CN110612372A

CN110612372A - 沟渠传感器和设备

Info

Publication number: CN110612372A
Application number: CN201880030631.4A
Authority: CN
Inventors: 布莱恩·巴克; 约翰·瓦尔登
Original assignee: Yingtachi Co Ltd
Current assignee: Yingtachi Co Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-12-24
Also published as: GB201703900D0; EP3592910A1; EP3592910B1; US20210131089A1; GB2560386A; WO2018162908A1; EP3592910C0

Abstract

提供了一种沟渠传感器，其用于部署在沟渠中并检测沟渠中包含的物质。沟渠传感器可布置为检测沟渠何时已经被堵塞，并且还可布置为将这种事件通知外部方。沟渠传感器可包括细长主体，该主体还包括：容纳光源的第一部分；以及容纳光检测器的第二部分，该光检测器用于检测从光源沿着朝向该检测器的光路径发射的光。沟渠传感器还可包括剖面，该剖面沿着光路径的至少一部分定向，成型为允许物质与光路径的至少一部分相交，并且经细长主体将第一部分与第二部分连接。

Description

沟渠传感器和设备

技术领域

本发明涉及用于检测物质的传感器和设备领域，具体地但不限于利用用于检测存在于沟渠传感器附近的物质的光学设备的路边沟渠传感器。

背景技术

路边沟渠通常布置在道路两侧，将多余的水从路面转移到地下排水***。它们通常包括一个沟渠槽，在其底部有一个排水***，以便将收集到的水排放到下水道***；以及覆盖沟渠槽的固体格栅，以防止大的物体进入该槽，并防止对道路车辆造成损坏或破坏。

在路边设置沟渠而不是直接敞开地下排水***的主要目的是尽量减少进入排水管的沉积物、固体材料和碳氢化合物的量，因为这些可能会造成堵塞，从而降低排水管的效率。此外，如果排水管直接排入可持续排水***(SuD)或水道，则排水管中的任何污染物也可能被排放，从而可能对环境造成有害影响。然而，沟渠本身仍有可能被通过格栅掉落的固体材料堵塞。这些堵塞物降低了排水***的效率，并可能导致积水溢出到道路上；但是，从沟渠中清除堵塞物比从排水***清除堵塞物要容易得多。此外，沟渠还充当污染物和污染的集水坑，不然它们从沟渠中冲入水道，可能会造成有害的环境影响。为了保持排水管和沟渠***的效率并将其潜在的有害环境影响降至最低，希望能够迅速分辨出何时沟渠被堵塞。存在许多***，这些***有助于确定沟渠何时被堵塞，并随后通知用户有堵塞。这些可包括光源和光检测器，其检测由于沟渠中存在的物质而在两者之间的光路径中的任何中断。然而，这些***通常包括用于源和检测器的不同主体，这些主体相隔一定距离。如果固体物体介于源和检测器之间，则这些现有***容易发生故障，其中固体物体不构成沟渠堵塞。这方面的例子可包括进入沟渠并卡在两个主体之间的树叶和垃圾。此外，具有单独的主体的布置会使得难以从沟渠中移除设备以进行维护，特别是当沟渠中的材料在设备周围固化时。

专利文献GB2469111A描述了一种安装在人工沟渠中的洪水指示器，该指示器使用一个浮标装置，该浮标装置被构造为在沟渠中的任何一点发生溢流时保持在一个位置。

本发明旨在减轻或克服上述问题中的至少一些。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种沟渠传感器，其用于部署在沟渠中，并且检测沟渠中包含的物质。沟渠传感器包括细长主体，该主体包括：容纳光源的第一部分；以及第二部分，其容纳用于检测从光源沿着朝向该检测器的光路径发射的光的光检测器，并且其中沟渠传感器还可包括剖面，该剖面沿着光路径的至少一部分定向，成型为允许物质与光路径的至少一部分相交，并且经由细长主体将第一部分与第二部分连接。

第一方面可按照本文公开的任何合适的方式修改，所述方式包括但不限于以下中的任何一个或多个。

沟渠传感器可被构造为使得发射的光包括红外光。附加地或替代地，沟渠传感器可被构造为使得发射的光包括紫外光。

沟渠传感器可被构造为测量沟渠被物质填充的程度。附加地或替代地，沟渠传感器可被构造为测量沟渠中的物质的浑浊度。

沟渠传感器可包括多个光源。附加地或替代地，沟渠传感器可包括多个光检测器。此外，沟渠传感器可包括两个至三十二个光源以及相等数量的光检测器，构造为使得测量数量等于分离水平的光源的数量。

在设置有多个光源和/或光检测器的沟渠传感器的一方面，所述多个光源和/或光检测器可被构造为使得它们分离2.5cm与10cm之间的距离。此外，所述多个光源和/或光检测器可被构造为使得它们分离5cm与8cm之间的距离。

沟渠传感器可包括用于操作至少一个光源和/或光检测器的一个或多个电子组件。此外，在设置有电子组件的情况下，沟渠传感器可被构造为使得电子组件被容纳在单个印刷电路板上。

沟渠传感器可被构造为经由有线电子装置将信号从所述一个或多个检测器发送至外部发射器装置。

沟渠传感器可被构造为通过将线缆附接到细长主体而部署在沟渠中，所述线缆允许传感器可调节地布置在沟渠中。

沟渠传感器可被构造为使得细长主体包括与第一部分和第二部分二者耦接的另一部分，并且该另一部分被构造为容纳电子组件。

沟渠传感器可被构造为使得细长主体还包括外壁。此外，其中，在设置有这样的外壁的情况下，细长主体的外壁可被构造为对于由所述一个或多个光源发射的光的波长是部分透明的。外壁可包括实质均匀的宽度。此外，在设置有这样的外壁的情况下，细长主体的外壁可由透明的PETG构成。另外，在沟渠传感器被构造为使得细长主体包括外壁的情况下，细长主体的壁还可被构造为使得其厚度在3mm与5mm之间。

沟渠传感器可被构造为使得细长主体至少部分地填充有第一填充材料。此外，第一填充材料可被构造为对于由所述一个或多个光源发射的光的波长至少部分地透明。另外，第一填充材料可包括硬化树脂。

在沟渠传感器被构造为使得细长主体至少部分地填充有第一填充材料的情况下，沟渠传感器还可被构造为使得细长主体的近端和远端至少部分地填充有第二填充材料，使得第一填充材料通过第二填充材料被限定在细长主体的相对端。另外，第二填充化合物可包括环氧树脂复合材料。

沟渠传感器可被构造为使得细长主体包括在细长主体的内部的一组安装件，该一组安装件被构造为容纳印刷电路板。在设置有这样的一组安装件的情况下，印刷电路板安装件可被构造为具有1mm与3mm之间的厚度。

沟渠传感器可被构造为使得细长主体的剖面被构造为实质圆形。在沟渠传感器被构造为具有实质圆形剖面的情况下，细长主体还可被构造为使得实质圆形的细长主体的直径在40mm与60mm之间。

沟渠传感器可被构造为使得壳体的剖面为实质C形。

沟渠传感器可被构造为使得细长主体的剖面包括沟渠中的材料被构造为从中通过的凹进部分。在以这样的方式构造沟渠传感器的情况下，沟渠传感器可附加地构造为使得光源被对准以在通过凹进部分的光路径中发射光。

在沟渠传感器被构造为使得细长主体的剖面包括沟渠中的材料被构造为从中通过的凹进部分的情况下，凹进部分可附加地被构造为使得凹进部分在最窄点处的宽度在10mm与16mm之间。此外，附加地或替代地，凹进部分可被构造为使得凹进部分在最宽点处的宽度在12mm与18mm之间。

在沟渠传感器被构造为使得细长主体的剖面包括沟渠中的材料被构造为从中通过的凹进部分的情况下，凹进部分的壁还可包括第一直侧壁和第二直侧壁以及连接两个侧壁的一个直底壁。在设置有这样的侧壁的情况下，沟渠传感器还可被构造为使得凹进部分的侧壁的长度在10mm与30mm之间。此外，在设置有这样的侧壁和底壁的情况下，沟渠传感器还可被构造为使得直侧壁相对于底壁的法线以零度与十度之间的角度倾斜(tapered)。此外，在设置有这样的侧壁和底壁的情况下，沟渠传感器还可被构造为使得传感器的凹进部分的侧壁包括抛光的内表面和/或外表面。

沟渠传感器可被构造为使得传感器封装为IP68标准。

沟渠传感器可包括在传感器的近端和远端上传送(convey)的盖。此外，在设置有这样的盖的情况下，近端盖和远端盖可包括橡胶。此外，在沟渠传感器还包括近端盖和远端盖的情况下，近端盖和远端盖的剖面还可被构造为实质C形。

根据本发明的第二方面，还提供了一种沟渠传感器，其被构造为用于部署在路边沟渠中，沟渠传感器包括细长壳体，该壳体包括：第一部分，其容纳沿着沟渠传感器的细长长度传送的一个或多个光源；第二部分，其容纳沿着沟渠传感器的细长长度传送的一个或多个光检测器；第一部分与第二部分之间的至少一个凹进部分，其被构造为允许物质在所述一个或多个光源与一个或多个光检测器之间，其中，该至少一个凹进部分沿着沟渠传感器的细长长度传送；并且第一部分、第二部分和凹进部分被构造为使得在所述一个或多个光发射器和检测器的位置处的三个部分的组合的纵向剖面包括单个连接的形状；并且，沟渠传感器还被构造为通过所述光检测器检测从所述一个或多个光源发射的光的模糊化来检测所述沟渠中的物质，其中，所述光被引导穿过所述凹进部分。

如本文所公开的，可以以任何适当的方式来修改第二方面，包括但不限于如上所述的第一方面的任意一个或多个可选特征。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的实施例，其中：

图1a示出了沟渠传感器的侧视图的示例；

图1b示出了图1a的沟渠传感器的形式的俯视图的示例；

图2示出了利用沟渠传感器检测物质时采取的步骤的示例；

图3示出了在沟渠传感器的操作模式下采取的步骤的示例，其中该传感器被构造使功耗最小；

图4a示出了具有包括被去除的中心部分的剖面的沟渠传感器的俯视图的示例；

图4b示出了具有“C形”剖面的沟渠传感器的俯视图的示例；

图5a示出了具有多个光源和光检测器的沟渠传感器的形式的侧视图的示例；

图5b示出了具有多个光源和光检测器的沟渠传感器的形式的侧视图的示例，其中光检测器比光源多；

图5c示出了具有多个光源和光检测器的沟渠传感器的侧视图的示例，其中光源比光检测器多；

图6示出了具有在传感器中使用的内部组件中的一些的沟渠传感器的俯视图的示例；

图7示出了附接到线缆的沟渠传感器的侧视图的示例。

具体实施方式

概述

提供了一种检测路边沟渠中的物质的设备。在图1a和图1b中可看出这种设备的示例，图1a提供了设备的侧视图，并且图1b提供了俯视图。设备2包括细长主体10，该细长主体10还包括两部分，其中细长主体10指其长度大于其宽度的主体。这些部分中的第一部分12容纳至少一个光源13，第二部分14容纳用于检测从所述一个或多个光源13沿着朝向检测器15的光路径17发射的光的至少一个光检测器15。此外，设备包括沿着光路径的至少一部分定向的剖面。该剖面也成型为允许物质19与光路径17的至少一部分相交，并且经细长主体10连接第一部分12和第二部分14。因此，细长主体可至少从第一部分和第二部分连续延伸并且包括第一部分和第二部分。设备可以是沟渠传感器，用于部署于路边沟渠中，并且检测路边沟渠中包含的物质。可以设想该设备的其它用途，例如但不限于测量池塘或其他容器中的填充物或淤泥水平。

图1a示出了设备的侧视图，示出了该设备的两个部分12、14、光源13和光检测器15，以及一种结构，该结构允许物质19在设备的给定剖面上与光源13和光检测器15之间的光路径17相交。在该视图中，不可见该剖面，同时还示出了第一部分12和第二部分14之间经细长主体10的连接。这可在图1b中看到，图1b示出了俯视图，并且示出除以上特征之外还有连接部分11的所述剖面。

该设备2作为单个细长主体10的布置有助于防止固体碎屑在至少一个光源13和至少一个光检测器15之间积聚，该积聚可能降低设备2的有效功能性。这通过提供至少一个局部的屏障来实现，该屏障可防止会滞留在传感器中的较大固体物体进入成型为允许物质19与光路径17的一部分相交的剖面的一部分。

另外，设备2作为单个细长主体10的布置有助于防止光源13和检测器15随时间的潜在未对准。如果设备2在外力作用下移动，则由于设备2形成为一个整体，光源13和光检测器15将被迫以不改变两者之间的对准的方式移动。

操作示例

图2示出了描述当设备2部署在路边沟渠中时设备2检测物质的操作过程的示例的框图。命令被发送到设备2的第一部分12中的光源13，以开始在光路径17中发射光20。路径17优选地被构造为实质上朝向位于第二部分14中的光检测器15。设备2还被构造为允许沟渠中的物质19穿过光路径17，光路径17可吸收、反射、散射或以其他方式阻碍从光源13发射的光22的传输。在没有任何物质19的情况下，可以预期发射的光不会或少量被吸收或散射。在存在某种类型和数量的物质19的情况下，可以预期发射的光中的一些将被吸收或散射。在存在某些不同类型和数量的物质19的情况下，可以预期所有发射的光将被吸收或散射。

未被沟渠中的物质19吸收或散射的光随后可被光检测器24接收。然后，光检测器15可被构造为响应于其接收到的光26而发射电信号。该信号可以根据接收到的光的量而变化(例如，信号电压可变化)。然后，通过适当的处理装置将从光检测器发射的信号转换成机器可读消息，该消息被配置为包括与电信号的性质对应的接收了多少光的细节。然后，可以将该消息以电子方式中继到发送装置，例如无线射频(RF)天线，以便可将其传递到适当的计算装置以进行存储和/或分析28。

图3示出了说明另一操作模式的框图，该另一操作模式允许设备2进行定期测量，同时最小化设备2的功耗。设备2优选地被构造为在电池功率下工作，因此有利于开发降低功耗以保持更长的工作寿命的方案。在该方案中，在短暂的持续时间30内向设备2供电，以便能够对沟渠中的物质进行测量32。然后，将接收到的数据转换成机器可读消息并以电子方式传递给发送装置34。然后，设备2断电36。然后，在设备2再次通电以进行新的测量30之前，将该消息发送预定的次数38。

主体

细长主体10还可包括壁，其中除了上述光源13、光检测器15、用于设备2的功能的任何电子器件以及所述电子器件的安装件之外，主体10内部至壁的其余部分是中空的。壁可具有任何厚度，包括但不限于壁厚在1.0mm至7.0mm之间，优选地在3.0mm至5.0mm之间，并且更优选地为4.0mm。

如上所述的细长主体10的壁可由在可见波长范围内实质半透明或透明的材料组成。同样的材料可以是耐刮擦的光学透明材料。此外，它也可以由适于通过挤出成型工艺制造的材料组成。在该设备的优选布置中，该材料可包括改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)。

在本文所述的一些示例中，设备可进一步被布置为使得细长主体10的内部至少部分地填充有填充材料。主体可被填充，使得填充材料被布置为至少包围光源13、光检测器15、用于设备2的功能的任何必要电子器件、用于所述电子器件的安装件以及优选地至少部分地容纳在壁内的任何其他组件。组件可被充分包装，并且/或者填充材料可具有适当的材料特性(例如低电导率)，使得填充材料与组件的接触不会降低这些组件的操作功能。这种填充过程可被称为灌封。在一种布置中，细长主体被填充至一定水平，使得填充(或灌封)材料至少覆盖所有光源和检测器。填充材料可由透明的硬化树脂组成，该树脂对水的吸收具有很高的抵抗力，例如但不限于ALH Systems NP1170。

由于设备2通常将被部署在路边沟渠中，因此预期所述设备2将经受高湿气的环境。用填充材料填充细长主体10有助于防止这种湿气进入细长主体10并在设备2内引起故障。使用透明硬化树脂作为填充材料的另一个优点是，它吸收和散射了从至少一个光源发射的最少量的光，从而最小程度地影响设备2的检测效率。

在设备2的一个示例中，细长主体10还包括主体10的壁的一个或多个内表面上的一组安装支柱。这些安装支柱被构造为牢固地容纳诸如印刷电路板(PCB)之类的平台，在该平台上可以布置设备2的部分或全部组件(例如用于操作检测器和光源的电组件)。所述安装支柱的优选厚度为1mm至3mm，更优选地为1.6mm。在设备2的示例中，这些安装支柱可以一体地形成为内墙10模塑件的一部分。

在设备2的另一实施例中，可抛光光路径穿过的细长主体10的壁的至少一部分的一个或多个表面。这可以是内壁表面、外壁表面或者两者。这赋予了有助于将光从光源13有效地传输到检测器15的优点，因为它有助于最小化在细长主体壁的界面处的光散射量。

壁可以是连续壁，该连续壁围绕细长主体的***延伸并形成细长主体的***的至少一部分。

形状

设备2可具有沿光路径定向的剖面，其中，细长主体围绕该剖面成形，以允许物质19在至少一个光源13和至少一个光检测器15之间与光路17的一部分相交。设备2的剖面经由细长主体10连接第一部分12和第二部分14。

在如图1b所示的设备2的一个示例中，细长主体10可包括“U形”剖面。在该示例中，第一部分12和第二部分14形成从第三连接部分11实质上沿相同方向延伸(例如平行延伸)的两个侧部。第一部分12和第二部分14可从第三部分11延伸大致相同的距离，使得细长主体的剖面关于穿过第三部分11的中心的对称线对称，该对称线的方向实质上平行于从第三部分11延伸的第一部分12和第二部分14的方向。在该示例中，主体10的每侧实质上是直的。此外，在该示例中，设备2可被构造为允许沟渠中的物质19进入在第一部分12、第二部分14和第三连接部分11之间形成的细长主体的凹进部分41。凹进部分41是细长主体的一部分，其中，细长主体的外周壁从壁延伸的标称方向向内转向，然后再向外返回到壁延伸的标称方向，从而形成沟槽。沟槽可以是任何合适的形状，例如U形或尖角U形。对于U形，沟槽的侧面由第一部分12和第二部分14上的壁的外表面形成，同时U形的连接两侧面的底部由第三部分11上的壁的外表面形成。此外，凹进部分41可包括倾斜的侧壁。当壁远离第三部分11向外延伸时，沟槽的各侧面在剖面上可远离彼此而逐渐倾斜。沟槽的相对侧壁的倾斜的部分可具有线性或非线性逐渐倾斜的部分。在一个示例中，细长主体的外周壁是管，其中，沟槽沿着管的长度延伸。在该示例中，当沟槽沿着管的整个长度延伸时，沟槽的剖面轮廓实质上保持不变。沟槽的深度可以是任何合适的深度，包括但不限于延伸超过最大管直径的三分之一但小于其一半的深度。

凹进部分的底壁可以是直的或弯曲的，但在图1b中，它是直的。在可选实施例中，凹进部分的侧壁可实质上垂直于凹进部分的底壁。具有沿着主体的长度延伸的沟槽有助于防止叶子和其他物质卡在或楔入第一部分12和第二部分14之间。沟槽可以是至少沿着细长主体的与光检测器和光源对准的部分延伸的单个沟槽；或者为定位到每个光源检测器对的多个单独的沟槽。此外，由于第一部分12和第二部分14是单个延伸体的一部分，其中第一部分12和第二部分14通过第三部分11一体地连接，因此该设备具有更好的刚性。这使得第一部分12和第二部分14随着时间彼此保持固定的位置关系，这又意味着至少一个光源13和至少一个光检测器15不太可能不对准。

在如图4a所示的设备2的另一示例中，细长主体10可包括完全封闭的正方形的剖面，其中在细长主体10的整个长度上去除了中心部分43，所述中心部分43位于第一部分12和第二部分14之间。在该示例中，设备2可被构造为允许沟渠中的物质19进入去除的中心部分43。图4a中所示的中心部分43的形状实质上是正方形，但是可以是适合于允许沟渠中的物质19与第一部分12和第二部分14之间的光路径17相交的任何形状。未示出的其他实施例可包括矩形或长圆形剖面，其中去除了如上所述构造的中心部分。

在设备2的又一示例中，细长主体10可包括明显呈“C形”的剖面，其中，主体10的至少一侧呈弧形45，如图4b所示。在该示例中，设备2可被构造为允许沟渠中的物质19进入与前面描述的沟槽相似的凹进部分41中。沟槽由第一部分12、第二部分14和连接第一部分12和第二部分14的第三连接部分11形成。另外，凹进部分41可包括倾斜的侧壁。凹进部分41的底壁可以是直的或弯曲的，但是在所示的示例中它是直的。

在上述剖面实质上是C形的设备2的示例中，设备2的布置赋予了使传感器更容易从沟渠中移除的进一步的优点，因为该剖面有助于防止沟渠中的硬化物19在设备周围固化，这种固化可能会阻止设备移除。在本示例中，细长主体10在其最宽点处的宽度优选为20mm至70mm，更优选地为45mm至51mm。

凹进

在包括如上所述的凹进部分的设备2的示例布置中，凹进部分41在其最窄点处两个侧壁之间的距离优选地在10mm至16mm范围内，更优选地在12.5mm至13.5mm范围内。在设备2的布置中，凹进部分41具有倾斜的侧壁，侧壁以0度至10度范围内的锥角，更优选地以1度至5度范围内的锥角并且更优选地以2度至4度范围内的锥角朝着凹进部分41的底壁向内延伸。在该示例中，根据上述锥度要求，凹进部分41在其最宽点处两个侧壁之间的距离优选地为12mm至18mm，并且更优选地为14.5mm至15.5mm。

在先前实施例中描述的所述一个或多个光源13发射的光的路径17可被布置为朝着一个或多个光检测器15而穿过上述凹进部分41。

沟渠

可将设备2部署到其中的沟渠原则上可包括适合于如所述的设备2的***的任何沟渠。优选地，沟渠将为路边沟渠。

设备2还可进一步被构造为可从沟渠中移除，从而可以更简单地对设备2或沟渠进行任何必要的维护。随后，然后可将设备2重新部署在沟渠中(或者如果需要的话，可以是不同的沟渠)。

可通过使用适当的布线装置将设备2悬挂在沟渠中，其中线缆可具有一根或多根电线，用于承载电信号以及用于向/从设备提供电力。该布线可进一步电耦接到设备2，以将装置产生的电信号传输到外部位置。

光源和光检测器

设备2中使用的光源13可以是能够发射可以实现设备2的所需功能的波长的光的任何光源13，从而引导从合适的光源13发射的光通过物质19以被合适的光检测器15检测到。

在设备2的一个示例中，光源13可发射电磁光谱的任何波长的光。在设备2的另一示例中，光源13可发射紫外光谱的光。优选地，光源13发射红外光谱的光，并且更优选地，光源13在800nm至900nm范围内发射。

在设备2的一个示例中，所需的电气部件由传感器外部的电池供电，并且通过适当的布线装置向设备供电。在设备的优先布置中，电源被构造为提供3.2v至4.0v范围内的电势差，并且更优先地提供3.5v至3.7v范围内的电势差。

另外，在设备2中使用的光检测器15可以是能够检测由至少一个光源13发射的光的任何检测器。

在设备2的一个示例中，光检测器可检测电磁光谱的任何波长的光。在设备2的另一个示例中，光检测器可特别地检测紫外光谱的光。优选地，光检测器15具体地检测红外光谱的光，并且进一步优选地在800nm至900nm范围内被检测。光检测器15可被构造为检测与光源13发射的光的波长范围相对应的波长范围内的光。

设备2本身也可以包括多个光源13和多个检测器15。图5a至图5c示出了多个源13和多个检测器15的三种可能配置。设备可具有光源和检测器的其他配置。

在设备2包括多个光源13的情况下，多个光源中的一个或多个光源可被构造为向多个光源中的其余光源发射电磁光谱的不同波长的光。例如，第一光源和第二光源可被构造为发射红外光谱的光，并且第三光源和第四光源可被构造为发射紫外光谱的光。

在设备2另外包括多个光检测器15的情况下，多个光检测器中的一个或多个可被构造为检测与所述多个光检测器中的其余光检测器不同的电磁光谱中的波长的光。例如，第一光检测器和第二光检测器可被构造为检测红外光谱中的光，并且第三光检测器和第四光检测器可被构造为检测紫外光谱中的光。

在多个光源和检测器被布置为分别发射和检测不同波长的光的情况下，多个光检测器15中的每一个可进一步被构造为检测由多个光源13的特定子集发射的光。例如，第一光检测器15可被构造为检测从第一光源和第二光源发射的光，并且第二光检测器可被构造为检测从第三光源和第四光源发射的光。

图5a示出了设备2的示例，其中，多个源13a-c和多个检测器15a-c沿着沟槽的相对侧并沿着细长主体的长度布置，使得源和检测器一一对应，即，源13a-c的数量等于检测器15a-c的数量，并且每个源13a-c被构造为将光沿着光路径17a-c引导在恰好一个检测器15a-c处，并且每个检测器15a-c被构造为仅从一个源13a-c接收光。这样，可以认为光源和光检测器是对准的。

图5b示出了设备2的示例，其中，光检测器15a-c的数量大于光源13a-b的数量，并且每个源13a-b可被构造为将光沿着多条光路径17a-c引导到多个检测器15a-c。

图5c示出了设备2的示例，其中，光源13a-c的数量大于光检测器15a-b的数量，并且每个检测器15a-b可被构造为沿着多个光路径17a-c从多个光源13a-c接收光。

设备2中包括多个源13和检测器15，使得能够在多个水平上测量沟渠中的物质19，从而能够对物质19进行多次检测(沿着细长主体的长度在不同位置处)，同时只需要一个单一的设备2，从而可以潜在地降低制造成本。另外，如果同时存在多个源13和检测器15，则这使得设备2对故障更有弹性，因为源13或检测器15中的一个的故障不会导致整个装置的故障，因此仍然可以使用没有故障的源13和检测器15进行有用的测量。这也有助于防止设备2提供错误的肯定读数的可能性；在只有一个源13和/或检测器的情况下，单个元件的故障可导致缺乏测量，这被解释为沟渠中有物质19，而实际上没有。

在存在多个源13和/或多个接收器15的情况下，源13和/或接收器15优选地以2.5cm至10cm的距离间隔开，并且进一步优选地以5cm至8cm的距离间隔开。

物质

将由设备2在沟渠中测量的物质19可包括通常预期在沟渠中发现的任何物质，例如但不限于水和淤泥，在本文中被称为主要物质。设备2还可以测量设备2的用户不大感兴趣的其他物质，例如但不限于树叶和固体垃圾，在本文中被称为次要物质。

在一个示例中，设备2被构造为测量沟渠中的主要物质的填充水平。这可能涉及其中在沟渠中只有一条光路径与物质19相交的情况下(在只有一个光源13和一个接收器15的情况下)的一次测量，或者也可能涉及在沟渠中有多条光路径与物质19相交的情况下(在多个光源13和/或接收器15的情况下)进行的多次测量。

在另一示例中，设备2被构造为测量沟渠中的物质19的浊度。这可以通过使用被构造为发射波长范围内的光的光源13来实现，该波长范围内的光根据与之相互作用的物质19的浊度而被吸收或散射不同的量。光检测器类似地被构造为接收这样的光，并且所接收的光的量将被用于通过参考不同浊度的预期光水平来确定物质19的浊度。这可能涉及其中只有一条光路径与沟渠中的任何潜在物质19相交的情况下(在只有一个光源13和一个接收器的情况下)的一次浊度测量，或者也可能涉及在沟渠中的任何物质19与多条光路径相交的情况下(在多个源13和/或接收器15的情况下)进行的多次浊度测量。

信息传输

设备2可被构造为将其所做的测量结果发送到外部装置，在该外部设备中，用户可以对其进行读取和分析。优选地，这通过将设备2产生的电信号转换成机器可读的消息来实现。在设备2的一个示例中，电信号被转换成从00到FF的十六进制数。如果由于存在多个光检测器而接收到多个信号，则可以将这些信号中的每一个转换成十六进制数。然后，可以将这些数串连到信号数据字符串中，该信号数据字符串具有与每个数相关联的标识符以确定哪个信号与每个检测器相关。该数据字符串可以包括ASCII字符串。

此外，设备2优选地被构造为通过与适当电触点耦接来发送测量结果，该电触点另外被耦接到外部发射器头部单元。然后，可以通过适当的通信装置将消息从发射器头部单元进一步发送到适当的外部计算装置。此传输可以是有线的或无线的。

设备制造和封装

由于设备2包括电子组件并且可预期被部署在高湿气环境中，所以设备2可以被布置为是防水的。优选地，设备2被布置为封装到IP68标准而防水。这种防水可以通过设备2的制造方法来实现。设备2的细长主体10的壳体优选地由具有未密封端的中空管形成，该中空管可通过挤出成型以所需的剖面来制造，并且优选地包括光学透明、对紫外线辐射稳定、耐刮擦且适合通过挤出成型工艺生产的材料。进一步优选地，管道由透明PETG构成。

然后，可以将所需的电子组件放置在细长主体内。在该设备的一个实施例中，所需的电子组件将被安装在PCB上，并且该PCB将被放置在形成在细长主体10内部的安装件上。

当电子组件已被适当地放置在细长主体10中时，然后可使用第一灌封化合物(例如，适于透射来自所述一个或多个光源13的光的硬化树脂)实质上填充管。可以适当地选择化合物以使其具有与细长主体大致相似的折射率，以使从一个或多个光源13发射的光的折射或反射最小，并有助于使材料界面处的散射最小。灌封细长主体具有使设备抗冲击和振动以及还防止湿气吸收到设备中的优点。

然后，可以利用第二替代灌封化合物填充材料进一步灌封实质灌封的细长主体10的近端和远端，该第二替代灌封化合物填充材料更耐吸水，使得第一灌封化合物通过第二灌封化合物被限制在细长主体的相对端。该第二填充化合物可包括环氧树脂复合材料。该第二化合物优选为黑色树脂灌封化合物，其中适当的化合物为Robnor PX804C/BK。

此外，设备2可被构造为在细长主体10的近端和远端处包括帽，以进一步帮助设备2的封装。这也有助于将任何必要的布线连接到设备2。可以通过适合于例如用强力胶牢固地固定在沟渠环境中的装置或其他附接装置或诸如热粘合的技术将盖附接到细长主体10。盖可进一步适于允许线缆以允许电耦接到细长主体10内的电子组件。这可以通过在近端帽和/或远端帽以及硬化的灌封化合物中包括孔来实现。

电子器件

原则上，设备2可以使用任何数量和类型的组件来形成，这些组件允许在光接收器处检测到发射光时产生电信号。这些组件可以容纳在细长主体10的内部，并且可以包含在如前所述的至少一种合适的灌封化合物中。合适的组件可包括合适的电源(例如锂电池或其它合适的DC电源和/或与外部保持的电源的电连接)、信号调制器、诸如发光二极管(LED)之类的合适的光源、和诸如光晶体管之类的合适的光检测器。

在适当的情况下，组件优选地被布置在PCB上，PCB可如上所述被放置在细长主体10的内部的适当安装件中。在设备2被布置为进行多次检测的情况下，每次测量所需的电子器件可被布置在多个分离的PCB上。优选地，在所述布置中，用于多次测量的所需电子器件被布置在沿着细长主体10的全部长度布置的单个PCB上。

在包括具有连接部分11的形状的设备2的示例中，允许在检测到发射光时产生电信号的组件可实质上位于设备2的连接部分内。所述组件通常将排除通常将分别位于第一部分12和第二部分14中的所述一个或多个光源和光检测器。

其它示例

下面描述该装置的具体实施例。该实施例可以用本文描述的组件、范围和其它特征来适应或以其它方式修改。

图6以俯视图显示了设备2的示例。设备2包括细长主体10，细长主体10容纳电子电路和适当的电子组件，这些电子组件使得能够测量沟渠中物质19的填充水平，并且还使得能够测量该物质19的组成元素。从光源120发射光，该光源120与同光源120相对的光检测器122对准。光路径被布置为使得沟渠中的任何物质19将与光路径的至少一部分相交。在本实施例中，光检测器122可包括光电晶体管。从光源120发射的光通过使用光电晶体管122而被转换成电能，并且被用于产生与定义物质19的各种成分的预定义不透明度水平相对应的十六进制数。

本实施例首先包括形成为界定C形轮廓的中空管，并且该中空管使用挤出成型工艺形成。在本实施例中，管道由PETG组成。管由厚度为4毫米的壁104组成，并且在其最宽点处具有48mm的直径。此外，尽管在管的内部沿着管的整个长度形成有深度为2mm的四个安装突起106a-d，但是这些突起可以仅沿管的长度的一部分延伸。这些突起用于固定地安装用于放置所需的电子电路118的合适平台，所需的电子电路118可用于测量物质19的水平和成分。在本实施例中，电路被安装在单个PCB上。多个电子组件被完全封闭在管内，其中没有电子组件的任何元件是外部的。当电子组件牢固地安装在中空管中时，管道的内部将实质上填充有透明的硬化树脂灌封化合物。在本实施例中，该化合物由ALH Systems NP1170组成。然后，使该化合物凝固并硬化，以牢固地放置传感器。

C形轮廓用于定义四个不同的区域108a-d。广义上，区域108a包括容纳光源120的第一部分，区域108b包括容纳光接收器(例如光电晶体管122)的第二部分，区域108c包括部分108a和部分108b之间的连接部分并且可用于容纳如上所定义的电子电路，并且区域108d被定义为位于C形轮廓管112a和112b的两个壁之间的区域，该区域位于管本身之外，并且该区域包括光路径17朝向光电晶体管的区域并且还包括其中物质19可与光路径相交的区域。

在本实施例中，光源跨过两个部分108a和108b之间的C形轮廓管中的间隙108d朝着经优化以检测所述光的光电晶体管发射红外(IR)光谱的光。沟渠传感器的定位方式是使物质19被允许流入所述间隙并对该光的传输起潜在的阻碍作用。然后，光电晶体管检测其透射的未被物质19阻碍的辐射量，并且通过本领域技术人员已知的手段，将该辐射转换成电信号。然后将接收到的电信号转换成ASCII数据字符串，该字符串以与所述水平相关的数字为前缀。随后将其传递到发射器，以便可以通过适当的计算软件远程读取读数。产生的IR光完全封闭在管道的C形轮廓内。

由于光源和光电晶体管被完全封闭在管道内，因此发出的IR光也必须穿过管道壁的宽度至少两次，这将导致部分IR光被光路径与之相交的壁材料散射或吸收。吸收或散射的量在校准测量中是预先测量或考虑的，因此在进行测量时，将装置校准为考虑该吸收或散射的量。

IR光被吸收或散射的程度取决于沟渠物质19的组成。如果物质19是由干净的水组成的，则将吸收最少量的光，这将导致指示这种情况的信号。在物质19变成浑浊或由淤泥构成的情况下，用于IR光的路径可能被完全遮挡，并且IR光将被最大程度地吸收或散射。在这两个极端之间会有许多混淆水平，这些混淆水平足以被光电晶体管检测为单独的混淆水平。这样，传感器能够区分物质19的组成与参考水平。

此外，在本实施例中，两个壁112a和112b以3度的角度逐渐倾斜，使得沟槽轮廓108d的轮廓为梯形。这是为了防止碎屑滞留在光源和光电晶体管之间的区域而设计的。所述碎屑可包括较大的物体(例如整片叶子)和任何较大的固体物体，如果这些物体被卡在沟槽轮廓108d中，则它们可能会妨碍装置的功能，但它们可能会与设备接触。任何此类碎屑都可能导致不希望的IR光吸收或散射，随后导致对物质19的填充水平和成分的错误测量。因此，对间隙区域108d进行成形以限制所述碎屑的量对于设备的有效操作是重要的。对壁112a和112b进行额外抛光，以允许IR光在光源120和检测器122之间有效地传输，并且在设备2中的散射最小。

图7示出了从侧面观察时处于竖直可操作位置的设备2，因为当中沟渠中使用设备2时其可以被构造。在该构造中，可以看到多个光源120a-h面对多个光电晶体管122a-h，其中光被引导穿过间隙108d。另外，示出了壳体102和PCB 118。在所示的设备中，共有八个源120a-h与八个光电晶体管122a-h对准，它们对应于八个水平123a-h，在这些水平下可进行现有物质的测量，其中每对源和光电晶体管都包括一个单独的***。在替代实施例中，***的总数以及由此可测量的水平可以改变为2、4、8、12、16或32。在这样的实施例中，水平之间的距离为6.5cm。

多个IR光源和光电晶体管***各自与单独的电路隔离地操作，并且被构造为针对每个***独立地提供每个***的沟渠的组成和填充水平的测量。然后，将测量结果中的每一个作为单独的消息传递给发射器，以由适当的计算软件远程读取。这样，该装置提供了多个测量结果，这些测量结果在组合时可以指示物质的总深度和物质19在每个水平上的组成。例如，在图7中，被构造为将水平123a处的IR光引向光电晶体管122a的光源120a可以指示不存在光的吸收或散射，被构造为将水平123e处的IR光引向光电晶体管122e的光源120e可指示存在少量吸收或散射，并且被构造为将水平123h处的IR光引向光电晶体管122h的光源120h可指示存在高度吸收或散射。这稍后可被用来解释物质19尚未达到水平123a的高度，水平123e处的物质19主要由干净的水组成，水平123h处的物质19具有更浑浊的性质。

本实施例还填充有在细长主体的近端140和远端142处输送的第二灌封化合物，使得第一灌封化合物通过第二灌封化合物被限制在细长主体的相对端。所使用的化合物是海底级黑色树脂灌封材料，例如Robnor PX804C/BK。包含此特征有助于完全封装设备，使该设备完全防水达到IP68标准。

本实施例中，装置的另一个特征是包括在管道上的近端盖150和远端盖152，其实质上围绕壳体102的端，并且沿壳体102的长度向下延伸。结合管道和黑色树脂灌封化合物的形成，这使得该装置能够通过封装达到IP68标准而完全防水。在该实施例中，盖由橡胶构成。盖或者用在沟渠环境中不会降解的强力胶附接到管道的近端和远端，或者通过诸如热粘合等工艺在两端形成。

线缆200通过诸如螺钉和锁紧螺母装置之类的合适装置附接到近端盖150，并且传感器从该线缆悬挂到沟渠中。线缆也电耦接到设备。这是通过在近端盖150中钻孔来实现的，该孔的尺寸足以允许线缆穿过它，但实质上不会损害传感器的透水性。在该实施例中，线缆直径为15mm，并且钻孔的直径为20mm。该线缆还附接到位于沟渠上方的水平处的发射器***，并且能够将由多个IR源和光电晶体管***产生的信号经由电耦接装置160中继到发射器，在发射器中，消息随后被传输到适当的计算软件。根据用户的确定，线缆还使悬挂式传感器能够正确地定位在沟渠中。如果需要的话，这也使传感器更容易重新定位。

在发射器接收到ASCII数据字符串时，数据以十六进制格式作为单个字符串输出，每个水平和水平编号以*开头。然后，每个水平等于另一个两位数的十六进制数，该十六进制数表示范围可能为00至FF的IR光的吸收或散射水平。然后将该文本字符串传输到合适的远程计算软件进行解释。在每个数据读取周期之后执行ASCII数据字符串的串连处理，在本实施例中，8个水平的读取周期为200ms。

本实施例针对通过单个3.6V锂电池进行的长期电池操作进行了优化，但可以在3.2V至4V DC范围内的任何稳定电源下进行。锂电池存储在沟渠传感器的外部，并且通过电耦接的布线装置200供电。可以将沟渠传感器可置于通电状态，在这种情况下，只需发送请求数据读取周期的远程命令即可。然而，对传感器进行了优化，使得通过传感器的通电断电获得单个电池的最长运行时间，并且在启动数据读取周期之前远程向传感器通电，然后在完成数据读取周期之后将其断电。

Claims

1.一种沟渠传感器(2)，其用于部署在沟渠中，并且检测沟渠中包含的物质(19)，所述沟渠传感器包括细长主体(10)，该主体包括：

容纳光源(13)的第一部分(12)；以及

容纳光检测器(15)的第二部分(14)，所述光检测器(15)用于检测从所述光源(13)沿着朝向所述检测器(15)的光路径(17)发射的光；并且

其中，所述沟渠传感器(2)包括剖面，该剖面：

沿着所述光路径(17)的至少一部分定向；

成型为允许所述物质(19)与所述光路径(17)的至少一部分相交；并且

经由所述细长主体(10)将所述第一部分(12)与所述第二部分(14)连接。

2.根据权利要求1所述的沟渠传感器，其中，所述光源被构造为发射红外光和/或紫外光。

3.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述传感器被构造为测量所述沟渠被物质填充的程度和/或测量所述沟渠中的所述物质的浑浊度。

4.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述传感器包括多个光源。

5.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述传感器包括多个光检测器。

6.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述传感器被构造为经由有线电子装置将信号从一个或多个检测器发送至外部发射器装置。

7.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述传感器被构造为通过将线缆附接到所述细长主体而部署在所述沟渠中，所述线缆允许所述传感器被可调节地布置在所述沟渠中。

8.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体包括与所述第一部分和所述第二部分二者耦接的另一部分，并且该另一部分被构造为容纳电子组件。

9.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体还包括：外壁，其对于由一个或多个光源发射的光的波长是至少部分透明的。

10.根据权利要求9所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体的壁包括透明的PETG。

11.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体至少部分地填充有第一填充材料。

12.根据权利要求11所述的沟渠传感器，其中，所述第一填充材料对于由一个或多个光源发射的光的波长是至少部分透明的。

13.根据权利要求11所述的沟渠传感器，其中，所述第一填充材料包括硬化树脂。

14.根据权利要求11所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体的近端和远端至少部分地填充有第二填充材料，使得所述第一填充材料通过所述第二填充材料被限定在所述细长主体的相对端。

15.根据权利要求14所述的沟渠传感器，其中，所述第二填充化合物包括环氧树脂复合材料。

16.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体还包括：一组安装件，其在所述细长主体的内部，并且被构造为容纳印刷电路板。

17.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，壳体的剖面为实质C形。

18.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，所述细长主体的剖面包括凹进部分，所述沟渠中的材料被构造为进入所述凹进部分。

19.根据权利要求18所述的沟渠传感器，其中，所述光源被对准以在穿过所述凹进部分的光路径中发射光。

20.根据权利要求18所述的沟渠传感器，其中，所述凹进部分的壁包括第一侧壁和第二侧壁以及连接两个侧壁的一个底壁。

21.根据权利要求20所述的沟渠传感器，其中，所述侧壁和所述底壁包括直部；所述侧壁的直部相对于所述底壁的直部的法线以零度与十度之间的角度倾斜。

22.根据权利要求20所述的沟渠传感器，其中，所述传感器的所述凹进部分的侧壁包括抛光的内表面和/或抛光的外表面。

23.根据任一前述权利要求所述的沟渠传感器，其中，盖被传送在所述传感器的近端和远端上。

24.根据权利要求23所述的沟渠传感器，其中，近端盖和远端盖包括橡胶。

25.根据权利要求23所述的沟渠传感器，其中，近端盖和远端盖的剖面为实质C形。