一种监测管道中水浊度的系统和方法与流程

[0001]
本发明涉及水浊度检测领域，具体涉及采用吸光度方法检测管道中的水浊度的技术领 域。


背景技术：

[0002]
城市生活用水通过管道输送到千家万户，然而其水质如何，对人体健康十分重要，在 自来水输送过程中，可能会受到污染，威胁用户健康。电厂的蒸汽管道中的高纯水在无限 循环中保证电厂的正常运转，由于水是在高温状况下进行循环的，因此对管道的腐蚀尤为 严重，管道中的腐蚀产物进入水中，一方面对其汽化不利，另一方面管道的加速腐蚀导致 管道破裂等威胁电厂安全。因此需要一种监测自来水管水质以及电厂管道中水质的方法。 给自来水用户预警或给电厂工作人员预警，提前采取措施。
[0003]
浊度是一种监测水质有效的方法。水中存在的微粒物质对光线发生散射作用，而散射 度则表示了浊度的大小。现有技术检测水中浊度的方式通常是将水放置在容器中进行检 测，比较麻烦，不能够实时监测。而且，对于电厂等高温水管，通常是封闭的，不可取水， 因此需要一种对管道中流水的浊度进行实时监控的装置和方法。如果直接在管道中采用浊 度计进行检测比较简单，但也存在一些问题。由于水在不断流动，水中微粒在流动中不易 捕捉到，而且流动的水对光线也会造成影响，从而造成检测不准确。


技术实现要素：

[0004]
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种接头装置，将其连接于主水管道上，同 时采用本发明提出的与接头装置配套使用的检测装置，可以实时监测并准确检测出管道中 水浊度。
[0005]
一种用于实时监测管道中水浊度的接头装置，包括左接头、右接头以及处于中间的监 测部，其特征在于，
[0006]
所述监测部包含连接部和检测部，所述连接部用于与所述左接头和所述右接头连接， 所述检测部用于插入检测装置进行水的检测；所述检测部包括第一检测区和第二检测区， 所述第一检测区和第二检测区具有不同长度；所述连接部、第一检测区和第二检测区依次 联通；所述检测部是透明的；
[0007]
所述左接头和右接头分别处于所述监测部的所述连接部的左右两侧，所述左接头和所 述右接头具有相同的结构，外观呈立方体，其内部呈与主水管相配合的圆柱形的中空管道， 所述左接头和所述右接头远离连接部的一端分别设置有与主水管连接的连接头；所述左接 头和所述右接头通过所述连接头与所述主水管连接。
[0008]
根据本发明的一个优选实施方式，所述连接部的内部空间呈立方体，所述连接头的上 方设置有一个条形豁口，在豁口处插设有可以上下移动的闸门，所述闸门的宽度与所述连 接部、所述检测部的宽度相同，使得所述闸门可以在宽度方向上拦截水；当所述闸门全部 下放时，所述闸门底端可以深入所述第二检测区距离底面1/2-1/3处。
[0009]
一种用于实时监测管道中水浊度的检测装置，其与前述两种实施方式的任一项所述的 接头装置相配合使用，包括壳体，所述壳体上侧形成与所述检测部相匹配的凹槽，使得所 述检测部可以插入所述凹槽内，完成检测；所述内部包含单色光源，光电探测器。
[0010]
根据本发明的检测装置的另一中实施方式，所述检测装置还包括步进电机一，步进电 机二，滑块一，滑块二，滑轨一，滑轨二，丝杠一，丝杠二，以及控制器和处理，所述单 色光源设置于滑块一上，所述滑块一设置于滑轨一上，并套设于所述丝杠二上，在步进电 机一驱动下，所述丝杠一转动并带动所述滑块一在所述滑轨一上滑动从而使得单色光源在 所述第一检测区和所述第二检测区之间来回移动；所述光电探测器设置在所述滑块二上， 所述滑块二设置于滑轨二上，并套设于所述丝杠二上，在步进电机二驱动下，所述丝杠二 转动并带动所述滑块二在所述滑轨二上滑动从而在所述第一检测区和第二检测区之间来 回移动。
[0011]
所述检测装置还包括准直透镜一、准直透镜二、聚焦透镜一和聚焦透镜二，以及将供 光束通过的窗口。
[0012]
一种实时监测管道中水浊度的方法，其采用本发明中的任一中所述的接头装置以及本 发明任一中的检测装置，包括如下步骤：
[0013]
(1)将所述闸门下放到底，使流水冲刷所述检测部；
[0014]
(2)将闸门慢慢抬起，最终使得所述闸门完全打开，所述连接部形成通路；
[0015]
(3)开启所述检测装置，首先检测第一检测区的透射光强度i
t1
；
[0016]
(4)通过所述电机使得所述单色光源和所述光电探测器移动至第二检测区，检测第 二检测区的透射光强度i
t2
；
[0017]
(5)所述处理器根据以下公式确定水管中微粒的含量：
[0018][0019]
其中k为常数，与水中微粒的尺寸、形状、表面构造等相关联，l1为所述第一检测区 的长度，l2为所述第二检测区的长度，i0为出射光强度。
[0020]
本发明的有益效果：
[0021]
将本发明所公开的接头装置连接于水管之中，并使用本发明所公开的检测装置配套使 用，可以实时监测管道中水质，可以给用户以预警或一定的指导作用。
[0022]
本发明所公开的接头装置中包含了闸门，可以使接头处于两种状态，一种是检测状态， 此时检测部所处的水相当于处于一个港湾，水流平稳，利于检测，可以得到准确的检测结 果；另一种处于准备状态，即将闸门全部下放，检测部下端仅留有小空间供水通过，此时 水流速加快，对检测部的底端起到了冲刷作用，带走检测部底面沉积的污垢或多于的微粒， 同时也使得水中的微粒变得更均匀，更适于检测。
[0023]
本发明所采用的计算公式补偿了检测器壁等因素带来的干扰，使得计算结果更加准 确。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施方式的接头装置结构示意图以及其与主水管相连接的示意图；
[0025]
图2(a)为本发明另一种实施方式的监测部的结构示意图及其所处的一种状态；
[0026]
图2(b)为本发明另一种实施方式的监测部的另一种状态；
[0027]
图3为本发明实施方式的检测装置结构示意图；
[0028]
图4为本发明实施方式的检测装置与本发明的接头装置相配合使用的示意图。
[0029]
附图标记：
[0030]
1、主水管，2、接头，3、监测部，31、连接部，32、第一检测区，33、第二检测区， 34、闸门，4、检测装置，41、壳体，42、凹槽，43、单色光源，44、光电探测器，451、 步进电机一，452、步进电机二，461、滑轨一，462、滑轨二，471、滑块一，472、滑块 二，481、丝杠一，482、丝杠二，491、准直透镜一，492、准直透镜二，4101、聚焦透镜 一，4102、聚焦透镜二，4111、窗口一，4112、窗口二，4113、窗口三，4114、窗口4。
具体实施方式
[0031]
现结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的阐述。本实施例仅用于本发明的具体 实现方式进行说明，以利于本领域技术人员更好的理解本发明，并不是本发明保护范围的 限制。针对本发明所做出的任何修改或同等替换，都应涵盖在本发明保护范围中。
[0032]
附图1示出了本发明的用于实时监测管道中水浊度的接头装置的一种实施方式。该接 头装置包括左接头、右接头以及处于中间的监测部3，其特征在于，
[0033]
所述监测部3包含连接部31和检测部，所述连接部用于与所述左接头和所述右接头 连接，所述检测部用于插入检测装置进行水的检测；所述检测部包括第一检测区32和第 二检测区33，所述第一检测区32和第二检测区33具有不同长度；所述连接部31、第一 检测区32和第二检测区33依次联通；所述检测部是透明的；
[0034]
所述左接头和右接头分别处于所述监测部3的所述连接部31的左右两侧，所述左接 头和所述右接头具有相同的结构，外观呈立方体，其内部呈与主水管1相配合的圆柱形的 中空管道，所述左接头和所述右接头远离连接部31的一端分别设置有与主水管1连接的 连接头；所述左接头和所述右接头通过所述连接头与所述主水管1连接。
[0035]
根据本发明的另一种实施方式，如图2(a)和2(b)。在所述连接部31的内部空间呈立方 体，所述连接部31的上方设置有一个条形豁口，在豁口处插设有可以上下移动的闸门34， 所述闸门34和豁口密封接触。所述闸门的宽度与所述连接部31、所述检测部的宽度相同， 使得所述闸门34可以在宽度方向上拦截水；当所述闸门34全部下放时，所述闸门34底 端可以深入所述第二检测区距离底面1/2-1/3处，处于检测准备阶段。由于水长时间在管道 内流动，待测微粒在检测部会有沉积，造成该区域的待测水浊度增加；同时，也有有污垢 等沉淀，影响检测准确性。当所述闸门全部下放时，所述检测部的底部只留有很小的空间 供水通过，此时该区域流速加快，对该区域构成冲刷作用，可以出去污垢；同时带去沉积 的多余的待测微粒，即相当于对检测部的水进行了更换，使得检测部的水与主水管1中的 水相同。当闸门全部打开时，此时检测部相当于一个“港湾”，检测部的水处于平稳的状态， 适于进行检测，检测结构更加接近于真实结果，更准确。
[0036]
在一个实施例中，所述闸门34为可伸缩结果，在打开闸门34时，闸门34通过伸缩 缩短体积，减小占用面积。
[0037]
图3-4示出了本发明用于实时监测管道中水浊度的检测装置，其与前述两种实施方式 的任一项所述的接头装置相配合使用。该检测装置包括壳体41，所述壳体上侧形成与
所述 检测部相匹配的凹槽42，使得所述检测部可以插入所述凹槽42内，完成检测；所述壳体 41内部包含单色光源43，光电探测器44。
[0038]
根据本发明的检测装置的另一中实施方式，所述检测装置还包括步进电机一451，步 进电机二452，滑块一471，滑块二472，滑轨一461，滑轨二462，丝杠一481，丝杠二 482，以及控制器和处理器，所述单色光源43设置于滑块一471上，所述滑块一471设置 于滑轨461一上，并套设于所述丝杠二481上，在步进电机一451驱动下，所述丝杠一481 转动并带动所述滑块一471在所述滑轨一461上滑动从而使得单色光源43在所述第一检 测区32和所述第二检测区33之间来回移动；所述光电探测器44设置在所述滑块二472 上，所述滑块二472设置于滑轨二462上，并套设于所述丝杠二482上，在步进电机二452 驱动下，所述丝杠二482转动并带动所述滑块二472在所述滑轨二462上滑动从而在所述 第一检测区32和第二检测区33之间来回移动。
[0039]
设置第一检测区32和第二检测区33的意义在于补偿检测部壁以及其他部分损耗对散 射光的影响。本发明的测量机理如下：由于水中微粒是造成水浊度的关键因素，光在微粒 存在的情况下发生散射，散射光强度出射光的比值is/i0与浊度即水中微粒含量呈正比，本 发明的装置检测透射光强度it，因此is＝i0-it。尽管检测部的侧壁是透明的，水也是透明的， 但仍然会光具有一定的吸收作用，忽略吸光长度改变带来的吸光强度的变化，定义吸收强 度为ia，此时散射光强度修正为is＝i0-ia-it，则在第一检测区32和第二检测区33中的散射 过程与浊度的关系分别可以表示为：
[0040][0041][0042]
其中k为常数，与水中微粒的尺寸、形状、表面构造等相关联，l1为所述第一检测区 的长度，l2为所述第二检测区的长度，i0为出射光强度，i
t1
是在第一检测区的透射光强度， i
t2
是在第二检测区的透射光强度。
[0043]
将两式相减即可实现对水浊度的计算，同时也消除了对检测部侧壁以及水对光的吸收 等对检测的影响。
[0044][0045]
所述检测装置还包括准直透镜一491、准直透镜二492、聚焦透镜一4101和聚焦透镜 二4102，以及将供光束通过的窗口。所有聚焦透镜设置于桶状通道中，所述桶状通道周圈 为黑色，对非平行进入的光线进行吸收，以避免进入所述光电探测器影响检测准确性。
[0046]
本发明实施方式进行检测水管中的水浊度的方法，其采用本发明中的任一种所述的接 头装置以及本发明任一种的检测装置，包括如下步骤：
[0047]
(1)将所述闸门下放到底，使流水冲刷所述检测部；
[0048]
(2)将闸门慢慢抬起，最终使得所述闸门完全打开，所述连接部形成通路；
[0049]
(3)开启所述检测装置，首先检测第一检测区的透射光强度i
t1
；
[0050]
(4)通过所述电机使得所述单色光源和所述光电探测器移动至第二检测区，检测第 二检测区的透射光强度i
t2
；
[0051]
(5)所述处理器根据以下公式确定水管中微粒的含量：
[0052][0053]
其中k为常数，与水中微粒的尺寸、形状、表面构造等相关联，l1为所述第一检测区 的长度，l2为所述第二检测区的长度，i0为出射光强度。
[0054]
以上实施方式仅为本发明的示意性的解释，实施例中的细节不构成对本发明范围的限 制。