CN110057908A - 基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其包括具有进水管和出水管的水样测量容器、至少一对设置在水样测量容器内的超声波测量换能器、电控水泵、主控模块、电机、以及电动执行器，其中进水管和出水管适于连通待测供水管网，电控水泵设置在水样测量容器内，电动执行器连接于电机的旋转轴；电控水泵适于在主控模块的控制下切换开关状态，电动执行器设有封堵端和清洁端，主控模块驱动电机的旋转轴旋转，带动电动执行器对进水管和出水管进行开启或封闭，并对超声波测量换能器进行清洁。本发明能够自动完成测量任务、定期自动清洗测量表面、不受管网供水流速影响和测量器件特性变化、具有较好的测量稳定性。

Description

基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置

技术领域

本发明涉及水表计量领域，更详而言之涉及一种基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置。

背景技术

开展供水管网水质在线监测工作是国家确保城镇安全供水的重要措施。目前，我国供水管网水质在线监测工作具有覆盖面窄、监测成本高、维护周期短且维护工作量大、预警实时性差等特点。根据中国城镇供水排水协会编制的“城镇供水设施建设与改造技术指南实施细则(试行)”要求，出厂水和管网水的水质在线监测应以浑浊度和消毒剂余量为主，其中浑浊度作为感观性状指标在水质监测中的作用非常重要，因此国家标准GB 5749《生活饮用水卫生标准》将其列为“感观性状和一般化学指标”中的重要指标之一。

浑浊度是指由水中含有的泥沙、黏土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的光散射或吸收的程度，是对水中浑浊程度的度量。它可以用光学散射的方法进行测量，也可以用其它适合的方法进行测量。目前国内外通常将NTU作为浑浊度的测量单位。对管网的饮用水而言，国家标准要求其浑浊度指标不大于1NTU。

浑浊度监测需要用到浑浊度测量仪或浑浊度传感器。高质量的仪器或传感器，不仅价格昂贵，对使用环境要求高，而且需要经常性的清洗维护与校正。在进行管网浑浊度在线测量时，通常还应具备符合准确度要求的水样测量容器和使用环境条件等。

浑浊度测量目前主要采用以福尔马肼(Formazine)为标准的光散射法。用这种方法测量浑浊度，需要在较窄的流速范围内进行，且对现场工作环境条件要求较为严苛。当光学器件表面发生结垢，或发光器件与光敏器件电性能发生变化时，浑浊度测量误差就会大幅增加。因此，这类仪器或传感器不能在供水管网中直接使用，需要建立较复杂的测量环境，限制水样测量容器中的流速范围等。另外，还需要定期清洗光学器件表面，进行特性校正等工作。

综上所述，本领域亟需一种新的管网浑浊度测量装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，在一定程度上解决了上述问题，能够定期自动清洗测量表面、自动完成测量任务、不受管网供水流速影响和测量器件特性变化、性价比较高、具有较好的测量稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其包括：

水样测量容器、至少一对超声波测量换能器、电控水泵、主控模块、电机、以及电动执行器，其中所述水样测量容器具有进水管和出水管，所述进水管和所述出水管适于连通待测供水管网，所述超声波测量换能器设置在所述水样测量容器的内壁，所述电控水泵设置在所述水样测量容器内，所述电动执行器设置在所述水样测量容器内并连接于所述电机的旋转轴；

所述超声波测量换能器、所述电控水泵、以及所述电机分别连接于所述主控模块，所述电控水泵适于在所述主控模块的控制下切换开关状态，所述电动执行器设有封堵端，所述封堵端具有封闭所述进水管和所述出水管的封闭状态和开启所述进水管和所述出水管的开启状态，所述主控模块驱动所述电机的旋转轴旋转，带动所述电动执行器的封堵端在封闭状态和开启状态之间进行切换。

待测供水管网中的水通过所述进水管和所述出水管进出所述水样测量容器，在测量状态下，所述封堵端关闭所述进水管和所述出水管，被测水在所述水样测量容器内维持稳定状态，所述超声波测量换能器利用超声波对颗粒物散射的敏感性进行水质浑浊度特性的测量，超声波测量接收换能器接收到超声波信号的幅值与其在被测水中的浑浊度值成反比，所述超声波测量换能器将测量信号发送至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的测量信号并结合预设关系函数得出被测水的浑浊度值。

根据本发明的优选实施例，所述电动执行器进一步设有清洁端，所述清洁端适于在所述电机旋转轴的带动下对所述超声波测量换能器的表面进行清洗，从而防止超声波换能器表面发生结垢，提高了浑浊度测量精度。

优选地，所述清洁端为刷子。

优选地，所述封堵端的延长线和所述清洁端的延长线互相交叉，使得所述清洁端在对所述超声波测量换能器进行清洁时，所述进水管和所述出水管同步打开，在清洁过程中供水管网的水可进入所述水样测量容器，有利于提升清洁效果。

根据本发明的优选实施例，所述基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置进一步包括标准水样测量容器和至少一对超声波标准测量换能器，其中所述标准水样测量容器连接于所述水样测量容器，所述超声波标准测量换能器设置在所述标准水样测量容器的内壁，所述标准水样测量容器适于盛放标准水样(即浑浊度为零的标准溶液)，所述超声波标准测量换能器连接于所述主控模块；

在测量状态下，所述超声波标准测量换能器与所述超声波测量换能器同时进行测量，便于后续数据处理过程中消除温度变化和时间变化对浑浊度测量所造成的干扰，提高测量精度。

根据本发明的优选实施例，所述电机的数量为两个，所述电动执行器的数量也为两个，两个所述电机分别布置在所述进水管和所述出水管附近，两个所述电动执行器分别连接于两个所述电机的旋转轴，两个所述超声波测量换能器分别布置在两个所述电动执行器的清洁行程内，从而对所述进水管和所述出水管进行启闭控制，同时对所述超声波测量换能器进行清洗。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过对所述进水管和所述出水管的启闭控制，使得所述水样测量容器内的被测水在测量状态下能够保持较为稳定的状态，不会受到管网供水流速的影响，具有较好的测量稳定性；另外，通过所述电动执行器的清洁端可对所述超声波测量换能器的表面进行清洗，防止超声波换能器表面发生结垢，从而能够提高浑浊度测量的精度。

本发明的上述以及其它目的、特征、优点将通过下面的详细说明和附图进一步明确。

附图说明

图1是根据本发明优选实施例的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置的结构示意图；

图2是根据本发明优选实施例的清洁装置在封堵状态下的放大示意图；

图3是根据本发明优选实施例的清洁装置在清洁状态下的放大示意图；

图中：水样测量容器10；进水管11；出水管12；超声波测量换能器20；电控水泵30；电机40；电动执行器50；封堵端51；清洁端52；标准水样测量容器60；超声波标准测量换能器70；供水管网80。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参看附图之图1至图3，根据本发明优选实施例的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置将在接下来的描述中被阐明，其包括水样测量容器10、至少一对超声波测量换能器20、电控水泵30、主控模块(图中未示出)、电机40、以及电动执行器50。所述水样测量容器10具有进水管11和出水管12，所述进水管11和所述出水管12适于连通待测供水管网80，供水管网80中的水通过所述进水管11和所述出水管12进出所述水样测量容器10。

一对所述超声波测量换能器20设置在所述水样测量容器10的内壁，分别作为超声波测量发射换能器和超声波测量接收换能器。所述电控水泵30设置在所述水样测量容器10内，用于让所述水样测量容器10内的水充分流动起来，使得所述水样测量容器10内的水与供水管网80中的水进行充分交换。所述电动执行器50设置在所述水样测量容器10内并连接于所述电机40的旋转轴。

进一步地，所述超声波测量换能器20、所述电控水泵30、以及所述电机40分别连接于所述主控模块，所述电控水泵30适于在所述主控模块的控制下切换开关状态，所述电动执行器50设有封堵端51，所述封堵端51具有封闭所述进水管11和所述出水管12的封闭状态和开启所述进水管11和所述出水管12的开启状态，所述主控模块驱动所述电机40的旋转轴旋转，带动所述电动执行器50的封堵端51在封闭状态和开启状态之间进行切换。

待测供水管网80中的水通过所述进水管11和所述出水管12进出所述水样测量容器10。在测量状态下，所述封堵端51关闭所述进水管11和所述出水管12，被测水在所述水样测量容器10内维持稳定状态。所述超声波测量换能器20利用超声波对颗粒物散射的敏感性进行水质浑浊度特性的测量，超声波在水中传播时，超声波测量接收换能器接收到超声波信号的幅值与其在被测水中的浑浊度值成反比，所述超声波测量换能器20将测量信号发送至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的测量信号并结合预设关系函数得出被测水的浑浊度值。

需要说明的是，所述预设关系函数是指超声波测量接收换能器接收到超声波信号的幅值与被测水的浑浊度值之间的函数关系，可预先经过试验获得并预存在所述主控模块中。因此只要检测到超声波接收信号的幅值，就能获知被测水中的浑浊度值，在实际使用时，还需要通过标准量的校准来确定超声波接收信号的幅值与被测水浑浊度值两者之间在不同测量范围内的校正系数。目前超声波换能器的制造技术比较成熟，性能相对稳定，因此可以较好地用于水质浑浊度的在线测量装置上。

值得一提的是，所述电动执行器50进一步设有清洁端52。所述清洁端52适于在所述电机40旋转轴的带动下对所述超声波测量换能器20的表面进行清洗，从而防止超声波换能器表面发生结垢，提高了浑浊度测量精度。

优选地，所述清洁端52为刷子。

优选地，如附图2和附图3所示，所述封堵端51的延长线和所述清洁端52的延长线互相交叉，以所述进水管11一侧进行举例，以使得所述清洁端52在对所述超声波测量换能器20进行清洁时，所述进水管11能同步打开，在清洁过程中供水管网80的水可进入所述水样测量容器10，有利于提升清洁效果。

作为一种优选的实施方式，所述电机40的数量为两个，所述电动执行器50的数量也为两个。两个所述电机40分别布置在所述进水管11和所述出水管12附近，两个所述电动执行器50分别连接于两个所述电机40的旋转轴，两个所述超声波测量换能器20分别布置在两个所述电动执行器50的清洁行程内，从而对所述进水管11和所述出水管12进行启闭控制，同时对所述超声波测量换能器20进行清洗。

还值得一提的是，所述基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置进一步包括标准水样测量容器60和至少一对超声波标准测量换能器70。所述标准水样测量容器60连接于所述水样测量容器10，在本实施例中，所述标准水样测量容器60设置于所述水样测量容器10的顶端，适于盛放标准水样(即浑浊度为零的标准溶液)。所述超声波标准测量换能器70设置在所述标准水样测量容器60的内壁，所述超声波标准测量换能器70连接于所述主控模块。

在测量状态下，所述超声波标准测量换能器70与所述超声波测量换能器20同时进行测量，便于后续数据处理过程中消除温度变化和时间变化对浑浊度测量所造成的干扰，进行测量特性的自动补偿，提高测量精度。

本发明提供的所述基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置在实际应用中的工作流程如下：

A.将所述进水管11和所述出水管12连接到被测供水管网80，启动所述电机40驱动所述电动执行器50工作，以使得所述进水管11和所述出水管12同时处于开启状态；

B.启动所述电控水泵30，让所述水样测量容器10中的水充分流动起来，所述电控水泵30的工作时间控制在约为30-60秒时间，要求所述水样测量容器10中的被测水样与供水管网80中的水进行充分的交换；

C.关闭所述电控水泵30，控制所述电动执行器50的封堵端51封闭所述进水管11和所述出水管12，使得所述水样测量容器10内的水处于运动停止状态；

D.将所述水样测量容器10中的水维持静止5-10分钟时间，控制所述超声波测量换能器20和所述超声波标准测量换能器70同时进行测量工作，并将测量信号发送至所述主控模块进行处理与计算；

E.将所述基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置浑浊度测量装置停止工作，间隔时间5-10分钟，然后重复进行上述测量过程。

为了保持所述超声波测量换能器20表面的清洁，所述主控模块可控制所述电动执行器50的清洁端52定期工作，例如，每隔一周或一月时间。另外，在测量开始前需要用不同浑浊度的标准液体对所述基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置进行标定与校正，使其符合一定的测量准确度。

综上所述，本发明通过对所述进水管11和所述出水管12的启闭控制，使得所述水样测量容器10内的被测水在测量状态下能够保持较为稳定的状态，不会受到管网供水流速的影响，具有较好的测量稳定性；另外，通过所述电动执行器50的清洁端52可对所述超声波测量换能器20的表面进行清洗，防止超声波换能器表面发生结垢，从而能够提高浑浊度测量的精度。本发明提供的所述基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置能够定期自动清洗测量表面、自动完成测量任务、不受管网供水流速影响和测量器件特性变化、性价比较高、具有较好的测量稳定性。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (6)

1.基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其特征在于，包括：

水样测量容器、至少一对超声波测量换能器、电控水泵、主控模块、电机、以及电动执行器，其中所述水样测量容器具有进水管和出水管，所述进水管和所述出水管适于连通待测供水管网，所述超声波测量换能器设置在所述水样测量容器的内壁，所述电控水泵设置在所述水样测量容器内，所述电动执行器设置在所述水样测量容器内并连接于所述电机的旋转轴；

所述超声波测量换能器、所述电控水泵、以及所述电机分别连接于所述主控模块，所述电控水泵适于在所述主控模块的控制下切换开关状态，所述电动执行器设有封堵端，所述封堵端具有封闭所述进水管和所述出水管的封闭状态和开启所述进水管和所述出水管的开启状态，所述主控模块驱动所述电机的旋转轴旋转，带动所述电动执行器的封堵端在封闭状态和开启状态之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其特征在于，所述电动执行器进一步设有清洁端，所述清洁端适于在所述电机旋转轴的带动下对所述超声波测量换能器的表面进行清洗。

3.根据权利要求2所述的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其特征在于，所述清洁端为刷子。

4.根据权利要求2所述的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其特征在于，所述封堵端的延长线和所述清洁端的延长线互相交叉，使得所述清洁端在对所述超声波测量换能器进行清洁时，所述进水管和所述出水管同步打开。

5.根据权利要求1所述的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其特征在于，进一步包括标准水样测量容器和至少一对超声波标准测量换能器，其中所述标准水样测量容器连接于所述水样测量容器，所述超声波标准测量换能器设置在所述标准水样测量容器的内壁，所述标准水样测量容器适于盛放标准水样，所述超声波标准测量换能器连接于所述主控模块。

6.根据权利要求2所述的基于超声波的供水管网浑浊度在线测量装置，其特征在于，所述电机的数量为两个，所述电动执行器的数量也为两个，两个所述电机分别布置在所述进水管和所述出水管附近，两个所述电动执行器分别连接于两个所述电机的旋转轴，两个所述超声波测量换能器分别布置在两个所述电动执行器的清洁行程内。