CN113324604B - 基于nb_iot的超声波水表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于NB_IOT的超声波水表，包括计量管道、两个超声波模块和超声波水表主体。计量管道进水端和排水端分别和水管管道连，超声波水表主体和超声波模块均设计量管道，超声波模块包括壳体、电磁屏蔽件、抵压部和压电陶瓷片。壳体为上端开放的空腔，以容纳压电陶瓷片，壳体内壁设电磁屏蔽层。电磁屏蔽件封闭壳体开放端，电磁屏蔽件设电磁屏蔽件通孔。抵压部设滤波器。压电陶瓷片上连接的导线依次穿过电磁屏蔽件通孔和滤波器后，与超声波水表主体连接，超声波水表主体通过导线向压电陶瓷片传输信号，压电陶瓷片向水流发射超声波。其有益效果是，避免压电陶瓷片受到外界电磁波的干扰，以提高超声波模块对用水流量的测量精度。

Description

基于NB_IOT的超声波水表

技术领域

本发明涉及水表技术领域，尤其涉及一种基于NB_IOT的超声波水表。

背景技术

超声波水表，是一种基于超声波的原理进行用水流量监测的新型水表，其包括计量管道和两个超声波模块，计量管道的进水端和排水端分别和水管管道连通，两个超声波模块分别靠近计量管道的进水端和排水端。其工作原理为：两个超声波模块超声波收发器向管道内流体发射超声波，通过流体的调制作用测算出超声波顺流传播和逆流传播的时间差，以得到计量管道内的水流流速信息，进而计算出用水流量。

为更好的远程监测用水流量，现有的超声波水表还设置传感器模块和NB_IOT通讯模块，以形成基于NB_IOT的超声波水表。传感器模块将用水流量的数据通过NB_IOT通讯模块传递至云端服务器，用户或供水公司通过云端服务器可远程监测用水流量。其中，NB_IOT表示窄带物联网（Narrow Band Internet of Things）。

由于基于NB_IOT的超声波水表是通过超声波模块发射超声波，外界的电磁波易干扰超声波模块发出的弱信号，导致用水流量的测定不准确。因此，为提高基于NB_IOT的超声波水表的测定精度，目前亟需一种能够屏蔽外界电磁波干扰的基于NB_IOT的超声波水表。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于NB_IOT的超声波水表，其解决了现有的基于NB_IOT的超声波水表易受到外界超声波的干扰，导致用水流量测定不准确的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种基于NB_IOT的超声波水表，包括计量管道、两个超声波模块和超声波水表主体。

计量管道的进水端和排水端分别和水管管道连通，超声波水表主体和超声波模块均设置在计量管道上，两个超声波模块分别靠近计量管道的进水端和排水端。

超声波模块包括壳体、电磁屏蔽件、抵压部和压电陶瓷片。

壳体为上端开放的空腔结构，用于容纳压电陶瓷片，壳体的内壁均设置电磁屏蔽层。

电磁屏蔽件用于封闭壳体的开放端，电磁屏蔽件上设有电磁屏蔽件通孔。

抵压部位于壳体的上部，抵压部的底部设有用于容纳壳体上部的凹槽，抵压部上设有连通电磁屏蔽件通孔的抵压部通孔，抵压部通孔内容纳滤波器，滤波器用于过滤电信号。

压电陶瓷片用于向水流发射超声波，其上连接的导线依次穿过电磁屏蔽件通孔和滤波器后，与超声波水表主体连接，超声波水表主体通过导线向压电陶瓷片传输信号。

根据本发明，电磁屏蔽件和壳体之间设置电磁密封衬垫，电磁密封衬垫为弹性导电材质，电磁密封衬垫用于密封电磁屏蔽件和壳体之间的缝隙。

根据本发明，导线为两根绝缘的铜导线，导线远离压电陶瓷片的一端相互绞合。

根据本发明，超声波模块通过安装台设置于计量管道上。

安装台设置两个，两个安装台分别靠近计量管道的进水端和排水端，且两个安装台呈对角设置。

安装台的顶部设有安装台凹槽，安装台凹槽的底部向下延伸设有安装孔，安装孔与计量管道的空腔连通。

超声波模块位于安装孔内，抵压部抵压在安装台凹槽的底部。

安装台与螺纹端盖螺纹连接，螺纹端盖的底部抵靠抵压部的顶部，以将超声波模块固定在安装台上。

根据本发明，安装台的底部内侧设有反射装置，反射装置设有两个，分别位于两个超声波模块的下方，反射装置用于反射压电陶瓷片发射的超声波。

根据本发明，计量管道上固定设置斜台，斜台的顶部向上突出形成连接柱，连接柱为圆柱体，连接柱的周向侧壁设有环形凹槽，移动环和弧形支撑块由上至下依次套设于弧形凹槽内。

根据本发明，环形凹槽靠近计量管道的一侧侧壁上向下延伸间隔形成两个安装孔。

环形凹槽远离计量管道的一侧侧壁上向上延伸间隔形成两个滑动槽，滑动槽向上延伸至连接柱的顶部，且贯穿连接柱的周向侧壁，两个滑动槽沿连接柱的轴向对称设置。

环形凹槽远离计量管道的一侧侧壁上向上延伸间隔形成两个卡槽，两个卡槽贯穿连接柱的周向侧壁，两个卡槽沿连接柱的轴向对称设置。

环形凹槽的底部沿连接柱的径向延伸形成环形凹槽通孔。

根据本发明，移动环为环状结构，移动环的底部向下延伸间隔形成两个移动环插杆，且两个移动环插杆分别与两个安装孔相匹配。

移动环插杆上套设弹性件，当移动环套设于环形凹槽内时，弹性件保持压缩状态。

根据本发明，弧形支撑块为与环形凹槽相适配的弧形结构。

弧形支撑块的内圆弧面上设有与环形凹槽通孔相匹配的弧形支撑块插杆。

根据本发明，弧形支撑块插杆设有安装槽，安装槽内设有磁铁，两个弧形支撑块的磁铁的磁性相反，以在两个弧形支撑块的弧形支撑块插杆插设于环形凹槽通孔内时，两个磁铁磁吸吸附，以使两个弧形支撑块固定在环形凹槽内。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的基于NB_IOT的超声波水表，通过将压电陶瓷片容纳于由壳体和电磁屏蔽件形成的封闭空间内，利用壳体和电磁屏蔽件对外界电磁波的屏蔽作用，以避免压电陶瓷片受到外界电磁波的干扰，进而提高用于流量的测量精度。

其次，本发明通过将压电陶瓷片上连接的导线依次穿过电磁屏蔽件通孔和滤波器后，再与超声波水表主体连接，以在经滤波器滤波后，压电陶瓷片只能接收由超声波水表主体发送的信号，避免外界电磁波由导线传递至压电陶瓷片，进而避免压电陶瓷片受到外界电磁波的干扰，以提高超声波模块对用水流量的测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明计量管道的结构示意图；

图3为图2中B-B处的剖视图（省略连接柱）；

图4为本发明图2中的A部分放大图；

图5为本发明超声波模块的结构示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为超声波模块位于安装孔内的剖视图（省略连接柱）；

图8为本发明螺纹端盖的结构示意图；

图9为本发明超声波水表主体的结构示意图；

图10为本发明移动环的结构示意图；

图11为本发明弧形支撑块的结构示意图。

【附图标记说明】

1：计量管道；

101：法兰盘；

102：斜台；

103：安装台；

104：安装台凹槽；

105：安装孔；

106：连接柱；

107：环形凹槽；

108：插孔；

109：滑动槽；

110：卡槽；

111：环形凹槽通孔；

2：超声波模块；

201：壳体；

202：电磁屏蔽层；

203：电磁屏蔽件；

2031：电磁屏蔽件通孔；

204：电磁密封衬垫；

205：抵压部；

2051：凸台；

2052：凸台通孔；

206：滤波器；

207：压电陶瓷片；

208：导线；

209：第一密封圈；

210：反射装置；

3：螺纹端盖；

301：螺纹端盖通孔；

302：第二密封圈；

4：超声波水表主体；

401：连接件；

402：卡块；

5：移动环；

501：移动环插杆；

502：弹性件；

6：弧形支撑块；

601：弧形支撑块插杆；

602：安装槽；

603：磁铁。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参照图1-图11所示，本发明提供一种基于NB_IOT的超声波水表，其包括计量管道1、两个超声波模块2和超声波水表主体4。

其中，计量管道1的进水端和排水端分别和水管管道连通，超声波水表主体4和超声波模块2均设置在计量管道1上，两个超声波模块2分别靠近计量管道1的进水端和排水端，两个超声波模块2均与超声波水表主体4电性连接。超声波水表主体4包括表盘、传感器模块和NB_IOT通讯模块。

超声波模块2用于发射和接受超声波。超声波水表主体4控制两个超声波模块2向计量管道1内的水流发射超声波后，两个超声波模块2彼此接收对方发出的超声波，由于一个超声波模块2发出的超声波的传播方向与水流方向相同，另一个超声波模块2发出的超声波的传播方向与水流方向相反，进而形成超声波的速度差，通过计算超声波的速度差能够得出计量管道1内流经的水流量。超声波水表主体4的表盘用于显示用水流量，传感器模块用于将用水流量的数据通过NB_IOT通讯模块传递至云端服务器，用户或供水公司通过云端服务器可远程监测用水流量，以实现远程监测用水流量。

进一步，计量管道1的进水端和排水端分别设有法兰盘101，计量管道1通过法兰盘101与水管管道连接。

进一步，为便于超声波水表主体4与计量管道1的连接，超声波水表主体4的底部向下延伸形成连接件401，连接件401为空腔的圆柱体。

连接件401的内周向侧壁沿连接件401的轴向对称设置两个卡块402，且两个卡块402位于连接件401远离超声波水表主体4的一端。

进一步，超声波水表主体4通过斜台组件可拆卸地设置于计量管道1上。斜台组件包括斜台102、连接柱106、移动环5和两个弧形支撑块6。

斜台102固定在计量管道1上，斜台102的顶部向上突出形成连接柱106，连接柱106为圆柱体，连接柱106的周向侧壁设有环形凹槽107，移动环5和弧形支撑块6由上至下依次套设于环形凹槽107内。

环形凹槽107靠近计量管道1的一侧侧壁上向下延伸间隔形成两个安装孔105，两个安装孔105优选为沿连接柱106的轴向对称设置。

环形凹槽107远离计量管道1的一侧侧壁上向上延伸间隔形成两个滑动槽109，滑动槽109向上延伸至连接柱106的顶部，且贯穿连接柱106的周向侧壁，两个滑动槽109沿连接柱106的轴向对称设置。环形凹槽107远离计量管道1的一侧侧壁上还向上延伸间隔形成两个卡槽110，两个卡槽110贯穿连接柱106的周向侧壁，两个卡槽110沿连接柱106的轴向对称设置。

环形凹槽107的底部沿连接柱106的径向延伸形成环形凹槽通孔111。

移动环5为环状结构，移动环5的底部向下延伸间隔形成两个移动环插杆501，且两个移动环插杆501分别与两个安装孔105相匹配。移动环插杆501上套设弹性件502，当移动环5套设于环形凹槽107内时，弹性件502保持压缩状态。

弧形支撑块6为与环形凹槽107相适配的弧形结构。弧形支撑块6的内圆弧面上设有与环形凹槽通孔111相匹配的弧形支撑块插杆601。

超声波水表主体4和连接柱106的连接方式为：

先将移动环5套设于环形凹槽107内，移动环插杆501插设于环形凹槽107的安装孔105内。超声波水表主体4的连接件401套设于连接柱106的上部，卡块402由滑动槽109滑入至位于环形凹槽107内，此时，卡块402抵靠移动环5，并带动移动环5向下移动，弹性件502压缩。转动超声波水表主体4至卡块402对应于卡槽110的位置处，松开超声波水表主体4，弹性件502回弹，带动移动环5和卡块402同步上移，以使卡块402卡合于卡槽110内，进而使超声波水表主体4固定在连接柱106上。

随后，将两个弧形支撑块6的弧形支撑块插杆601插设于环形凹槽通孔111的两端，以使两个弧形支撑块6相对设置，并使两个弧形支撑块6位于移动环5的下方，弧形支撑块6的顶部抵接移动环5，弧形支撑块6的底部抵接环形凹槽107靠近计量管道1的一侧侧壁，以使移动环5的位置固定，进而使超声波水表主体4的位置固定。

超声波水表主体4和连接柱106的拆卸方式为：

将两个弧形支撑块6的弧形支撑块插杆601由环形凹槽通孔111内取出，即将弧形支撑块6由环形凹槽107内拆下。随后，向下按压超声波水表主体4，带动卡块402离开卡槽110，并带动移动环5向下移动，弹性件502压缩。转动超声波水表主体4至卡块402对应于滑动槽109，松开超声波水表主体4，弹性件502回弹，带动移动环5和卡块402同步上移，以使卡块402滑入滑动槽109内。向上提升超声波水表主体4，至卡块402脱离滑动槽109，即完成超声波水表主体4和连接柱106之间的拆卸。

通过上述超声波水表主体4和连接柱106的可拆卸连接方式，以便于对超声波水表主体4进行维修。

优选地，弧形支撑块插杆601设有安装槽602，安装槽602内设有磁铁603，两个弧形支撑块6上的磁铁603的磁性相反，以在两个弧形支撑块6的弧形支撑块插杆601插设于环形凹槽通孔111内时，两个磁铁603磁吸吸附，以使两个弧形支撑块6稳定固定在环形凹槽107内。

进一步，斜台102的两端分别连接两个安装台103。超声波模块2通过安装台103设置于计量管道1上。安装台103设置两个，两个安装台103分别靠近计量管道1的进水端和排水端。

安装台103的顶部设有安装台凹槽104，安装台凹槽104的底部向下延伸设有安装孔105，安装孔105与计量管道1的空腔连通。安装孔105用于容纳超声波模块2的下部，超声波模块2向计量管道1空腔内的水流发射超声波。

安装台103的底部内侧设有反射装置210，反射装置210设有两个，当超声波模块2的下部位于安装孔105内时，两个反射装置210分别位于两个超声波模块2的下方，且相对设置。反射装置210用于反射超声波模块2发射的超声波。

进一步，为避免超声波模块2受外界电磁波干扰，造成用水流量的计量不准确，将超声波模块2设置为：超声波模块2包括壳体201、电磁屏蔽件203、电磁密封衬垫204、抵压部205和压电陶瓷片207。

其中，壳体201为上端开放的空腔结构，用于容纳压电陶瓷片207，压电陶瓷片207用于向水流发射超声波，壳体201的内壁均设置电磁屏蔽层202。

电磁屏蔽件203用于封闭壳体201的开放端，以使压电陶瓷片207容纳于壳体201和电磁屏蔽件203形成的封闭空间内，通过壳体201和电磁屏蔽件203对外界电磁波的屏蔽作用，以避免压电陶瓷片207受到外界电磁波的干扰，进而提高用于流量的测量精度。

电磁屏蔽件203上设有电磁屏蔽件通孔2031。电磁屏蔽件203由多排多列的金属线和金属圆环围合而成，或者，电磁屏蔽件203为金属板，当然，电磁屏蔽件203还可以为其他结构，使其能够屏蔽电磁波即可。

电磁密封衬垫204位于电磁屏蔽件203和壳体201之间，电磁密封衬垫204为弹性导电材质，电磁密封衬垫204用于密封电磁屏蔽件203和壳体201之间的缝隙，以消除导电不连续点，避免外界电磁波由电磁屏蔽件203和壳体201之间的缝隙进入，以使压电陶瓷片207免受外界电磁波的干扰，进而提高超声波模块2对用水流量的测量精度。

抵压部205位于壳体201的上部，抵压部205的底部设有凹槽，凹槽用于容纳壳体201的上部，壳体201的上部可拆卸地连接在凹槽内，当壳体201的下部位于安装台103的安装孔105内时，抵压部205抵压在安装台凹槽104的底部，以使壳体201限位。抵压部205和安装台凹槽104之间设置第一密封圈209，第一密封圈209用于密封抵压部205和安装台凹槽104之间的缝隙。

抵压部205上设有与电磁屏蔽件通孔2031连通的抵压部通孔，抵压部通孔内容纳滤波器206，滤波器206用于过滤电信号。

抵压部205的顶部向上突出形成凸台2051，凸台2051上设有与抵压部通孔连通的凸台通孔2052。

压电陶瓷片207上连接的导线208依次穿过电磁屏蔽件通孔2031、滤波器206和凸台通孔2052后，与超声波水表主体4连接，超声波水表主体4通过导线208向压电陶瓷片207传输信号，压电陶瓷片207用于向水流发射超声波。经滤波器206滤波后，压电陶瓷片207只能接收由超声波水表主体4发送的信号，以避免外界电磁波由导线208传递至压电陶瓷片207，进而避免压电陶瓷片207受到外界电磁波的干扰，以提高超声波模块2对用水流量的测量精度。

具体地，压电陶瓷片207上连接的导线208为两根绝缘的铜导线，两根导线208分别连接在压电陶瓷片207的正极和负极，两根导线208远离压电陶瓷片207的一端相互绞合，以使一根导线208在传输中辐射的电波被另一根导线208上发出的电磁波抵消，以抵御一部分外界电磁波的干扰，进一步使压电陶瓷片207免受外界电磁波的干扰，以提高超声波模块2对用水流量的测量精度。

进一步，当壳体201的下部位于安装台103的安装孔105内，抵压部205抵压在安装台凹槽104的底部上时，通过螺纹端盖3将超声波模块2固定在安装台103上。

螺纹端盖3与安装台103可拆卸连接，螺纹端盖3上设有与凸台2051相匹配的螺纹端盖通孔301。螺纹端盖3连接在安装台103上时，螺纹端盖3的底部抵靠抵压部205的顶部，螺纹端盖通孔301穿过凸台2051，以将超声波模块2固定在安装台103上。

优选地，螺纹端盖3与安装台103螺纹连接，当然，也可采用如卡合连接及其他可拆卸的连接方式。

进一步，螺纹端盖3与安装台103之间设置第二密封圈302，第二密封圈302用于密封螺纹端盖3与安装台103之间的缝隙。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.基于NB_IOT的超声波水表，包括计量管道(1)、两个超声波模块(2)和超声波水表主体(4)；

所述计量管道(1)的进水端和排水端分别和水管管道连通，所述超声波水表主体(4)和所述超声波模块(2)均设置在所述计量管道(1)上，两个所述超声波模块(2)分别靠近所述计量管道(1)的进水端和排水端，其特征在于：

所述计量管道(1)上固定设置斜台(102)；

所述斜台(102)的顶部向上突出形成连接柱(106)，所述连接柱(106)为圆柱体，所述连接柱(106)的周向侧壁设有环形凹槽(107)，移动环(5)套设于所述环形凹槽(107)内；

所述环形凹槽(107)靠近所述计量管道(1)的一侧侧壁上向下延伸间隔形成两个插孔(108)；

所述环形凹槽(107)远离所述计量管道(1)的一侧侧壁上向上延伸间隔形成两个滑动槽(109)，所述滑动槽(109)向上延伸至所述连接柱(106)的顶部，且贯穿所述连接柱(106)的周向侧壁，两个所述滑动槽(109)沿所述连接柱(106)的轴向对称设置；

所述环形凹槽(107)远离所述计量管道(1)的一侧侧壁上向上延伸间隔形成两个卡槽(110)，两个所述卡槽(110)贯穿所述连接柱(106)的周向侧壁，两个所述卡槽(110)沿所述连接柱(106)的轴向对称设置；

所述环形凹槽(107)的底部沿所述连接柱(106)的径向延伸形成环形凹槽通孔(111)；

所述移动环(5)为环状结构，所述移动环(5)的底部向下延伸间隔形成两个移动环插杆(501)，且两个所述移动环插杆(501)分别与两个所述插孔(108)相匹配；

所述移动环插杆(501)上套设弹性件(502)，当所述移动环(5)套设于所述环形凹槽(107)内时，所述弹性件(502)保持压缩状态；

所述超声波模块(2)包括壳体(201)、电磁屏蔽件(203)、抵压部(205)和压电陶瓷片(207)；

所述壳体(201)为上端开放的空腔结构，用于容纳所述压电陶瓷片(207)，所述壳体(201)的内壁均设置电磁屏蔽层(202)；

所述电磁屏蔽件(203)用于封闭所述壳体(201)的开放端，所述电磁屏蔽件(203)上设有电磁屏蔽件通孔(2031)；

所述抵压部(205)位于所述壳体(201)的上部，所述抵压部(205)的底部设有用于容纳所述壳体(201)上部的凹槽，所述抵压部(205)上设有连通所述电磁屏蔽件通孔(2031)的抵压部通孔，所述抵压部通孔内容纳滤波器(206)，所述滤波器(206)用于过滤电信号；

所述压电陶瓷片(207)用于向水流发射超声波，其上连接的导线(208)依次穿过所述电磁屏蔽件通孔(2031)和所述滤波器(206)后，与所述超声波水表主体(4)连接，所述超声波水表主体(4)通过所述导线(208)向所述压电陶瓷片(207)传输信号；

所述导线(208)为两根绝缘的铜导线，所述导线(208)远离所述压电陶瓷片(207)的一端相互绞合；

所述电磁屏蔽件(203)和所述壳体(201)之间设置电磁密封衬垫(204)；

所述电磁密封衬垫(204)为弹性导电材质，所述电磁密封衬垫(204)用于密封所述电磁屏蔽件(203)和所述壳体(201)之间的缝隙；

所述超声波模块通过安装台(103)设置于所述计量管道(1)上；

所述安装台(103)设置两个，两个所述安装台(103)分别靠近所述计量管道(1)的进水端和排水端；

所述安装台(103)的顶部设有安装台凹槽(104)，所述安装台凹槽(104)的底部向下延伸设有安装孔(105)，所述安装孔(105)与所述计量管道(1)的空腔连通；

所述超声波模块(2)位于所述安装孔(105)内，所述抵压部(205)抵压在所述安装台凹槽(104)的底部；

所述安装台(103)与螺纹端盖(3)螺纹连接，所述螺纹端盖(3)的底部抵靠所述抵压部(205)的顶部，以将所述超声波模块(2)固定在所述安装台(103)上；

所述安装台(103)的底部内侧设有反射装置(210)；

所述反射装置(210)设有两个，分别位于两个所述超声波模块(2)的下方，所述反射装置(210)用于反射所述压电陶瓷片(207)发射的超声波；

移动环(5)和弧形支撑块(6)由上至下依次套设于所述环形凹槽(107)内；

所述弧形支撑块(6)为与所述环形凹槽(107)相适配的弧形结构；

所述弧形支撑块(6)的内圆弧面上设有与所述环形凹槽通孔(111)相匹配的弧形支撑块插杆(601)；

所述弧形支撑块插杆(601)设有安装槽(602)，所述安装槽(602)内设有磁铁(603)，两个所述弧形支撑块(6)的所述磁铁(603)的磁性相反，以在两个所述弧形支撑块插杆(601)插设于所述环形凹槽通孔(111)内时，两个所述磁铁(603)磁吸吸附，以使两个所述弧形支撑块(6)固定在所述环形凹槽(107)内。

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