CN105973176A - 一种管道沉积物检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道检测领域，公开了一种管道沉积物检测仪及检测方法，所述管道沉积物检测仪包括漂浮筏保护罩，位于所述漂浮筏保护罩板下方的浮筒、摄像头、声呐头、电路板箱体、拖曳传感器线缆和下部水压传感器，所述漂浮筏保护罩分别与所述浮筒和所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头均与所述电路板箱体通过导线相连，所述拖曳传感器线缆用于连接所述电路板箱体和所述下部水压传感器；通过下部水压传感器以及位于电路板箱体内部的上部压力传感器能能实现对管道流动性稀泥和硬质沉积层的快速检测。

Description

一种管道沉积物检测仪及检测方法

技术领域

本发明属于管道检测领域，尤其涉及一种管道沉积物检测仪及检测方法。

背景技术

城市污水管网经过长期的运行，由于长期的沉积作用和水质水量的变化等原因，会在污水管道底部形成一层较厚的沉积层。沉积层分为流动性稀泥沉积层和硬质沉积层，沉积层的形成将降低污水管网的通水能力，导致污水漫溢等问题。同时，沉积层中所富集的重金属、营养物质及难降解有机物等在条件适宜的时候会向水相中释放，造成管网内水质的恶化，从而影响下游污水处理厂的正常运行。基于上述问题，探明城市污水管道沉积物的含水率、密度等物理指标及污染物成分对于污水管网沉积物的控制起着至关重要的作用。

目前国内常用的污水管道检测方式检测方式大多为声呐检测，虽然其结构简单，使用方便，但存在以下问题：

(1)城市污水管道沉积物的检测在实施性方面比较差，无论哪一种声呐检测设备，只能检测到污水与其他任何一种介质的反射面。如果没有流动性稀泥，只有硬质沉积物，则声呐可以检测到硬质沉积物的反射面。当硬质沉积物上方有一层流动性稀泥时，则声呐反映的是污水与流动性稀泥的介面，普通的声呐检测不能够满足水务管理部门提出的施工要求。

(2)现有的管道缺乏全方位的检测，如管内影像、沉积物的厚度和管长等综合数据，无法对管道健康状况作出准确评估，以便于后期管道的维护。

(3)现有的管道沉积物检测仪大多自带动力设备，使得产品结构复杂，体积庞大，当过狭小细长的管道时，很容易出现堵塞等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种管道沉积物检测仪，其不仅能检测到由流动性稀泥包裹的硬质沉积物厚度，而且，能对管道进行全方位检测，不携带动力设备，在管道内不易发生堵塞等。

本发明是这样实现的：一种管道沉积物检测仪，包括漂浮筏保护罩，位于所述漂浮筏保护罩板下方的浮筒、摄像头、声呐头、电路板箱体、拖曳传感器线缆和下部水压传感器，所述漂浮筏保护罩分别与所述浮筒和所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头均与所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头平行设置，电路板箱体和所述下部水压传感器通过所述拖曳传感器线缆相连。

具体地，所述漂浮筏保护罩中部朝向水面一侧设有一凹槽，所述摄像头贴设于所述凹槽内；所述浮筒呈中空圆柱状，与所述漂浮筏保护罩边缘相连，所述浮筒数量为偶数个，对称分布于所述漂浮筏四周；所述拖曳传感器线缆为柔性电缆。管道沉积物检测仪在使用过程中，扫描点所组成的平面与管道截面平行。

具体地，所述声呐头包括声呐探头、声呐保护装置和声呐本体，所述声呐探头和声呐保护装置分别与声呐本体相连，所述声呐头用于探测管道直径和确定声呐头的位置，所述声呐头突出固定于所述漂浮筏保护罩上。

具体地，所述电路板箱体包括用于测量所述电路板箱体所在平面的压力的上部受压单元，数模转换器，用于控制检测仪并进行数据处理的控制模块以及外壳，所述上部受压单元、数模转换以及控制模块依次相连。

更具体地，所述外壳包括设置于所述外壳外表面的防水接头，设置于所述外壳底部并连接所述外壳与所述控制模块的固定按钮，内置于所述外壳顶部的电池，设置于所述外壳上部且依次相连的摄像头孔，声呐孔和上部压力输出孔。

具体地，所述下部水压传感器包括壳体、过滤网、封头、封盖、下部水压传感单元和防水接头，所述下部水压传感器一端设置有过滤网、封头、封盖和下部水压传感单元，所述过滤网置于所述封盖和所述封头之间，所述封头与所述壳体可拆卸方式连接，所述下部水压传感器另一端设置有防水接头。

更具体地，所述下部水压传感器壳体外部还设有若干弧状加强肋。

更具体地，所述封头呈环状，一侧通过螺纹与所述下部水压传感单元相连，所述封头中央设有一圆孔，另一侧通过螺纹与所述封盖相连。

本发明还提供了一种使用所述管道沉积物检测仪检测管道中硬质沉积物的方法，包括如下步骤：

A：声呐头环扫一周，共采集400个反射点，获取每个反射点距离声呐头的距离和角度数据；

B：以声呐头为原点，建立直角坐标系，将每个反射点的距离和角度数据转化为直角坐标系坐标；

C：将400个反射点坐标拟合为一圆形，获取管道中心点坐标；

D：根据管道中心和原点坐标获取声呐头距管道中心点垂直距离；

E：上部水压传感器和下部水压传感器分别采集水压数据，根据水压数据计算上部水压传感器和下部水压传感器的垂直距离，也即拖曳探测器距声呐头的距离；

F：根据拖曳探测器距声呐头的距离和管道半径，获取拖曳探测器距管道底部的距离，也即管道沉积物的厚度。

本发明提供的一种管道沉积物检测仪及检测方法，借助声呐获取管道的管径和方位信息，根据上部水压传感器和下部水压传感器的压力差获取管道沉积物硬质层到声呐的垂直距离，从而获取管道沉积物硬质层的厚度，有效避免了管道中流动性稀泥对测量硬质沉积物的影响；通过在管道沉积物检测仪上安装摄像头，能够有效探测管道内部状况，提高测量精度；通过声呐对管道四周的扫描，准确测量了管道半径，同时，校正了声呐位置数据，提高了测量精度。

本发明的有益效果是，采用本发明的管道沉积物检测仪，包括漂浮筏保护罩，位于所述漂浮筏保护罩板下方的浮筒、摄像头、声呐头、电路板箱体、拖曳传感器线缆和下部水压传感器，所述漂浮筏保护罩分别与所述浮筒和所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头均与所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头平行设置，电路板箱体和所述下部水压传感器通过所述拖曳传感器线缆相连，这样，下部水压传感器穿过流动性稀泥，测出硬质沉积物所在平面的压力，根据电路板箱体所测得的上部水压传感器，从而可以计算水面距硬质物沉积层的高度，声呐头对管道四周扫描，获取各扫描点的坐标，进而计算出管道半径，结合硬质物沉积层距水面的高度，得出硬质沉积物的高度，摄像头对管道内综合成像，省去了复杂而昂贵的检测设备，大大提升了检测质量，从而使检测效率显著提高，并且使检测成本显著降低；借助浮筒使得漂浮筏保护罩板下方的浮筒、摄像头、声呐头和电路板箱体浮于水面，减少前行阻力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪正视图；

图2是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪斜视图；

图3是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪使用原理图；

图4是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪下部水压传感器剖视图；

图5是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪下部水压传感器外观结构图；

图6是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪电路板箱体外壳结构图；

图7是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪电路板箱体外观结构图；

图8是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪声呐头外观结构图；

图9是本发明实施例提供的管道沉积物检测仪摄像头与声呐头结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的一种管道沉积物检测仪，包括漂浮筏保护罩11，位于漂浮筏保护罩板11下方的浮筒12、摄像头17、声呐头13、电路板箱体14、拖曳传感器线缆15和下部水压传感器16，漂浮筏保护罩11分别与浮筒12和电路板箱体14相连，摄像头17和声呐头13均与电路板箱体14通过导线相连，拖曳传感器线缆15用于连接电路板箱体14和下部水压传感器16。当用户使用时，下部水压传感器16透过管道沉积物中的流动性稀泥层3，到达管道沉积物中硬质层4与流动性稀泥层3的交界处，测得所处位置的压力；与漂浮筏保护罩11相连的浮筒12、摄像头17、声呐头13和电路板箱体14借助浮筒的浮力，浮于液体2表面，便于声呐头13对管道5进行扫描；管道沉积物检测仪1在前行的过程中，带动下方的下部水压传感器16前行，实现对管道5内部硬质沉积物的实时测量。

再如图2和图3所示，具体地，所述漂浮筏保护罩11中部朝向水面一侧设有一凹槽，用于安放摄像头17；凹槽旁边还设有声呐头13，声呐头13旋转对管道进行扫描。针对管道沉积物判断与检测过程，摄像头17的保持在水面附近，若摄像头17安装高度过高，获得的图像仅仅是管道水面上方图像，无法看清水面及水面以下污水的状况；设置高度过低，镜头淹没在水面之下，难以观测到水面上方的状况。

进一步地，拖曳传感器线缆15为柔性电缆，柔性电缆既具有良好的导电体，又具有良好的柔韧性，在对管道沉积物进行检测的过程中，尽可能减少电路线缆对设备的影响。

如图4和图5所示，下部水压传感器16包括壳体162、过滤网166、封头164、封盖165、下部水压传感单元163和防水接头161，下部水压传感器16一端设置有过滤网166、封头164、封盖165和下部水压传感单元163，过滤网166置于封盖165和封头164之间，封头164与壳体162通过可拆卸连接，下部水压传感器另一端设置有防水接头161。防水接头161与壳体162通过螺纹连接；下部水压传感器壳体162外部还设有若干弧状加强肋166；封头164呈环状，封头164中央设有一圆孔，一侧通过螺纹与下部水压传感单元16相连，另一侧通过螺纹与封盖165相连。外部污水经由封盖165，透过过滤网166与下部水压传感单元163相接触，下部水压传感单元163接收到相关信号并将相应的模拟信号通过设置于内部的数模转换器转化为可以可处理的电信号输出；下部水压传感器壳体162设有加强肋166，一方面增加下部水压传感器壳体162的承压能力，另一方面，减少水压传感器壳体162的前行阻力。

如图6和图7所示，所述电路板箱体18包括用于测量上部压力的上部受压单元185、数模转换器以及用于控制检测仪、进行数据处理的控制模块以及外壳18，上部受压单元185、数模转换以及控制模块依次相连，外壳18包括设置于外壳18外表面的防水接头184，设置于外壳18底部，用于将外壳18与控制模块相连的固定按钮182，内置于外壳18顶部的电池183，设置于外壳18上部，便于使用导线将摄像头17、声呐13和上部受压单元与控制模块相连的摄像头孔187，声呐孔186和上部压力输出孔181。电路板箱体18底板与外壳18相配合，构成一长方形部件，底板内设有控制模块，声呐13、摄像头17、上部压力输出孔181和下部压力输出孔188分别采集声信息、视频信息和水压信息送至控制模块进行处理并存储。

如图8和图9所示，所述声呐头13包括声呐探头132、声呐保护装置133和声呐本体131，声呐保护装置133有一圆盖和与圆盖相连的若干支架组成，支架朝中心轴方向汇聚，用于减少装置在前行中的阻力，保护声呐探头132，声呐探头132和声呐保护装置133分别与声呐本体131相连，声呐头13用于探测管道直径和确定声呐头的位置，声呐头13突出固定于漂浮筏保护罩11上，声呐头13与摄像头17平行设置。

本发明还提供了一种管道沉积物检测方法，包括如下步骤：

A：声呐头环扫一周，依次采集400个反射点，获取每个反射点距离声呐头的距离和角度数据；

B：以声呐头为原点，建立直角坐标系，根据反射点的距离和角度数据转化为直角坐标系坐标；

C：将400个反射点坐标拟合为一圆形，获取管道中心点坐标；

管道中心点坐标：Pointzx(Pgx0，Pgy0)

$Po\mathrm{int}zx(Pgx0,Pgy0)=\{\Σ\underset{i=0to199}{\overset{Maxpx}{\left(px\right(i),py(i\left)\right)}}-\Σ\underset{i=200to399}{\overset{Minipx}{\left(px\right(i),py(i\left)\right)}}\}/2$

其中：px(i)表示第i个点的横坐标，py(i)表示第i个点的纵坐标，i的取值范围为0-300。

D：根据管道中心和原点坐标获取声呐头距管道中心点垂直距离；

声呐头坐标点：Pointsz(Psx0，psy0)＝(0，0)；声呐头相对坐标点设为：(0，0)。

管道中心点坐标点：Pointzx(Pgx0，Pgy0)

Distsg＝psy0-Pgy0

E：上部水压传感器和下部水压传感器分别采集水压数据，根据水压数据计算上部水压传感器和下部水压传感器的垂直距离，也即拖曳探测器距声呐头的距离；

水压传感器量程：5V/40米＝5*1000mV/40*1000mm

＝0.125mV/mm

上部水压传感器测量值：pressure0(mV)

下部水压传感器测量值：pressurel(mV)

Distdty_sn(mm)＝(pressurel(mV)-pressure0(mV))/0.125(mV/mm)

F：根据拖曳探测器距声呐头的距离和管道半径，获取拖曳探测器距管道底部的距离，也即管道沉积物的厚度。

Distdty_gd(mm)＝(Distsg+Diameter/2)-Distdty_sn(mm)

Distsg：声呐头距管道中心点垂直距离(声呐头位于管道中心点以上为正数，以下为负数)

Diameter：管道直径

Distdty_sn：拖曳探测器距声呐头的距离(拖曳探测器和声呐头在同一水平位置)。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管道沉积物检测仪，其特征在于，包括漂浮筏保护罩，位于所述漂浮筏保护罩板下方的浮筒、摄像头、声呐头、电路板箱体、拖曳传感器线缆和下部水压传感器，所述漂浮筏保护罩分别与所述浮筒和所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头均与所述电路板箱体相连，所述摄像头和所述声呐头平行设置，电路板箱体和所述下部水压传感器通过所述拖曳传感器线缆相连。

2.如权利要求1所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述漂浮筏保护罩中部朝向水面一侧设有一凹槽，所述摄像头贴设于所述凹槽内。

3.如权利要求1所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述浮筒呈中空圆柱状，与所述漂浮筏保护罩边缘相连，所述浮筒数量为偶数个，对称分布于所述漂浮筏保护罩四周。

4.如权利要求1所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述拖曳传感器线缆为柔性电缆。

5.如权利要求1所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述声呐头包括探头、保护装置和本体，所述声呐探头和声呐保护装置分别与声呐本体相连，所述声呐头突出固定于所述漂浮筏保护罩上。

6.如权利要求1所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述电路板箱体包括用于测量所述电路板箱体所在平面的压力的上部受压单元，数模转换器，用于控制检测仪并进行数据处理的控制模块以及外壳，所述上部受压单元、数模转换以及控制模块依次相连。

7.如权利要求6中所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述外壳包括设置于所述外壳外表面的防水接头，设置于所述外壳底部并连接所述外壳与所述控制模块的固定按钮，内置于所述外壳顶部的电池，设置于所述外壳上部且依次相连的摄像头孔，声呐孔和上部压力输出孔。

8.如权利要求1所述的管道沉积物检测仪，其特征在于，所述下部水压传感器包括壳体、过滤网、封头、封盖、下部水压传感单元和防水接头，所述下部水压传感器一端设置有过滤网、封头、封盖和下部水压传感单元，所述过滤网置于所述封盖和所述封头之间，所述封头与所述壳体可拆卸方式连接，所述下部水压传感器另一端设置有防水接头。所述下部水压传感器壳体外部还设有若干弧状加强肋。所述封头呈环状，一侧通过螺纹与所述下部水压传感单元相连，所述封头中央设有一圆孔，另一侧通过螺纹与所述封盖相连。

9.一种管道沉积物检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A：声呐头环扫一周，共采集400个反射点，获取每个反射点距离声呐头的距离和角度数据；

B：以声呐头为原点，建立直角坐标系，将每个反射点的距离和角度数据转化为直角坐标系坐标；

C：将400个反射点坐标拟合为一圆形，获取管道中心点坐标；

D：根据管道中心和原点坐标获取声呐头距管道中心点垂直距离；

E：上部水压传感器和下部水压传感器分别采集水压数据，根据水压数据计算上部水压传感器和下部水压传感器的垂直距离，也即拖曳探测器距声呐头的距离；

F：根据拖曳探测器距声呐头的距离和管道半径，获取拖曳探测器距管道底部的距离，也即管道沉积物的厚度。