CN112729051A - 介质厚度检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测设备，包括：至少两个电极顺序排列，并且每两个相邻的电极形成一个电极对；第一模拟开关的至少两个输出端分别与每一电极对中的每一电极连接，第一模拟开关用于选择导通每一电极对中的一个电极，并通过导通的电极输出测量信号；第二模拟开关的至少两个输入端分别与每一电极对中的每一电极连接，第二模拟开关用于选择导通每一电极对中未与第一模拟开关导通的另一个电极，并通过导通的电极接收检测信号；主控制器通过波形产生模块与第一模拟开关的输入端连接，主控制器通过模数转换模块与第二模拟开关的输出端连接。应用本发明，能够实时检测流水通道中淤泥堆积的情况，有助于提高流水通道环境的监测效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子测量的技术领域，特别涉及一种介质厚度检测设备。
背景技术
河涌和城市排水管网错综复杂，包含用于排放城镇居民生活污水的污水排放管网、自然降雨汇集处理的雨水排放管网以及城镇企业的工业污水排放管网。目前国内大中城市河涌和城市排水管网都在实施污水与雨水分开排放，因为污水含有较多的污染物，一般需要经过污水处理厂进行处理，达标之后才排放到至江河中；雨水一般经过简单的汇集，沉沙处理即可直接排放到江河中。很多河涌和城市排水管网容易因为固体污染物或者泥沙等垃圾的淤积，堵塞管网系统，污水管网堵塞易引起污水溢出，严重危害生态环境，同时雨水管网堵塞则会导致雨水溢出混入污水管网，会导致污水处理厂的处理严重超负荷。另外一些城市的雨水排放管网因使用时间长沉积了大量淤泥堵塞严重，在下雨天容易出现严重的城市内涝；由于城市的河涌和排水管网的管道数量庞大且错综复杂，管理起来十分麻烦，人工巡检与管理成本高昂且效率极低，很难及时有效的发现堵塞管网的排查和监测。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种介质厚度检测设备，能够实时检测流水通道中淤泥等介质堆积的情况，有助于提高流水通道环境的监测效率。
根据本发明的第一方面实施例的介质厚度检测设备，包括：
至少两个电极，至少两个所述电极顺序排列，并且每两个相邻的所述电极形成一个电极对；
第一模拟开关，所述第一模拟开关的至少两个输出端分别与每一所述电极对中的每一所述电极连接，所述第一模拟开关用于选择导通每一所述电极对中的一个电极，并通过导通的所述电极输出测量信号；
第二模拟开关，所述第二模拟开关的至少两个输入端分别与每一所述电极对中的每一所述电极连接，所述第二模拟开关用于选择导通每一所述电极对中未与所述第一模拟开关导通的另一个所述电极，并通过导通的所述电极接收检测信号；
主控制器，所述主控制器通过波形产生模块与所述第一模拟开关的输入端连接，所述主控制器通过模数转换模块与所述第二模拟开关的输出端连接，所述主控制器用于执行以下步骤：
控制至少一个电极对中的一个电极输出测量信号；
通过所述电极对中的另一个所述电极接收检测信号，其中，所述检测信号为所述测量信号经过介质后传输来的信号；
根据所述检测信号，得到当前介质的相对电容率；
将当前介质的所述相对电容率与预设的相对电容率集合进行匹配，根据匹配结果得到所述电极对所检测介质的种类；
若至少两个所述电极对所检测介质的种类相同，则根据检测介质的种类相同的每一所述电极对中两个所述电极的距离和所述电极对的数量，得到种类相同介质的总厚度。
根据本发明实施例的介质厚度检测设备，至少具有如下有益效果：首先，控制电极对中的一个电极输出测量信号，然后，通过所述电极对中的另一个所述电极接收检测信号，接着，根据所述检测信号，得到当前介质的相对电容率，最后，将当前介质的所述相对电容率与预设的相对电容率集合进行匹配，根据匹配结果得到所述电极对所检测介质的种类。其中，所述检测信号为所述测量信号经过介质后传输来的信号。可以理解的是，电极对的数量可以是多个，当电极对放置到水流通道时，例如河涌或者城市排水管网中，通过上述的步骤便可以实时检测出电极对所处的介质，例如水或者淤泥。通过上述设备，只需把电极对放置到流水通道，便可以实时检测流水通道当前的环境，减少人工巡检的情况，能够有助于提高流水通道环境的监测效率。
根据本发明的一些实施例，还包括：至少三个所述电极在同一直线上顺序排列，相邻的所述电极之间两两形成一个电极对。
根据本发明的一些实施例，所述电极设置在壳体上，所述壳体的一个端部设置为锥形结构。
根据本发明的一些实施例，所述壳体的另一端设置有螺纹连接部，所述螺纹连接部用于与长杆的螺纹部配合连接。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述检测信号，得到当前介质的相对电容率，包括：
根据所述检测信号，得到所述电极对在当前介质下的测量电容值；
根据所述测量电容值和预设电容值的比值，得到所述相对电容率。
根据本发明的一些实施例，所述测量信号为1KHz至3KHz的调制信号。
根据本发明的一些实施例，还包括：
每一电极对采集多个所述检测信号形成检测信号集合，去掉所述检测信号集合内的最大值和最小值，获取剩余所述检测信号的平均值；
根据剩余的所述检测信号的平均值，得到当前介质的所述相对电容率。
根据本发明的一些实施例，所述设备还包括远程控制终端，所述远程控制终端通过通信模块与所述主控制器连接。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的介质厚度检测设备的示意图；
图2为本发明实施例的三种电极结构的示意图；
图3为本发明实施例的电极结构工作的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1、图2和图3，本发明实施例提出了一种介质厚度检测设备，包括：至少两个电极，至少两个电极顺序排列，并且每两个相邻的电极形成一个电极对；第一模拟开关，第一模拟开关的至少两个输出端分别与每一电极对中的每一电极连接，第一模拟开关用于选择导通每一电极对中的一个电极，并通过导通的电极输出测量信号；第二模拟开关，第二模拟开关的至少两个输入端分别与每一电极对中的每一电极连接，第二模拟开关用于选择导通每一电极对中未与第一模拟开关导通的另一个电极，并通过导通的电极接收检测信号；主控制器，主控制器通过波形产生模块与第一模拟开关的输入端连接，主控制器通过模数转换模块与第二模拟开关的输出端连接，主控制器用于执行以下步骤：
控制至少一个电极对中的一个电极输出测量信号；
通过电极对中的另一个电极接收检测信号，其中，检测信号为测量信号经过介质后传输来的信号；
根据检测信号，得到当前介质的相对电容率；
将当前介质的相对电容率与预设的相对电容率集合进行匹配，根据匹配结果得到电极对所检测介质的种类。
可以理解的是，电极对的数量可以设置有多个，电极对可以设置在固定结构上，固定结构主要用于固定功能电路和电极，并对功能电路进行防水密封保护，防止因长期放置于淤泥或水中出现电路损坏或腐蚀生锈。可以理解的是，上述的电极可以是具备抗腐蚀性良好的金属电极；固定结构底部可以设置有一定锐度，使得装置在安装时可以省力地插入至淤泥中；固定结构上部可以设置有螺纹连接结构，根据不同井深采用适当长度的螺纹杆进行连接插入至井内安装，采用该结构使得安装简易，避免安装和操作人员下井作业，保障安装和操作人员的安全。在一些实施例中，固定结构为壳体，壳体成圆柱状，至少三个电极在同一直线上顺序排列，相邻的电极之间两两形成一个电极对。电极设置在壳体上，壳体的一个端部设置为锥形结构。壳体的另一端设置有螺纹连接部，螺纹连接部用于与长杆的螺纹部配合连接。
可以理解的是，测量信号可以是1KHz至3KHz的调制信号。调制信号可以是正弦波、方波等。
可以理解的是，根据检测信号，得到当前介质的相对电容率，包括：
根据检测信号，得到电极对在当前介质下的测量电容值；
根据测量电容值和预设电容值的比值，得到相对电容率。
例如，相对电容率εr计算公示如下，其中CX表示实际使用过程测量得到的电容值，C0表示为真空中测量出的电容值：
在一些实施例中，相对电容率的计算可以参照《GB/T 1409-2006》的规范。
可以理解的是，得到检测的相对电容率还可以包括：
主控制器控制每一对电极对采集多次测量数据，记单次测量为xi，一对电极对所对应的一组测量数据为Xi，则得到数列:
Xi＝[X0,X2,…,Xn-1,Xn]
去掉数列Xi中的最大值和最小值，并计算该组数列的平均
等价于此电极对测量的电容值
由测量的电容值
除以真空环境的C0，计算得出每对电极对所对应介质的相对电容率
将测量的电极对对应介质相对电容率与介质的标准相对电容率进行比较，可得知当前电极对对应的介质类型Yi，记空气介质为Ma，记水体介质为Mw，记湿泥介质为Ms，则有：
将全部电极对对应的介质类型Yi按照电极对先后顺序，从下往上依次进行排列，记结果为Y，可得到：
Y＝[Y0,Y2,…,Yn-1,Yn]
统计结果Y中具有相同介质类型且相邻的电极对数量NM，并乘以电极对的间距d，可得到介质的厚度DM全部电极对数量NP具有如下关系M：
将当前介质的相对电容率与预设的相对电容率集合进行匹配，根据匹配结果得到电极对所检测介质的种类。
例如，根据试验结果，泥、水、空气存在明显的相对电容率εr差异，不同介质的相对电容率特性如下表：
通过检测得到的当前介质的相对电容率，与上述预设或者通过实验得到的相对电容率表，即可得到当前相对电容率的所对应的介质。
在本发明的一些具体实施例中，还包括：
若至少两个电极对所检测介质的种类相同，则根据检测介质的种类相同的每一电极对中两个电极的距离和电极对的数量，得到种类相同介质的总厚度。至少三个电极在同一直线上顺序排列，相邻的电极之间两两形成一个电极对。
可以理解的是，在一些实施例中，在同一电极上每两个电极之间的间距可以设置为相等的，即固定结构的上固定的若干电极在可以是在杆体上等间距分布并固定。例如，在同一直线上设置有A、B、C三个电极，则AB作为一个电极对，BC作为一个电极对，通过模拟开关，可以选择A电极发射出测量信号，B电极接收检测信号，然后选择B电极发射测量信号，C电极接收检测信号，当B电极和C电极检测的介质为同类介质时，该同类介质的总厚度为电极之间的距离乘以电极对的数量。
设备还包括远程控制终端，远程控制终端通过通信模块与主控制器连接，通过远程控制终端可以实时监控和控制电极所在端的工作。
相关的电路中可以使用低阻抗的模拟开关，可以降低测量误差，以提高测量精度。相关的电路中的信号调理电路可以使用具有高电压转换速率的运放，以提高测量的灵敏度。
首先，控制电极对中的一个电极输出测量信号，然后，通过所述电极对中的另一个所述电极接收检测信号，接着，根据所述检测信号，得到当前介质的相对电容率，最后，将当前介质的所述相对电容率与预设的相对电容率集合进行匹配，根据匹配结果得到所述电极对所检测介质的种类。其中，所述检测信号为所述测量信号经过介质后传输来的信号。可以理解的是，电极对的数量可以是多个，当电极对放置到水流通道时，例如河涌或者城市排水管网中，通过上述的步骤便可以实时检测出电极对所处的介质，例如水或者淤泥。通过上述设备，只需把电极对放置到流水通道，便可以实时检测流水通道当前的环境，减少人工巡检的情况，能够有助于提高流水通道环境的监测效率。
在一些实施例中，还可以包括支持处理器正常工作所可以有的附属外围功能电路，至少具备一种以上远程通信方式，其中远程通信方式包括但不限于当前技术水平下的有线(如RS232、RS485、CAN、Ethernet等)或无线通信(Bluetooth、WifI、Zigbee、Lora)电路，以便将结果对外输出。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种介质厚度检测设备，其特征在于，包括：
至少两个电极，至少两个所述电极顺序排列，并且每两个相邻的所述电极形成一个电极对；
第一模拟开关，所述第一模拟开关的至少两个输出端分别与每一所述电极对中的每一所述电极连接，所述第一模拟开关用于选择导通每一所述电极对中的一个电极，并通过导通的所述电极输出测量信号；
第二模拟开关，所述第二模拟开关的至少两个输入端分别与每一所述电极对中的每一所述电极连接，所述第二模拟开关用于选择导通每一所述电极对中未与所述第一模拟开关导通的另一个所述电极，并通过导通的所述电极接收检测信号；
主控制器，所述主控制器通过波形产生模块与所述第一模拟开关的输入端连接，所述主控制器通过模数转换模块与所述第二模拟开关的输出端连接，所述主控制器用于执行以下步骤：
控制至少一个电极对中的一个电极输出测量信号；
通过所述电极对中的另一个所述电极接收检测信号，其中，所述检测信号为所述测量信号经过介质后传输来的信号；
根据所述检测信号，得到当前介质的相对电容率；
将当前介质的所述相对电容率与预设的相对电容率集合进行匹配，根据匹配结果得到所述电极对所检测介质的种类；
若至少两个所述电极对所检测介质的种类相同，则根据检测介质的种类相同的每一所述电极对中两个所述电极的距离和所述电极对的数量，得到种类相同介质的总厚度。
2.根据权利要求1所述的介质厚度检测设备，其特征在于，还包括：至少三个所述电极在同一直线上顺序排列，相邻的所述电极之间两两形成一个电极对。
3.根据权利要求2所述的介质厚度检测设备，其特征在于：所述电极设置在壳体上，所述壳体的一个端部设置为锥形结构。
4.根据权利要求3所述的介质厚度检测设备，其特征在于：所述壳体的另一端设置有螺纹连接部，所述螺纹连接部用于与长杆的螺纹部配合连接。
5.根据权利要求1所述的介质厚度检测设备，其特征在于，所述根据所述检测信号，得到当前介质的相对电容率，包括：
根据所述检测信号，得到所述电极对在当前介质下的测量电容值；
根据所述测量电容值和预设电容值的比值，得到所述相对电容率。
6.根据权利要求1所述的介质厚度检测设备，其特征在于：所述测量信号为1KHz至3KHz的调制信号。
7.根据权利要求1所述的介质厚度检测设备，其特征在于，还包括：
每一电极对采集多个所述检测信号形成检测信号集合，去掉所述检测信号集合内的最大值和最小值，获取剩余所述检测信号的平均值；
根据剩余的所述检测信号的平均值，得到当前介质的所述相对电容率。
8.根据权利要求1所述的介质厚度检测设备，其特征在于：所述设备还包括远程控制终端，所述远程控制终端通过通信模块与所述主控制器连接。
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