力表13固定安装在竖向防水管2的下端外壁上；上压力表12和浸没开关14固定安装在竖向防水管2同一高度外壁上，且位于下压力表13的上方；大气压力表8固定安装在竖向防水管2的上端外壁上；在防水盒1内设有微处理器、无线通信模块以及电源模块；通信天线4与无线通信模块的射频端子电连接；雷达流量计的通信线缆依次通过横向防水管9和竖向防水管2与微处理器的通信端电连接；下压力表13、上压力表12、浸没开关14以及大气压力表8的数据线缆通过竖向防水管2与微处理器的数据采集端电连接；电源模块分别为微处理器、无线通信模块、雷达流量计、下压力表13、上压力表12、浸没开关14以及大气压力表8供电。

采用竖向防水管2和横向防水管9能对各个电器设备之间的通信线路进行有效防护，防止出现漏电短路，确保设备整体长期稳定运行；采用下压力表13、上压力表12以及大气压力表8能够实现双差压法来精确测量液位，从而不会因为流体密度的变化导致的液位测量不准；利用浸没开关14判断液位是否达到雷达流量计的最大测量位置，从而完成流量测量与液位测量的切换；利用无线通信模块能够实现测量数据的远程传输，方便用户进行远程监测和报警。

进一步地，竖向防水管2通过固定机构可拆卸安装；固定机构包括固定安装在竖向防水管2上的固定套管5以及固定支架；固定支架包括安装板6、垂直固定在安装板6上的支撑杆7以及固定在支撑杆7端部的锥形头15；固定套管5套设在锥形头15上。采用固定机构能够实现竖向防水管2的可拆卸安装，方便安装和后期维护；安装板6通过固定螺栓固定安装在窨井16的内壁上，竖向防水管2固定安装后，雷达流量计位于排水管道17内。

进一步地，雷达流量计包括雷达流速仪10和超声波液位计11；超声波液位计11的信号输出端与雷达流速仪10的信号采集端电连接；雷达流速仪10的通信端通过通信线缆与微处理器的通信端电连接；雷达流速仪10内设有微控制器和微波雷达模块；微控制器的信号采集端分别与超声波液位计11的信号输出端以及微波雷达模块的信号输出端电连接；微控制器的通信端与微处理器的通信端电连接。所采用的雷达流速仪10具有模拟信号采集或数字信号接收的端口，能够对于超声波液位计11测量的液位信号进行接收，并由微控制器根据微波雷达模块测量的流速参数以及超声波液位计11测量的液位信号计算瞬时流量。

进一步地，在竖向防水管2的上端上设有提拉把手3。利用提拉把手3能够快速提拉安装竖向防水管2，使固定套管5脱离锥形头15。

本实用新型公开的用于监控排水管网流量的非接触式设备的原理说明：

一、正常工作状态下，排水管道17中的流体以非满管无压流形式流动，雷达流量计与流体无接触，此时采用雷达流速仪10和超声波液位计11分别以非接触的方式测量排水管道17内污水表面的流速vm及水深h，已知地下管道过水断面参数：管道形状(圆管、矩形、梯形等)、管道材质即糙率(铸铁管、UPVC管、砖砌渠道等)、坡度以及淤泥厚度等。运用计算流体力学的方法建立排水管道17三维水动力学数学模型，通过计算机网格化数值计算以及大量试验数据的验证，可获得非满管时液体在排水管道内的平均流速va与表面流速vm及水深h之间的关系式为：va＝f(vm,h)，液体通流的面积Sh可由断面参数及水深h计算得到，则液体的瞬时流量为：Q＝va*Sh。

二、当排水管道17的液体淹没浸没开关14时，意味着流体即将充满管道或是已经充满管道甚至溢出路面之上，此时雷达流速仪10和超声波液位计11将不工作，将由微处理器切换到压力表工作模式，此时只测量液位的状态，当液位达到警戒液位时，无线通信模块将与中心站点频繁进行通信并进行报警，达到提醒客户的作用。由于地下管道中的杂质含量不确定，所以会导致流体密度会发生变化，这给压力测量水位带来了困难，采用双差压法测量液位来解决流体密度的变化所导致的液位测量不准的问题，差压法的基本公式为：

ΔP＝ρgH (1)

式(1)中，ΔP为差压值，H为液位高度，ρ为液体密度，g为重力加速度；由式(1)可知，当所测液体密度为不变时，差压与液位才会呈现正比例关系。但地下管网中的液体密度很难做到。液体密度的变化会严重影响差压测量的准确性，从而使液位测量的精度无法保证。利用两个差压传感器按图1方式安装，上压力表12与下压力表13的高度差为h，被测液位高度为H，于是有：

ΔPH＝P2-P大气＝ρgH (2)

ΔPh＝P2-P1＝ρgh (3)

式(2)和(3)中，P2为下压力表13的测量值，P1为上压力表12的测量值，P大气为大气压力表8的测量值，由式(2)和(3)可得：

由式(4)可知此时的液位只与所测的两个液位差以及已知距离h有关，这样就大大降低了液体密度不均匀所带来的测量误差。这样接触式液位的精度会得到有效的保证。

由于整套设备采用的是电池作为电源模块供电，为了能够满足长期监测的需求，本设备的功耗就成了关键。所以本设备采用阶段性供电的方式进行工作，工作模式为每隔15分钟上电一次，每次上电工作15秒，一个小时上传一次数据至监控中心，间隔时间、工作时间和上传时间可以根据具体情况和客户需求进行更改。工作方法为刚上电时判断水位是否淹没浸没开关14，如果没有淹没浸没开关14，则雷达流速仪10和超声波液位计11工作，下压力表13、上压力表12以及大气压力表8不工作，并计算流量。如果淹没了浸没开关14，微处理器获取到电信号，则下压力表13、上压力表12以及大气压力表8工作，雷达流速仪10和超声波液位计11不工作，此时只有液位处于测量状态，无法测量出流速和流量。

本实用新型中涉及的通信天线4、雷达流速仪10、超声波液位计11、下压力表13、上压力表12、浸没开关14、大气压力表8、微处理器、无线通信模块以及电源模块均采用现有的电器设备，其中，微处理器是由单片机及其外围电路构成的最小系统，无线通信模块采用GPRS无线传输模块，电源模块采用电池组以及稳压电路构成，下压力表13、上压力表12以及大气压力表8均采用数字式压力表，所采用的双差压法测量液位的方法为现有技术中的常规方法，瞬时流量的计算公式也是采用现有计算公式，只需要对微处理器进行简单的程序开发即可实现本申请的软件设计，且该软件设计并不存在创新点，不是本申请所要保护的内容。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。