一种利用超声波传感器进行液位监测装置的制作方法

本实用新型专利涉及一种利用超声波传感器进行液位监测装置，特别是利用超声检测技术监测城市排水系统液位高度的装置及方法，属于传感器、超声测量和液位监测技术领域。

背景技术：

目前，随着经济和社会的发展，人类对生活环境的要求也越来越高。但是一些自然灾害如洪水、干旱会直接破坏人类的生活环境。例如：很多城市遇到雨季经常出现排水不畅，从而导致物质受损。究其原因有地下排水管路设计不合理问题，也有对各排水井（排水井、雨水井等统称排水井）监测不利，没有及时采取有效措施有关。已有技术中，对于液位检测或监测，采用普通液位计配合远传就可以解决，普通液位计主要有两种：超声波液位计和静压液位计。但是，超声波液位计通过布置在液位上方的超声波传感器向液面发射超声波，根据反射波得出液面位置，对城市排水系统的监测需要长期高频率进行，由于超声波是在空气中传播，达到液面，要求发射的频率比较低，功耗大，电池供电不能满足长期使用的要求（频繁更换电池浪费人力物力，增加成本），一般需要外接电源供电（或太阳能供电），城市的排水井绝大部分位于路边，没有外接电源可用。静压液位计适用于相对标准的渠道、河道的液位测量，城市排水系统的排水井现场检测环境恶劣，长期受到潮气和各种杂质、污物的影响，从而给这些排水井液位的监测带来了很大的困难，例如：直径几毫米的取压孔很容易堵塞，另外，静压液位计的功耗也较大，也无法满足长时间、高频率的液位测量。

技术实现要素：

本实用新型专利目的是提供一种利用超声波传感器进行液位监测装置，结构合理、使用方便，功耗微小，电池供电可以长期、高频率进行液位监测，无需现场提供电源，使用可靠，解决背景技术中存在的上述问题。

本实用新型的技术方案是：

一种利用超声波传感器进行液位监测装置，包含超声传感器和信号处理主机；一个以上的超声传感器布置在排水井内，超声传感器通过信号线缆与信号处理主机相连接；超声传感器和信号处理主机均为微功耗，采用电池供电，无需外接电源。

所述超声传感器的数量可以是在排水井内单只布置，利用超声波反射回波进行接收和检测。

所述超声传感器可以成对布置，每对超声传感器相互发射和接收；所述成对布置的超声传感器，全部布置在排水井内，成对匹配的超声传感器，沿水平方向匹配布置；所述超声传感器的数量为一对以上，超声传感器通过信号线缆与信号处理主机相连接。

所述超声传感器的数量为多对，每对超声传感器在排水井内布置的高度不同。

所述超声传感器在排水井内固定的方式是任意的，例如：直接固定在排水井的侧壁上、通过传感器支架固定、通过独立支架固定等等。

所述超声传感器通过传感器支架设置在排水井内，超声传感器和信号处理主机布置在传感器支架上，传感器支架、信号处理主机及超声传感器全部设置在被监测的排水井内，传感器支架垂直布置，成对匹配的超声传感器沿水平方向匹配布置。

由于超声波在空气和液体中传播时传播阻力相差悬殊，设定超声传感器的工作功率，使成对匹配的超声传感器设置为：传播介质为空气时，相互不能接收到对方发出的信号；传播介质为液体时，相互能接收到对方发出的信号；当被测排水井内液体淹没布置在传感器支架上的某对超声传感器时，该对超声传感器即刻互为接收，从而将接通信号传递至信号处理主机；信号处理主机即刻根据不同位置的超声传感器发来的信号来判定该排水井内的液位高度，从而进行液位监测。超声波在液体中传播时传播阻力远远小于空气中传播，所需功耗非常微小，可采用电池供电，无需外接电源。

为了便于数据的监测管理，还可在信号处理主机中嵌入信息远传元件，将监测信息及时、准确地上传至监测中心。信息远传方式可以是无线形式，如GSM、GPRS、NB-IoT等形式，也可以是有线形式，如RS485、4-20mA等形式。

所述传感器支架可采用成型型材制成，也可采用焊接、粘接等方式加工而成。其材质可采用金属材质也可以采用非金属材质。

所述传感器支架的截面为U型，超声传感器成对匹配布置在U型的传感器支架侧壁上。为了避免超声传感器表面结垢或有异物堵塞造成超声传感器非正常工作，在传感器支架的U型开口处，设置过滤网。同时，也可根据实际监测需求，在传感器支架上设置浊度计、水质监测传感器等部件，对被测介质进行全面检测和监测。

所述传感器支架为圆筒形状，超声传感器成对匹配布置在传感器支架的侧壁上。为了避免超声传感器表面结垢或有异物堵塞造成超声传感器非正常工作，在圆筒形状的传感器支架侧壁上，设置多个孔，构成过滤网。同时，也可根据实际监测需求，在传感器支架上设置浊度计、水质监测传感器等部件，对被测介质进行全面检测和监测。

所述信号处理主机可以与传感器支架之间为整体结构；所述信号处理主机也可以与传感器支架之间为分体结构。

所述超声传感器通过独立支架设置在排水井内，每对相互匹配的超声传感器设置在一个独立支架，该对超声传感器沿水平方向匹配布置，将独立支架固定在排水井侧壁上；多对相互匹配的超声传感器分别设置在各自的独立支架上，每对超声传感器沿水平方向匹配布置，每对超声传感器在排水井内布置的高度不同。

由于排水井的液位监测不需要太高的精度，需要对液位报警时，在排水井内设置一对超声传感器可以实现液位报警，将该对超声传感器设置在报警液位高度，一旦排水井液位到达该高度，该对超声传感器相互接收到信号，触发液位报警。如果同时需要预警、报警、水位监测等，在排水井不同高度设置多对超声传感器，液位到达不同高度时，对应的一对超声传感器相互接收到信号，显示相应的液位信息。

本实用新型专利提供一种全新的液位监测装置及方法，整体简化了液位监测设备，安装、维护方便，成本低，操作方便，可靠性高；电池供电可以长期、高频率进行液位监测，不需要测量现场提供外接电源，极大解决了现场实际应用问题。

附图说明

图1是背景技术现场环境示意图；

图2是本实施例一在现场安装示意图；

图3是本实施例一结构示意图；

图4是本实施例二结构示意图；

图5是本实施例三结构示意图；

图6是本实施例四结构示意图；

图7是本实施例五结构示意图；

图8是本实施例六结构示意图；

图中：排水管1、排水井2、信号处理主机3、超声传感器4、信号线缆5、传感器支架6、过滤网7 、独立支架8。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步说明。

一种利用超声波传感器进行液位监测装置，包含超声传感器4和信号处理主机3；一个以上的超声传感器布置在排水井内，超声传感器通过信号线缆5与信号处理主机3相连接；超声传感器和信号处理主机均为微功耗，采用电池供电，无需外接电源。

所述超声传感器的数量可以是在排水井内单只布置，利用超声波反射回波进行接收和检测。

所述超声传感器可以成对布置，每对超声传感器相互发射和接收；所述成对布置的超声传感器，全部布置在排水井内，成对匹配的超声传感器，沿水平方向匹配布置；所述超声传感器的数量为一对以上，超声传感器通过信号线缆5与信号处理主机3相连接。

所述超声传感器在排水井内固定的方式是任意的，例如：直接固定在排水井的侧壁上、通过传感器支架固定、通过独立支架固定等等。

所述超声传感器通过传感器支架6设置在排水井内，超声传感器4和信号处理主机3布置在传感器支架6上，传感器支架6、信号处理主机3及超声传感器全部设置在被监测的排水井2内，传感器支架6垂直布置，成对匹配的超声传感器沿水平方向匹配布置。

由于超声波在空气和液体中传播时传播阻力相差悬殊，设定超声传感器的工作功率，使成对匹配的超声传感器设置为：传播介质为空气时，相互不能接收到对方发出的信号；传播介质为液体时，相互能接收到对方发出的信号；当被测排水井内液体淹没布置在传感器支架上的某对超声传感器时，该对超声传感器即刻互为接收，从而将接通信号传递至信号处理主机；信号处理主机即刻根据不同位置的超声传感器发来的信号来判定该排水井内的液位高度，从而进行液位监测。超声波在液体中传播时传播阻力远远小于空气中传播，所需功耗非常微小，可采用电池供电，无需外接电源。

为了便于数据的监测管理，还可在信号处理主机中嵌入信息远传元件，将监测信息及时、准确地上传至监测中心。信息远传方式可以是无线形式，如GSM、GPRS、NB-IoT等形式，也可以是有线形式，如RS485、4-20mA等形式。

所述传感器支架可采用成型型材制成，也可采用焊接、粘接等方式加工而成。其材质可采用金属材质也可以采用非金属材质。

由于排水井的液位监测不需要太高的精度，需要对液位报警时，在排水井内设置一对超声传感器可以实现液位报警，将该对超声传感器设置在报警液位高度，一旦排水井液位到达该高度，该对超声传感器相互接收到信号，触发液位报警。如果同时需要预警、报警、水位监测等，在排水井不同高度设置多对超声传感器，液位到达不同高度时，对应的一对超声传感器相互接收到信号，显示相应的液位信息。

实施例一，参照附图2、3，

四对超声传感器成对匹配，全部布置在排水井内，成对匹配的超声传感器，沿水平方向匹配布置，每对超声传感器在排水井内布置的高度不同；超声传感器通过信号线缆5与信号处理主机3相连接；所述超声传感器通过传感器支架6设置在排水井内，超声传感器4和信号处理主机3布置在传感器支架6上，传感器支架6、信号处理主机3及超声传感器全部设置在被监测的排水井2内，传感器支架6垂直布置，成对匹配的超声传感器沿水平方向匹配布置。所述传感器支架的截面为U型，超声传感器成对匹配布置在U型的传感器支架侧壁上。

实施例二，参照附图4，为了避免超声传感器表面结垢或有异物堵塞造成超声传感器非正常工作，在传感器支架的U型开口处，设置过滤（隔离）网7。

实施例三、参照附图5，一个以上的超声传感器布置在排水井内，超声传感器通过信号线缆5与信号处理主机3相连接；超声传感器和信号处理主机均为微功耗，采用电池供电，无需外接电源。在排水井内的传感器支架上不是成对布置超声传感器，而是单只布置一个以上超声传感器，利用超声波反射回波进行接收和检测。本是实施例为四个超声传感器，每个超声传感器在排水井内布置的高度不同。

实施例四、参照附图6，所述传感器支架为圆筒形状，超声传感器成对匹配布置在传感器支架的侧壁上。为了避免超声传感器表面结垢或有异物堵塞造成超声传感器非正常工作，在圆筒形状的传感器支架侧壁上，设置多个孔，构成过滤网。

实施例五、参照附图7，所述信号处理主机3与传感器支架之间为分体结构。

实施例六、参照附图8，所述超声传感器通过独立支架8设置在排水井内，每对相互匹配的超声传感器设置在一个独立支架8，该对超声传感器沿水平方向匹配布置，将独立支架8固定在排水井侧壁上；多对相互匹配的超声传感器分别设置在各自的独立支架8上，每对超声传感器沿水平方向匹配布置，每对超声传感器在排水井内布置的高度不同。