CN105464145B - 一体式整体防爆网络化智能窨井盖 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一体式整体防爆网络化智能窨井盖，包括置于窨井盖下方的隔爆箱，隔爆箱与窨井盖密封固定形成密封腔体，隔爆箱内有锂电池、霍尔液位开关、砣螺位置传感器、燃气传感器、以及MCU处理器，以及和MCU处理器相连无线通信模块其中有GPS/北斗定位模块和CDMA/GPRS模块。窨井盖的上平面沿圆周均匀设有若干太阳能电池板；燃气传感器安装在隔爆箱的底部，浮子通过设置在隔爆箱底部的导向杆上下活动，浮子上设置橡胶膜和磁铁。当位置、液位、燃气三个传感器分别发出信号时，MCU处理器通过CDMA/GPRS通讯模块分别发出位置、液位、燃气三种不同的信号，如水位较高时，浮子橡胶膜会自动嵌入上方凹槽、会防水进入到燃气检测探头起到保护作用。本发明结构设计新颖，燃气检测灵敏度高，整体防爆，防水安全性好。

Description

一体式整体防爆网络化智能窨井盖

技术领域

本发明涉及的是太阳能及锂电池的应用、工业安全防爆技术，更具体地说，是一种一体式整体防爆网络化智能窨井盖。

背景技术

城镇燃气系统阀井是燃气管网中的重要设施之一，阀井内主要布设燃气管网中的各种阀门和伸缩节，阀井内一般空间狭小、密闭空间好。管网设施经过长时间运行，在潮湿环境下，阀门阀体、法兰等部位因腐蚀、胀缩等原因会产生局部燃气泄漏，易造成燃气聚集。此外，阀门井附近燃气管道发送泄漏时也会扩散到阀门井内产生聚集。当燃气积累到一定量达到燃气爆炸浓度范围时，遇明火或电火花就有可能发生爆炸事故。据统计分析，约1/3的天然气泄漏发生在阀井，从防爆技术角度将天然气阀井划分为2区。在窨井盖上部离窨井盖边缘3米以外的地区才被认为安全场所。

目前燃气管道泄漏检测采用的方法一般都是人工或者车载巡检方式，是一种周期性的检测方法，适用于城市内管网的泄漏检测。随着城市燃气管网的快速发展，这种检测方法已经不能满足当前燃气管网的安全运营，尤其针对城镇人员密集场所的中低压管线，需要一种能实时监测管网运行状况的系统，以保障燃气管网的安全运行，避免事故的发生。另外，最新出现市场上的阀井下的气体探测器，普遍不能解决实时监测的问题，多为1小时以上间隔采样。近来窨井盖常被盗取，也是一件很头痛的事必须予以解决。

发明内容

本发明的目的是提出一种一体式整体防爆网络化智能窨井盖，由于天然气比空气轻，泄漏后会往上聚集，本发明将太阳能供电技术、无线传输技术、低功耗控制、防水保护系统、防盗GPS/北斗定位追踪、CDMA/GPRS通讯模块与燃气泄漏探测技术相结合，集成到井盖里面，以解决现有技术中气体探测器不能实时监测、燃气检测灵敏度不高、防水安全性不够高及易被盗等问题。

为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决：

本发明的一种一体式整体防爆网络化智能窨井盖，包括窨井盖，包括置于所述窨井盖下方的隔爆箱，所述隔爆箱与窨井盖密封固定，所述隔爆箱内设有MCU处理器、与该MCU处理器连接的GPS/北斗定位模块、CDMA/GPRS通讯模块、RS232串口和锂电池，所述窨井盖的上平面沿圆周均匀设有若干太阳能电池板，所述太阳能电池板通过接插件引出线穿进所述隔爆箱上格兰进线装置与所述锂电池连接，所述接插件引出线和所述隔爆箱上格兰进线装置结合面用橡胶格兰密封；一燃气搜集罩连接于所述隔爆箱的下方，一燃气传感器安装在所述隔爆箱的底部，一浮子通过设置在所述隔爆箱底部的导向杆上下活动，且沿着所述隔爆箱的轴心线上下活动，所述浮子上设有一永磁磁铁，所述隔爆箱内的一霍尔传感器感应所述永磁磁铁的磁力线并和所述燃气传感器检测到的信号一起输入到所述MCU处理器，所述MCU处理器通过与所述CDMA/GPRS通讯模块连接的天线发出报警信号。

作为优选的技术方案：

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，所述窨井盖和隔爆箱通过若干螺钉密封固定，且接触处用O型密封圈进行密封。

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，所述浮子为中空设计，底部为球形，顶部为平台，平台上沿着中心设有突起的锥形橡胶密封环，当浮子向上运动接触到所述隔爆箱时，所述锥形橡胶密封环嵌入所述隔爆箱底部密封凹槽形成密封腔体，所述燃气传感器设置在所述密封腔体内。

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，所述导向杆底部固定一环形底座，所述浮子放置在所述环形底座上，导向杆穿过所述浮子设有的边沿使浮子上下活动。

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，所述窨井盖的上平面均匀设有若干与所述太阳能电池板大小匹配的凹槽，所述太阳能电池板设于所述凹槽内，且在太阳能电池板上覆盖有防划伤树脂，所述防划伤树脂周围涂覆耐候密封胶。

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，还包括一位置传感器，其设置在所述隔爆箱内与所述MCU处理器连接。

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，所述燃气搜集罩为喇叭形。

本发明所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，所述窨井盖、隔爆箱的截面都为圆形。

有益效果：

1.本发明能实时监测阀井内燃气浓度，并将监测到的数据通过GPS/北斗定位模块发送到监控中心。本发明结构设计新颖，燃气检测灵敏度高，整体防爆，防水安全性好。

2.本发明创造性的设计了一个防水装置、当阀井内水位上升时，防水装置内置的永磁磁铁接近隔爆箱体内的霍尔传感器，触发报警信号发给监控中心。

3.本发明采用燃气传感器，精度高、寿命长、受环境影响因素小、不中毒。

4.本发明井盖设计大小和现有阀井一样，只要将原有燃气井盖替代即可，安装方便。

5.本发明太阳能供电系统保障井盖长时间不间断工作，井盖在阴雨天能连续工作七天以上。

6.本发明井盖采用电池供电，电源元器件均采用高转换效率及低静态功耗组件，所有大功率外设在不需要工作时均可设置关闭；气体传感器功耗为15mA(3V)(实时工作)，配合GPS通讯模块(间隔工作)配用2-4节4500mah的锂电池和14块梯形太阳能电池板(240mA4.5V)，可满足长期实时工作的要求。

7.燃气井盖数量多且分散，适合使用GPS/北斗定位的方式进行传输，当前端数据发生异常时，启动GPS/北斗定位实时传输有关数据。

8.本发明井盖设定了正常工作模式和校准模式，校准模式用于传感器的日常校准，此时数据异常并不触发报警。

9.本发明移动端软件基于安卓系统开发，软件主要用于日常维护和远程数据查看，并可实时接收监控中心的报警。移动端通过蓝牙或者外网连接云端服务器，与井盖实现通讯。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明俯视图

图3为图1沿A-A面的剖视图

图4为图1沿A-A面的剖视放大图

图5为图4中I部分的放大图

图6为图4中II部分的放大图

图7为图4中III部分的放大图

图8为本发明供电部分结构框图

图9为本发明检测通讯结构框图

图中：1，窨井盖；2，隔爆箱；3，燃气搜集罩；4，浮子；5，燃气传感器；6，密封腔体；7，太阳能电池板；8，永磁磁铁9，霍尔传感器；10，O型密封圈；11，梯形厚度透明件；12,锥形橡胶密封环。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明：

如图1-7所示，本发明的一种一体式整体防爆网络化智能窨井盖，包括窨井盖1，包括置于窨井盖1下方的隔爆箱2，隔爆箱2与窨井盖1密封固定形成密封腔体6，隔爆箱2内设有MCU处理器、与该MCU处理器连接的GPS/北斗定位模块、CDMA/GPRS通讯模块、RS232串口和锂电池，窨井盖1的上平面沿圆周均匀设有若干凹槽，与该凹槽大小匹配的太阳能电池板7置于该凹槽内，太阳能电池板上为梯形厚度透明件11，即高强度防划伤树脂，其保护太阳能电池板，覆盖高强度防划伤树脂将阴井盖表面受到的压力传到阴井盖盖体上，使太阳能电池板不因为外界压力而损坏，再在高强度防划伤树脂周围涂覆耐候密封胶，保护太阳能电池板7不受室外环境(雨淋，霜雾)等的影响而损坏；太阳能电池板7通过接插件引出线穿出隔爆箱2上格兰进线装置与锂电池连接(即如图8所示，太阳能电池板7将光照能量转换成电能充入锂电池供电路使用，锂电池的电能经过电源调节器可输出稳定的3.8V电压，能保证电路正常运行)，接插件引出线和隔爆箱2上格兰进线装置结合面用橡胶格兰密封；一喇叭形燃气搜集罩3连接于隔爆箱2的下方，一燃气传感器安装在隔爆箱2的底部，由于天然气分量比空气轻，因此天然气会向上升，利用喇叭罩的集气功能，检测探头的灵敏度可提高约400倍；一浮子4通过设置在隔爆箱底部的导向杆上下活动，且沿着隔爆箱的轴心线上下活动，浮子上设有一永磁磁铁8，隔爆箱2内的一霍尔传感器(液位传感器)感应永磁磁铁8的磁力线并和燃气传感器检测到的信号一起输入到MCU处理器，MCU通过与CDMA/GPRS通讯模块连接的天线发出报警信号。

本发明中,窨井盖1和隔爆箱2通过若干螺钉密封固定，且接触处用O型密封圈进行密封(图6所示)。

本发明中，浮子4为中空设计，底部为球形，顶部为平台，平台上沿着中心设有突起的锥形橡胶密封环12(4道防水阻环)，当浮子4向上运动接触到隔爆箱2时，锥形橡胶密封环12嵌入隔爆箱底部凹槽形成密封腔体，燃气传感器设置在密封空腔里。保证水位上升时保证水不能接触到燃气传感器，随着水位的上升接近极限位置时浮子4上面的永久磁铁的磁力线会作用到在隔爆箱2内霍尔传感器，霍尔传感器将信号送到MCU处理器，MCU处理器再通过CDMA/GPRS通讯模块将报警线信号发送到平台。浮子组件既是液位报警开关的作用元件(永久磁铁)，也利用浮子的4道防水阻环，在浮子上浮时，可起到保护燃气探头不进水的作用，起到一件二用的作用，节约成本；本发明中，导向杆设置为三根，导向杆底部固定一环形底座，浮子4放置在环形底座上，导向杆穿过浮子4设有的边沿使浮子上下活动。

本发明中，还包括一位置传感器(陀螺传感器)，其置于隔爆箱2内，当窨井盖被移动到10米以外的地方通过GPS/北斗定位和CDMA/GPRS网络系统发出被盗窃信号。

本发明中，窨井盖、隔爆箱的截面都为圆形，通过16只M8螺钉连成一体，形成密封腔体，是具有外壳防护能力结构壮实的密封箱，满足了需要用于复杂连接的实际需求，缩小了体积，节省成本(节省了设备和施工成本)，实现在整体防爆，一体化结构设计；本装置中各部件，各系统中所有连接在密封腔中完成，外部看不到一拫连接电缆，十分美观。

外壳防护能力达到IP68的级别，可以抵御百年一遇的洪水，铝合金隔爆箱通过16只M8螺钉的紧固，客观上也有通过增强井盖的承载能力。本发明具体检测通讯如图9所示，为了节约能源在各个传感器和通讯模块的供电电路上都加有由MCU控制的电源开关。其中，窨井盖的检测、通讯部分是由一块ARM 32-bit Cortex M0 CPU芯片通过液位传感器、燃气传感器、位置传感器(陀螺传感器)和GPS/北斗定位、CDMA/GPRS通讯模块来完成的。其中通过燃气传感器采集窨井中空气的甲烷浓度，由串口1将甲烷浓度、环境温度信息发送给MCU处理器，由MCU处理器整理后打包由串口3经CDMA/GPRS通讯模块发送到平台。当电路中的霍尔传感器检测到水位(浮子上的磁铁)信号后，通过中断信号发给MCU处理器，MCU处理器再通过CDMA/GPRS通讯模块发送到平台；当电路中的陀螺传感器和GPS/北斗定位模块检测到井盖有倾斜和位移信号时，通过串口2和串口SPI向MCU处理器报警，MCU处理器将信息通过与CDMA/GPRS通讯模块连接的天线发向平台，天线置于窨井盖上；同时MCU处理器随时监测锂电池电压(充电器电源电压)，达到预警值时通过CDMA/GPRS向平台示警。

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (8)

1.一种一体式整体防爆网络化智能窨井盖，包括窨井盖，其特征在于：包括置于所述窨井盖下方的隔爆箱，所述隔爆箱与窨井盖密封固定，所述隔爆箱内设有MCU处理器、与该MCU处理器连接的GPS/北斗定位模块、CDMA/GPRS通讯模块、RS232串口和锂电池，所述窨井盖的上平面沿圆周均匀设有若干太阳能电池板，所述太阳能电池板通过接插件引出线穿进所述隔爆箱上格兰进线装置与所述锂电池连接，所述接插件引出线和所述隔爆箱上格兰进线装置结合面用橡胶格兰密封；一燃气搜集罩连接于所述隔爆箱的下方，一燃气传感器安装在所述隔爆箱的底部，一浮子通过设置在所述隔爆箱底部的导向杆上下活动，且沿着所述隔爆箱的轴心线上下活动，所述浮子上设有一永磁磁铁，所述隔爆箱内的一霍尔传感器感应所述永磁磁铁的磁力线并和所述燃气传感器检测到的信号一起输入到所述MCU处理器，所述MCU处理器通过与所述CDMA/GPRS通讯模块连接的天线发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：所述窨井盖和隔爆箱通过若干螺钉密封固定，且接触处用O型密封圈进行密封。

3.根据权利要求1所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：所述浮子为中空设计，底部为球形，顶部为平台，平台上沿着中心设有突起的锥形橡胶密封环，当浮子向上运动接触到所述隔爆箱时，所述锥形橡胶密封环嵌入所述隔爆箱底部凹槽形成密封腔体，所述燃气传感器设置在所述密封腔体内。

4.根据权利要求3所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：所述导向杆底部固定一环形底座，所述浮子放置在所述环形底座上，导向杆穿过所述浮子设有的边沿使浮子上下活动。

5.根据权利要求1所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：所述窨井盖的上平面均匀设有若干与所述太阳能电池板大小匹配的凹槽，所述太阳能电池板设于所述凹槽内，且在太阳能电池板上覆盖有防划伤树脂，所述防划伤树脂周围涂覆耐候密封胶。

6.根据权利要求1所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：还包括一位置传感器，其设置在所述隔爆箱内与所述MCU处理器连接。

7.根据权利要求1所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：所述燃气搜集罩为喇叭形。

8.根据以上权利要求1-4中任一项所述的一体式整体防爆网络化智能窨井盖，其特征在于：所述窨井盖、隔爆箱的截面都为圆形。