CN113324612B - 一种管道内水位跟踪测量*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内水位跟踪测量***，属于水文测量技术领域，使用液位探测器代替现有的管道内液位探装置，避免检测装置和绳索之间缠绕打结，并且能够避免管内障碍物干扰，受环境影响小，测量精度高，使用寿命长；包括：传动索，其末端连接液位探测器；主动轮，传动索的前端固定连接主动轮，主动轮还连接动力源，主动轮能够通过传动索按照设定的程序带动液位探测器运行；用于计量传动索运动距离的从动轮，其通过传动机构同步连接角位移传感器，传动索卷绕从动轮；控制***，液位探测器、动力源和角位移传感器连接控制***，控制***能够获取液位探测器位置信息和角位移传感器的测量数据，输出动力源控制信号以控制液位探测器按照设定的自动化程序自行监测。

Description

一种管道内水位跟踪测量***

技术领域

本发明属于水文测量技术领域，具体涉及一种管道内水位跟踪测量***。

背景技术

管道内水位监测设备多样，但区别主要集中在传感器和采集方式方面，数据传输、储存等方面基本大同小异，目前国内使用较为广泛的水位采集装置分为压力式和浮子式两种，压力式传感器安装于水面以下，浮子式漂浮于水面。

发明人认为，浮子式传感器工作原理是通过浮子在垂直方向上随水位变化，再通过绳索牵动水位计的计程轮转动，最后将计程轮的位置变化转换为水位的测量仪器，缺点是浮子与重锤的钢绳易缠绕打结，稳定性较差，测量精度低；浮子本身在管内易受障碍物等外力因素干扰，从而造成感知误差。实际应用中，采用浮子原理的水位监测装置常出现卡阻现象。

发明人认为，压力式液位传感器的工作原理是通过置于水下的压力传感单元将水压力转换为电信号，再通过电信号与水深的换算关系推求水位，缺点是受泥沙、温度等环境因素影响大，存在温度、时间、非线性漂移等现象，使用时需定期进行校核和率定，长期观测精度较差；传感器需采用导电线缆传输信号，易受电磁干扰和雷击，工作可靠性较差；传感器安装在水底，设备维护较困难；从实际应用来看，传感器长期置于水中，使用寿命较短。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种管道内水位跟踪测量***，使用能够主动改变位置的液位探测器，且液位探测器能自动寻找水面；采用独立的计量装置，测量精度高；液位探测器仅在探测瞬间触及水面，其他时间均离开水面，主要装置安装于管道顶端，不受环境等因素影响，使用寿命长。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的技术方案提供了一种管道内水位跟踪测量***，其特征在于，包括：

传动索，其末端连接液位探测器；

主动轮，传动索的前端固定连接主动轮，主动轮还连接动力源，主动轮能够通过传动索按照设定的程序带动液位探测器运行；

用于计量传动索运动距离的从动轮，其通过传动机构同步连接角位移传感器，传动索卷绕从动轮，从而形成了一整套独立的计量装置；

控制***，液位探测器、动力源和角位移传感器连接控制***，控制***能够获取液位探测器位置信息和角位移传感器的测量数据，输出动力源控制信号以控制液位探测器按照设定的自动化程序自行监测。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明中，使用液位探测器代替现有的管道内液位探测装置，液位探测器只有在执行探测水面时触及水面，其余时段均与水面保持设定距离，且其他装置均安装在管子顶端，因此，设备不受周围温湿度、风雨雪等外界环境因素干扰，耐久性良好，使用寿命长。

2)本发明中，液位探测器具有跟踪监测的性能，其主要形式表现为：液位探测器触及水面后，上传水面信号，***即记录该时刻的水面高程，然后液位探测器离开水面上升至设定高度，以后探测器按照用户设定的检测周期自行执行同样的检测。如设定周期内水面上升达到设定高度，水面即会触及液位探测器，探测器即上传这一时刻的水面信号，并再上升至设定高度。同样，通过调整控制***的监测频次，即可对水位下降做到及时监测。液位探测器的跟踪监测性能可及时发现水位的变化情况，更加有利于水位的及时监测。

3)本发明中，液位探测器的重量能满足传动索在运行中始终保持绷直状态，避免检测装置和绳索之间缠绕打结，且满足传动索与计量轮之间有足够的摩擦力，确保传动索运动时带动计量轮不出现滑动，从而保证了监测效果达到了高精度。

4)本发明中，主动轮也是绕线轮，本***中的传动索为细钢丝绳，在绕线轮上分层緾绕，这样可根据监测场景的需要确定传动索的长度，因此，本发明不受监测量程的影响。

5)本发明中，采用的是主动轮、从动轮、辅助轮组和传动索组成的机械传动装置。从动轮的运动记录同步传递给角位移传感器，角位移传感器测量的角位移数据能够精确反映出传动索的移动距离，设备整体联动，运行稳定、可靠；使用主动轮和从动轮构成的轮组***，能够避免单独使用一个绕线轮造成的绕线误差，单独采用从动轮进行角位移测量，可以很大程度上避免由于绕线导致的测量误差。

6)本发明中提供的测量***的测量部分，由便于维护的机械装置构成，安装维护简便；服务器通过远程指令即可控制液位探测器复位，待复位动作完成后，提醒用户进行下步操作，适合应用的水位监测领域广泛。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的机械传动装置示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的***整体示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的机械传动装置立体示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的主动轮的动力源结构示意图。

图5是本发明根据一个或多个实施方式的机械传动装置示意图。

图中：1、主动轮，2、辅助轮连接件，34、导轮，35、第四辅助轮，4、从动轮，5、角位移传感器，6、传动索，7、液位探测器，8、天线，9、管道，11、水位，30、机械装置，40、云平台，50、手机，60、水，101、电机，102、测控模块。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下实施例之间可以任意组合。

实施例1

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种管道内水位跟踪测量***，使用能够传导水面电信号的液位探测器7作为对水面进行检测的检测装置，通过一机械传动装置30控制液位探测器7，从而按照设定的程序自动运行水位检测。本实施例中公开的***包括机械传动装置30、液位探测器7和服务器，液位探测器7连接机械传动装置30，机械传动装置30带动液位探测器7，使液位探测器7执行设定程序，并自动进行水位监测。

具体的，所述主动轮的滚动面的宽度和绕线部分的直径的大小，是根据监测场景所需要的传动索的长度范围来确定的。

更加具体的，所述主动轮设有多圈用于绕线的槽，所述主动轮转动可绕多层；所述从动轮则只设有一圈用于绕线的槽；即：所述主动轮上绕有多层的传动索以及所述从动轮上的卷绕的传动索，是通过辅助轮，将传动索导向从动轮下方，使从动轮周长有大于二分之一的面与传动索始终接触，在探测器重力的作用下，传动索保持绷紧状态，从而避免了传动索与从动轮之间滑动，这样就确保了测量精度。本实施例中，使用主动轮和从动轮构成的轮组***，能够避免单独使用一个绕线轮造成的绕线误差，本实施例中，从动轮始终记录传动索的运行轨迹，因此单独采用从动轮进行角位移测量，可以很大程度上避免由于绕线导致的测量误差。

在又一实施例中，液位探测器7单独与服务器通信连接，具体可以采用有线连接或无线连接的通信连接方式。

液位探测器7的工作原理为，通电后在空气中液位探测器7电压和电流稳定，而一旦液位探测器7接触到水，会发生电流的瞬间变化。

可以理解的是，液位探测器7可以使用任意一种触及水面能够触发信号的探测器。

此外，本实施例中的机械传动装置30还包括一单设置的导轮34，此单独设置的导轮34位于传动索6路径的末端，也位于从动轮4下方，传动索6绕于此单独设置的导轮34以调整传动索6的路径。

请参考图1，上述的辅助轮组包括呈三角形布置的第一转动件、第二转动件和第三转动件，传动索6依次绕过三个转动件，经过多个传动轮调整后，传动索由图1中所示的方向绕入从动轮，保证从动轮上有二分之一以上的接触面。

请参考图3，上述的主动轮1连接的动力源包括驱动电机101和测控模块102，测控模块102用于获取电机101运行过程中的相关数据，并控制电机101的运行，测控模块直接与服务器通讯。

上述的从动轮4与角度位移传感器之间通过齿轮组连接，齿轮组包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮同轴连接所述从动轮4，第二齿轮同轴连接所述角位移传感器5。本实施例中通过齿轮组进行传动，同步性高、寿命长，实现了对管道9内水位的精确检测。

可以理解的是，角位移传感器其测量的结果是角度变化，使用角位移传感器的测量结果乘以从动轮的相关数据即可计算得到绳索的位移量。当角位移传感器的测量结果输出为具体的角度数值时，计算方法具体为，使用角位移传感器的测量结果乘以从动轮的直径除以360。

为了便于对以上机械传动装置30进行必要的防护，机械传动装置30置于一盒体中，上述的主动轮1、从动轮4、辅助轮组和单独设置的导轮34均旋转连接盒体内的立壁。

所述主动轮1和从动轮4均为侧面设有凹槽的转动盘。

更进一步的，本实施例中的***在工作时，服务器始终检测来自液位探测器7的电信号，服务器自动检测液位探测器7状态，若未触水，则控制动力源反转驱动主动轮1，传动索6依次绕经三个辅助轮，然后通过液位探测器7自身以及液位探测器7配重与钢丝绳间形成的摩擦力驱动从动轮4，从动轮4旋转，控制液位探测器7下行寻找水面，运动过程中，若液位探测器7触水，即刻触发信号，控制***即刻控制电机101停止，接着读取位移传感器数据，再将测量数据通过通信模块发送至服务器，随后控制电机101正转至液位探测器7在距离水面2cm的位置停止运动，等待下一个周期再次进行检测。若一个检测周期内水面上升达到2cm，即会触发液位探测器，这时探测器不会受检测周期限制，即刻上传信号，***记录数据，液位探测器随后自动再提升水面以上2cm处。此处的检测周期是用户按照规程和规范的规定设定的，也可根据用户的需要自行设定。

可以理解的是，以上的距离水面2cm的距离仅仅是本实施例中的设置，在其他实施例中，该距离可以由用户自行设定。

可以理解的是，在一个检测周期内，水位如上升小于2cm，即不会触发探测器，水位下降也不会触发探测器，这种场景下探测器自动按照检测周期自动探测水面。如需对该场景下也进行及时探测，可通过调整检测周期加以解决。通常水文观测井特别是管道内的水位变化缓慢，多为地下水或水库大坝坝体内的水位观测。实际应用中，观测周期一般为4小时、24小时或一周。通过调整检测周期即可满足水文观测的需求。

具体的，本实施例中的液位探测器7需要合理选择液位探测器7的形状与材质，首先，液位探测器7的重量须满足钢丝绳驱动从动轮所需的最小摩阻力，以确保钢丝绳经由从动轮时不会发生滑动现象；其次，液位探测器7除测量部分外，其余部位采用绝缘材质包裹。

具体的，动力源中的电机101需要合理选用直流减速电机101，电机101选型上，转速不宜过快，转速过快时，电机101停转、正转、反转三种种状态切换时，可能会因机械惯性影响钢丝绳缠绕的稳定性，本实施例中，经测试比对，最终选用10RPM减速电机101。

本***还包括设备采集单元，设备采集单元安装于上述的盒体中，设备采集单元包括连接于控制模块的采集模块、通信模块、防雷模块及电源管理模块。其中采集模块为模数转换电路，控制模块为MCU，通信模块为调制电路和天线8，防雷模块为设于壳体外的避雷针，电源管理模块为电源管理电路。该采集单元可通过GPRS通信进行远程软件更新升级。

本实施例中服务器包括一云平台40，平台功能有远程数据接收、数据异常告警、定时报表生成、数据分析对比、数据预测等，尤其是平台融入了AI技术和BIM模型的对接，可对不同类型结构物进行监测，支持人工数据上传和监测数据下载，同时开发API接口，实现数据调用。平台可兼容不同监测因素、不同硬件厂家的监测设备，可通过Web端和APP版登录使用。

服务器使用分布式的方式进行搭建，服务器的速度、容量可以不断扩展，满足各种使用场景上的要求。服务器还可以使用虚拟服务器。

本实施例中选用是的角度位移传感器，能够达到精确计量的效果，测量误差小于等于2mm。

本实施例能够适应多种恶劣环境下监测。仪器为全密封结构，内置除湿部件适应在多种环境中工作，避免因温度过高或过低影响测量性能或无法测量情况。

通过管道9内的液位探测器7主动跟踪、智能感知水位变化，按照各种工况的需要设置管道9内水位监测阀值、数值实时反馈至云端，超限异常及时响应预警至管理方；由于使用云平台40，报表、数据自动生成，对不同建筑物设置预警阀值并将实时报送至有关单位进行管理。

需要注意的是，本实施例中服务器、云平台以及某些电机型号自带的控制器，均属于控制***。

实施例2

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种管道内水位跟踪测量***，与实施例1的不同之处在于，本实施例中从动轮4和角位移传感器5之间使用链传动的传动方式。

在又一实施例中，角位移传感器还可以直接连接于从动轮。

实施例3

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种管道内水位跟踪测量***，与实施例1的不同之处在于，上述主动轮1、从动轮4、辅助轮组和导轮34均采用的辊子。

实施例4

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种管道内水位跟踪测量***，与实施例1的不同之处在于，辅助轮组中辅助轮的数量为除3以外的其他自然数。

请参考图5，本实施例中，辅助轮组中辅助轮的数量为4个，相较于实施例1，本实施例中位于最末端的一个辅助轮(第四辅助轮35)明显更向图中左侧偏移，以使得传动索获得更佳的绕入从动轮的角度，增加传动索与从动轮的接触面积。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种管道内水位跟踪测量***，其特征在于，包括：

传动索，其末端连接液位探测器；

主动轮，传动索的前端固定连接主动轮，主动轮还连接动力源，主动轮能够通过传动索按照设定的程序带动液位探测器运行；

用于计量传动索运动距离的从动轮，其通过传动机构同步连接角位移传感器，传动索卷绕从动轮；

控制***，液位探测器、动力源和角位移传感器连接控制***，控制***能够获取液位探测器位置信息和角位移传感器的测量数据，输出动力源控制信号以控制液位探测器按照设定的自动化程序自行监测；所述液位探测器触及水面后，上传水面信号，***即记录该时刻的水面高程，然后液位探测器离开水面上升至设定高度以后，探测器按照用户设定的检测周期自行执行同样的检测，如设定周期内水面上升达到设定高度，水面即会触及液位探测器，探测器即上传这一时刻的水面信号，并再上升至设定高度，通过调整控制***的监测频次，即可对水位下降做到及时监测；

还包括辅助轮组，所述传动索依次经过主动轮、辅助轮组和从动轮；所述主动轮设有多圈用于绕线的槽，所述主动轮转动可绕多层；所述从动轮则只设有一圈用于绕线的槽；所述传动索在所述从动轮的接触面不小于周长的二分之一；

所述动力源可在停转、正转、反转三种状态间切换；

所述角位移传感器安装于所述从动轮下方。

2.如权利要求1所述的管道内水位跟踪测量***，其特征在于，所述传动机构为齿轮组。

3.如权利要求2所述的管道内水位跟踪测量***，其特征在于，所述齿轮组包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮同轴连接所述主动轮，第二齿轮同轴连接所述角位移传感器。

4.如权利要求1所述的管道内水位跟踪测量***，其特征在于，所述主动轮和从动轮均连接一立壁。

5.如权利要求1所述的管道内水位跟踪测量***，其特征在于，所述辅助轮组包括多个转动件，所述传动索绕于每个传动件。

6.如权利要求1所述的管道内水位跟踪测量***，其特征在于，所述液位探测器包括导体以及覆盖于导体外侧的绝缘体；导体具有尖端，尖端部分能够与外界直接接触。

7.如权利要求1所述的管道内水位跟踪测量***，其特征在于，所述主动轮和从动轮均为侧面设有凹槽的转动盘。