CN105986581A

CN105986581A - 一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统

Info

Publication number: CN105986581A
Application number: CN201510063270.1A
Authority: CN
Inventors: 邹波
Original assignee: Heilongjiang Aotesi Dan Polytron Technologies Inc
Current assignee: Nanjing Yandun Internet Of Things Technology Co ltd
Priority date: 2015-02-08
Filing date: 2015-02-08
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2035-02-08
Also published as: CN105986581B

Abstract

一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统包括准智能井口装置、适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器、无线收发和控制装置、定向天线装置、高安时物理电源装置，属于市政节能环保技术领域。准智能井口装置由井盖、井盖支撑物、准绝缘密封隔离圈、沟槽、化冰融雪剂和防冻剂、干扰电磁波吸收层、红砖、混凝土或沥青材料及其混合体路面、井壁(96)构成。准绝缘密封隔离圈（200）至少包括两个中空的废轮胎，橡胶粘结层、防冻液、橡胶密封管以及吸水膨胀材料构成。定向天线装置包括偶极子天线、定向反射板、定向反射调整板、滑道、固定卡、金属蛇皮管；其偶极子天线是由电镀银铜合金的ABS工程塑料构成的。

Description

一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统

技术领域

本发明涉及一种智能井盖及其信息传送系统，特别是涉及一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，属于市政节能环保技术领域。它是一种采用非接触式多功能传感器的智能井盖及其信息传送系统，其成本低、抗机械振动特性好、准确度佳、长期稳定强、可靠性高、寿命长。它不仅能够应用在金属井盖、非金属井盖的市政马路井内，还可以安装在具有双层金属井盖、非金属井盖的电信井内使用。

一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统以低成本的单换能器式反射型超声波水位传感器为基础，对其进行改造和创新，并且把开发重点放在对常规金属井盖或非金属井盖周边的结构改造以及对经典微型天线的创新上，使得它从低档的普通井盖系统，一步跃升为一种采用非接触式传感器的低成本、高性能的智能井盖及其信息传送系统，能够适宜在市政马路井或电信井内狭小空间安装、可抑制和补偿无益反射、透射的超声波信号，抑制混响超声波和声表面波等的模式转换，大幅度地降低常规反射型超声波水位传感器的波束加宽和盲区范围较大现象以及电磁波的乱反射，改善电磁波发射的方向性，增加天线的增益，抑制电磁波波束的加宽和辐射边瓣的扩大，全面地改善和提升基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统的技术指标，使其能够适应在高温酷暑、暴风骤雨、滴水成冰等恶劣天气以及受到机械振动和冲击，甚至在马路被积水淹没，智能井盖面临灭顶之灾或被大雪覆盖导致电子装置全面崩溃的情况下仍能工作。它不仅能够监测市政马路井内水位，而且可以检测市政马路井盖的移位、下陷、被盗。此外，还能够安装在具有双层金属井盖、双层非金属井盖或金属井盖和非金属井盖各一层的电信井内，进行信号无线远传、超限报警和控制。更有趣的是，尚可以对电信井、市政马路上井盖附近和井内的害虫、老鼠起到消灭和驱赶作用。

背景技术

基于物联网可全天候工作的智能井盖及其信息传送系统是目前国内、外的研发的热门课题之一，也是一个硬骨头课题。众所共知，具有一层金属或一层非金属井盖的市政马路井智能井盖和具有双层金属井盖、非金属井盖的电信井内信息传送系统是一项技术瓶颈颇多的项目，目前国内申报的专利较多，例如中国专利CN201320566617、CN201020113494、CN201210472719等。

CN201320566617公开了一种智能井盖装置的结构，它包括一井道，一井盖；一姿态检测模块，配合固定于所述井盖在该井道内的一面，其内具有检测该井盖姿态的一陀螺仪、判断该井盖振动幅度的一振动传感器和一信号发射模块，以及一位置检测模块，固定于所述井道内，具有一个检测所述井盖与井道相配合程度的触发装置，以及与所述信号发射模块匹配的信号接收模块；该位置检测模块还具有与外部设备通信的一通信模块.其缺点有二：1、所述的陀螺仪、振动传感器价格高昂，对使用环境条件要求苛刻，无法在市政马路井和电信井中大量推广。2、井内电子装置与井盖采用有线方式连接，显然，打开井盖或人员下井维修，极易碰断井内、外装置的连线，导致系统工作的瘫痪。CN201020113494公开了一种智能井盖,它包括一个井盖,井盖上设置有至少一个通孔;在通孔的内部设置有智能芯片。其缺点有二：1、井盖的孔洞是用来开启井盖以及进行井内、外换气的通路。把孔洞移做它用，不仅破坏了其正常功能，而且利用撬棍开启井盖时极易毁坏孔洞内部智能芯片，碰断井内、外装置的连线，导致系统工作瘫痪。2、目前高水平的非接触读写器(也称为电子标签装置)的信息拾取距离也不足4m,因此很难满足物联网的要求。CN201210472719是一项关于智能井盖用光伏电源的专利，它很难实用化：暂不论其体积、价格、发生功率与晴天数是否匹配，是否能够抗击汽车行驶产生的机械振动和冲击等问题，仅仅能够解决由于每天在马路下凹处（光伏电源安装区）的尘土、浊水、泥污的积累和覆盖，导致光伏电源的表面接收的阳光急剧减少，电流供不应求的问题就颇令人头痛了，至于耐暴雨喷淋和抗暴雪覆盖等，更不能提及。

物联网不仅要求装置高性能、低成本，而且需要高可靠、全天候工作，可是目前国内、外的智能井盖传感器、传送系统大都不能满足该要求，例如，对智能井盖传感器的传送系统而言，要求它在高温酷暑、暴风骤雨、马路存在积雪、滴水成冰等恶劣天气下能“全天候”工作是极其苛刻的，倘若再加上要求在马路被积水淹没，智能井盖面临灭顶之灾或被大雪覆盖的情况下仍能可靠地工作，那简直是不可思议的。简言之，物联网需要“高性能”、“低成本”、“高可靠”和“全天候”地工作。一言蔽之曰，要求民品的价格，军品的性能，其困难重重。

据国内、外文献查新结果表明，世界上目前尚没有关于“在马路被积水淹没或被大雪覆盖的情况下仍能可靠地工作”的一种基于物联网可全天候工作的智能井盖及其信息传送系统也没有“基于物联网的采用非接触式传感器的智能井盖及其信息传送系统”专利或论文。

总之，目前基于物联网可全天候工作的智能井盖信息传送系统的技术短板如下：

1、利用无线方法使智能井盖信息通过单层金属井盖，特别是通过双层金属井盖与物联网相互通讯，实现对传感器敏感信息和控制信号的搜集、处理、存储以及发送与接收，不仅要求其传感器和传送系统具有高性能，而且必须是低功耗、低成本，尤其是对其低成本、小尺寸、高增益、抗机械振动、冲击、能够在宽温区、恶劣环境下长期地工作的技术要求，颇令人望而生畏。

2、更令人头痛的问题是传送系统天线的结构、安装和全天候使用问题：要求置于金属井盖之下的微型天线，即使被冰雪掩埋，还是被积水覆盖，以及较强的机械振动和冲击下，其天线有效阻抗也不能发生较大变化。此外，也不能发生天线波束改变较大、边瓣抑制减小、增益降低等现象。换言之，无论是在炎热的热带城市，还是在我国的三北地区（东北、西北、华北）城镇的任何天气下，其微型天线和控制系统皆能够低成本地、全天候地、耐机械振动和冲击地搜集、处理、存储和接收与发送传感器信息和控制信号。

如果把天线置于金属井盖之下，使其信号被物联网接收，那么为了补偿金属井盖的对电磁波能量的吸收，必须提高天线的发射功率以及增大物联网节点对井盖下天线的发射功率。显然，这受到井下电源体积和功率的束缚，特别是市电很难供给位于马路下的井内电子设备使用，更增加了难度系数。

如果把天线置于马路上，不仅妨碍车辆行驶，行人安全，而且影响市容的整洁。显然，交通部门、市政部门是不能允许的。

如果把天线置于井盖内或者直接把金属井盖作为天线使用，可是它能够长期抗击车辆的机械振动和冲击下吗？马路存在积水或金属井盖被积水淹没真么办？冬天被积雪覆盖又怎么办？这是目前基于物联网的全天候用智能井盖传感器及其管控系统的最大的技术瓶颈，也是基于物联网可全天候工作的智能井盖及其信息传送系统最难解决的技术短板。

3、市电很难供给位于马路下的井内电子设备使用，特别是老城区更是困难重重，普通化学电源不适合在宽温区的阴暗、潮湿、机械振动、冲击较强的井下工作。因此需要一种在智能井盖下能够宽温区长期工作的高容量、供电电压稳定、纹波小、长寿命、可耐恶劣环境工作、低成本的物理电源，例如太阳能电池、压电电源、热电电源等。显然，要求井内电子设备必须低功耗，要求天线高增益、天线发射波束的主瓣窄，旁瓣抑制高，此外应耐潮湿、抗震动、低成本。这是基于物联网可全天候工作的智能井盖信息传送系统的另一个主要技术短板。

发明内容

本发明的目的是解决目前智能井盖及其信息传送系统的技术瓶颈，提供一种适宜市政马路井或电信井内狭小空间安装、波束加宽小、不受机械振动和冲击影响、可同时监测具有单层金属井盖、非金属井盖的市政马路井或具有双层金属井盖、非金属井盖的电信井内的水位以及井盖的状态（移位、下陷、被盗、马路积水）、可“全天候”使用的基于物联网的智能井盖及其信息传送系统。其成本低、工作温度范围宽、长期稳定好、可靠性高、寿命长，防盗效果好，抗机械振动和冲击能力强，还可驱虫、赶鼠，即使井盖被冰雪掩埋，还是被积水覆盖，以及较强的机械振动和冲击下，也可全天候地工作。

本发明的目的是这样实现的：如图1所示，一种基于物联网可全天候工作的智能井盖及其信息传送系统包括准智能井口装置99、适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100、无线收发和控制装置101、井盖被积雪覆盖仍能工作的定向天线装置102、高安时物理电源装置103，共五大部分。

准智能井口装置99位于本发明智能井盖的最上方，与适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100、定向天线装置102配合工作。它利用准绝缘密封隔离圈200中的吸水膨胀材料和井口装置99周边的环保型化冰融雪剂和防冻剂特性为抗高温酷暑、耐暴风骤雨、马路被积水淹没或积雪覆盖时能“全天候”工作创造了基础。

适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100是本发明智能井盖的关键部件之一。它与无线收发和控制装置101电连接，可抑制和补偿无益反射、透射的超声波信号，抑制混响超声波和声表面波等的模式转换，大幅度地降低常规反射型超声波水位传感器的波束加宽和盲区范围较大现象，可同时监测具有单层金属井盖、非金属井盖的市政马路井或具有双层金属井盖、非金属井盖的电信井内的水位以及井盖的状态（移位、下陷、被盗、马路积水），此外还可驱虫、赶鼠。

定向天线装置102是本发明智能井盖的另一个关键部件。它置于单换能器式反射型超声波井下传感器100的外壳表面上，与无线收发和控制装置101以及物联网结点电连接，定向收发各种信息和控制信号。

高安时物理电源装置103是一种能够宽温区长期工作的高容量、供电电压稳定、纹波小、长寿命、可耐恶劣环境工作、低成本的物理电源，例如太阳能电池、压电电源、热电电源等。它置于准智能井口装置99附近的装置98之内部，与单换能器式反射型超声波井下传感器100、无线收发和控制装置101连接。

本发明人对于适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100的技术已经申报了专利，因此本发明仅详细介绍准智能井口装置99、无线收发和控制装置101、定向天线装置102部分。

为了以低成本手段，实现一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，本发明采用了下述的7种创新技术和方法：

1、与现有的方法不同，本发明对传统市政马路井盖之井口及其周边进行了结构修改和升级，使得普通井盖之井口升级为准智能井口装置99。在图2中给出了准智能井口装置99的结构：在传统井盖23、井盖支撑体66之间增添了一枚准绝缘密封隔离圈200，它至少包括两个中空的废轮胎，例如，废轮胎一(202a)、废轮胎二(202b，把两个或两个以上的废轮胎粘接成一个合成体，再在该合成体的顶部和底部分别粘接两枚扁平橡胶环，并在该合成体内部设置了至少两根装有防冻液的橡胶密封管，在每根橡胶密封管与中空的橡胶圈之间填充了一定数量的吸水膨胀材料。

准绝缘密封隔离圈200使金属井盖２３与井盖支撑体66隔离开，实现电绝缘。此时因为金属井盖２３与井壁不是处于相同电位，所以金属井２３对电磁波的屏蔽作用可大幅度地下降。换言之，能够大幅度地减少金属井盖２３对电磁波的衰减，抑制电磁波波束加宽和辐射边瓣的扩大，增大天线发射和接收电磁波的传播距离，相当于提高了天线的增益。特别需要指出的，它能够使天线发射和接收的电磁波偏离高衰减区进入低衰减区增加了自由度。

必须指出的，当水进入吸水膨胀材料后，其体积能够膨胀2～6倍，从而可使准绝缘密封隔离圈200的厚度扩大数倍，导致井盖２３的位置能够升高几倍，从而能够使井盖２３高出市政马路积水水面，以免马路积水经过井盖２３的通气孔洞或井盖２３边缘的缝隙进入井内，遭受灭顶之灾。可是当吸水膨胀材料所吸入的水分被挤压出以及经日晒、风吹蒸发后，又可以恢复原体积。此外，该吸水膨胀材料还具有较好的弹性，汽车等在井盖２３上经过时，司机不会感到太大的不舒服。

在东北冬季-30℃温度的情况下，即使吸水膨胀材料205中的水分已冻结，可是位于中心的橡胶密封管203a、203b中的防冻液204仍为液态。即仍具有弹性，此外，按照集中参数而论，在-30～50℃温度条件下准绝缘密封隔离圈200的介电常数的变化不大，介电损耗变化很小。在冬季，当井盖23、准绝缘密封隔离圈200、井盖支撑物66和环绕井盖23的沟槽210被大雪覆盖时，沟槽210内部的化冰融雪剂和防冻剂62与雪接触。由于化冰融雪剂和防冻剂62的融雪、化冰和防止雪水二次结冰作用，导致吸水膨胀材料205体积膨胀，井盖23位置提升；由于吸水膨胀材料205、防冻液204的弹性、缓冲作用，并不影响车辆的行驶及其舒服性，可是却降低了对电磁波的吸收率。随着车辆行驶的压榨、吸附水分的蒸发、冷冻升华，吸水膨胀材料205和化冰融雪剂和防冻剂62几乎又恢复如初。换言之，不仅对电磁波的吸收率低，而且适宜全天候工作。

简言之，准智能井口99为抗高温酷暑、耐暴风骤雨、马路被积水淹没或积雪覆盖时能“全天候”工作奠定了基础。

2、本发明在适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100的外壳表面上设置了一个低成本的定向天线102，进一步增大天线发射和接收电磁波的传播距离：例如，把传统的低成本偶极子天线、拉杆天线进行技术改造和创新，成为一种低成本、低边瓣的定向偶极子定向天线或者直接增补一枚八木天线或抛物面天线，提高天线的方向性，从而增大了天线的发射和接收电磁波的传播距离。该天线的支承装置与天线底座之间采用了可以灵活弯曲和扭转的金属蛇皮管结构，因此，为可任意调节天线定向发射和接收电磁波方向提供了方便。利用低成本的定向天线102和准智能井口99的配合，使得即使在马路被积水淹没，智能井盖在面临灭顶之灾或被大雪覆盖等极端恶劣天气条件下，也能“全天候”工作变为可能。

特别需要强调的，与现有的方法不同，该天线定向发射电磁波信号的方向并不是朝向金属井盖，而是朝向金属井盖下方的井盖支撑体66附近的电磁波低衰减区，因此可大幅度地减少金属井盖对电磁波信号的衰减。其理由如下：该区域的材质不是金属，也不是土壤，而是红砖、混凝土或沥青材料及其混合体路面97。因为在300～ 3000MH_Z频率范围内，金属、土壤对电磁波的吸收作用很强，而混凝土、沥青材料对电磁波的吸收率却比金属、土壤低得多,其损耗主要来源于其介电损耗。理论推算表明，在300～ 3000MH_Z频率范围内的电磁波，按照介电损耗大小排队，依次是土壤、混凝土、沥青材料，特别是土壤的介电损耗随着含水量的多寡而变化很大。

3、与现有的方法不同，本发明在传统市政马路井壁的井口附近的定向天线直接发射和接收电磁波不能覆盖区域内涂覆了干扰电磁波吸收层14，以便吸收杂散电磁波和透射波，抑制寄生电磁波的干扰，净化电磁波频谱，提高边瓣抑制度，提高信噪比。

4. 与现有的方法不同，本发明的干扰电磁波吸收层14并没有使用传统的电磁波吸收材料，而是利用铁氧体、磷酸铝碳纤维、水玻璃的混合物构成的涂料；此外，配方中的铁氧体电材料并没有使用价格较高的NiO系材料，而是以SiO₂、CaO、CoO代替之。该涂料的组分为无机材料，防火等级高，耐老化特性好，其热膨胀系数与井壁匹配，因此不仅对电磁波的吸收能力高，与井壁的结合力强，而且成本低，使用寿命长。

5、与现有的技术不同，为了提高准绝缘密封隔离圈200的低温工作能力，在井盖23、准绝缘密封隔离圈200、井盖支撑体66和围绕井盖23的混凝土或沥青填充物体之间设置了沟槽210，并在其内部放置了化冰融雪剂和防冻剂62。从而确保在马路存在积雪、滴水成冰等恶劣天气下，甚至被大雪覆盖时也能“全天候”工作。

6、准绝缘密封隔离圈200不仅结构新颖，性能佳，而且工作温度范围宽，成本低。其结构如图3所示：准绝缘密封隔离圈200是由两条废轮胎202a、202b、橡胶圆环板一201a、橡胶圆环板二201b、两块橡胶圆环板201a、201b、两根圆环形橡胶密封管203a、203b构成。

7、与现有的技术不同，本发明的天线材料并没有使用传统的铜板、铜管、反射板材料并没有使用传统的抛光铜板、覆盖有玻璃钢的铜网等材料，而是天线和反射片皆采用由ABS工程塑料材料构成的，然后再电镀银铜合金，不仅表面光洁，其介电损耗和铜损都很小，而且材料成本、加工成本都很低，重量也很轻。简言之，以低成本手段，获得高性能的天线。

8、本发明把金属蛇皮管219应用在井下定向天线装置102中有一定的创新意义，颇有特色，其功能有二个：A、通过人工方法，弯曲、拉伸或扭曲金属蛇皮管，能够调整定向天线装置102的发射或接收电磁波信号的方向，以便获得最大的信噪比，提升物联网信号质量。B、减少马路车辆的机械振动、冲击对定向天线装置102工作的影响，即具有隔振、抗干扰特性。

9、特别需要强调的，本发明的化冰融雪剂和防冻剂62是一种环保型化冰融雪剂和防冻剂（正在申报发明专利），它与目前现有的融雪剂和防冻剂完全不同，它是借鉴现有的融雪剂和防冻剂的经验和教训，利用正交试验法摸索最佳配方，并且在国际上首次把中医治病的阴阳平衡理论应用在融雪剂和防冻剂开发中力求速效性与长效性、亲水性基与憎水基、酸性度与碱性度、高性能与低成本、组分大颗粒与小颗粒尺寸、关键组分比重与辅助组分的平衡、统一。组分材料——融冰雪发热剂、冰点下降剂、吸附剂、表面活性剂、防锈剂、阻蚀剂等全部采用无机材料，呈弱碱性、干燥后，特性又恢复如初。因此化冰、融雪和防冻能力强，具有良好的速效性和长效性，可以工作在—30℃以下，对金属件无腐蚀，对动、植物无损伤。最大的优点是环保、低成本，并可重复循环使用。

具体地讲，本发明的目的是这样实现的：如图1所示，一种基于物联网可全天候工作的智能井盖及其信息传送系统包括下述五大部分：准智能井口装置99、适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100、无线收发和控制装置101、定向天线装置102、高安时物理电源装置103。

示于图2的准智能井口装置99包括井盖23、井盖支撑物66、准绝缘密封隔离圈200、沟槽210、化冰融雪剂和防冻剂62、干扰电磁波吸收层14、红砖、混凝土或沥青材料及其混合体路面97、井壁96，其特征是井盖23位于准智能井口装置99最上边，井盖支撑物66处在井盖23的下方，井壁96的上方；准绝缘密封隔离圈200安装在井盖支撑物66和井盖23之间；红砖、混凝土或沥青材料及其混合体路面97围绕着井盖23、井盖支撑物66、准绝缘密封隔离圈200；沟槽210位于井盖23、井盖支撑物66、准绝缘密封隔离圈200的组合体与红砖、混凝土或沥青材料及其混合体路面97之间；而在沟槽210内部放置了化冰融雪剂和防冻剂62；干扰电磁波吸收层14被涂覆在井壁96的内表面上的定向天线直接发射和接收的电磁波不能覆盖的区域内。

其化冰融雪剂和防冻剂62与市场销售的化冰融雪剂和防冻剂的配方完全不同，是由无机盐硫酸镁、氯化钙、硫酸铵、焦磷酸钠、偏硅酸钠等构成的，是环保型化冰融雪剂和防冻剂，对混凝土、沥青和钢铁无腐蚀，对植物、动物也无损害。其配比（重量比）如下：

硫酸镁：20～60％，氯化钙：10～20％，硫酸铵：15～35％，焦磷酸钠：0.5～15％，偏硅酸钠：1.5～20％，其配比总和为100％。如图2和图4所示，所述的适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100安装在井壁96上，并且其中心线与重力方向垂直；在单换能器式反射型超声波井下传感器100保护外壳24的表面上安装有定向天线装置102，其特征是定向天线装置102被固定螺钉218安装在单换能器式反射型超声波井下传感器100的保护外壳24的上表面，并且定向天线102的圆板状基座一211、圆板状基座二211a、圆板状基座三211b、金属蛇皮管219通过由转动轴7、保护外壳24、可伸缩的支撑杆10、金属固定板12以及固定螺钉13构成的悬浮式三脚架支撑的悬臂梁结构；所述的无线收发和控制装置101位于适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100保护外壳24的内部。

所述的高安时物理电源装置103设置在准智能井口装置99附近的装置98之内部。

示于图3的准绝缘密封隔离圈200至少包括两个中空的废轮胎，例如，废轮胎一(202a)、废轮胎二(202b，准绝缘密封隔离圈200是由橡胶圆环板一201a、橡胶圆环板二201b、废轮胎一202a、废轮胎二202b、橡胶粘结层一206a、橡胶粘结层二206b、橡胶粘结层三206c、防冻液一204a、防冻液二204 b、橡胶密封管一203 a、橡胶密封管二203 b、通孔207以及吸水膨胀材料一205 a、吸水膨胀材料二205 b构成，其特征是准绝缘密封隔离圈200安装在井盖支撑物66和井盖23之间，井盖23、准绝缘密封隔离圈200、井盖支撑物66和环绕井盖23的混凝土或沥青材料之间的沟槽210构成了一个组合体，并在组合体的沟槽210内部放置了化冰融雪剂和防冻剂62；其橡胶圆环板一201a、橡胶圆环板二201b位于准绝缘密封隔离圈200的最外边，并且分别与井盖23、井盖支撑物66密切接触；而废轮胎一202a、废轮胎二202b置于橡胶圆环板一201a、橡胶圆环板二201b之间，在每条废轮胎表面加工了很多通孔207，在废轮胎一202a、废轮胎二202b的每条外胎截面中心依次设置有橡胶密封管一203 a、橡胶密封管二203 b，并且在它们内部依次密封了防冻液一204a、防冻液二204 b；此外，橡胶板一201a、废轮胎一202a、废轮胎二202b和橡胶板二201b用橡胶粘结层一206a、橡胶粘结层二206b、橡胶粘结层三206c粘结，而在橡胶密封管一203 a和废轮胎一202a、橡胶密封管二203 b和废轮胎二202b之间依次设置有吸水膨胀材料一205 a、吸水膨胀材料二205 b。

如图4所示，所述的定向天线装置102是为了实现全天候定向发射和接收电磁波信号而设置的，它利用固定螺钉218安装在单换能器式反射型超声波井下传感器100的保护外壳24的上表面，并且定向天线装置102的圆板状基座一211、圆板状基座二211a、圆板状基座三211b、金属蛇皮管219通过由转动轴7、保护外壳24、可伸缩的支撑杆10、金属固定板12以及固定螺钉13构成的这种悬浮式三脚架支撑的悬臂梁结构；定向天线装置102包括圆板状基座一211、圆板状基座二211a、圆板状基座三211b、绝缘材料圆板基座211c、偶极子天线212、定向反射板213、定向反射板一213a、定向反射调整板213b、滑道215、固定卡一217a、固定卡二217b、固定卡三217c、固定螺钉218；其特征是偶极子天线212位于圆板状基座二211a、圆板状基座三211b和绝缘材料圆板基座211c的中央，圆板状基座一211的中央安装有金属蛇皮管219，金属蛇皮管219的另一端位于圆板状基座二211a的中央，并与圆板状基座二211a连接；圆板状基座一211、圆板状基座二211a、圆板状基座三211b都是由添加磁性材料的ABS工程塑料材料构成的，并且表面电镀银铜合金，偶极子天线212是电镀银铜合金的ABS工程塑料构成的，滑道槽215是专门在圆板状基座三211b上制作的下凹槽，槽的尺寸与定向反射板213a、定向反射调整板213b匹配，表面光滑。此外，固定卡一217a可以固定在圆板状基座三211b的边缘，固定卡二217b、固定卡三217c可固定在滑道槽215中，防止定向反射板一213a、定向反射调整板213b调整成最佳位置后的移动。绝缘材料圆板基座211c仅由ABS工程塑料材料构成的，不再电镀金属。

定向反射板213、定向反射板一213a、定向反射调整板213b的水平断面皆为圆弧形，定向反射板213可以沿着在底版211b边缘移动，而定向反射板一213a、定向反射调整板213b可以沿着滑道215滑动，以便调整定向天线102的参数。定向反射板213、定向反射板一213a、定向反射调整板213b皆分别由上、下两部分构成：它们依次是位于下方的下板213₁、下板一213a₁、下板二213b₁，位于上方的上板213₂、上板一213a₂、上板二213b₂，位于下方的下板213₁ _、下板一213a₁、下板二213b₁ 都是由添加铁磁材料的ABS工程塑料材料构成的，下板213₁的高度不大于圆板状基座三211b的厚度，而下板一213a₁、下板二213b₁的高度不大于滑道215的深度，而构成位于上方的上板213₂、上板一213a₂、上板二213b₂ 的材料皆不添加磁性材料，仅由ABS工程塑料材料组成的，并电镀银铜合金。

与现有技术相比，本发明的有益的效果如下：

（1）本发明对传统市政马路井口进行了修改，在井盖23、井盖支撑物66之间增添了一枚由废轮胎构成的内部填有防冻液的吸水膨胀材料之准绝缘密封隔离圈200。使金属井盖与井盖支撑物66隔离开，电绝缘。因为金属井盖与井壁不是处于相同电位，所以金属井盖对电磁波的屏蔽作用可大幅度地下降。换言之，能够大幅度地减少金属井盖对电磁波的衰减，抑制电磁波波束加宽和辐射边瓣的扩大，增大天线发射和接收电磁波的传播距离，相当于提高了天线的增益。

（2）本发明在适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井盖传感器100外壳表面上设置了一个低成本的定向天线102，进一步增大天线发射和接收电磁波的传播距离：例如，对传统的低成本偶极子天线、拉杆天线进行技术改造和创新，成为一种低成本、低边瓣的定向偶极子天线，提高天线的方向性，从而增大了天线的发射和接收电磁波的传播距离。该天线的支承装置与天线底座之间采用了可以灵活弯曲的蛇皮管结构，因此，为任意调节天线定向发射和接收电磁波提供了方便。

特别需要强调的，该天线定向发射电磁波的方向并不是朝向金属井盖，而是金属井盖下方的井盖支撑物66附近区域，因此大幅度地减少金属井盖对电磁波的衰减。其理由如下：该区域的材质不是金属，而是红砖、混凝土或沥青材料，也不是土壤。因为在300～ 3000MH_Z频率范围内，金属对电磁波的的屏蔽作用很强，而混凝土、沥青材料对电磁波的吸收率却比土壤低得多,其损耗主要来源于其介电损耗。实验表明，300～ 3000MH_Z频率范围内的电磁波通过厚度为100～300mm的沥青区的衰减仅为10db左右，远小于在金属或土壤中的衰减。

（3）本发明在传统市政马路井壁的井口附近的定向天线直接发射和接收电磁波的不能覆盖区域内涂覆了干扰电磁波吸收层14，以便吸收杂散电磁波和透射波，抑制寄生电磁波的干扰，净化电磁波频谱，提高边瓣抑制度，提高信噪比。

（4）本发明的干扰电磁波吸收层14并没有使用传统的电磁波吸收材料，而是利用铁氧体、磷酸铝碳纤维、水玻璃的混合物；此外，配方中的铁氧体电材料并没有使用价格较高的NiO系材料，而是以SiO₂、CaO、CoO代替之。换言之，不仅对电磁波的吸收能力高，与井壁的结合力强，而且成本低，使用寿命长。

（5）本发明的准绝缘密封隔离圈200的具有低温工作能力，在井盖23、准绝缘密封隔离圈200、井盖支撑物66和环绕井盖23的混凝土或沥青材料之间设置一个沟槽210，并在其内部放置了融雪剂和防冻剂62。在东北冬季-30℃温度的情况下，即使吸水膨胀材料205中的水分已冻结，可是位于中心的橡胶密封管203a、203b中的防冻液204仍为液态。即仍具有弹性，此外，按照集中参数而论，在-30～50℃温度条件下电绝缘密封隔离圈200的介电常数也变化不大，特别是橡胶、防冻液为有机物其介电常数较高，介电损耗很小。在冬季，当井盖23、准绝缘密封隔离圈200、井盖支撑物66和环绕井盖23的沟槽210被大雪覆盖时，沟槽210内部的融雪剂和防冻剂62与雪接触。由于融雪剂62的融雪、化冰和防止雪水二次结冰作用，导致吸水膨胀材料205体积膨胀，井盖23位置提升；由于吸水膨胀材料205、防冻液204的弹性、缓冲作用，并不影响车辆行驶的舒服性，可是却降低了对电磁波的吸收率。随着车辆行驶的压榨、吸附水分的蒸发、冷冻升华，吸水膨胀材料205和融雪剂62几乎又恢复如初，换言之，不仅对电磁波的吸收率低，而且适宜全天候工作。

（6）本发明的定向天线102之低成本的偶极子天线212的材料以及定向反射板213、定向反射板213a、定向反射调整板213b等并没有使用传统的铜板、铜管、反射板材料并没有使用传统的抛光铜板、覆盖有玻璃钢的铜网等材料，而是偶极子天线212和以及定向反射板213、定向反射板213a、定向反射调整板213b皆采用由ABS工程塑料材料构成的，并电镀银铜合金，不仅表面光洁，其介电损耗和铜损都很小，而且材料成本、加工成本都很低，重量也很轻。

（7）本发明的金属蛇皮管219颇有特色，其功能有二个：

A、通过人工方法，弯曲、拉伸或扭曲金属蛇皮管，能够调整定向天线装置102的发射或接收电磁波信号的方向，以便获得最大的信噪比，提升物联网信号质量。

B、减少马路车辆的机械振动、冲击对定向天线装置102工作的影响，即具有隔振、抗干扰特性。

（8）本发明在国际上首次把中医治病的阴阳平衡理论应用在融雪剂和防冻剂开发中力求速效性和长效性、亲水性基和憎水基、酸性度与碱性度、高性能与低成本、组分大颗粒与小颗粒尺寸、关键组分比重与辅助组分的平衡、统一。组分材料——融冰雪发热剂、冰点下降剂、吸附剂、表面活性剂、防锈剂、阻蚀剂等全部采用无机材料，呈弱碱性、干燥后，特性又恢复如初。因此化冰、融雪和防冻能力强，具有良好的速效性和长效性，可以工作在—30℃以下，对金属件无腐蚀，对动、植物无损伤。最大的优点是环保、低成本，并可重复循环使用。

简言之，本发明以低成本手段，获得高性能、高可靠的基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统。

附图说明

图1是本发明的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统的结构方框图。

图2是本发明的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统的结构示意图。

图3是本发明的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统的准绝缘密封隔离圈的局部断面结构示意图。

图4是本发明的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统的定向天线系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的结构和实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于物联网可全天候工作的智能井盖及其信息传送系统包括五大部分：准智能井口装置99、适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100、无线收发和控制装置101、定向天线装置102、高安时物理电源装置103。

硫酸镁：20～60％，氯化钙：10～20％，硫酸铵：15～35％，焦磷酸钠：0.5～15％，偏硅酸钠：1.5～20％，其配比总和为100％。

如图2和图4所示，所述的适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100安装在井壁96上，并且其中心线与重力方向垂直；在单换能器式反射型超声波井下传感器100保护外壳24的表面上安装有定向天线装置102，其特征是定向天线装置102被固定螺钉218安装在单换能器式反射型超声波井下传感器100的保护外壳24的上表面，并且定向天线102的圆板状基座一211、圆板状基座二211a、圆板状基座三211b、金属蛇皮管219通过由转动轴7、保护外壳24、可伸缩的支撑杆10、金属固定板12以及固定螺钉13构成的悬浮式三脚架支撑的悬臂梁结构；必须强调的是，金属蛇皮管219的功能有二个：

所述的无线收发和控制装置101位于适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器100保护外壳24的内部。

Claims

1.一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统包括准智能井口装置（99）、适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器（100）、无线收发和控制装置（101）、定向天线装置（102）、高安时物理电源装置（103），其特征是：准智能井口装置（99）由井盖(23)、井盖支撑物(66)、准绝缘密封隔离圈(200)、沟槽(210)、化冰融雪剂和防冻剂(62)、干扰电磁波吸收层(14)、红砖、混凝土或沥青材料及其混合体路面(97)、井壁(96)构成；井盖(23)位于准智能井口装置(99)最上边，井盖支撑物(66)处在井盖(23)的下方，井壁(96)的上方；电绝缘密封隔离圈(200)安装在井盖支撑物(66)和井盖(23)之间；由红砖、混凝土或沥青材料或其混合体构成的路面(97)围绕着井盖(23)、井盖支撑物(66)、准绝缘密封隔离圈(200)；沟槽(210)位于井盖(23)、井盖支撑物(66)、准绝缘密封隔离圈(200)的组合体与由红砖、混凝土或沥青材料或其混合体构成的路面(97)之间；而在沟槽(210)内部放置了化冰融雪剂和防冻剂(62)；干扰电磁波吸收层(14)被涂覆在井壁(96)的内表面上的定向天线直接发射和接收的电磁波不能覆盖的区域内，适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器(100)安装在井壁(96)上，它的中心线与重力方向垂直；在单换能器式反射型超声波井下传感器(100)保护外壳(24)的表面上安装有定向天线装置(102)，定向天线装置(102)被固定螺钉(218)安装在单换能器式反射型超声波井下传感器(100)的保护外壳(24)上，并且定向天线(102)的圆板状基座一(211)、圆板状基座二(211a)、圆板状基座三(211b)、金属蛇皮管(219)通过由转动轴(7)、保护外壳(24)、可伸缩的支撑杆(10)、金属固定板(12)以及固定螺钉(13)构成了悬浮式三脚架支撑的悬臂梁结构；无线收发和控制装置（101）位于适宜狭小空间安装的单换能器式反射型超声波井下传感器（100）保护外壳（24）的内部，高安时物理电源装置（103）设置在准智能井口装置（99）附近的装置（98）之内部。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，准绝缘密封隔离圈（200）至少包括两个中空的废轮胎，例如，废轮胎一(202a)、废轮胎二(202b)，准绝缘密封隔离圈（200）是由橡胶圆环板一（201a）、橡胶圆环板二（201b）、废轮胎一（202a）、废轮胎二（202b）、橡胶粘结层一（206a）、橡胶粘结层二（206b）、橡胶粘结层三（206c）、防冻液一（204a）、防冻液二（204 b）、橡胶密封管一（203 a）、橡胶密封管二（203 b）、通孔（207）以及吸水膨胀材料一（205 a）、吸水膨胀材料二（205 b）构成，其特征是：其橡胶圆环板一(201a)、橡胶圆环板二(201b)位于准绝缘密封隔离圈(200)的最外边，分别与井盖(23)、井盖支撑物(66)密切接触；而废轮胎一(202a)、废轮胎二(202b)置于橡胶圆环板一(201a)、橡胶圆环板二(201b)之间，在每条废轮胎表面加工了很多通孔(207)，在废轮胎一(202a)、废轮胎二(202b)的每条外胎截面中心依次设置有橡胶密封管一(203 a)、橡胶密封管二(203 b)，并且在它们内部依次密封了防冻液一(204a)、防冻液二(204 b)；橡胶板一(201a)、废轮胎一(202a)、废轮胎二(202b)和橡胶板二(201b)被橡胶粘结层一(206a)、橡胶粘结层二(206b)、橡胶粘结层三(206c)粘结，而在橡胶密封管一(203 a)和废轮胎一(202a)、橡胶密封管二(203 b)和废轮胎二(202b)之间依次设置有吸水膨胀材料一(205 a)、吸水膨胀材料二(205 b)。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，其特征在于：所述的定向天线装置(102)包括圆板状基座一(211)、圆板状基座二(211a)、圆板状基座三(211b)、绝缘材料圆板基座(211c)、偶极子天线(212)、定向反射板(213)、定向反射板一(213a)、定向反射调整板(213b)、滑道(215)、固定卡一(217a)、固定卡二(217b)、固定卡三(217c)、固定螺钉(218)；其偶极子天线(212)位于圆板状基座二(211a)、圆板状基座三(211b)和绝缘材料圆板基座(211c)的中央，圆板状基座一（211）的中央安装有金属蛇皮管（219），金属蛇皮管（219）的另一端位于圆板状基座二（211a）的中央，并与圆板状基座二（211a）连接；圆板状基座一(211)、圆板状基座二(211a)、圆板状基座三(211b)都是由添加磁性材料的ABS工程塑料材料构成的，并且表面电镀银铜合金，偶极子天线(212)是电镀银铜合金的ABS工程塑料构成的，滑道槽(215)是在圆板状基座三(211b)上制作的下凹槽，槽的尺寸与定向反射板(213a)、定向反射调整板(213b)匹配，表面光滑；固定卡一(217a)可以固定在圆板状基座三(211b)的边缘，固定卡二(217b)、固定卡三(217c)可固定在滑道槽(215)中:绝缘材料圆板基座211c仅由ABS工程塑料材料构成的。

4.根据权利要求1或权利要求3所述的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，其特征在于：定向反射板（213）、定向反射板一（213a）、定向反射调整板（213b）的水平断面皆为圆弧形，定向反射板（213）可以沿着在底版（211b）边缘移动，而定向反射板一（213a）、定向反射调整板（213b）能够沿着滑道（215）滑动。

5.根据权利要求1或权利要求3所述的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，其特征在于：定向反射板（213）、定向反射板一（213a）、定向反射调整板（213b）皆由上、下两部分构成：它们依次是位于下方的下板（213₁）、下板一（213a₁）、下板二（213b₁），位于上方的上板（213₂）、上板一（213a₂）、上板二（213b₂），位于下方的下板（213₁）、下板一（213a₁）、下板二（213b₁）都是由添加铁磁材料的ABS工程塑料材料构成的，下板（213₁）的高度不大于圆板状基座三（211b）的厚度，而下板一（213a₁）、下板二（213b₁）的高度不大于滑道（215）的深度，构成位于上方的上板（213₂）、上板一（213a₂）、上板二（213b₂）仅由ABS工程塑料材料组成的，并电镀银铜合金。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，其特征在于：干扰电磁波吸收层（14）是利用铁氧体、磷酸铝碳纤维、水玻璃的混合物构成的涂料；配方中的铁氧体电材料为SiO₂、CaO、CoO。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网可全天候工作智能井盖及其信息传送系统，其特征在于：其化冰融雪剂和防冻剂（62）是由无机盐硫酸镁、氯化钙、硫酸铵、焦磷酸钠、偏硅酸钠构成的，其配比（重量比）如下：硫酸镁：20～60％，氯化钙：10～20％，硫酸铵：15～35％，焦磷酸钠：0.5～15％，偏硅酸钠：1.5～20％，其配比总和为100％。