CN111965386A - 一种水流流向监测仪及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水流流向监测仪及其控制方法，水流流向监测仪包括将水流流向监测仪固定在检查井井壁上的固定支架，在固定支架上固定安装有固定轨道，在固定轨道上滑动安装有能够相对于固定轨道上下自由滑动的滑动轨道，在固定轨道的下端设置有滑动限位装置，在滑动轨道的下部固定安装有流向传感器，流向传感器引出多股信号电缆，信号电缆通过滑动轨道内部的空腔穿出至水流流向监测仪的顶端；针对城市排水管网的实际情况，提出了一种适合排水管网水流流向指示需求的水流流向监测仪，实用可靠、低功耗、结构简单、维护方便，避免了人工调查时耗时不精确的缺陷，以及精确仪表检测时的昂贵成本及维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及水流流向监测的技术领域，具体涉及一种水流流向监测仪及其控制方法。
背景技术
城市的排水管网是一个城市的血管，只有血管健康通畅这个城市才能持续正常的运行。城市排水管网的建设发展是一个不断扩充、修补的过程，所涉及到的时间、空间跨度大。由于各种原因，现有排水管网存在许多问题：资料缺失严重，现状与资料不符现象常见；雨污水管混接、错接、漏接较多；养护不到位，部分管段破损、脱节、淤积严重；部分水系发达地区，存在河水倒灌、截河入管等问题。排水管网的这些问题，既会导致大量污水进入雨水管网造成城市水体黑臭现象严重；同时又会出现污水管网中进入大量雨水或河水、地下水等造成城市污水处理厂处理效率低下。
为了解决排水管网的问题，必须对城市排水管网进行详细检测排查，这是顺利完成城市排水管网整治工作的基础。在排水管网的排查中，管网中水的流动方向是一个十分重要的指导性指标。掌握局部管网的水流方向，再结合降雨情况/河道水位等情况，可以准确判别排水管网中是否有污水混入、管网错接、管段脱节、河水倒灌等情况。目前排水管网中流向的排查采用人工调查和仪器仪表探测的方式，这两种方式都存在较多问题。1)人工调查需要组织专门人员通过揭开井盖，现场做好记录和标记，现场进行解析。这种方法费时费力，难以获得在不同天气状况或24小时不间断调查(如间歇性排污)记录，调查结果不够准确详实。2)采用仪器仪表进行周期性实时监测，现有的流向监测仪表主要运用在地质水文测量领域，无论是机械式、电磁式声学式、热敏式，测量精度较好，而且可以同时测量流速、水温等指标。但是这些测量仪表价格昂贵，使用条件和运行维护要求高，不适合在点多面广的大面积排水管网排查中推广应用。因此，针对城市排水管网的实际情况，研究开发出适合排水管网水流流向指示需求的实用可靠、低功耗、结构简单、维护方便的排水管网流向监测仪具有重用的意义。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种水流流向监测仪及其控制方法。
本发明请求保护的技术方案如下：
一种水流流向监测仪，其特征在于：所述水流流向监测仪包括将水流流向监测仪固定在检查井井壁上的固定支架，在固定支架上固定安装有固定轨道，在固定轨道上滑动安装有能够相对于固定轨道上下自由滑动的滑动轨道，在固定轨道的下端设置有滑动限位装置，在滑动轨道的下部固定安装有流向传感器，流向传感器引出多股信号电缆，信号电缆通过滑动轨道内部的空腔穿出至水流流向监测仪的顶端；其中，所述流向传感器包括固定在罩壳下方对称设置的浮筒A和浮筒B，在浮筒A和浮筒B之间设置有浆叶，转轴的两端分别对应固定设置于浮筒A和浮筒B上且转轴的中部穿过桨叶的中部开设的通孔以实现桨叶绕转轴的旋转，桨叶的上部伸入罩壳内，桨叶的顶部设置有感应发生器，罩壳内的左右两侧对应设置有感应接收器A和感应接收器B，感应接收器A和感应接收器B对应连接不同的信号电缆。
进一步地，所述滑动轨道的后侧安装有若干组滑轮，滑轮镶嵌在固定轨道的内侧，滑动轨道通过滑轮沿着固定轨道实现上下自由滑动。
进一步地，所述浆叶的下部迎水部分设置为片状，中部转轴穿过部分设置为中空柱体，与感应发生器连接的上部设置为柱状体或长方体。
进一步地，所述浆叶中转轴穿过位置以下部分的上下尺寸大于所述浆叶中转轴穿过位置以上部分的上下尺寸。
进一步地，所述感应接收器A和感应接收器B分别对应设置于罩壳内部的前侧和后侧。
进一步地，所述感应发生器、感应接收器A和感应接收器B分别选用磁接近开关组件。
进一步地，所述感应发生器、感应接收器A和感应接收器B分别选用光控制开关组件、超声波控制开关组件、或红外线控制开关组件。
进一步地，所述感应发生器与所述感应接收器A之间、以及所述感应发生器与所述感应接收器B之间为非接触状态。
进一步地，所述罩壳的底壁上开设有供浆叶上部伸入及前后旋转的开孔。
进一步地，本发明还提供一种水流流向监测仪的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将水流流向监测仪的固定支架固定安装在检查井井壁上；
2)将固定轨道固定安装在固定支架上位于水流管道的管口上沿；
3)在固定轨道内部活动安装滑动轨道和流向传感器；
4)在重力作用下，滑动轨道和流向传感器一起沿着固定轨道向下滑动；当流向传感器下部接触到检查井内的水位时，浮筒A和浮筒B提供浮力，使得水流流向检测仪悬浮在检查井内，并保持水流流向监测仪的桨叶中的转轴穿过位置以下部分浸没在水中；
5)通过滑动限位装置保证滑动轨道在固定轨道内部的上下自由滑动；
6)当有水流从前侧进水管入流，从后侧出水管出流时，位于浮筒A和浮筒B中间的桨叶中的转轴穿过位置以下部分受到水流的推动，桨叶以转轴的轴线为圆心顺时针转动，同时桨叶中的转轴穿过位置以上部分同时顺时针转动，桨叶顶部的感应发生器位置随着桨叶一起向前转动，当感应发生器接近感应接收器B时，感应接收器B接通触点，对应信号电缆将顺向流信号接通并传递至外部，此时水流流向监测仪监测到水流方向为顺流；
当水流停止，没有水流推动桨叶时，桨叶由于重力作为，回复原始垂直状态，感应发生器回复原位并与感应接收器B的触点断开连接，此时水流流向监测仪监测到无水流通过；
当有水流从后侧出水管入流，从前侧入水管出流时，位于浮筒A和浮筒B中间的桨叶中的转轴穿过位置以下部分受到水流的推动，桨叶以转轴的轴线为圆心逆时针转动，同时桨叶中的转轴穿过位置以上部分同时逆时针转动，桨叶顶部的感应发生器位置随着桨叶一起向后转动，当感应发生器接近感应接收器A时，感应接收器A接通触点，对应信号电缆将逆向流信号接通并传递至外部，此时水流流向监测仪监测到水流方向为逆流；
当水流停止，没有水流推动桨叶时，桨叶由于重力作为，回复原始垂直状态，感应发生器回复原位并与感应接收器A的触点断开连接，此时水流流向监测仪监测到无水流通过。
本发明相对于现有技术所取得的有益效果是：
1)本发明针对城市排水管网的实际情况，提出了一种适合排水管网水流流向指示需求的水流流向监测仪，实用可靠、低功耗、结构简单、维护方便，避免了人工调查时耗时不精确的缺陷，以及精确仪表检测时的昂贵成本及维护费用。
2)仪器利用水的流动作为动力，带动灵敏的方向指示机械装置，在水流中采用无触点式非电性测量，从而直接指示出水流方向的同时，避免短路和触电风险，保证监测安全及可靠。
3)采用浮动式安装支架保证水流流向监测仪的流向传感器一直处于悬浮状态，避免检查井内部底泥和浮渣杂物等使用环境对流向传感器可能造成的污染。
4)该仪表工作过程简单，显示直观，灵敏度高，防水、抗污性能良好，且造价和维护成本低廉，检测结果稳定可靠。
5)该发明为城市排水管网的监测、排查提供了一种可以大范围运用，方便、快速、可靠地测量水体流向的方式，该水流流向监测仪可以配合采用基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)技术的数据采集传输模块，实现低功耗、范围广、布点多的水流流向监测。
附图说明
图1是本发明一种水流流向监测仪的结构正视图；
图2是本发明一种水流流向监测仪的结构侧视图；
图3是本发明一种水流流向监测仪的流向传感器的结构正视图；
图4是本发明一种水流流向监测仪的流向传感器的结构俯视图；
图5是本发明一种水流流向监测仪的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明专利的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-4所示为本发明提供的一种水流流向监测仪。
其具体技术方案如下：
一种水流流向监测仪，水流流向监测仪包括将水流流向监测仪固定在检查井井壁上的固定支架1，在固定支架1上固定安装有固定轨道2，在固定轨道2上滑动安装有能够相对于固定轨道2上下自由滑动的滑动轨道3，在固定轨道2的下端设置有滑动限位装置4，滑动限位装置4保证滑动轨道3在大水流冲击下不会从固定轨道2内部脱出，在滑动轨道3的下部固定安装有流向传感器5，流向传感器引出多股信号电缆6，信号电缆6通过滑动轨道内部的空腔穿出至水流流向监测仪的顶端；其中，所述流向传感器5包括固定在罩壳5-8下方对称设置的浮筒A5-1和浮筒B5-2，在浮筒A5-1和浮筒B5-2之间设置有浆叶5-3，转轴5-4的两端分别对应固定设置于浮筒A5-1和浮筒B5-2上且转轴5-4的中部穿过桨叶5-3的中部开设的通孔以实现桨叶5-3绕转轴5-4的旋转，桨叶5-3的上部伸入罩壳5-8内，桨叶5-3的顶部设置有感应发生器5-5，罩壳5-8内的左右两侧对应设置有感应接收器A5-6和感应接收器B5-7，感应接收器A5-6和感应接收器B5-7对应连接不同的信号电缆6。
具体地，滑动轨道3的后侧安装有若干组滑轮3-1，滑轮3-1镶嵌在固定轨道2的内侧，滑动轨道3通过滑轮3-1沿着固定轨道2实现上下自由滑动。
具体地，浆叶5-3的下部迎水部分设置为片状，在降低自重的前提下增加与水流接触的表面积从而便于浆叶5-3在水流冲击下发生旋转，中部转轴穿过部分设置为中空柱体以便于中部转轴的穿设安装，与感应发生器5-5连接的上部设置为柱状体或长方体从而保证与感应发生器5-5的稳定连接。
具体地，浆叶5-3中转轴穿过位置以下部分的上下尺寸大于浆叶5-3中转轴穿过位置以上部分的上下尺寸，从而在水流推动作用下便于浆叶5-3整体绕转轴前后旋转。
具体地，感应接收器A5-6和感应接收器B5-7分别对应设置于罩壳5-8内部的前侧和后侧，从而在顺流和逆流时感应发生器5-5与感应接收器A5-6和感应接收器B5-7靠近以实现内部对应触点的接通。
具体地，感应发生器5-5、感应接收器A5-6和感应接收器B5-7分别选用磁接近开关组件，从而在感应发生器5-5(可采用磁性元件)旋转到预定范围内时与感应接收器A5-6或感应接收器B5-7(采用对应的磁性元件)实现内部对应触电的接通，再通过对应信号电缆将顺向流或逆向流信号接通并传递至外部，在通过磁感信号稳定直接指示出水流方向的同时，避免采用电控制信号时的短路和触电风险，保证监测安全及可靠。
具体地，感应发生器5-5、感应接收器A5-6和感应接收器B5-7分别选用光控制开关组件，从而在感应发生器5-5(可采用遮光组件)旋转到预定范围内时遮挡住感应接收器A5-6或感应接收器B5-7发出的光路实现对应触电的接通，再通过对应信号电缆将顺向流或逆向流信号接通并传递至外部，在通过光路信号稳定直接指示出水流方向的同时，避免采用电控制信号时的短路和触电风险，保证监测安全及可靠；同理作为优选，感应发生器5-5、感应接收器A5-6和感应接收器B5-7也可以分别选用超声波控制开关组件或红外线控制开关组件，以通过超声波控制或红外线控制在感应发生器5-5靠近感应接收器A5-6和感应接收器B5-7一定范围内的位置时实现感应接收器A5-6和感应接收器B5-7，对应触电的接通，再通过对应信号电缆将顺向流或逆向流信号接通并传递至外部。
具体地，感应发生器5-5与感应接收器A5-6之间、以及感应发生器5-5与感应接收器B5-7之间为非接触状态，从而只要满足感应发生器5-5与感应接收器A5-6之间、以及感应发生器5-5与感应接收器B5-7之间的间距达到一定范围内时，感应接收器B5-7或感应接收器A5-6内部的触电就能够接通，并通过对应信号电缆将顺向流或逆向流信号接通并传递至外部，当采用接触式控制方式时，由于在水流过程中，水流的大小一方面会存在能够将浆叶5-3推动但不足以将浆叶5-3上端感应发生器5-5推至与感应接收器B5-7或感应接收器A5-6接触的状况，另一方面也会存在水流过大而不仅将推动浆叶5-3上端感应发生器5-5与感应接收器B5-7或感应接收器A5-6接触甚至还会导致接触折断的风险，因此采用非接触式控制方式可以有效避免上述弊端，同时由于采用非接触式控制方式，在直接指示出水流方向的同时，避免触电风险，保证监测安全及可靠。
具体地，罩壳5-8的底壁上开设有供浆叶5-3上部伸入及前后旋转的开孔，从而在顺流或逆流时，浆叶5-3在水流冲击作用下绕中部转轴5-4旋转时，浆叶5-3自身的旋转由于开孔的存在而不会对罩壳5-8造成影响。
如图5所示为本发明提供的一种水流流向监测仪的控制方法，包括以下步骤：
1)将水流流向监测仪的固定支架固定安装在检查井J井壁B上；
2)将固定轨道固定安装在固定支架上位于水流管道的管口上沿；
3)在固定轨道内部活动安装滑动轨道和流向传感器；
4)在重力作用下，滑动轨道和流向传感器一起沿着固定轨道向下滑动；当流向传感器下部接触到检查井J内的水位时，浮筒A和浮筒B提供浮力，使得水流流向检测仪悬浮在检查井内，并保持水流流向监测仪的桨叶中的转轴穿过位置以下部分浸没在水中；
5)通过滑动限位装置保证滑动轨道在固定轨道内部的上下自由滑动；
6)当有水流从前侧进水管I入流，从后侧出水管O出流时，位于浮筒A和浮筒B中间的桨叶中的转轴穿过位置以下部分受到水流的推动，桨叶以转轴的轴线为圆心顺时针转动，同时桨叶中的转轴穿过位置以上部分同时顺时针转动，桨叶顶部的感应发生器位置随着桨叶一起向前转动，当感应发生器接近感应接收器B时，感应接收器B接通触点，对应信号电缆将顺向流信号接通并传递至外部，此时水流流向监测仪监测到水流方向为顺流；
当水流停止，没有水流推动桨叶时，桨叶由于重力作为，回复原始垂直状态，感应发生器回复原位并与感应接收器B的触点断开连接，此时水流流向监测仪监测到无水流通过；
当有水流从后侧出水管O入流，从前侧入水管I出流时，位于浮筒A和浮筒B中间的桨叶中的转轴穿过位置以下部分受到水流的推动，桨叶以转轴的轴线为圆心逆时针转动，同时桨叶中的转轴穿过位置以上部分同时逆时针转动，桨叶顶部的感应发生器位置随着桨叶一起向后转动，当感应发生器接近感应接收器A时，感应接收器A接通触点，对应信号电缆将逆向流信号接通并传递至外部，此时水流流向监测仪监测到水流方向为逆流；
当水流停止，没有水流推动桨叶时，桨叶由于重力作为，回复原始垂直状态，感应发生器回复原位并与感应接收器A的触点断开连接，此时水流流向监测仪监测到无水流通过。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种水流流向监测仪，其特征在于：所述水流流向监测仪包括将水流流向监测仪固定在检查井井壁上的固定支架(1)，在固定支架(1)上固定安装有固定轨道(2)，在固定轨道(2)上滑动安装有能够相对于固定轨道(2)上下自由滑动的滑动轨道(3)，在固定轨道(2)的下端设置有滑动限位装置(4)，在滑动轨道(3)的下部固定安装有流向传感器(5)，流向传感器引出多股信号电缆(6)，信号电缆(6)通过滑动轨道内部的空腔穿出至水流流向监测仪的顶端；其中，所述流向传感器(5)包括固定在罩壳(5-8)下方对称设置的浮筒A(5-1)和浮筒B(5-2)，在浮筒A(5-1)和浮筒B(5-2)之间设置有浆叶(5-3)，转轴(5-4)的两端分别对应固定设置于浮筒A(5-1)和浮筒B(5-2)上且转轴(5-4)的中部穿过桨叶(5-3)的中部开设的通孔以实现桨叶(5-3)绕转轴(5-4)的旋转，桨叶(5-3)的上部伸入罩壳(5-8)内，桨叶(5-3)的顶部设置有感应发生器(5-5)，罩壳(5-8)内的左右两侧对应设置有感应接收器A(5-6)和感应接收器B(5-7)，感应接收器A(5-6)和感应接收器B(5-7)对应连接不同的信号电缆(6)。
2.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述滑动轨道(3)的后侧安装有若干组滑轮(3-1)，滑轮(3-1)镶嵌在固定轨道(2)的内侧，滑动轨道(3)通过滑轮(3-1)沿着固定轨道(2)实现上下自由滑动。
3.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述浆叶(5-3)的下部迎水部分设置为片状，中部转轴穿过部分设置为中空柱体，与感应发生器(5-5)连接的上部设置为柱状体或长方体。
4.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述浆叶(5-3)中转轴穿过位置以下部分的上下尺寸大于所述浆叶(5-3)中转轴穿过位置以上部分的上下尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述感应接收器A(5-6)和感应接收器B(5-7)分别对应设置于罩壳(5-8)内部的前侧和后侧。
6.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述感应发生器(5-5)、感应接收器A(5-6)和感应接收器B(5-7)分别选用磁接近开关组件。
7.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述感应发生器(5-5)、感应接收器A(5-6)和感应接收器B(5-7)分别选用光控制开关组件、超声波控制开关组件、或红外线控制开关组件。
8.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述感应发生器(5-5)与所述感应接收器A(5-6)之间、以及所述感应发生器(5-5)与所述感应接收器B(5-7)之间为非接触状态。
9.根据权利要求1所述的一种水流流向监测仪，其特征在于：所述罩壳(5-8)的底壁上开设有供浆叶(5-3)上部伸入及前后旋转的开孔。
10.一种水流流向监测仪的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将水流流向监测仪的固定支架固定安装在检查井井壁上；
2)将固定轨道固定安装在固定支架上位于水流管道的管口上沿；
3)在固定轨道内部活动安装滑动轨道和流向传感器；
4)在重力作用下，滑动轨道和流向传感器一起沿着固定轨道向下滑动；当流向传感器下部接触到检查井内的水位时，浮筒A和浮筒B提供浮力，使得水流流向检测仪悬浮在检查井内，并保持水流流向监测仪的桨叶中的转轴穿过位置以下部分浸没在水中；
5)通过滑动限位装置保证滑动轨道在固定轨道内部的上下自由滑动；
6)当有水流从前侧进水管入流，从后侧出水管出流时，位于浮筒A和浮筒B中间的桨叶中的转轴穿过位置以下部分受到水流的推动，桨叶以转轴的轴线为圆心顺时针转动，同时桨叶中的转轴穿过位置以上部分同时顺时针转动，桨叶顶部的感应发生器位置随着桨叶一起向前转动，当感应发生器接近感应接收器B时，感应接收器B接通触点，对应信号电缆将顺向流信号接通并传递至外部，此时水流流向监测仪监测到水流方向为顺流；
当水流停止，没有水流推动桨叶时，桨叶由于重力作为，回复原始垂直状态，感应发生器回复原位并与感应接收器B的触点断开连接，此时水流流向监测仪监测到无水流通过；
当有水流从后侧出水管入流，从前侧入水管出流时，位于浮筒A和浮筒B中间的桨叶中的转轴穿过位置以下部分受到水流的推动，桨叶以转轴的轴线为圆心逆时针转动，同时桨叶中的转轴穿过位置以上部分同时逆时针转动，桨叶顶部的感应发生器位置随着桨叶一起向后转动，当感应发生器接近感应接收器A时，感应接收器A接通触点，对应信号电缆将逆向流信号接通并传递至外部，此时水流流向监测仪监测到水流方向为逆流；
当水流停止，没有水流推动桨叶时，桨叶由于重力作为，回复原始垂直状态，感应发生器回复原位并与感应接收器A的触点断开连接，此时水流流向监测仪监测到无水流通过。
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|---|---|---|---|---|
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2020
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| CN114778889B (zh) * | 2022-04-18 | 2024-02-20 | 上海大学 | 一种水流流向监测仪及其控制方法 |
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