专利名称：道路积水深度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及道路积水深度传感技术。
背景技术：
位于洼地、涵洞等处的道路在特定条件下(例如暴雨、台风等)可能会产生严重积水，当积水深度较浅时车辆、行人尚可通行；当积水深度较深时则都难以通行；而当积水深度太深时如果车辆、行人不幸滞留在该路段，则甚至可能造成灾难性事故。所以，为了保障通行安全，对于道路出现的积水，应设置水位探测装置，实时探测水位，并根据不同水位采取不同的措施。现有的水位传感技术，虽然也可以用于探测道路积水深度，但由于不是为此专门设计的，显得有些不太方便，或者成本较高，或者安装困难，或者不能有效屏蔽特大暴雨时出现的干扰信号。例如，采用多个电极结构的水位尺，其原理是将多个电极布置在不同的高度位置，因为地表水都是导电的，电极一旦被水浸没，则被浸没的电极之间就形成电导通(电阻很小)，而未被水浸没的电极之间则不会形成电导通(电阻很大，理论上为无限大)，根据不同电极的电导通情况能够探测出不同的水位。对于这种水位尺，如果降雨的强度太大，电极表面就可能形成较厚的水膜，电极之间的材料表面也可能形成较厚水膜，不同材料表面的水膜相互连成一体，因水膜是导电的，这就使得各电极之间形成电导通。由于此时各电极是被水膜形成电导通，而不是被水浸没形成电导通，所以，其探测出的水位不能反映真实水位，即形成误报。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种适合安装于道路上用于检测道路积水深度的道路积水深度传感器，该传感器能够输出3个水位信号，且信号输出稳定，即使在特大暴雨天气也不会受到影响。为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案是:道路积水深度传感器，包括壳体、柔性隔膜、芯管、低水位干簧管、高水位干簧管、低水位配重块、高水位配重块、支撑架和磁铁，柔性隔膜与壳体底部密封联接；芯管、低水位干簧管、高水位干簧管、低水位配重块、高水位配重块、支撑架和磁铁均设置在柔性隔膜上方的壳体内腔中，壳体内腔与外部密封隔绝；低水位配重块和磁铁支撑在柔性隔膜上，并能随水位的变化在竖直方向移动，其中磁铁的设置位置在俯视方向上靠近低水位干簧管和高水位干簧管，并能随水位的升降与水位对应地到达低水位干簧管和高水位干簧管相等的高度；支撑架设置在壳体内腔上部并固定在芯管上或壳体上；高水位配重块在水位低于高水位时支撑在支撑架上，在水位不低于高水位时支撑在柔性隔膜上并能随水位的变化在竖直方向移动；芯管的上端与壳体固定联接，低水位干簧管和高水位干簧管分别设置在芯管内的下部和上部。进一步的技术措施是:还包括垫板，垫板设置在柔性隔膜上方的壳体内腔中，且支撑在柔性隔膜上；垫板的上表面设有向上延伸的内环筋和外环筋；所述磁铁设置在内环筋上，所述低水位配重块支撑在垫板上且设置在内环筋和外环筋之间；内环筋的内直径大于芯管外直径，内环筋套在芯管外；外环筋的正上方是高水位配重块，高水位配重块在水位不低于高水位时支撑在垫板的外环筋上，在水位低于高水位时支撑在支撑架上。进一步的技术措施是:还包括中水位配重块，中水位配重块在水位低于中水位时支撑在支撑架上，在水位不低于中水位时支撑在柔性隔膜上，并能随水位的变化在竖直方向移动。低水位干簧管和高水位干簧管在竖直方向的设置间距的确定方法为:在水位不低于低水位时，低水位干簧管和高水位干簧管中至少有一个导通，不允许出现两个都不导通的情况。进一步的技术措施是:还包括中水位干簧管，中水位干簧管设置在芯管内的中部且在竖直方向介于低水位干簧管和高水位干簧管之间。对于这种情况，低水位干簧管、中水位干簧管和高水位干簧管在竖直方向的设置间距的确定方法为:在水位不低于低水位时，低水位干簧管、中水位干簧管和高水位干簧管中至少有一个干簧管导通，不允许出现任何一个干簧管都不导通的情况。进一步的技术措施是:还包括孔板，孔板设置在柔性隔膜的下方，孔板的中部设有众多通孔，并在周边与柔性隔膜或壳体的底部固定联接。进一步的技术措施是:所述孔板的周边或者壳体底部的周边设有安装地脚螺栓的螺栓孔。进一步的技术措施是:所述柔性隔膜上设有U形波纹。上述各技术方案中，所述低水位干簧管、中水位干簧管和高水位干簧管中的所有干簧管都可用霍尔元件替换。采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下有益效果:1.能够检测道路积水深度，并将积水深度用电信号远传到需要的场合，其中能够检测到的最低水位值、中水位值和最高水位值都可以通过调整对应的水位配重块的质量大小予以调整，所以传感器对所要求检测的水位范围的适应性比较好。2.水位检测的误差小，理由如下:a.水位较低时，路面上的积水会通过路面上的沟槽进到柔性薄膜的下方，对薄膜施加一个向上的推力，推力的大小就正比于积水的深度；由于柔性隔膜在变形初始阶段的刚度基本上为零，所以，当积水深度上升到足够高时，所述推力将达到足够大，足以将低水位配重块提升到足够高度，使设置于垫板内环筋上的磁铁上升到能够使低水位干簧管接通的高度，该高度就是能够检测的最低水位值；显然，能检测到的最低水位值就取决于低水位配重块的质量值，能检测到的最低水位值的误差也就主要取决于低水位配重块的质量值误差;b.随着路面积水深度的继续增加，路面上的积水会继续通过路面上的沟槽进到柔性薄膜的下方，对薄膜施加一个向上的推力，推力的大小仍然正比于积水的深度；在柔性隔膜设有U形波纹时其刚度很小基本上接近于零，所以，当积水深度上升到足够高时，所述推力所要克服的主要是各对应水位配重块的合质量所产生的重力和所述内腔中的气体受到压缩而产生的反弹力；因对于定型产品该内腔的容积基本上是一个定值，误差很小，所以能检测到的水位值(中水位或高水位)的误差也就主要取决于各对应水位配重块的合质量值的误差；c.由于零件质量值的误差控制在生产制造时相对于弹簧刚度值的误差控制要容易得多，所以本实用新型传感器水位检测的误差小。3.因一定的积水深度对应一定的水压，传感器实际上检测的是水压，所以，运行时不会受到积水水质的影响，也不会受到降雨强度的影响，运行稳定，信号输出可靠。4.设有地脚螺栓孔，能够方便地安装固定在地面上。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。图2为图1的A-A剖视图。图3为实施例1在低水位状态时磁铁、柔性隔膜和干簧管的相对位置示意图。图4为实施例1在中水位状态时磁铁、柔性隔膜和干簧管的相对位置示意图。图5为实施例1在高水位状态时磁铁、柔性隔膜和干簧管的相对位置示意图。图6为实施例1中的干簧管电接线原理图。图7为本实用新型实施例2的结构示意图。图8为实施例2中的干簧管电接线原理图。图9为实施例2中水位逻辑判断方法示意图。附图中的标号为:孔板1、柔性隔膜2、U形波纹2-1、磁铁3、低水位干簧管4，高水位干簧管5、护套管6、短管7、密封填料8、支撑架9，低水位配重块、中水位配重块高水位配重块芯管11，垫板12、外环筋12-1、内环筋12-2、中水位于簧管14、螺钉15、膨胀螺栓16、地面17、混凝土 18、地面沟槽19、通孔20、壳体22。
具体实施方式
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。实施例一见图1、图2、图3、图4、图5和图6，本实施例道路积水深度传感器，包括孔板1、壳体22、柔性隔膜2、垫板12、芯管11、低水位干簧管4、高水位干簧管5、低水位配重块10_1、中水位配重块10-2、高水位配重块10-3、支撑架9、磁铁3、螺钉15、地脚螺栓16，以及导线A、B、C，柔性隔膜2与壳体22底部通过孔板I和螺钉15实现密封联接，孔板I设置在柔性隔膜2的下方，螺钉15设置在周边；壳体22的底部和孔板I上还设有能够使地脚螺栓16穿过的螺栓孔，通过地脚螺栓16伸入混凝土 18将壳体22固定在道路地面17上；芯管11、低水位干簧管4、高水位干簧管5、低水位配重块10-1、中水位配重块10-2、高水位配重块10-3、垫板12、支撑架9和磁铁3均设置在柔性隔膜2上方壳体22的内腔中；低水位配重块10-1支撑在垫板12上且设置在内环筋12-2和外环筋12-1之间，磁铁3固定在垫板12的内环筋12-2上，垫板12支撑在柔性隔膜2上，并能随水位的变化在竖直方向移动，其中磁铁3的设置位置在俯视方向上靠近低水位干簧管4和高水位干簧管5 (图2)，并能随水位的变化到达低水位干簧管4和高水位干簧管5相等的高度；支撑架9设置在壳体22内腔上部并固定在芯管11上；中水位配重块10-2在水位低于中水位时支撑在支撑架9上，在水位不低于中水位时支撑在垫板12的外环筋12-1上，并能随水位的变化在竖直方向移动(图4);高水位配重块10-3在水位低于高水位时支撑在支撑架9上，在水位不低于高水位时支撑在中水位配重块10-2上，并能随水位的变化在竖直方向移动(图5);芯管11的下端封闭，其上端与壳体22密封固定联接，低水位干簧管4设置在芯管11内下部，高水位干簧管5设置在芯管11内上部；低水位干簧管4和高水位干簧管5相互串联电联接，分别从串联后的两端部和串联后的中间联接部各引出一根导线A、B、C(图1、图6);芯管11内的空腔设有密封填料8。在道路出现积水情况，在水位上升到不低于低水位时，则低水位配重块10-1支撑在垫板12上，垫板12支撑在柔性隔膜2上(图3)，低水位干簧管4导通而高水位干簧管5不导通；水位继续上升，当升到不低于中水位时，则中水位配重块10-2支撑在垫板12的外环筋12-1上，低水位配重块10-1支撑在垫板12上，垫板12支撑在柔性隔膜2上(图4)，低水位干簧管4和高水位干簧管5均导通；水位继续上升，当升到不低于高水位时，则高水位配重块10-3支撑在中水位配重块10-2上，中水位配重块10-2支撑在垫板12的外环筋12-1上，低水位配重块10-1支撑在垫板12上，垫板12支撑在柔性隔膜2上(图5)，低水位干簧管4不导通而高水位干簧管5导通。控制系统可以根据导线A、B、C之间的导通情况获得道路积水深度信息，如表I所示。表I
权利要求1.道路积水深度传感器，其特征在于:包括壳体、柔性隔膜、芯管、低水位干簧管、高水位干簧管、低水位配重块、高水位配重块、支撑架和磁铁，柔性隔膜与壳体底部密封联接；芯管、低水位配重块、高水位配重块、支撑架和磁铁均设置在柔性隔膜上方的壳体内腔中，壳体内腔与外部密封隔绝；低水位干簧管和高水位干簧管分别设置在芯管内的下部和上部，芯管的上端与壳体固定联接；低水位配重块和磁铁均支撑在柔性隔膜上，并能随水位的变化在竖直方向移动；所述磁铁的设置位置在俯视方向上靠近低水位干簧管和高水位干簧管，并能随水位的升降与水位对应地到达与低水位干簧管和高水位干簧管相等的高度；支撑架固定在芯管上或壳体上；高水位配重块在水位不低于高水位时支撑在柔性隔膜上，并能随水位的变化在竖直方向移动。
2.根据权利要求1所述的道路积水深度传感器，其特征在于:还包括垫板，垫板设置在柔性隔膜上方的壳体内腔中，且支撑在柔性隔膜上；垫板的上表面设有向上延伸的内环筋和外环筋；所述磁铁设置在内环筋上，所述低水位配重块支撑在垫板上且设置在内环筋和外环筋之间；内环筋的内直径大于芯管外直径，内环筋套在芯管外；外环筋的正上方是高水位配重块,高水位配重块在水位不低于高水位时支撑在垫板的外环筋上,并能随水位的变化在竖直方向移动。
3.根据权利要求1或2所述的道路积水深度传感器，其特征在于:还包括中水位配重块，中水位配重块在水位不低于中水位时支撑在柔性隔膜上或垫板上，并能随水位的变化在竖直方向移动。
4.根据权利要求1或2所述的道路积水深度传感器，其特征在于:还包括中水位干簧管，中水位干簧管设置在芯管内的中部且在竖直方向介于低水位干簧管和高水位干簧管之间。
5.根据权利要求1或2所述的道路积水深度传感器，其特征在于:所述低水位干簧管和高水位干簧管中的所有干簧管都用霍尔元件替换。
6.根据权利要求1或2所述的道路积水深度传感器，其特征在于:所述柔性隔膜上设有U形波纹。
7.根据权利要求1或2所述的道路积水深度传感器，其特征在于:还包括孔板，孔板设置在柔性隔膜的下方，孔板的中部设有众多通孔，并在周边与柔性隔膜或壳体的底部固定联接。
8.根据权利要求7所述的道路积水深度传感器，其特征在于:所述孔板的周边或者壳体底部的周边设有安装地脚螺栓的螺栓孔。
专利摘要本实用新型公开了一种道路积水深度传感器，包括壳体、柔性隔膜、磁铁、低水位干簧管、高水位干簧管、芯管、支撑架，以及低、中、高水位配重块，柔性隔膜与壳体底部密封联接；低水位配重块和磁铁支撑在柔性隔膜上，并能随水位的变化在竖直方向移动；中、高水位配重块在水位低于相应水位时支撑在支撑架上，在水位上升到不低于相应水位时支撑在柔性隔膜上；支撑架设置在壳体内腔上部并固定在芯管或壳体上；芯管的上端与壳体固定联接，低水位干簧管和高水位干簧管分别设置在芯管内的下部和上部。本实用新型传感器适合安装于道路上用于检测道路积水深度，能够检测水位信号，且信号输出稳定，即使在特大暴雨天气也不会受到影响。
文档编号G01F23/22GK203069234SQ20132010087
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月19日 优先权日2013年2月19日
发明者俞忠兵 申请人:俞忠兵