CN105807020B - 一种管道综合监测系统及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道综合监测系统及其监测方法，管道综合监测系统包括设置在管道内的综合监测球和设置在管道外的终端设备。综合监测球可同时实现管网渗漏监测和水质参数检测的信息传递，一方面可通过陀螺仪的轨迹偏转变化曲线判断管道泄漏事故的发生，联合无线定位功能，确定管道泄漏的精确地理信息；通过采样监测器的合理设置，实现管网中水体多种水质参数的测定。本发明的管道综合监测系统兼具水质检测和管道渗漏监测的功能，不仅可以即时地反映管道中各点的水质信息，还可全面监测管道各处的渗漏情况，监测范围更广，具有广阔的市场前景。

Description

一种管道综合监测系统及其监测方法
技术领域
本发明属于环保监测技术领域，尤其涉及一种管道综合监测系统及其监测方法。
背景技术
饮水安全作为一项重大民生问题，是我国公共卫生安全的重要保障。水质卫生监测和供水管网安全是实现安全饮水的前提和基础。目前，水质监测普遍采用人工采样监测和定点在线监测，人工采样监测数据准确，可根据需要变换监测指标和监测点，但采样点有限、缺乏时效性；定点在线监测具有自动化程度高、实时监测的优点，但设备投资大，需要定期维护和管理，且定点监测只能获得有限的孤立点的水质信息，且在污染事件后不能迅速确定诸如污染类型、污染程度和污染源等信息，不能在污染事件初期起到预警作用，且误报率高。专利CN204374191U设计了一种给水管道中浮游式水质监测设备，监测设备置于给水管道中，内置检测、无线传输等模块，该监测设备为浮游式，增加了水质取样时的难度，且各模块之间的连接方式、能源供给方式以及采样数据准确度方面并未给出更加细化的设计和实现方式。
管网供水常常伴有管道渗漏突发情况，即时、准确的发现渗漏点既可减少水源的浪费，又可避免由于污染物的引入带来的水质突发污染事件的发生。目前用于管道泄漏的监测可以采用压力波检测法和声波检测法。压力波检测法具有检测灵敏，定位准确等优点，但对于距离较远的点，衰减后的压力波信号往往不能精确的检测；声波法检测技术较为成熟，检测灵敏度高，但设备投资大，需定点分布式配置，且容易出现渗漏误报的情况。专利CN104100842采用光纤法和声波法联用探测管道泄漏类型，此方法为分布式铺设，为提高检漏的准确度，其传感设备的铺设密度大，设备投资相应较大，不适合广泛性推广。
发明内容
本发明针对供水管网实时监测的需求并考虑管网管道中的渗漏情况，在管道内设置综合监测装置，集管网水质和管道渗漏监测功能于一体，通过GPS定位系统实现客户终端水质情况和管网渗漏情况的实时监控。
实现本发明目的的技术方案是：一种管道综合监测系统，包括设置在管道内的综合监测球和设置在管道外的终端设备；所述综合监测球包括外球以及设置在外球内的内球组成；所述外球包括外球外壳、外球电池组、电动泵以及采样监测器；所述电动泵的进水口设置在外球外壳上，电动泵的出水口与采样监测器相连接；所述外球电池组为电动泵和采样监测器供能；所述内球包括内球外壳、内球电池组、数据存储装置、GPS装置、无线传输模块、电路芯片以及陀螺仪；所述电动泵、数据存储装置、GPS装置、无线传输模块、陀螺仪均与电路芯片电性连接；所述无线传输模块与终端设备通信连接；所述内球电池组为数据存储装置、GPS装置、无线传输模块、电路芯片以及陀螺仪供能；所述内球的内球外壳上设有数据接口；所述数据接口与外球的采样监测器电性连接，同时与内球的电路芯片电性连接。
所述采样监测器包括监测环以及设置在监测环内侧的多个环形阵列分布的采样柱，采样柱内设有采样探针，采样探针与内球的内球外壳上的数据接口电性连接；电动泵的出水口与监测环内部相连通。
所述采样监测器中设有2-8个采样柱，每个采样柱内设有PH探针、TDS探针、余氯探针、浊度探针、总有机碳探针、细菌总数探针、温度探针、电导率探针中任一种采样探针。
所述外球外壳包括可拆卸的第一外壳和第二外壳；所述第一外壳的开口端面上设有凸台；所述第二外壳的开口端面上设有与凸台相配合的凹槽；所述第一外壳的凸台和第二外壳的凹槽配合面上设有密封圈；所述第一外壳和第二外壳通过两者连接处外侧的搭扣件配合固定。
所述内球中设有充电接口以及充电电路；所述充电接口通过充电电路与内球电池组电性连接。
所述外球的外球外壳的内壁与内球的内球外壳外壁之间连接有多个阻尼减震器。
所述外球外壳为防水材料制成。
一种上述管道综合监测系统的监测方法，包括水质监测方法和管道渗漏监测
方法。水质监测方法如下：
根据GPS装置提供的综合监测球移动速率，结合采样位置需求，终端设备控制电动泵开启工作，电动泵将外部液体引入采样监测器，当采样点液体灌满采样监测器的监测环时，电动泵停止工作，采样监测器进行水质检测后电路芯片将检测数据传输至数据存储装置，再由无线传输模块传至终端设备。
管道渗漏监测方法如下：
根据GPS装置提供的综合监测球移动速率，结合陀螺仪工作偏转记录，电路芯片处理后通过无线传输模块传输至终端设备，根据偏转记录的波动判断是否有管道渗漏出现。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的管道综合监测系统兼具水质和管道渗漏监测的功能，不仅可以即时地反映管道中各点的水质信息，还可全面监测管道各处的渗漏情况，监测范围更广，具有广阔的市场前景。
(2)本发明中环形阵列的采样环的设计方式有机利用了综合监测球的有效空间，有利于更加准确在所需位置检测水质，并使得水质监测结果更加精确，同时可配备PH探针、TDS探针、余氯探针、浊度探针、总有机碳探针、细菌总数探针、温度探针、电导率探针多种探针，对水体各种参数的监测范围更广。
(3)本发明包括可拆卸的第一外壳和第二外壳，利用搭扣件拆卸方便，当综合监测球在无监测任务时可根据GPS定位取出，更换备份检测探针，原监测探针经清洗、校准后作为备份监测探针，如此便提高了综合监测球的监测准确度和灵敏度，同时内球上设有充电接口，取出后可对综合监测球进行充电，以备下一次的监测任务，维护与检修更加方便，延长了设备的使用寿命。
(4)本发明的综合监测球体积小巧，布置灵活，可以获得管道各处的渗漏和水质信息，在水质突发事件发生后能够通过终端设备迅速确定污染源位置、污染程度等信息，在污染事件的初期起到预警作用，减少了污染时间的反应时间，为后续的处理工作争取了时间。
(5)本发明的外球的外球外壳的内壁与内球的内球外壳外壁之间连接有多个阻尼减震器，减少了内外球中间的相对震动，提高了监测时的稳定性，同时延长了综合监测球的使用寿命。
(6)本发明中的陀螺仪运动记录对细微运动变化的表征相对于声波更加准确，且耗能更少，具有广阔的市场推广价值。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明中的综合监测球结构示意图。
图2为图1的主视图；
图3为图1中的内球结构示意图。
图4为图1中的采样监测器结构示意图。
图5为本发明的电路模块图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图5所示，本实施例的管道综合监测系统，包括设置在管道内的综合监测球1和设置在管道外的终端设备2。
综合监测球1包括外球1-1以及设置在外球1-1内的内球1-2组成。外球1-1包括外球外壳1-1-1、外球电池组1-1-2、电动泵1-1-3以及采样监测器1-1-4。外球外壳1-1-1包括可拆卸的第一外壳1-1-1-1和第二外壳1-1-1-2。第一外壳1-1-1-1的开口端面上设有凸台1-1-1-3。第二外壳1-1-1-2的开口端面上设有与凸台1-1-1-3相配合的凹槽1-1-1-4。第一外壳1-1-1-1的凸台1-1-1-3和第二外壳1-1-1-2的凹槽1-1-1-4配合面上设有密封圈。第一外壳1-1-1-1和第二外壳1-1-1-2通过两者连接处外侧的搭扣件1-1-1-5配合固定。外球1-1的外球外壳1-1-1的内壁与内球1-2的内球外壳1-2-1外壁之间连接有多个阻尼减震器1-1-5。电动泵1-1-3的进水口设置在外球外壳1-1-1上，电动泵1-1-3的出水口与采样监测器1-1-4相连接。外球电池组1-1-2为电动泵1-1-3和采样监测器1-1-4供能。采样监测器1-1-4包括监测环1-1-4-1以及设置在监测环1-1-4-1内侧的2-8个环形阵列分布的采样柱1-1-4-2，每个采样柱1-1-4-2内设有PH探针、TDS探针、余氯探针、浊度探针、总有机碳探针、细菌总数探针、温度探针、电导率探针中任一种采样探针，采样探针与内球1-2的内球外壳1-2-1上的数据接口1-2-8电性连接，电动泵1-1-3的出水口与监测环1-1-4-1内部相连通。外球外壳1-1-1为防水材料制成。
内球1-2包括内球外壳1-2-1、内球电池组1-2-2、数据存储装置1-2-3、GPS装置1-2-4、无线传输模块1-2-5、电路芯片1-2-6以及陀螺仪1-2-7。电动泵1-1-3、数据存储装置1-2-3、GPS装置1-2-4、无线传输模块1-2-5、陀螺仪1-2-7均与电路芯片1-2-6电性连接。无线传输模块1-2-5与终端设备2通信连接。内球电池组1-2-2为数据存储装置1-2-3、GPS装置1-2-4、无线传输模块1-2-5、电路芯片1-2-6以及陀螺仪1-2-7供能。内球1-2的内球外壳1-2-1上设有数据接口1-2-8。数据接口1-2-8与外球1-1的采样监测器1-1-4电性连接，同时与内球1-2的电路芯片1-2-6电性连接。内球1-2中设有充电接口1-2-9以及充电电路1-2-10，充电接口1-2-9通过充电电路1-2-10与内球电池组1-2-2电性连接。
管道综合监测系统的监测方法，包括水质监测方法和管道渗漏监测方法。
水质监测方法如下：
将综合监测球1放置入给水管网中，综合监测球1沿着管网中流体方向运动，根据GPS装置1-2-4提供的综合监测球1移动速率，结合采样位置需求，终端设备2控制电动泵1-1-3开启工作，电动泵1-1-3将外部液体引入采样监测器1-1-4，当采样点液体灌满采样监测器1-1-4的监测环1-1-4-1时，电动泵1-1-3停止工作，采样监测器1-1-4的监测环1-1-4-1内侧设有2-8个环形阵列分布的采样柱1-1-4-2，每个采样柱1-1-4-2内设有PH探针、TDS探针、余氯探针、浊度探针、总有机碳探针、细菌总数探针、温度探针、电导率探针中任一种采样探针，对水质进行多种数据检测后电路芯片1-2-6将检测数据传输至数据存储装置1-2-3，再由无线传输模块1-2-5传至终端设备2。
管道渗漏监测方法如下：
管道渗漏监测与水质监测同时进行，工作原理如下：根据GPS装置1-2-4提供的综合监测球1移动速率，结合陀螺仪1-2-7工作偏转记录，电路芯片1-2-6处理后通过无线传输模块1-2-5传输至终端设备2，根据偏转记录的波动判断是否有管道渗漏出现。
综合监测球1的检修和维护：当综合监测球1使用了一段时间后可根据GPS装置1-2-4定位取出，用备份监测探针更换下原有的监测探针，并对原监测探针经清洗、校准，再作为备份监测探针，同时通过内球1-2上的充电接口1-2-9给综合监测球1进行充电以备再次投入使用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管道综合监测系统，其特征在于：包括设置在管道内的综合监测球(1)和设置在管道外的终端设备(2)；所述综合监测球(1)包括外球(1-1)以及设置在外球(1-1)内的内球(1-2)；所述外球(1-1)包括外球外壳(1-1-1)、外球电池组(1-1-2)、电动泵(1-1-3)以及采样监测器(1-1-4)；所述电动泵(1-1-3)的进水口设置在外球外壳(1-1-1)上，电动泵(1-1-3)的出水口与采样监测器(1-1-4)相连接；所述外球电池组(1-1-2)为电动泵(1-1-3)和采样监测器(1-1-4)供能；所述内球(1-2)包括内球外壳(1-2-1)、内球电池组(1-2-2)、数据存储装置(1-2-3)、GPS装置(1-2-4)、无线传输模块(1-2-5)、电路芯片(1-2-6)以及陀螺仪(1-2-7)；所述电动泵(1-1-3)、数据存储装置(1-2-3)、GPS装置(1-2-4)、无线传输模块(1-2-5)、陀螺仪(1-2-7)均与电路芯片(1-2-6)电性连接；所述无线传输模块(1-2-5)与终端设备(2)通信连接；所述内球电池组(1-2-2)为数据存储装置(1-2-3)、GPS装置(1-2-4)、无线传输模块(1-2-5)、电路芯片(1-2-6)以及陀螺仪(1-2-7)供能；所述内球(1-2)的内球外壳(1-2-1)上设有数据接口(1-2-8)；所述数据接口(1-2-8)与外球(1-1)的采样监测器(1-1-4)电性连接，同时与内球(1-2)的电路芯片(1-2-6)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种管道综合监测系统，其特征在于：所述采样监测器(1-1-4)包括监测环(1-1-4-1)以及设置在监测环(1-1-4-1)内侧的多个环形阵列分布的采样柱(1-1-4-2)，采样柱(1-1-4-2)内设有采样探针，采样探针与内球(1-2)的内球外壳(1-2-1)上的数据接口(1-2-8)电性连接；所述电动泵(1-1-3)的出水口与监测环(1-1-4-1)内部相连通。
3.根据权利要求2所述的一种管道综合监测系统，其特征在于：所述采样监测器(1-1-4)中设有2-8个采样柱(1-1-4-2)，每个采样柱(1-1-4-2)内设有PH探针、TDS探针、余氯探针、浊度探针、总有机碳探针、细菌总数探针、温度探针、电导率探针中任一种采样探针。
4.根据权利要求1所述的一种管道综合监测系统，其特征在于：所述外球外壳(1-1-1)包括可拆卸的第一外壳(1-1-1-1)和第二外壳(1-1-1-2)；所述第一外壳(1-1-1-1)的开口端面上设有凸台(1-1-1-3)；所述第二外壳(1-1-1-2)的开口端面上设有与凸台(1-1-1-3)相配合的凹槽(1-1-1-4)；所述第一外壳(1-1-1-1)的凸台(1-1-1-3)和第二外壳(1-1-1-2)的凹槽(1-1-1-4)配合面上设有密封圈；所述第一外壳(1-1-1-1)和第二外壳(1-1-1-2)通过两者连接处外侧的搭扣件(1-1-1-5)配合固定。
5.根据权利要求1所述的一种管道综合监测系统，其特征在于：所述内球(1-2)中设有充电接口(1-2-9)以及充电电路(1-2-10)；所述充电接口(1-2-9)通过充电电路(1-2-10)与内球电池组(1-2-2)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种管道综合监测系统，其特征在于：所述外球(1-1)的外球外壳(1-1-1)的内壁与内球(1-2)的内球外壳(1-2-1)外壁之间连接有多个阻尼减震器(1-1-5)。
7.根据权利要求1所述的一种管道综合监测系统，其特征在于：所述外球外壳(1-1-1)为防水材料制成。
8.一种如权利要求1所述管道综合监测系统的监测方法，其特征在于：包括水质监测方法，水质监测方法如下：
根据GPS装置(1-2-4)提供的综合监测球(1)移动速率，结合采样位置需求，终端设备(2)控制电动泵(1-1-3)开启工作，电动泵(1-1-3)将外部液体引入采样监测器(1-1-4)，当采样点液体灌满采样监测器(1-1-4)的监测环(1-1-4-1)时，电动泵(1-1-3)停止工作，采样监测器(1-1-4)进行水质检测后电路芯片(1-2-6)将检测数据传输至数据存储装置(1-2-3)，再由无线传输模块(1-2-5)传至终端设备(2)。
9.一种如权利要求1所述管道综合监测系统的监测方法，其特征在于：包括管道渗漏监测方法，管道渗漏监测方法如下：
根据GPS装置(1-2-4)提供的综合监测球(1)移动速率，结合陀螺仪(1-2-7)工作偏转记录，电路芯片(1-2-6)处理后通过无线传输模块(1-2-5)传输至终端设备(2)，根据偏转记录的波动判断是否有管道渗漏出现。
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