CN114387763A - 一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器，包括：阀体、开闭机构、人体感应器、超声波换能器以及控制模块，阀体开设有供燃气通过的通孔，在阀体上安装有用于开闭通孔开闭机构，在阀体外安装有人体感应器，人体感应器用于感应是否周围有人，在阀体上安装有超声波换能器，超声波换能器用于检测通孔内流体流速，开闭机构、人体感应器以及超声波换能器均连接至控制模块，控制模块用于根据人体感应器以及超声波换能器的检测控制开闭机构执行开闭动作。该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器解决现有技术中不能实现感知长时间无人后自动切断燃气流通的问题。

Description

一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器

技术领域

本发明涉及燃气报警器，具体涉及一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器。

背景技术

当前，由于老龄化和生活习惯的变化，独居老人不断增多，老年人记忆力差，在燃气使用过程中经常容易忘记关火。同时由于生活节奏的加快，年轻的家庭主妇由于中途办事，也容易忘记厨房用火，当前的燃气切断阀，只具有超压、过流、或者超温切断、或者燃气泄漏切断，但是无法解决无人值守的厨房安全用火问题，

为了避免上述问题，现有技术也研发出来了燃气紧急切断阀等，能够在紧急情况下将燃气切断，但是需要人为判断情况是否紧急，然后人为控制切断，不能够实现根据环境的实时监测来实现是否紧急切断燃气，导致安全隐患仍然存在。

发明内容

本发明要提供一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，解决现有技术中不能实现感知长时间无人值守后自动切断燃气流通的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明公开了一种具有流量、温度、压力和人体感知的燃气切断报警器，包括：阀体、开闭机构、人体感应器、超声波换能器以及控制模块，阀体开设有供燃气通过的通孔，在阀体上安装有用于开闭通孔开闭机构，在阀体外安装有人体感应器，人体感应器用于感应是否周围有人，在阀体上安装有超声波换能器，超声波换能器用于检测通孔内流体流速，开闭机构、人体感应器以及超声波换能器均通过有线或者无线连接至控制模块，控制模块用于根据人体感应器以及超声波换能器的检测控制开闭机构执行开闭动作。

优选的是，该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器还包括：温度传感器，温度传感器安装在阀体上或阀体外，温度传感器用于检测环境温度。

优选的是，该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器还包括：压力传感器，压力传感器安装在阀体内或燃气管线上，压力传感器用于检测燃气压力。

优选的是，该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器还包括：甲烷传感器，甲烷传感器安装在阀体上或阀体外，甲烷传感器用于检测传感器周边环境是否有甲烷。

优选的是，人体感应器为人体红外线传感器或摄像头。

优选的是，控制模块连接至通讯模块，通讯模块与外界移动终端通讯连接，移动终端内设置有燃气切断控制模块，燃气切断控制模块用于通过通讯模块和控制模块命令开闭机构关闭通孔。

优选的是，超声波换能器检测通孔内燃气流速按照以下步骤执行：S1、设：M1、M2为超声波换能器，V为气体流速，X为两超声波换能器之间超声波走过流体的垂直距离，θ为超声波进入气体的入射角，t₁顺流时间，t₂逆流时间，C为超声波在管道内的传播速度；S2、计算超声波行走的有效声程长度L，有效声程长度L等于

S3、超声燃气表顺流时间t₁和逆流时间t₂分别用下式计算：

S4、将公式4和公式5分别变形得到公式6以及公式7，公式6以及公式7如下：

S5、将公式6和公式7相加得到公式8，公式8如下：

S6、将公式8变形得到公式9，公式9如下：

S7、利用若干对顺流时间t₁和逆流时间t₂的采样值，得到若干个C值，将所有C值求平均得到真实超声波传播速度

S8、设顺流时间t₁和逆流时间t₂之间的时间差为ΔT，将公式4与公式5相减得到下列算式：

S9、由公式10得到下列方程式：sin²θΔT·V²+2X tanθ·V-C²ΔT＝0(公式11)；S10、由公式11求解得到管道内流体流速V，计算公式如下：

优选的是，设D为管道内直径，R为管道内半径；当两超声波换能器超声波在管道两对侧时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，X等于两超声波换能器端面中心之间的垂直距离；当两超声波换能器超声波在管道同侧时且超声波路径为V型时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝2D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，设一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₁，另一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₂，则X＝L₁+L₂；当两超声波换能器超声波在管道同侧时且超声波路径为W型时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝4D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，设一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₃，另一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₅，中部两条路径距离为L4，L₄＝2D,则X＝L₃+L₄+2D。

优选的是，顺流时间t₁和逆流时间t₂的计算方式如下：S11、接收顺流超声波信号和逆流超声波信号；S12、采用激励信号对顺流超声波信号和逆流超声波信号进行激励，得到激励后超声波信号；S121、将顺流超声波信号和逆流超声波信号分为中心信号段、首端信号段和末端信号段，分段时将顺流超声波信号和逆流超声波信号在时域上按照比例分为三段，三段即分别为中心信号段、首端信号段和末端信号段；S122、对首端信号段或末端信号段进行降低式变频激励，得到变频后端部信号段；S123、将变频后端部信号段与原信号段按照原位置组合得到激励后超声波信号，原信号段为中心信号段与未变频的首端信号段，或者中心信号段与未变频的末端信号段；S13、通过判断激励后超声波信号，有效回波个数；S14、通过有效回波段，获得顺流时间t1和逆流时间t2。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

通过人体感应器的设置，实现了对人体的感应，然后，控制模块通过人体感应器的检测判断预定时间内是否有人在，此预定时间为10分钟至20分钟，若判定此段时间内没有人在，则判断此时是非常危险的，控制模块控制开闭机构通电，从而控制开闭机构切断通孔；若判定此段时间内有人在，则判断此时是安全的，控制模块控制开闭机构保持打开通孔的状态。从而实现了在长时间没有人在的时候自动切断燃气，避免火灾安全事故的发生，使得老年人等使用燃气更加安全可靠。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为一种具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器的结构示意图；

图2为一种具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器的主视图；

图3为图2中一种具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器的A-A剖视图；

图4为现有技术中超声波燃气表中通过时差法计算流速的原理图；

图5为现有技术中计算飞行顺流时间t1和逆流时间t2的原理图；

图6为本申请中两超声波换能器位于管道两对侧时超声波燃气表的互相关流速计算方法的原理图；

图7为本申请中两超声波换能器时且发射路径为V型时超声波燃气表的互相关流速计算方法的原理图；

图8为本申请中两超声波换能器时且发射路径为W型时超声波燃气表的互相关流速计算方法的原理图；

图9为本申请中计算飞行顺流时间t1和逆流时间t2的原理图。

附图标记：阀体1、通孔10、放置孔11、台阶12、第一导向面13、开闭机构2、拉动复位杆20、超声波换能器3、第二导向面30、安装盒4、底盖41、中间盖42、顶盖43、侧盖44、供电电池5。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

如图1至图3所示，本发明公开了一种具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器，包括：阀体1、开闭机构2、人体感应器(图中未示)、超声波换能器3以及控制模块(图中未示)，阀体1开设有供燃气通过的通孔10，在阀体1上安装有用于开闭通孔10开闭机构2，在阀体1外安装有人体感应器，人体感应器用于感应是否周围有人，在阀体1上安装有超声波换能器3，超声波换能器3用于检测通孔10内流体流速，开闭机构2、人体感应器以及超声波换能器3均通过有线或者无线连接至控制模块，控制模块用于根据人体感应器以及超声波换能器3的检测控制开闭机构2执行开闭动作。

该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器还包括：温度传感器，温度传感器安装安装在阀体1上或阀体1外，温度传感器用于检测环境温度。

该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器还包括：压力传感器，压力传感器安装在阀体内或燃气管线上，压力传感器用于检测燃气压力。

该具有流量、压力和人体感知的燃气切断报警器还包括：甲烷传感器，甲烷传感器安装在阀体上或阀体外，甲烷传感器用于检测传感器周边环境是否有甲烷。

温度传感器、压力传感器以及甲烷传感器均连接至控制模块，从而实现了控制模块根据实时检测的人体信号、温度信号、压力信号以及甲烷信号综合判断，从而判断是否有安全事故发生，从而根据判断结果控制开闭机构2的运行，以解决智能家居的需求，满足厨房无人值守、用气安全、用火安全的厨房安全需求。

人体感应器为人体红外线传感器或摄像头。

控制模块连接至通讯模块，通讯模块与外界移动终端通讯连接，移动终端内设置有燃气切断控制模块，燃气切断控制模块用于通过通讯模块和控制模块命令开闭机构2关闭通孔10。实现了远程操控的开闭机构2执行切断命令，方便人为监控燃气的通断，进一步提高可靠性。

开闭机构2顶部延伸出有拉动复位杆20，拉动复位杆20用于拉动后使得开闭机构2处于打开通孔10的状态，方便开闭机构2在人为操作下复位，以方便后续使用燃气。

在阀体1上开设有供两超声波换能器3置入的放置孔11，放置孔11形成有台阶12，台阶12将放置孔11分为第一孔段和第二孔段，台阶12旁形成有第一导向面13，第一导向面13用于与超声波换能器3尖端形成的第二导向面30配合，第一导向面13用于将第二导向面30导向至第一孔段内，第一孔段为第二孔段靠近通孔10一侧，在超声波换能器3形成有肩台，肩台上安装有与台阶12压紧的第一密封圈，第一密封圈避免燃气外泄。

在阀体1外形成有安装框，安装框环绕在放置孔11外，安装框供安装盒4的安装，安装盒4内安装供电电池5和电路板，电路板上安装有控制模块。

安装盒4包括：底盖41、中间盖42、顶盖43以及侧盖44，底盖41置入在安装框内，底盖41上开设有第一穿孔，第一穿孔供导线与超声波换能器3连接，底盖41与阀体1之间安装有第二密封圈，从而增加密封性，第一密封圈和第二密封圈实现双重密封，避免超声波换能器3与控制模块的连接处进入燃气而导致安全事故发生，底盖41上扣合有中间盖42，中间盖42上安装人体感应器、压力传感器、温度传感器以及甲烷传感器，中间盖42与底盖41之间扣合安装控制模块的电路板，在中间盖42上扣合有顶盖43，顶盖43封闭阀体1上连通至开闭机构2安装孔，顶盖43与中间盖42之间安装供电电池5，顶盖43与中间盖42背离开闭机构2一侧安装有侧盖44，侧盖44用于开闭供电电池5安装处，侧盖44形成第一卡扣部和第二卡扣部，第一卡扣部用于与中间盖42卡扣配合，第二卡扣部用于与顶盖43卡扣配合，实现了侧盖44的可拆卸连接。

如图6至图8所示，超声波换能器检测通孔内燃气流速按照以下步骤执行：

S1、设：M1、M2为超声波换能器，V为气体流速，X为两超声波换能器之间在垂直于流体方向的位移距离，θ为超声波进入气体的入射角，t₁顺流时间，t₂逆流时间，C为超声波在管道内的传播速度；

S2、计算超声波行走的有效声程长度L，有效声程长度L等于

S3、超声燃气表顺流时间t₁和逆流时间t₂分别用下式计算：

S4、将公式4和公式5分别变形得到公式6以及公式7，公式6以及公式7如下：

S5、将公式6和公式7相加得到公式8，公式8如下：

S6、将公式8变形得到公式9，公式9如下：

S7、利用若干对顺流时间t₁和逆流时间t₂的采样值，得到若干个C值，将所有C值求平均得到真实超声波传播速度

S8、设顺流时间t₁和逆流时间t₂之间的时间差为ΔT，将公式4与公式5相减得到下列算式：

S9、由公式10得到下列方程式：

sin²θΔT·V²+2X tanθ·V-C²ΔT＝0 (公式11)

S10、由公式11求解得到管道内流体流速V，计算公式如下：

设D为管道内直径，R为管道内半径；当两超声波换能器超声波在管道两对侧时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，X等于两超声波换能器端面中心之间的垂直距离；当两超声波换能器超声波在管道同侧时且超声波路径为V型时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝2D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，设一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₁，另一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₂，则X＝L₁+L₂；当两超声波换能器超声波在管道同侧时且超声波路径为W型时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝4D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，设一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₃，另一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₅，中部两条路径距离为L4，L₄＝2D,则X＝L₃+L₄+2D。本申请中，发现了X不是传统概率的管道内直径，X的取值直接影响了管道内流体流速V的计算，本申请打破了传统概念，将X的计算精准化，提高了计算的精准性。

将图4、图6、图7以及图8比较，可以发现X计算方式是非常不一样的。

如图5所示，现有技术是对信号进行增益后通过阈值或窗口等算法，判断信号的波峰出现时间，从而得到顺流时间t1和逆流时间t2，由于有些波峰有干扰后，因此不同波峰高度不一样，通过阈值或窗口的算法判断出波峰，极有可能出现一些波峰无法被确定出来的问题出现，导致顺流时间t1和逆流时间t2无法计算精确。

为避免上述现象发生，因此做了如下设计：顺流时间t₁和逆流时间t₂的计算方式如下：S11、接收顺流超声波信号和逆流超声波信号；S12、采用激励信号对顺流超声波信号和逆流超声波信号进行激励，得到激励后超声波信号；S121、将顺流超声波信号和逆流超声波信号分为中心信号段、首端信号段和末端信号段，分段时将顺流超声波信号和逆流超声波信号在时域上按照比例分为三段，三段即分别为中心信号段、首端信号段和末端信号段；S122、对首端信号段或末端信号段进行降低式变频激励，得到变频后端部信号段；S123、使用激励信号对中间信号段进行升高式变频激励，得到变频后中间信号段；S124、将变频后端部信号段与变频后中间信号段按照原位置组合得到激励后超声波信号；S13、通过判断激励后超声波信号，有效回波个数；S14、通过有效回波段，获得顺流时间t1和逆流时间t2。

例如，采用的激励信号为正负15％的变频激励。如图9所示，传统方法在包络前端很难判定首波，我们在的末端信号段使用激励信号进行变频激励，会在激励后超声波信号的尾端得到一个迅速下降的回波，然后对中间信号段进行升高式变频激励。通过尾端后突然上升的波型，无需设定阈值，即可获得有效回波个数，也就是通过波峰的高度突然增加来判断；最后，通过有效回波段，获得顺流时间t1和逆流时间t2，并确定精确的时间差。从而可以看出，不会将一些波峰排出在外，提高了确定时间差的精准性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，包括：阀体、开闭机构、人体感应器、超声波换能器以及控制模块，阀体开设有供燃气通过的通孔，在阀体上安装有用于开闭通孔开闭机构，在阀体外安装有人体感应器，人体感应器用于感应是否周围有人，在阀体上安装有超声波换能器，超声波换能器用于检测通孔内流体流速，开闭机构、超声波换能器及人体感应器均通过有线或者无线连接至控制模块，控制模块用于根据人体感应器以及超声波换能器的检测控制开闭机构执行开闭动作。

2.根据权利要求1所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，还包括：温度传感器，温度传感器安装在阀体上或阀体外，温度传感器用于检测环境温度。

3.根据权利要求1所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，还包括：压力传感器，压力传感器安装在阀体内或燃气管线上，压力传感器用于检测燃气压力。

4.根据权利要求1所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，还包括：甲烷传感器，甲烷传感器安装在阀体上或阀体外，甲烷传感器用于检测传感器周边环境是否有甲烷。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，人体感应器为人体红外线传感器或摄像头。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，控制模块连接至通讯模块，通讯模块与外界移动终端通讯连接，移动终端内设置有燃气切断控制模块，燃气切断控制模块用于通过通讯模块和控制模块命令开闭机构关闭通孔。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，超声波换能器检测通孔内燃气流速按照以下步骤执行：

S1、设：M1、M2为超声波换能器，V为气体流速，X为两超声波换能器之间在垂直于流体方向的位移距离，θ为超声波进入气体的入射角，t₁顺流时间，t₂逆流时间，C为超声波在管道内的传播速度；

S2、计算超声波行走的有效声程长度L，有效声程长度L等于

S3、超声燃气表顺流时间t₁和逆流时间t₂分别用下式计算：

S4、将公式4和公式5分别变形得到公式6以及公式7，公式6以及公式7如下：

S5、将公式6和公式7相加得到公式8，公式8如下：

S6、将公式8变形得到公式9，公式9如下：

S7、利用若干对顺流时间t₁和逆流时间t₂的采样值，得到若干个C值，将所有C值求平均得到真实超声波传播速度

S8、设顺流时间t₁和逆流时间t₂之间的时间差为ΔT，将公式4与公式5相减得到下列算式：

S9、由公式10得到下列方程式：

sin²θΔT·V²+2X tanθ·V-C²ΔT＝0 (公式11)

S10、由公式11求解得到管道内流体流速V，计算公式如下：

8.根据权利要求1所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，

设D为管道内直径，R为管道内半径；

当两超声波换能器超声波在管道两对侧时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，X等于两超声波换能器端面中心之间的垂直距离；

当两超声波换能器超声波在管道同侧时且超声波路径为V型时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝2D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，设一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₁，另一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₂，则X＝L₁+L₂；

当两超声波换能器超声波在管道同侧时且超声波路径为W型时，当超声波换能器不从管道内壁凸出时，X＝4D，即是

当超声波换能器从管道内壁凸出时，设一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₃，另一超声波换能器端面中心到对面侧管道内壁的距离为L₅，中部两条路径距离为L4，L₄＝2D,则X＝L₃+L₄+2D。

9.根据权利要求8所述的一种具有流量、压力、温度和人体感知的燃气切断报警器，其特征在于，顺流时间t₁和逆流时间t₂的计算方式如下：

S11、接收顺流超声波信号和逆流超声波信号；

S12、采用激励信号对顺流超声波信号和逆流超声波信号进行激励，得到激励后超声波信号；

S121、将顺流超声波信号和逆流超声波信号分为中心信号段、首端信号段和末端信号段，分段时将顺流超声波信号和逆流超声波信号在时域上按照比例分为三段，三段即分别为中心信号段、首端信号段和末端信号段；

S122、对首端信号段或末端信号段进行降低式变频激励，得到变频后端部信号段；

S123、将变频后端部信号段与原信号段按照原位置组合得到激励后超声波信号，原信号段为中心信号段与未变频的首端信号段，或者中心信号段与未变频的末端信号段；

S13、通过判断激励后超声波信号，有效回波个数；

S14、通过有效回波段，获得顺流时间t1和逆流时间t2。

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