一种用于水泵系统的泥沙含量监测系统和方法与流程

本发明涉及水文监测，具体涉及一种水流中泥沙含量测量系统、方法、计算设备及存储介质。

背景技术：

1、在水力发电站中水中的泥沙颗粒会造成水轮机或泵的腐蚀，导致传动效率降低或运行振动。对水中的泥沙含量进行监测有助于降低水轮机的磨损延长水轮机部件的使用寿命。

2、目前泥沙含量监测方法主要有：测杆法、静力触探法、红外探测法、放射线探测法等，需要大量的人工操作，存在效率低、精度差等问题。

3、超声波测泥沙法是基于超声波穿透含沙溶液时发生衰减的原理来实现的。近年来也有人开始研究基于声阻抗的超声波测量法。传统的测量方法中采用的是平面式超声波探头，此种探头发出的平行波在传播过程中极易在水中粒子表面发生反射折射等而改变原来的传播方向。对于一发一收式的超声波换能器，一部分发射出来的超声波无法被对面的平面式超声波探头接收，而自发自收式的则会引起更多的散射损失，影响泥沙浓度测量的准确性。

4、且现有的超声波泥沙含量检测方法，无法充分利用历史监测数据进行及时预警，无法对水泵系统进行及时保护。

技术实现思路

1、为了提高水泵系统中泥沙含量监测的连续性和预警的及时性，本方案提出了一种用于水泵系统的泥沙含量监测系统和方法，通过在水泵系统的水流管道内多个水平层中成对设置的粒子检测传感器发射和接收超声波信号，通过超声波监测模块连续监测电压信号振幅，实时获取每个水平层的泥沙浓度变化趋势，充分利用历史监测数据统计生成电压信号振幅与泥沙浓度之间的函数关系，根据该函数关系可以在实时检测到的泥沙浓度超过预设阈值时会触发报警信号，能够及时对水泵系统进行保护。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于水泵系统的泥沙含量监测系统，包括：监测主机、超声波监测模块和粒子检测传感器，粒子检测传感器在水泵系统的水流管道中不同的水平层成对设置，所述超声波监测模块和监测主机设置在地面，并通过电缆与所述粒子检测传感器连接，

3、其中，粒子检测传感器用于发送和接收超声波信号，将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述超声波监测模块用于监测所述粒子检测传感器接收到的电压信号振幅；所述监测主机用于统计预设时间内的粒子浓度变化趋势和电压信号振幅，生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系，并基于所述函数关系对实时检测的粒子浓度进行预警。

4、可选地，在上述用于水泵系统的泥沙含量监测系统中，粒子检测传感器的型号、数量、超声波路径长度根据所述水流管道的直径、长度和水流管道中划分水平层的数量确定。

5、可选地，在上述用于水泵系统的泥沙含量监测系统中，电压信号振幅与所述粒子检测传感器接收的超声波信号强度成正比，所述电压信号的衰减程度随泥沙粒子分布的增加而增大。

6、可选地，在上述用于水泵系统的泥沙含量监测系统中，监测主机可以计算不同水平层之间交叉监测路径的平均电压信号振幅；统计每个水平层的电压信号振幅和粒子浓度变化趋势；基于每个监测路径的电压信号振幅和粒子浓度变化趋势生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系。

7、可选地，在上述用于水泵系统的泥沙含量监测系统中，监测主机用于设置粒子浓度阈值范围，在实时监测的粒子浓度超出阈值范围时发出报警信号，并将监测数据和报警信号实时传输给scada系统。

8、根据本发明的第二方面，提供了一种用于水泵系统的泥沙含量监测方法，适于在如上所述的用于水泵系统的泥沙含量监测系统中实现，包括：通过粒子检测传感器发送和接收超声波信号，并将接收到的超声波信号转换为电压信号；通过超声波监测模块监测水泵系统的水流管道中每个水平层的电压信号振幅；通过监测主机统计预设时间内的粒子浓度变化趋势和电压信号振幅，生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系，并基于所述函数关系对实时检测的粒子浓度进行预警。

9、可选地，在用于水泵系统的泥沙含量监测方法中，可以计算不同水平层之间交叉监测路径的平均电压信号振幅；统计每个水平层的电压信号振幅和粒子浓度变化趋势；基于每个监测路径的电压信号振幅和粒子浓度变化趋势生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系。

10、可选地，在用于水泵系统的泥沙含量监测方法中，还可以设置粒子浓度阈值范围，基于所述函数关系，在所述粒子浓度超出所述粒子浓度阈值范围时发出报警信号；将所述报警信号和监测数据传输到scada系统。

11、根据本发明的第三方面，提供一种计算设备，包括：至少一个处理器；和存储有程序指令的存储器，其中，程序指令被配置为适于由至少一个处理器执行，程序指令包括用于执行上述用于水泵系统的泥沙含量监测方法的指令。

12、根据本发明的第四方面，提供一种存储有程序指令的可读存储介质，当程序指令被计算设备读取并执行时，使得计算设备执行上述的用于水泵系统的泥沙含量监测方法。

13、根据本发明的方案，通过在水泵系统的水流管道内多个水平层中成对设置的粒子检测传感器发射和接收超声波信号，通过超声波监测模块连续监测电压信号振幅，实时获取每个水平层的泥沙浓度变化趋势；能够充分利用历史监测数据统计生成电压信号振幅与泥沙浓度之间的函数关系，并根据该函数关系可以在实时检测到的泥沙浓度超过预设阈值时会触发报警信号，能够及时对水泵系统进行保护。

14、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种用于水泵系统的泥沙含量监测系统，其特征在于，包括：监测主机、超声波监测模块和粒子检测传感器，所述粒子检测传感器在水泵系统的水流管道中不同的水平层成对设置，所述超声波监测模块和监测主机设置在地面，并通过电缆与所述粒子检测传感器连接，

2.根据权利要求1所述的用于水泵系统的泥沙含量监测系统，其特征在于，所述粒子检测传感器的型号、数量、超声波路径长度根据所述水流管道的直径、长度和水流管道中划分水平层的数量确定。

3.根据权利要求1所述的用于水泵系统的泥沙含量监测系统，其特征在于，所述电压信号振幅与所述粒子检测传感器接收的超声波信号强度成正比，所述信号衰减程度随泥沙粒子分布的增加而增大。

4.根据权利要求1所述的用于水泵系统的泥沙含量监测系统，其特征在于，所述监测主机用于计算不同水平层之间交叉监测路径的平均电压信号振幅，统计每个水平层的电压信号振幅和粒子浓度变化趋势，基于每个监测路径的电压信号振幅和粒子浓度变化趋势生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系。

5.根据权利要求1所述的用于水泵系统的泥沙含量监测系统，其特征在于，所述监测主机用于设置粒子浓度阈值范围，在实时监测的粒子浓度超出阈值范围时发出报警信号，并将监测数据和报警信号实时传输给scada系统。

6.一种用于水泵系统的泥沙含量监测方法，适于通过如权利要求1-5中任一项所述的用于水泵系统的泥沙含量监测系统实现，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的用于水泵系统的泥沙含量监测方法，其特征在于，所述通过监测主机统计预设时间内的粒子浓度变化趋势和电压信号振幅，生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系的步骤包括：

8.根据权利要求7所述的用于水泵系统的泥沙含量监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.一种计算设备，包括：

10.一种存储有程序指令的可读存储介质，当所述程序指令被计算设备读取并执行时，使得所述计算设备执行如权利要求6-8中任一项所述的用于水泵系统的泥沙含量监测方法。

技术总结
本发明公开了一种用于水泵系统的泥沙含量监测系统和方法，该系统包括：监测主机、超声波监测模块和粒子检测传感器，粒子检测传感器在水泵系统的水流管道中不同的水平层成对设置，超声波监测模块和监测主机设置在地面，并通过电缆与粒子检测传感器连接，粒子检测传感器用于发送和接收超声波信号，将接收到的超声波信号转换为电压信号；超声波监测模块用于监测粒子检测传感器接收到的电压信号振幅；监测主机用于统计预设时间内的粒子浓度变化趋势和电压信号振幅，生成粒子浓度与电压信号振幅之间的函数关系。本方案能够提高水泵系统中泥沙含量监测的连续性和预警的及时性。

技术研发人员：韩晓光,冷吉强,王记军,张作开,王中元
受保护的技术使用者：青岛清万水技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29