CN113404975B - 一种输水管道内部状态的检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种输水管道内部状态的检测设备，包括移动主体、测量装置、水流检测装置和摄像装置。该输水管道内部状态的检测设备通过测量装置、水流检测装置和摄像装置实现对输水管道的状态监控，该输水管道内部状态的检测设备的可操作性强，体积小而便携，监测数据精确可靠，也不需要大量人力投入就可以实现对输水管道的检测，降低检测成本、缩小输水管道检测的局限性，也可以在正常运行的输水管道检测，提高检测效率；解决了现有对输水管道的检测效果差、能耗损失大且效率低的技术问题。

Description

一种输水管道内部状态的检测设备

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种输水管道内部状态的检测设备。

背景技术

在管道中输送自然水源过程中，水通常保持稳定快速流动状态，同时对管道内壁产生持续影响，主要影响有腐蚀、生物附着和杂质积聚。腐蚀产生的原因有气蚀现象、自然腐蚀、生物腐蚀等，管道中生物附着主要有淡菜附着、藻类附着等。杂质积聚主要在管道连接处或者管道底部产生杂物积聚或者泥沙积聚，这些非人为因素产生的管道状况的改变，长期会引起如下问题：一是输水管道破裂泄露；二是管道水阻增大，水流量减少，输水效率降低，能源损失增大；三是水质变差，易产生致病菌。

由此需要对管道进行监控，那么需要对管道检测的检测设备，现有对管道内部检测的检测方式主要是停水人工检测，这种检测方式需要关闸停水，导致能耗损失大、水供应不连续，而且因为人工进行大面积、大范围检测，效率极低，而且地下管道存在一定作业危险性。

随着科学的进步，对管道内部检测也有采用管壁超声波在线监测的方式，通常能进行泄露的监测，也能够对管道内壁的改变进行一定的监测，但是对于生物附着的程度、水质变化的程度、杂质积聚的程度无法进行定量判断，也就无法指导是否需要进行停水作业清理等。

发明内容

本发明实施例提供了一种输水管道内部状态的检测设备，用于解决现有对输水管道的检测效果差、能耗损失大且效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种输水管道内部状态的检测设备，包括移动主体、测量装置、水流检测装置和摄像装置；

所述移动主体，用于支撑所述测量装置、所述水流检测装置和所述摄像装置；

所述测量装置，用于测量输水管道内壁的尺寸以及测量输水管道内壁与所述移动主体之间的距离；

所述水流检测装置，用于检测输水管道中水流的速度；

所述摄像装置，用于获取输水管道内的图像。

优选地，该输水管道内部状态的检测设备还包括设置在所述移动主体上的水质检测装置，所述水质检测装置用于实时检测输水管道中水流的水质。

优选地，所述水质检测装置包括安装在所述移动主体上的安装底座以及安装在所述安装底座上的水质检测仪。

优选地，该输水管道内部状态的检测设备还包括通讯装置，所述通讯装置用于将所述水质检测装置检测的水质、所述水流检测装置检测的水流速度、所述摄像装置获取的图像、所述测量装置测量的尺寸和距离传送至监控平台上。

优选地，所述测量装置包括轮廓测量单元和距离测量单元，所述轮廓测量单元通过支撑柱设置在所述移动主体上方，所述距离测量单元设置在所述移动主体下方。

优选地，所述轮廓测量单元包括设置在支撑柱内的驱动源、与所述驱动源连接的旋转轴以及与所述旋转轴连接的第一超声测距器件。

优选地，所述距离测量单元包括照明元件、视觉检测器件和第一清扫器件，所述照明元件和所述视觉检测器件均设置在所述移动主体后方的两端，所述第一清扫器件设置在所述移动主体前方的两端。

优选地，所述距离测量单元包括第二超声测距器件、第二清扫器件和第三清扫器件，所述第二超声测距器件和所述第二清扫器件均设置在所述第三清扫器件上，所述第三清扫器件设置在所述移动主体前方的两端，所述移动主体前方的一侧端面上通过滑座设置有所述距离测量单元。

优选地，所述水流检测装置设置在所述支撑柱上，所述水流检测装置包括水流计。

优选地，所述摄像装置包括设置在所述移动主体上的机械手和设置在所述机械手上的摄像器件。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该输水管道内部状态的检测设备包括移动主体、测量装置、水流检测装置和摄像装置。该输水管道内部状态的检测设备通过测量装置、水流检测装置和摄像装置实现对输水管道的状态监控，该输水管道内部状态的检测设备的可操作性强，体积小而便携，监测数据精确可靠，也不需要大量人力投入就可以实现对输水管道的检测，降低检测成本、缩小输水管道检测的局限性，也可以在正常运行的输水管道检测，提高检测效率；解决了现有对输水管道的检测效果差、能耗损失大且效率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备的结构示意图。

图2为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备的剖视结构示意图。

图3为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备应用在输水管道的结构示意图。

图4为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备另一的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种输水管道内部状态的检测设备，用于解决了现有对输水管道的检测效果差、能耗损失大且效率低的技术问题。

实施例一：

图1为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种输水管道内部状态的检测设备，包括移动主体10以及设置在移动主体10上的测量装置20、水流检测装置30和摄像装置40。

在本发明实施例中，移动主体10主要用于支撑测量装置20、水流检测装置30和摄像装置40。

需要说明的是，移动主体10的底端面上安装有移动轮11，便于移动主体10的移动。移动轮11安装在移动主体10的底端面四角。在本实施例中，移动轮11可以为万向轮。在其他实施例中，移动轮11也可以为可以滑动的轮子。

在本发明实施例中，测量装置20主要用于测量输水管道内壁的尺寸以及测量输水管道内壁与移动主体10之间的距离。

需要说明的是，该输水管道内部状态的检测设备通过测量装置20测量的数据，知晓输水管道内部的是否存在堵塞物。

在本发明实施例中，水流检测装置30主要用于检测输送管道中水流的速度。

需要说明的是，该输水管道内部状态的检测设备通过水流检测装置30能够知晓输水管道中输送水流情况。

在本发明实施例中，摄像装置40主要是获取输水管道内容的图像。

需要说明的是，该输水管道内部状态的检测设备通过摄像装置40得到输水管道内部的图像，便于实现对输水管道的监控。

本发明提供的一种输水管道内部状态的检测设备包括移动主体、测量装置、水流检测装置和摄像装置。该输水管道内部状态的检测设备通过测量装置、水流检测装置和摄像装置实现对输水管道的状态监控，该输水管道内部状态的检测设备的可操作性强，体积小而便携，监测数据精确可靠，也不需要大量人力投入就可以实现对输水管道的检测，降低检测成本、缩小输水管道检测的局限性，也可以在正常运行的输水管道检测，提高检测效率；解决了现有对输水管道的检测效果差、能耗损失大且效率低的技术问题。

图2为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备的剖视结构示意图。

如图2所示，本发明的一个实施例中，该输水管道内部状态的检测设备还包括设置在移动主体10上的水质检测装置50，水质检测装置50用于实时检测输水管道中水流的水质。

需要说明的是，水质检测装置50包括安装在移动主体10上的安装底座51以及安装在安装底座51上的水质检测仪52。其中，水质检测仪52主要用于检测输水管道中水流的水质，该输水管道内部状态的检测设备通过水质检测仪52实现对输水管道中水质的监测。

在本发明的一个实施例中，该输水管道内部状态的检测设备还包括通讯装置，通讯装置用于将水质检测装置50检测的水质、水流检测装置30检测的水流速度、摄像装置40获取的图像、测量装置20测量的尺寸和距离传送至监控平台上。

需要说明的是，通讯装置可以通过无线方式将该输水管道内部状态的检测设备检测输水管道中的数据传送至监控平台，便于人员监控输水管道，实现不需要人员进入输水管道操作，提高工作人员的安全性，极大提高对输水管道维护效率，快速发现输水管道异常状况，同时不需要对输水管道进行断水操作，保证输水管道的利用率。如图1所示，在本实施例中，通讯装置设置在移动主体10的支撑杆上。该输水管道内部状态的检测设备的移动主体10到达输水管道，通讯装置与监控平台进行通信连接，操控人员在监控平台上通过无线通信实时监控该输水管道内部状态的检测设备的工作状态。由于通讯装置在水中很难实现视频传输，所以，通讯装置中也安装了有线通信模块，有线通信模块通过有线电缆与监控平台直接相连接，操作人员在监控平台操控该输水管道内部状态的检测设备在输水管道内进行检测工作，比如操作摄像装置40进行输水管道内部摄像和取样。在其他实施例中，通讯装置也可以在输水管道中埋设了一条有线通信电缆，在输水管道上每隔几百米设计了一个通信接口，配备的通信终端通过无线通信和通信接口进行通信连接，由配备的通信终端通过无线方式给通信接口供电，通信终端携带一条几百米长的有线通信电缆与该输水管道内部状态的检测设备实现有线直接连接，有线通信电缆在每个输水管道口通过无线通信模块与监控70平台进行通信，操作人员在上监控平台上通过无线+有线相结合的通信方式对该输水管道内部状态的检测设备进行远程操控，最终实现全部检测功能和样品收集功能。或该输水管道内部状态的检测设备安装了无线通信模块的通讯装置，输水管道中部还布置了多个无人潜艇携带无线通信模块实现信号中继，无人潜艇与每个输水管道口的无线模块通信一起构建了水下无线通信通道，输水管道口的无线模块再与监控平台通信，操作人员在监控平台上通过无线通信对该输水管道内部状态的检测设备进行远程操控，最终实现全部检测功能和样品收集功能。

在本实施例中，监控平台可以为上位机，也可以为移动终端。

在本发明实施例中，该输水管道内部状态的检测设备还包括电源供电装置，该输水管道内部状态的检测设备补充充电采用湿插拔充电的方式。在每个输水管道口安装了湿插拔充电接口，当该输水管道内部状态的检测设备行驶到输水管道口时，该输水管道内部状态的检测设备的电源供电装置与湿插拔充电接口进行通信，实现自动连接充电。

图3为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备应用在输水管道的结构示意图，图4为本发明实施例所述的输水管道内部状态的检测设备另一的结构示意图。

如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，测量装置20包括轮廓测量单元和距离测量单元，轮廓测量单元通过支撑柱12设置在移动主体10上方，距离测量单元设置在移动主体10下方。

如图2和图3所示，在本发明实施例中，轮廓测量单元包括设置在支撑柱12内的驱动源21、与驱动源21连接的旋转轴22以及与旋转轴22连接的第一超声测距器件23。

需要说明的是，第一超声测距器件23通过驱动源21驱动由旋转轴22旋转一周测量输水管道内壁与旋转轴22中心轴之间的圆周度，第一超声测距器件23能够测量圆周度、旋转轴中心与输水管道中心之间的距离、管道内壁直径，采用第一超声测距器件23检测的数据能够定量计算输水管道内壁的变化尺寸，从而能够让该输水管道内部状态的检测设备获知输水管道内壁情况。在本实施例中，该输水管道内部状态的检测设备通过移动主体10移动一个距离停止等待轮廓测量单元的第一超声测距器件23旋转一周对输水管道进行内壁测绘，测绘完成后，移动主体10继续移动一个固定的距离停止让轮廓测量单元的第一超声测距器件23再进行测绘，周而复此的进行移动和测绘。

在本发明实施例中，驱动源21上设置有有线缆编码器和陀螺仪芯片。当驱动源21停止工作时，水流扰动导致旋转轴22和第一超声测距器件23偏移时，线缆编码器的线缆长度会发生变化，线缆编码器从长度变化得知旋转轴22和第一超声测距器件23位移偏差的绝对数值。陀螺仪芯片工作时会给出所处位置的欧拉角数据。三个欧拉角，分别是绕x轴旋转的俯仰角Pitch(θ)，绕y轴旋转的偏航角Yaw(φ)，绕z轴旋转的翻滚角Roll(ψ)。

设旋转轴22和第一超声测距器件23的位置偏差的坐标为(x0，y0，z0)，获得的距离数据经三角函数转换获得的坐标为(x1，y1，z1)。移动主体10的欧拉角数据是位置偏差的角度，分别设为θ1，φ1，ψ1；驱动源21的欧拉角数据是有线缆编码器和陀螺仪芯片的角度，分别设为θ2，φ2，ψ2。平移转换矩阵为Trans，旋转转换矩阵为Rot。位置偏差是相对于移动主体10而言，因为线缆是固定的，所以不需要平移转换。先假设x0＝y0＝0，z0为位置偏差绝对数值。位置偏差坐标矩阵E1＝Rot(Z，ψ1)Rot(Y，φ1)Rot(X，θ1)，

此时E1的第一、二、三行的数值分别是x0，y0，z0的数值。在得到位置偏差矢量坐标后，计算出纠正偏差后的测量距离坐标，测量坐标矩阵为E2＝Trans(x0，y0，z0)Rot(Z，ψ2)Rot(Y，φ2)Rot(X，θ2)；

此时E2的第一、二、三行的数值分别是x1，y1，z1修正后的数值。通过检测的测量距离坐标可以知晓输水管道内部状态的检测设备所在的位置，便于实时跟踪。也通过检测的测量距离坐标能够减少移动主体10的运动偏差对测距结果的影响，提高测距结果的精度。

如图2和图3所示，在本发明实施例中，距离测量单元包括照明元件24、视觉检测器件25和第一清扫器件26，照明元件24和视觉检测器件25均设置在移动主体10后方的两端，第一清扫器件26设置在移动主体10前方的两端。

需要说明的是，照明元件24可以为LED灯，视觉检测器件25可以为视觉传感器或超声波传感器，第一清扫器件26可以为毛刷。在本实施例中，当视觉检测器件25为视觉传感器时，移动主体10在具有纹理的输水管道上或具有轨道的输水管道上移动，在移动主体10在输水管道上移动时，第一清扫器件26会对移动主体10前行的堵塞物进行清除，视觉检测器件25可以检测条纹的边界是否与移动主体10运动方向一致；若不一致，视觉检测器件25传输的画面是倾斜的黑色平行四边形，倾斜角度与方向通过测量可得。

在本发明实施例中，视觉传感器检测的对象是便于识别的直线，可以是轨道的轮廓，也可以是输水管道上的预先处理的条纹。

需要说明的是，对于混凝土管道，可以参照日常生活中为了增加地面摩擦力在混凝土地面刻出一道道纹路的做法，以输水管道走向为纹路方向，在移动主体10工作时视觉传感器的正下方刻出粗细不同的纹路。对于不锈钢输水管道，可以焊接钢条或切割出凹槽。条纹样式可以是中间细两旁粗，视觉传感器判定基线以中间细线为准。视觉传感器首先判断运动方向是否偏离，其检测方法是若条纹不竖直则发生偏移，偏移距离可以根据视觉传感器画面正中心与细线的距离以及条纹间距判断出来。

如图4所示，距离测量单元包括第二超声测距器件27、第二清扫器件28和第三清扫器件29，第二超声测距器件27和第二清扫器件28均设置在第三清扫器件29上，第三清扫器件29设置在移动主体10前方的两端，移动主体10前方的一侧端面上通过滑座设置有距离测量单元。

需要说明的是，第二超声测距器件27可以为超声波测距传感器，第二清扫器件28可以为毛刷，第三清扫器件29可以为犁。当移动主体10在输水管道中运行时，采用第三清扫器件29和第二清扫器件28对输水管道中破碎大块沉积物表层可能的生物膜、冲刷小块沉积物进行清理位于第二超声测距器件27正下方的输水管道的管壁，通过第二超声测距器件27实现测量第二超声测距器件27和输水管道之间的真实距离，即是第二超声测距器件27垂直方向朝下测量第二超声测距器件27和输水管道之间的距离，根据输水管道内壁直径再推算出移动主体10在输水管道的位置还有输水管道轴心的位置。在本实施例中，如图4所示，根据安装在移动本体10上的第二超声测距器件27测量的距离，第三清扫器件29和第二清扫器件28对输水管道中的沉积物进行清扫。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，水流检测装置30设置在支撑柱12上，水流检测装置30包括水流计。

需要说明的是，在监控平台上能够实时显示水流检测装置30检测的水流数据，实现水流监测。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，摄像装置40包括设置在移动主体10上的机械手41和设置在机械手41上的摄像器件42。

需要说明的是，摄像器件42可以为摄像头，机械手41可以为多轴机械手。在本实施例中，摄像装置40还包括位于摄像器件42一侧的机械手41上安装有照明器件，操作人员在监控平台上通过通信模块60远程操控机械手41运行实现对输水管道内部情况的灵活摄像(局部摄像和慢速旋转圆周摄像)，在监控平台上实时显示摄像情况和保存摄像数据。其中摄像器件42优先选为双目摄像头，双目摄像头具有测距功能，在监控平台上实时显示摄像器件42与输水管道内壁之间的距离。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，包括移动主体、测量装置、水流检测装置和摄像装置；

所述移动主体，用于支撑所述测量装置、所述水流检测装置和所述摄像装置；

所述测量装置，用于测量输水管道内壁的尺寸以及测量输水管道内壁或者内壁上附着的堵塞物与所述移动主体之间的距离，所述测量装置包括轮廓测量单元和距离测量单元；轮廓测量单元包括设置在支撑柱内的驱动源、与所述驱动源连接的旋转轴以及与所述旋转轴连接的第一超声测距器件；所述距离测量单元包括照明元件、视觉检测器件、第一清扫器件、第二超声测距器件、第二清扫器件和第三清扫器件；所述视觉检测器件用于检测移动主体的运动方向是否发生偏移，所述第二超声测距器件用于垂直朝下测量第二超声测距器件和输水管道之间的距离，并根据所述距离和输水管道内壁直径推算出移动主体在输水管道的位置和输水管道轴心的位置；

所述水流检测装置，用于检测输水管道中水流的速度；

所述摄像装置，用于获取输水管道内的图像。

2.根据权利要求1所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，还包括设置在所述移动主体上的水质检测装置，所述水质检测装置用于实时检测输水管道中水流的水质。

3.根据权利要求2所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，所述水质检测装置包括安装在所述移动主体上的安装底座以及安装在所述安装底座上的水质检测仪。

4.根据权利要求2所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，还包括通讯装置，所述通讯装置用于将所述水质检测装置检测的水质、所述水流检测装置检测的水流速度、所述摄像装置获取的图像、所述测量装置测量的尺寸和距离传送至监控平台上。

5.根据权利要求1所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，所述轮廓测量单元通过支撑柱设置在所述移动主体上方，所述距离测量单元设置在所述移动主体下方。

6.根据权利要求5所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于所述照明元件和所述视觉检测器件均设置在所述移动主体后方的两端，所述第一清扫器件设置在所述移动主体前方的两端。

7.根据权利要求5所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，所述第二超声测距器件和所述第二清扫器件均设置在所述第三清扫器件上，所述第三清扫器件设置在所述移动主体前方的两端，所述移动主体前方的一侧端面上通过滑座设置有所述距离测量单元。

8.根据权利要求5所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，所述水流检测装置设置在所述支撑柱上，所述水流检测装置包括水流计。

9.根据权利要求1所述的输水管道内部状态的检测设备，其特征在于，所述摄像装置包括设置在所述移动主体上的机械手和设置在所述机械手上的摄像器件。

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