CN109556681B - 一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测方法。该设备的的滑杆竖直设置在隧道内，滑杆的两端分别与隧道的顶部和底部固定连接，浮体可滑动的设置在滑杆上，且其在隧道内水的浮力的作用下沿滑杆的轴向滑动；伸缩支撑杆倾斜设置，伸缩支撑杆的一端部与隧道的顶部铰接，另一端部与浮体铰接，第一超声波测距仪设置在伸缩支撑杆一端的空腔内，测量挡板设置在伸缩支撑杆另一端的空腔内；第一超声波测距仪与水位报警系统电连接。本发明的设备及其检测方法，安装方便，不受隧道尺寸的限制，使用起来也很方便，通过浮体浮起的高度配合超声波的行程距离来确定水位的高度，当水位高于预设值时，水位报警系统报警。

Description

一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测 方法

技术领域

本发明涉及水位检测技术领域，尤其涉及一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测方法。

背景技术

现在很多城市由于规划过早，以及城市的快速发展，在汛期很容易发生积水严重的现象，影响人们的生活出行。

现有的城市排涝大都采用隧道进行排水，而现有的隧道中一般都不设检测设备，都是在端部设置流量计进行测量，这样当水量过大时，很容易造成信息滞后，使得排涝工作不及时，并且流量计一般都是安装在整个管道上，需要根据管道的尺寸进行定制，安装成本比较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种使用方便、测量准确的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测方法。

本发明的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，包括滑杆、浮体、第一超声波测距仪、中空伸缩支撑杆、测量挡板和水位报警系统；所述滑杆竖直设置在隧道内，所述滑杆的两端分别与隧道的顶部和底部固定连接，所述浮体可滑动的设置在所述滑杆上，且其在隧道内水的浮力的作用下沿所述滑杆的轴向滑动；所述伸缩支撑杆倾斜设置，所述伸缩支撑杆的一端部与所述隧道的顶部铰接，另一端部与所述浮体铰接，所述第一超声波测距仪设置在所述伸缩支撑杆一端的空腔内，所述测量挡板设置在所述伸缩支撑杆另一端的空腔内，所述第一超声波测距仪朝所述测量挡板发射超声；所述第一超声波测距仪与所述水位报警系统电连接。

优选的，所述伸缩支撑杆包括第一中空支撑杆和第二中空支撑杆，所述第一中空支撑杆一端开口，另一端与所述顶部铰接，且另一端内部设有所述第一超声波测距仪，所述第二中空支撑杆一端开口，且该端伸入所述第一中空支撑杆一端开口内，并可相对于所述第一中空支撑杆滑动，所述第二中空支撑杆的另一端与所述浮体铰接，且该端内部设有所述测量挡板。

优选的，所述浮体套设在所述滑杆上，所述滑杆的外周沿其轴向设有多个滑槽，所述浮体上设有嵌入所述滑槽的限位块，所述浮体通过限位块沿所述滑杆轴向滑动。

优选的，多个所述滑槽等距间隔设置在所述滑杆的外周上。

优选的，所述滑槽的横截面为燕尾形，所述限位块横截面形状与所述滑槽相匹配。

优选的，所述第一超声波测距仪通过固定装置设置在所述伸缩支撑杆的一端空腔内。

优选的，还包括第二超声波测距仪，所述第二超声波测距仪竖直设置在所述顶部，并位于所述浮体的上方，所述第二超声波测距仪朝所述浮体发射超声，所述第二超声波测距仪与所述水位报警系统电连接。

优选的，还包括用于测量隧道内水流速的流量测量仪，所述流量测量仪与所述水位报警系统电连接。

优选的，所述水位报警系统包括PLC控制器和与所述PLC控制器电连接的报警器，所述PLC控制器分别与所述第二超声波测距仪、第一超声波测距仪、流量测量仪电连接。

上述的基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备的检测方法，包括以下步骤：

1)设备安装：将所述滑杆竖向设置在隧道内，所述滑杆两端分别固定在隧道的顶部和底部，将所述水位报警系统设置在隧道的顶部；

2)水位测量：测得隧道的顶部和底部之间的垂直距离H，测得第一超声波测距仪固定的隧道顶部的位置距离滑杆固定隧道顶部之间的距离L1，第一超声波测距仪朝测量挡板发出超声波信号，测得第一超声波测距仪与超声波反射板之间的距离，从而得出伸缩支撑杆的实际长度L2，根据勾股定理，计算出浮体至顶部之间的距离L3，水位的高度h＝H-L3；

3)水位报警：当伸缩支撑杆的实际长度L2小于预设值时即水位的高度高于预设值时，水位报警系统向后台发出报警信息。

本发明基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测方法，安装方便，不受隧道尺寸的限制，使用起来也很方便，通过浮体浮起的高度配合超声波的行程距离来确定水位的高度，当水位高于预设值时，水位报警系统报警，以提醒管理人员及时进行处理，能够提高设备的可靠性，适用范围广，有助于市场推广。

附图说明

图1为本发明的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备；

图2为本发明中滑杆与浮体的一种连接结构示意图。

1-滑杆；11-滑槽；2-浮体；21-限位块；3-第一超声波测距仪；4-伸缩支撑杆；41-第一中空支撑杆；42-第二中空支撑杆；5-测量挡板；6-水位报警系统；61-PLC控制器；62-报警器；7-隧道；71-顶部；72-底部；8-固定装置；9-第二超声波测距仪；10-流量测量仪。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，包括滑杆1、浮体2、第一超声波测距仪3、中空伸缩支撑杆4、测量挡板5和水位报警系统6；滑杆1竖直设置在隧道7内，滑杆1的两端分别与隧道7的顶部71和底部72固定连接，浮体2可滑动的设置在滑杆1上，且其在隧道7内水的浮力的作用下沿滑杆1的轴向滑动；伸缩支撑杆4倾斜设置，伸缩支撑杆4的一端部与隧道7的顶部71铰接，另一端部与浮体2铰接，第一超声波测距仪3设置在伸缩支撑杆4一端的空腔内，测量挡板5设置在伸缩支撑杆4另一端的空腔内，第一超声波测距仪3朝测量挡板5发射超声；第一超声波测距仪3与水位报警系统6电连接。

浮体2可滑动的设置在滑杆1上，且其在隧道7内水的浮力的作用下沿滑杆1的轴向滑动，水位向上升高，在浮力的作用下，浮体2也向上升，使得第二中空支撑杆42朝向第一中空支撑杆41内滑动，使得伸缩支撑杆4的长度变短，第一超声波测距仪3朝测量挡板5发射的超声，测出伸缩支撑杆4的实际长度，然后通过已知伸缩支撑杆4的一端部与隧道7的顶部71铰接与滑杆1与顶部71的固定点之间的距离，然后通过勾股定理得到浮体2距离顶部71的距离，既水位的高度。

本发明基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备及其检测方法，安装方便，不受隧道7尺寸的限制，使用起来也很方便，通过浮体2浮起的高度配合超声波的行程距离来确定水位的高度，当水位高于预设值时，水位报警系统6报警，以提醒管理人员及时进行处理，能够提高设备的可靠性，适用范围广，有助于市场推广。

伸缩支撑杆4可以包括第一中空支撑杆41和第二中空支撑杆42，第一中空支撑杆41一端开口，另一端与顶部71铰接，且另一端内部设有第一超声波测距仪3，第二中空支撑杆42一端开口，且该端伸入第一中空支撑杆41一端开口内，并可相对于第一中空支撑杆41滑动，第二中空支撑杆42的另一端与浮体2铰接，且该端内部设有测量挡板5，。第一中空支撑杆41的长度可以大于第二中空支撑杆42的长度。这样避免在第一中空支撑杆41在伸缩的过程中碰到设置在第二中空支撑杆42一端的第一超声波测距仪3，但是第一中空支撑杆41的长度也不宜过长，过长将会限制浮体2的进一步的向上滑动，也就值得本设备的检测范围有限。

如图2所示，浮体2设置在滑杆1上的方式有多种，在这里不做限定，在本实施例中，浮体2套设在滑杆1上，滑杆1的外周沿其轴向设有多个滑槽11，浮体2上设有嵌入滑槽11的限位块21，浮体2通过限位块21沿滑杆1轴向滑动。

多个滑槽11可以等距间隔设置滑杆1的外周上。例如：滑槽11可以为四个，等距间隔设置在滑杆1的外周上，使得浮体2更为稳定的在滑杆1上滑动。

滑槽11的横截面可以为燕尾形，限位块21与滑槽11的形状相匹配，限位块21嵌入滑槽11内。

第一超声波测距仪3通过固定装置8设置在伸缩支撑杆4的一端空腔内。固定装置8的结构有很多，在这里不做限定，例如：固定装置8可以包括三个固定架，三个固定架间隔的设置在第一中空支撑杆41的一端，一端与第一中空支撑杆41的内壁固定，另一端与第一超声波测距仪3固定，两个相邻的固定架与第一中空支撑杆41的轴线之间形成120°夹角，这样设置固定架8，可以使得第一超声波测距仪3始终保持固定，防止因为长时间使用而使得第一超声波测距仪3发生松动，从而影响测量结果的精确度，因为第一超声波测距仪3与第一中空支撑杆41是保持同步转动的。

当然为了保持第一超声波测距仪3与第一中空支撑杆41是保持同步转动的，也可以使得第一中空支撑杆41的直径与第一超声波测距仪3的直径相同，使得第一超声波测距仪3在设置在第一中空支撑杆41中时，其外壁与第一超声波测距仪3的内壁相接触，然后利用固定装置8将第一超声波测距仪3背离发射超声的一端固定在第一中空支撑杆41上。

为了保证检测的准确性，也为了避免在上述装置出现损坏时，不能得到检测数据，还可以包括第二超声波测距仪9，第二超声波测距仪9竖直设置在顶部71，并位于浮体2的上方，第二超声波测距仪9朝浮体2发射超声，第二超声波测距仪9与水位报警系统6电连接。第二超声波测距仪9朝浮体2发射超声已直接得知浮体2距离顶部71之间的距离，这种检测方式就上一种来说，虽然都是利用超声波测距仪来进行距离的检测，但是由于第一超声波测距仪3是倾斜发射在浮体2上，其反射的时间相对于第二超声波测距仪9是垂直发射在浮体2的反射时间来说是要长的，就原理来说这样测试的更为准确，在这里第二超声波测距仪9是一个补充方案。

还包括可以包括用于测量隧道7内水流速的流量测量仪10，流量测量仪10与水位报警系统6电连接。当流量测量仪10测试到水流速高于预设值时，水位报警系统6报警。

水位报警系统6可以包括PLC控制器61和与PLC控制器61电连接的报警器62，PLC控制器61分别与第二超声波测距仪9、第一超声波测距仪3、流量测量仪10电连接。PLC控制器61分析第二超声波测距仪9、第一超声波测距仪3、流量测量仪10电传输给其的数据，然后在超过预设值时，控制报警器62发出警报。

上述的基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、设备安装：将滑杆1竖向设置在隧道7内，滑杆1两端分别固定在隧道7的顶部71和底部72，将水位报警系统6设置在隧道7的顶部71；

步骤二、水位测量：测得隧道7的顶部71和底部72之间的垂直距离H，测得第一超声波测距仪3固定的隧道7顶部71的位置距离滑杆1固定隧道7顶部71之间的距离L1，第一超声波测距仪3朝测量挡板5发出超声波信号，测得第一超声波测距仪3与超声波反射板之间的距离，从而得出伸缩支撑杆4的实际长度L2，根据勾股定理，计算出浮体2至顶部71之间的距离L3，水位的高度h＝H-L3；当伸缩支撑杆4的实际长度L2小于预设值时即水位的高度高于预设值时，水位报警系统6向后台发出报警信息。

其中第一超声波测距仪3、第二超声波测距仪9可以为市场上可以购买到的设备，例如：cp-3009超声波测距仪；

流量测量仪10可以为市场上可以购买到的设备，例如：LS-300A流量测量仪10。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：包括滑杆(1)、浮体(2)、第一超声波测距仪(3)、中空伸缩支撑杆(4)、测量挡板(5)和水位报警系统(6)；所述滑杆(1)竖直设置在隧道(7)内，所述滑杆(1)的两端分别与隧道(7)的顶部(71)和底部(72)固定连接，所述浮体(2)可滑动的设置在所述滑杆(1)上，且其在隧道(7)内水的浮力的作用下沿所述滑杆(1)的轴向滑动；所述伸缩支撑杆(4)倾斜设置，所述伸缩支撑杆(4)的一端部与所述隧道(7)的顶部(71)铰接，另一端部与所述浮体(2)铰接，所述第一超声波测距仪(3)设置在所述伸缩支撑杆(4)一端的空腔内，所述测量挡板(5)设置在所述伸缩支撑杆(4)另一端的空腔内，所述第一超声波测距仪(3)朝所述测量挡板(5)发射超声；所述第一超声波测距仪(3)与所述水位报警系统(6)电连接。

2.如权利要求1所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：所述伸缩支撑杆(4)包括第一中空支撑杆(41)和第二中空支撑杆(42)，所述第一中空支撑杆(41)一端开口，另一端与所述顶部(71)铰接，且另一端内部设有所述第一超声波测距仪(3)，所述第二中空支撑杆(42)一端开口，且该端伸入所述第一中空支撑杆(41)一端开口内，并可相对于所述第一中空支撑杆(41)滑动，所述第二中空支撑杆(42)的另一端与所述浮体(2)铰接，且该端内部设有所述测量挡板(5)。

3.如权利要求2所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：所述浮体(2)套设在所述滑杆(1)上，所述滑杆(1)的外周沿其轴向设有多个滑槽(11)，所述浮体(2)上设有嵌入所述滑槽(11)的限位块(21)，所述浮体(2)通过限位块(21)沿所述滑杆(1)轴向滑动。

4.如权利要求3所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：多个所述滑槽(11)等距间隔设置在所述滑杆(1)的外周上。

5.如权利要求4所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：所述滑槽(11)的横截面为燕尾形，所述限位块(21)横截面形状与所述滑槽(11)相匹配。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：所述第一超声波测距仪(3)通过固定装置(8)设置在所述伸缩支撑杆(4)的一端空腔内。

7.如权利要求1-5任一项所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：还包括第二超声波测距仪(9)，所述第二超声波测距仪(9)竖直设置在所述顶部(71)，并位于所述浮体(2)的上方，所述第二超声波测距仪(9)朝所述浮体(2)发射超声，所述第二超声波测距仪(9)与所述水位报警系统(6)电连接。

8.如权利要求7所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：还包括用于测量隧道(7)内水流速的流量测量仪(10)，所述流量测量仪(10)与所述水位报警系统(6)电连接。

9.如权利要求8所述的一种基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备，其特征在于：所述水位报警系统(6)包括PLC控制器(61)和与所述PLC控制器(61)电连接的报警器(62)，所述PLC控制器(61)分别与所述第二超声波测距仪(9)、第一超声波测距仪(3)、流量测量仪(10)电连接。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于超声波反射技术的隧道涌水量检测设备的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设备安装：将所述滑杆(1)竖向设置在隧道(7)内，所述滑杆(1)两端分别固定在隧道(7)的顶部(71)和底部(72)，将所述水位报警系统(6)设置在隧道(7)的顶部(71)；

步骤二、水位测量：测得隧道(7)的顶部(71)和底部(72)之间的垂直距离H，测得第一超声波测距仪(3)固定的隧道(7)顶部(71)的位置距离滑杆(1)固定隧道(7)顶部(71)之间的距离L1，第一超声波测距仪(3)朝测量挡板(5)发出超声波信号，测得第一超声波测距仪(3)与超声波反射板之间的距离，从而得出伸缩支撑杆(4)的实际长度L2，根据勾股定理，计算出浮体(2)至顶部(71)之间的距离L3，水位的高度h＝H-L3，当伸缩支撑杆(4)的实际长度L2小于预设值时即水位的高度高于预设值时，水位报警系统(6)向后台发出报警信息。

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