CN209623783U - 一种超声波智能防漏装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超声波智能防漏装置，包括控制计算单元、电源单元、执行单元、流量传感单元、表体、外壳，所述电源单元连接所述控制计算单元，控制计算单元与所述流量传感单元及所述执行单元连接，控制计算单元具有人机交会界面，执行单元包括驱动器件和阀门，外壳位于表体上方且与表体结合在一起，流量传感单元设置在表体上，所述控制计算单元、电源单元、执行单元的驱动部件设置在外壳内，所述表体为管状结构，所述执行单元的阀门安装在管道中，用于控制管道的通断。采用超声波监测流量，实现无损检测，增加装置的使用寿命，降低成本。控制计算单元判断是否漏水，并根据判断结果控制阀门动作，从而实现防漏，节约水源。

Description

一种超声波智能防漏装置

技术领域

本实用新型涉及漏水检测技术领域，尤其是涉及一种超声波智能防漏装置。

背景技术

用水是每天都要进行的事情，节约用水也是常常要注意的事情，但有时候会出现水龙头未完全关闭、或未关闭的情况，或管路发生暴裂，都会造成水的浪费，如何防止漏水是大家一直关心的，通过流量来监测是否漏水是目前业界通行的方法，多数采用叶轮式的流量监测装置，其原理是水流通过流量加速装置推动机械式水表的叶轮，实现流量的监测，但这种结构，长时间使用后，会产生零部件性能老化及堵塞，导致监测能力下降。

而且，目前的防漏装置大多安装在室内，并不方便查看或操作，也有的防漏装置提供了按键式的简易控制方式。这种方式方便了管路调试时，开关防漏装置的阀门。但这种方式必须是用户在家时，才有效果。因此，防漏装置无损化、智能化是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超声波智能防漏装置及控制方法，通过超声波检测出流量的大小，根据流量的大小与水流持续时长，判断是否漏水，从而控制阀门打开或关闭，实现防漏。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超声波智能防漏装置，包括控制计算单元、电源单元、执行单元、流量传感单元、表体、外壳，所述电源单元连接所述控制计算单元，控制计算单元连接所述流量传感单元及所述执行单元，控制计算单元具有人机交会界面，执行单元包括驱动器件和阀门，外壳位于表体上方且与表体结合在一起，流量传感单元设置在表体上，所述控制计算单元、电源单元、执行单元的驱动器件设置在外壳内，所述表体为管状结构，所述执行单元的阀门安装在所述管道中，用于控制管道的通断。

本实用新型进一步设置为：所述外壳分上外壳与中外壳，且都是n型结构，所述上外壳卡合在中外壳的n型外部，电源单元与所述驱动器件设置在所述中外壳内，在上外壳与中外壳之间的密封空间，设置有所述控制计算单元。

本实用新型进一步设置为：所述流量传感单元包括至少二个超声波换能器，在表体上设置有安装孔，每个所述超声波换能器密封安装在一个安装孔中。

本实用新型进一步设置为：两个所述超声波换能器垂直于所述管道内壁，所述流量传感单元还包括反射支架，所述反射支架固定在所述表体内，所述反射支架包括两个反射镜面与两个反射托架，各所述反射镜面分别固定在各所述反射托架上，所述反射镜面相向设置，并与水平方向成一定夹角，所述反射支架设置在所述表体内，各所述反射镜面的正上方设置有所述超声波换能器。

本实用新型进一步设置为：在表体上的两个所述安装孔之间设置定位孔，定位孔中的支架定位销将所述表体与所述反射支架连接在一起。

本实用新型进一步设置为：所述流量传感单元还包括二个反射立柱，所述反射立柱安装在所述超声波换能器下方的所述表体上，每个反射立柱具有反射镜面，且两个反射镜面相向设置，反射镜面与水平方向具有一定夹角，所述反射镜面位于表体管道的中部。

本实用新型进一步设置为：两个所述超声波换能器以V字形结构设置在表体上，两个所述超声波换能器轴线相交于所述超声波换能器下方的管道内壁的同一位置。

本实用新型进一步设置为：两个所述超声波换能器以V字形结构设置在表体上，两个所述超声波换能器轴线相交于所述超声波换能器下方的管道内壁的不同位置，其轴线的交点与两个超声波换能器的中点的连线垂直于管道轴线。

本实用新型进一步设置为：控制计算单元包括通讯模块，用于与外界进行通讯，实现远程控制。

本实用新型进一步设置为：控制计算单元包括MCU，用于计算水流量，自动筛选用户用水参数并保存，根据用水参数判断是否漏水，并根据判断结果控制阀门动作。

本实用新型进一步设置为：控制计算单元包括按键、人机交会界面，用于设定密码及参数，所述按键设置在人机会话界面上。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果为：

1.本申请通过超声波监测流量，实现无损检测，增加装置的使用寿命，降低成本。

2.进一步地，本申请通过设置控制计算单元记录用户用水习惯，从而实现对是否漏水的正确判断。

3.进一步地，本申请通过判断是否漏水，并根据判断结果控制阀门动作，从而实现防漏，节约水源。

4.进一步地，本申请通过远程控制，使用户及时掌握流量情况，实现实时控制。

附图说明

图1是本申请的一个具体实施例的超声波智能防漏装置结构示意图。

图2是本申请的一个具体实施例的超声波智能防漏装置整体结构示意图。

图3是本申请的一个具体实施例的流量监测单元的结构示意图。

图4是本申请的一个具体实施例的又一个流量监测单元的结构示意图。

图5是本申请的一个具体实施例的又一个流量监测单元的结构示意图。

图6是本申请的一个具体实施例的又一个流量监测单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型的一种超声波智能防漏装置，如图1、2所示，包括控制计算单元1，电源单元2，中外壳3、上外壳13，超声波换能器5、17，执行单元11，表体10，底壳8。超声波换能器5、17安装在表体10上，并在表体与超声波换能器之间进行密封。

上外壳13、中外壳3都是横截面为n型的壳体结构，上外壳13的n型结构卡合在中外壳3的n型外部。

中外壳3、底壳8与表体10连接在一起，表体10中间为管道15，在管道的一端安装有阀门16；

电源单元2、执行单元11并排安装在中外壳3与表体10围成的空间中，执行单元11与阀门16连接，上外壳13与中外壳3的连接之处设置有密封软胶条12，控制计算单元1安装在上外壳13组成的密封空间中，在外壳13的外表面上粘贴面贴14，用于标示出产品的名称等信息。

在实用新型的一个具体实施例中，如图4所示，表体上设有三个孔，两边的两个孔对应放置两个超声波换能器1-1、1-3，中间的一个孔用于安装支架定位销1-2，在管道1-9内安装反射支架，反射支架包括两个反射镜面1-7、托架1-6和托架1-8，每个反射镜面对应一个托架，两个反射镜面相向设置，两个反射镜面以一定夹角对应设置在两个超声波换能器1-1、1-3的正下方，用于将超声波换能器1-1发射的超声波经过两个反射镜面1-7后反射到超声波换能器1-3上，同样的，超声波换能器1-3发射的超声波经过两个反射镜面1-7后反射到超声波换能器1-1上，在两个反射镜面之间，超声波沿轴线方向传播。

超声波换能器与安装孔处设置有密封圈，防止漏水。图中1-11为阀门。

优选地，反射镜面1-7的中心位于管道的轴线上。

在实用新型的一个具体实施例中，如图3所示，表体上设有两个孔，每个孔对应放置两个超声波换能器2-1、2-2，两个超声波换能器2-1、2-2垂直放置在表体上，在与两孔对应的下方表体上安装两个反射立柱2-4、2-6，反射立柱2-4、2-6位于管道内，反射立柱的上表面为反射镜面2-5，两个反射镜面相向设置，以一定夹角对应设置在两个超声波换能器2-1、2-2的下方，用于将超声波换能器2-1发射的超声波经过两个反射镜面2-5后反射到超声波换能器2-2上，同样的，超声波换能器2-2发射的超声波经过两个反射镜面2-5后反射到超声波换能器2-1上，在两个反射镜面之间，超声波沿轴线方向传播。超声波换能器与安装孔处设置有密封圈，防止漏水。两个超声波换能器2-1、2-2上设置有压板2-7，用于安装两个超声波换能器2-1、2-2。

优选地，反射镜面2-5的中心位于管道的轴线上。

在实用新型的一个具体实施例中，如图5所示，表体上设有两个孔，每个孔对应放置两个超声波换能器3-1、3-2，两个超声波换能器3-1、3-2以一定夹角放置在表体上，即V字型结构，两个超声波换能器3-1、3-2的轴线的交点位于管道内壁上的同一点，两个超声波换能器3-1、3-2间距较小，这样，超声波换能器3-1发射的超声波经过管道内壁的一次反射后到达超声换能器3-2上，同样，超声波换能器3-2发射的超声波经过管道内壁的一次反射后到达超声换能器3-1上。

在实用新型的一个具体实施例中，如图6所示，与图5所示相似，表体上设有两个孔，每个孔对应放置两个超声波换能器4-1、4-2，两个超声波换能器4-1、4-2以一定夹角放置在表体上，也是V字型结构，不同之处在于，两个超声波换能器4-1、4-2间距较大，两个超声波换能器4-1、4-2的轴线位于管道内壁表面上不同的两点，其轴线的交点与两个超声波换能器4-1、4-2间的中点的连线垂直于管道轴线，这样，超声波换能器4-1发射的超声波经过管道内壁下表面、上表面、下表面的三次反射后到达超声换能器4-2上，同样，超声波换能器4-2发射的超声波经过管道内壁的三次反射后到达超声换能器4-1上。

进一步地，如果超声波换能器的功率足够大，超声波在管道内的反射次数可达到5次、7次等奇数次。超声波多次穿越水流截面可以累加水流速度对超声波声速的影响，从而提高测量的精度。

图中虚线表示为超声波的传播路径。

本申请的一个具体实施例中，控制计算单元1包括微处理器（MCU），控制超声波换能器发射或接收超声波信号，当第一个超声波换能器发射超声波信号时，第二个超声波换能器接收超声波信号，反之依然。

管道中有水流通过时，超声波在不同方向的时间不同，分别为：

超声波在顺流时的顺流时间为T_上游：

超声波在逆流时的逆流时间为:

;

那么顺流时间和逆流时间的时间差为：

;

为了简化计算，假设流体的速度相对于声波在流体中传播的速度是非常微小的，将上式简化为：

从而得到流体的速度与传播时间差的一个线性公式为:

其中，V 是流体沿着管道中心线的线速度，C为声音在水中传播的速度，θ为超声波的传播方向与流体的流动方向间的夹角，L为超声波行走的路径长度。

考虑到液体流速沿管道直径的不均匀分布情况，增加一个流速（分布）修正系数K，那么瞬时流量Q的计算公式为：

;

其中， D为管线的内直径。

微处理器对超声波电信号进行处理，同时记录超声波脉冲的时间，并根据顺流和逆流条件下的时间差计算流量。

控制计算单元根据流量和对应的时间，按照漏水监测方法，可以判断管路是否漏水，如果判定出现漏水，MCU控制执行单元11动作，关闭阀门16，达到阻止漏水的目的。

控制计算单元自主学习用户的用水习惯，记录用户单次用水量，用水时长，以及单次用水的水流速度；经过一段时间的自主学习，防漏装置主动筛选出单次用水量的最大值、单次用水时长的最大值、单次用水的水流速的最大值与最小值，即用户正常使用的水流速范围，并将参数保存。

控制计算单元监测是否漏水的方法如下：

当有水流动时，水流速度在用户正常使用范围内，当流量较小时，超过单次用水时长最大值，此工况下认为是非正常用水；MCU检测到单次用水时长超过设定上限，MCU发出关闭阀门的指令给执行单元，执行单元驱动阀门关闭；当流量较大时，超过单次用水量最大值，此工况下认为是用户非正常用水；MCU检测到单次用水时长超过设定上限，MCU发出关闭阀门的指令给执行单元，执行单元驱动阀门关闭。

当出现漏水情况时，漏水流速小于用户正常使用的流速范围，延迟一定时间后，水流速没有改变，此工况下认为是用户非正常用水，MCU检测到流速小于正常范围及延迟时间后，MCU发出关闭阀门的指令给执行单元，执行单元驱动阀门关闭；

当出现漏水情况时，漏水流速大于用户正常使用的流速范围，延迟一定时间后，水流速没有改变，此工况下认为是用户非正常用水，MCU检测到流速大于正常范围及延迟时间后，MCU发出关闭阀门的指令给执行单元，执行单元驱动阀门关闭。

本申请的一个具体实施例中，控制计算单元包括通讯模块，用于与外界进行通讯，实现远程控制。

控制计算单元包括按键，用于设定密码及参数，所述按键设置在人机会话界面上。

当控制计算单元检测到有人靠近或者有物体触碰按键时，主动点亮显示屏幕，提示操作人员输入密码，密码正确激活按键；输入密码错误三次，当天不能激活按键，杜绝误操作。

当控制计算单元检测到有APP、微信小程序、室内控制器、遥控器关联后，主动点亮屏幕并激活按键，杜绝误操作。

本申请的一个具体实施例中，控制计算单元包括通讯模块，用于与外界进行通讯，实现远程控制，接收远程控制端发送的控制信号，并进行相应控制，如打开或关闭阀门、解除漏水报警、更改参数等。

远程控制端包括手机APP、微信小程序、无线控制终端。

通过设置密码，控制计算单元实现对远程控制对象的验证。

本申请的一个具体实施例中，电源单元包括电池与外接电源，在中壳上还设置有电池仓盖9用于更换电池。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种超声波智能防漏装置，其特征在于：包括控制计算单元、电源单元、执行单元、流量传感单元、表体、外壳，所述电源单元连接所述控制计算单元，控制计算单元连接所述流量传感单元及所述执行单元，执行单元包括驱动器件和阀门，外壳位于表体上方且与表体结合在一起，流量传感单元设置在表体上，所述控制计算单元、电源单元、执行单元的驱动器件设置在外壳内，所述表体为管状结构，所述执行单元的阀门安装在表体管道中，用于控制管道的通断。

2.根据权利要求1所述的超声波智能防漏装置，其特征在于：所述外壳分上外壳与中外壳，且都是n型结构，所述上外壳卡合在中外壳的n型外部，电源单元与所述驱动器件设置在所述中外壳内，在上外壳与中外壳之间的密封空间，设置有所述控制计算单元。

3.根据权利要求1所述的超声波智能防漏装置，其特征在于，所述流量传感单元包括至少二个超声波换能器，在表体上设置有安装孔，每个所述超声波换能器密封安装在一个安装孔中。

4.根据权利要求3所述的超声波智能防漏装置，其特征在于，两个所述超声波换能器垂直于管道内壁，所述流量传感单元还包括反射支架，所述反射支架固定在所述表体内，所述反射支架包括两个反射镜面与两个反射托架，各所述反射镜面分别固定在各所述反射托架上，所述反射镜面相向设置，并与水平方向成一定夹角，所述反射支架设置在所述表体内，各所述反射镜面的正上方设置有所述超声波换能器。

5.根据权利要求4所述的超声波智能防漏装置，其特征在于，在表体上的两个所述安装孔之间设置定位孔，定位孔中的支架定位销将所述表体与所述反射支架连接在一起。

6.根据权利要求3所述的超声波智能防漏装置，其特征在于，所述流量传感单元还包括二个反射立柱，所述反射立柱安装在所述超声波换能器下方的所述表体上，每个反射立柱具有反射镜面，且两个反射镜面相向设置，反射镜面与水平方向具有一定夹角，所述反射镜面位于表体管道的中部。

7.根据权利要求3所述的超声波智能防漏装置，其特征在于：两个所述超声波换能器以V字形结构设置在表体上，两个所述超声波换能器轴线相交于所述超声波换能器下方的管道内壁的同一位置。

8.根据权利要求3所述的超声波智能防漏装置，其特征在于：两个所述超声波换能器以V字形结构设置在表体上，两个所述超声波换能器轴线相交于所述超声波换能器下方的管道内壁的不同位置，其轴线的交点与两个超声波换能器的中点的连线垂直于管道轴线。

9.根据权利要求1所述的超声波智能防漏装置，其特征在于：控制计算单元包括通讯模块，用于与外界进行通讯，实现远程控制。

10.根据权利要求1所述的超声波智能防漏装置，其特征在于：控制计算单元包括MCU，用于计算水流量，自动筛选用户用水参数并保存，根据用水参数判断是否漏水，并根据判断结果控制阀门动作。

11.根据权利要求1所述的超声波智能防漏装置，其特征在于：控制计算单元包括按键、人机交会界面，用于设定密码及参数，所述按键设置在人机会话界面上。