WO2020214064A1 - Method and device for the automatic wireless monitoring of a liquid level - Google Patents

Method and device for the automatic wireless monitoring of a liquid level Download PDF

Info

Publication number
WO2020214064A1
WO2020214064A1 PCT/RU2020/000222 RU2020000222W WO2020214064A1 WO 2020214064 A1 WO2020214064 A1 WO 2020214064A1 RU 2020000222 W RU2020000222 W RU 2020000222W WO 2020214064 A1 WO2020214064 A1 WO 2020214064A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid level
tube
monitoring
messages
air pressure
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000222
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Александр Юрьевич ШЕПТОВЕЦКИЙ
Сергей Алексеевич КОРОЛЬКОВ
Филипп Борисович МЕДВЕДЕВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РадиоТех"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РадиоТех" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РадиоТех"
Publication of WO2020214064A1 publication Critical patent/WO2020214064A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G01F23/18Indicating, recording or alarm devices actuated electrically

Definitions

  • the invention relates to radio electronic equipment designed for automated wireless control 5 of the height of the liquid level, and can be used for remote monitoring of the liquid level in reservoirs, on the streets, in rooms, wells, tunnels, reservoirs and other places where it is necessary to control the liquid level with a remote by the way of automatic reading.
  • a non-contact radio wave method for measuring the level of a liquid in a container which consists in the fact that frequency-modulated linear electromagnetic waves are emitted towards the surface of the liquid along the normal to it, reflected 5 electromagnetic waves are received, and the first signal of the difference frequency is isolated at the output the first mixer between the incident and reflected electromagnetic waves, the second signal of the difference frequency at the output of the second mixer between the incident electromagnetic waves and the reflected waves shifted 0 in phase by the angle p / 4 is selected, the cross-correlation function between these signals and the time shift corresponding to it is calculated maximum, determine the level of the liquid in the container (see Patent 2650611, published 04.16.2018).
  • the disadvantage of this method is the use of 5 high-cost meter, the need to provide the meter with power supply of tens of volts and a power of several watts, which limits the use of the meter in wireless systems.
  • a method for determining the height of the liquid level which consists in the fact that optical radiation is directed along a sufficiently transparent extended body (tape, rod, fiber) immersed in a liquid, and radiation escaping from the body is recorded, by which the height of the liquid level is judged , radiation in the body is directed at angles of incidence to the lateral surface of the body, providing the greatest radiation output into the liquid from the lateral surface, and a burst of radiation exit from the lateral surface into the liquid near the level is recorded by a coordinate photodetector located along the body (see Patent RU2231028, published on 20.06. 2004).
  • g is the acceleration of free fall.
  • an additional equalizing vessel When measuring the level with a differential pressure gauge, an additional equalizing vessel is installed, filled to a certain level with the same liquid as the apparatus.
  • the height of the liquid column in the other elbow of the differential pressure gauge changes with the level in the apparatus.
  • Each level value in it corresponds to a certain pressure drop, determined by the distance in height between the apparatus and the device.
  • the equalizing vessel If the apparatus operates at atmospheric pressure, the equalizing vessel is placed at the zero level mark, if under pressure - at the maximum level (see, for example, "LEVEL MEASUREMENT AND CONTROL DEVICES", A.Yu. Ageev, L.N. Lokhtina , MINISTRY OF EDUCATION AND SCIENCE OF THE RUSSIAN FEDERATION, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education, National Research Nuclear University MEPhI
  • the closest to the proposed method is a method for measuring the water level using a data collection center and a hydrological station, on which an automated hydrological complex is installed, which includes a hydrostatic level gauge and a controller.
  • a level gauge installed at the place where the water level is measured, the water level is measured at the point of its installation at the hydrological post by measuring the pressure of the height of the water column above the pressure sensor.
  • a controller connected by a cable with a level gauge, they control the measurement process, accumulate measured data on the water level, store data and automatically transfer measurement data via communication channels to the data collection center to the server (see Guidance document RD 52.08.869-2017 " Methods for measuring the water level in reservoirs and watercourses by automated hydrological complexes ",
  • a float level gauge comprising a sealed tube made of non-magnetic material, a float with an annular permanent magnet, mounted concentrically with the tube and movable along it. Inside the tube there are resistors connected in series in a circuit, both ends of which are connected to a current source through a communication line, and reed switches, one of the outputs of which is connected to the junction point of two resistors, the other outputs of the reed switches are connected to each other, a liquid level indicator.
  • a series-connected RC filter, a differential amplifier, an analog-to-digital converter are introduced, the output of which is connected to the input of a microprocessor controller of a liquid level indicator with a digital display and a keyboard, and one of the inputs of the RC filter is connected through a communication line with a common point of interconnected outputs reed switches, and the other input of the RC filter is connected to the current source and to the end of the resistor chain that is connected to the reed switch.
  • a device for measuring the level of water in reservoirs including a vertically located pipe, in the lower part of which there is an opening for supplying water to the cavity of the pipe.
  • a freely floating float which is made in the form of a hollow or solid disk that overlaps the pipe section along its inner contour with a gap, as well as a distance meter located in the upper part of the pipe, the probe beam of which is directed mainly to the central part of the disk floating in the water.
  • the pipe in the upper part contains a protective casing against meteorological precipitation and an outlet connecting the pipe cavity with the external air of the reservoir, while the pipe in the lower part contains a nozzle with an opening, which is located coaxially to its main axis (see Patent RU2627569, published 08.08.2017. ).
  • the disadvantage of this device is the presence of moving elements, which negatively affects the reliability of the sensor, which may also require periodic maintenance and limits the application in conditions in which the liquid can freeze. Also, the method uses a beam distance meter, which is expensive and may require periodic maintenance to clean the optical elements.
  • the closest to the proposed device is a device for determining the level of a liquid containing a tube with one open end, a sealed partition is installed inside the tube to form two cavities in the tube, while in the first cavity formed on the side of the open end of the tube, a first air pressure sensor is installed, and in the second cavity formed with the sides of the closed end of the tube, a second air pressure sensor is installed, a control controller with software connected to each air pressure sensor, and the tube has a through hole in the area between the sealed partition and the closed end (see US 9958308 B2, published 01.05.2018).
  • the technical problem solved by the invention is the elimination of all of the above disadvantages, as well as the possibility of automated control of the liquid level by wireless means at any place.
  • the technical result of the invention is to improve the accuracy and reliability of monitoring the liquid level, as well as to increase the information content and reliability of information about the change in the liquid level, to ensure the possibility of timely detection of changes in the liquid level, to provide the possibility of remote automated monitoring of the liquid level using contactless pressure sensors, eliminating the need to lay wired communications , ensuring the possibility of long-term operation without the need for maintenance by eliminating moving mechanical parts, as well as acoustic and optical sensors that fail in contact with contaminated wildness.
  • a device for monitoring the level of liquid which implements the claimed method monitoring the liquid level containing a tube with one open end, a sealed partition is installed inside the tube to form two cavities in the tube, while the first air pressure sensor is installed in the first cavity formed on the side of the open end of the tube, and in the second cavity formed on the side the closed end of the tube, a second air pressure sensor, a radio transmitting device, a control controller with software connected to the radio transmitting device and to each air pressure sensor are installed, a power supply connected to the control controller and to the radio transmitting device, and the tube has a through hole in the area between sealed baffle and closed end.
  • the first air pressure sensor is preferably made waterproof.
  • the radio transmitting device may include a network module and an antenna.
  • the technical result is achieved due to the implementation of the method for monitoring the liquid level, which consists in the fact that at the place of monitoring the liquid level, the above device is installed with the open end of the tube downward above or below the liquid level, using the first pressure sensor, the air pressure in the first cavity of the tube is measured, and using the second pressure sensor measures the air pressure outside the tube, compares the pressure difference between the first and second pressure sensors using the control controller, and periodically sends messages using a radio transmitter using LPWAN or NBIoT technology on the at least one base station installed in the radio signal propagation zone of the device, each message from the device containing the identification data of the device and the value of the pressure difference (and, if necessary, the readings of the control pressure sensor), each message is received from the device using at least one base station, it is processed and sent to the network server, each message is received from at least one base station using the network server, the liquid level is determined based on the pressure difference and processed messages are sent to the user's electronic device, each of which contains the identification data of the device and
  • At least one base station when at least one base station receives messages from the device, it can filter the received messages by discarding corrupted and / or false messages.
  • the network server when it receives messages from at least one base station, it can filter the received messages by discarding corrupted and / or false messages, and aggregating the received messages. messages by combining into one message the same message received by different base stations.
  • the frequency of sending messages prior to the start of sending messages to at least one base station, can be configured.
  • the user's electronic device can have software
  • the network server can be configured for this software by entering the device identification data into the network server database and associating with the software of the user's electronic device, and the network server can store the received from the software.
  • at least one base station of messages, as well as values of the liquid level and can determine the software of the electronic device of the user with which the device is associated.
  • liquid level can be determined by calculating the value of the liquid level height using the following relationship:
  • H is the height of the liquid level relative to the lower open end of the tube, Pa;
  • DR is the value of the pressure difference between pressure sensors, m;
  • p is the density value of the liquid, the level of which is measured, kg / m 3 ;
  • L is the height of the location of the first air pressure sensor relative to the open end of the tube, m.
  • the above device can be used, the tube length of which is not less than the expected change in the liquid level, while before installing the device, the tube length value can be entered into the server database and associated with the device identification data.
  • Fig. 1 shows the proposed device for monitoring the liquid level
  • in fig. 2 shows an example of installing the device in a tunnel
  • in fig. 3 shows an example of installing the device in a tank (container)
  • in fig. 4 shows an example of installing the sensor on a support of a bridge or other permanent structure, for example, on a river or other body of water
  • in fig. 5 schematically shows the connection of the elements with which the proposed method is carried out.
  • the proposed method for automated wireless monitoring of the liquid level with the device 1 for implementing the method is intended for timely detection of flooding and control of the liquid level, for example, in basements, tunnels, workshops, collector wells, in certain areas of streets, and other places where it is necessary. Also, the proposed method with device 1 is intended for monitoring the water level in case of floods, monitoring the water level of pools, tanks with liquid, reservoirs of water pumps, water treatment facilities, etc., as well as for monitoring the water level of such reservoirs as: lakes, rivers, reservoirs and others reservoirs.
  • the proposed method is implemented using a set of technical means interconnected by wireless communication channels and including (but not limited to): device 1 for monitoring the liquid level; base station 2 (network gateway); network server 3 processing information (data); an electronic device 4 of an end user with special software (user application), while a phone, smartphone, tablet, laptop, personal computer or other device (software or service) with which the user monitors the level can be used as an electronic device 4 liquids.
  • the device 1 for monitoring the liquid level is an LPWAN or NBIoT liquid level sensor and contains a housing made in the form of a hollow tube 5, mainly of cylindrical shape (or any other shape), having the required length, which should not be less than the expected change in the liquid level in monitoring site.
  • the tube 5 has one open end 6 and one closed end 7, for example, by means of a removable cover 8, which provides access to the inside of the tube 5 to the components installed in the tube 5.
  • a sealed partition 9 is installed inside the tube 5, to form two cavities 10 and 11.
  • the partition 9 divides the inner space of the tube 5 into two insulated cavities 10 and 11.
  • the first moisture-proof air pressure sensor 12 is placed and rigidly installed, the sensor 12 being installed mainly closer to the partition 9 and further from the open end 6 of the tube 5.
  • the lower end of the tube 5 can be protected from freezing (icing) by organizing the expansion in such a way that the lower part of the tube 5 will have a larger diameter than the diameter of the rest, and also, but not only, by the use of materials or body coatings minimizing accumulation of liquid droplets on the surface or in another suitable way.
  • the second control air pressure sensor 13 In the cavity 11 formed on the side of the closed end 7 of the tube 5, the second control air pressure sensor 13 (the readings of the sensor 13 are necessary to take into account the change in atmospheric pressure), the power element 14, the control controller 15 with built-in software and the radio transmitting device 16 are placed and rigidly installed
  • the radio transmitting device 16 includes a network module (where the controller 15 can be combined with the network module) and an antenna.
  • the control controller 15 is connected to both air pressure sensors 12 and 13 by means of wires or by being executed on one single board. In this case, the wires or part of the board connecting the first pressure sensor 12 with the controller 15 are routed through the sealed partition 9.
  • the controller 15 controls the air pressure sensors 12 and 13, analyzes and processes the data received from the sensors 12 and 13, sends messages to the network module , storage of settings for the frequency of sending messages (signals).
  • the network module provides transmission of messages (signals) in the data transmission network, as well as storage of the necessary parameters for operation in the corresponding data transmission network.
  • the network module is a radio module that transmits data over the LPWAN channel; and in the case of message transmission using NBIoT technology, the network module is an NBIoT module, i.e. a cellular modem and the cellular data network protocol is used for data transmission.
  • Power element 14 is designed to ensure autonomy of operation device 1 and is connected to the radio transmitting device 16 and to the controller 15.
  • the antenna is designed to ensure the transmission of messages (signals) to the radio channel (cellular network).
  • the tube 5 has a through hole 17 in its wall.
  • the hole 17 is formed in the area between the partition 9 and the closed end 7, i.e. in the formation zone of the second cavity 11.
  • the hole 17 is intended for communication of the cavity 11 with the external environment and can be protected from the ingress of precipitation, dust and dirt in any suitable way.
  • Device 1 is connected via wireless communication channels with base station 2 (or with several base stations 2) and provides transmission to base station 2 of messages containing data on the pressure values of sensors 12 and 13 (the pressure difference between sensors 12 and 13).
  • a method for automated wireless monitoring of a liquid level using a device 1, a base station 2, a network server 3 and a user's electronic device 4 with special software is as follows.
  • the device (s) 1 it is important to place the device (s) 1 and ensure the configuration of the network server 3 in such a way that the delivery of messages from the device 1 to the application of the user's electronic device 4 is provided.
  • the network server 3 is configured for the application of the user's device 4.
  • the unique identifiers (identification data) of device 1 (or several devices, depending on their number used at the monitoring site) are entered into the server 3 database and associated with the application of the electronic device 4 user.
  • the unique identifier of device 1 is, for example, the network address or identification number of device 1 (ID) or ICCID, or otherwise (determined by the used LPWAN or NBIoT technology).
  • the length of the tube 5 is important, which must be at least the expected change in the liquid level at a specific location for monitoring the liquid level.
  • the data on the length of the tube 5 of the device 1 is entered into the database of the server 3 at the stage of manufacturing the device 1, and the length of the tube 5 is associated with the unique identifier of the device 1.
  • LPWAN or NBIoT liquid level sensor 1 is installed in the place where it is necessary to control the liquid (water) level.
  • the device 1 is installed vertically with the open end 6 of the tube 5 downward above the liquid level or below the liquid level, depending on whether a decrease in the height of the liquid level or an increase in the level at the control point is expected.
  • the tube 5 is installed with the open end 6 down so that the end 6 is located above the liquid level (above the reservoir level) or above the floor , or above the ground, or above the ceiling, or above the bottom of the tank at a distance of about 1 cm.
  • the distance between the level and the open end 6 of the tube 5 may be different, depending on the expected change in the liquid level, for example, 0.5 cm. or 1 , 5 cm or more, but not more than the value of the height of the initial critical liquid level at a specific monitoring site.
  • the distance between the level and the open end 6 of the tube 5 is determined by the particular tasks of monitoring the liquid level, while there are no restrictions on the height from the floor / bottom.
  • the device 1 when implementing the method, it is possible that the device 1 is installed vertically with the open end 6 of the tube 5 down below the liquid level. This installation is necessary when monitoring liquid level decrease, for example, in tanks, reservoirs, wells, etc. In this case, the tube 5 is immersed in the liquid with the open end 6 to the required distance, while the open end 6 is located in the liquid at the level that corresponds to the minimum critical level at the corresponding monitoring location.
  • FIG. 2 shows a variant of placing the device 1 in a tunnel, where 18 is the walls of the tunnel, 20 is a liquid; in fig. 3 shows a variant of placing the device 1 in a tank, where 19 are the walls of the tank; in fig. 4 shows a variant of placing the device 1 on water bodies, where 21 are the supports of a bridge or other capital structure.
  • These options for placing the device 1 are not limited, and the device 1 can be fixed in any possible way with the open end 6 above the liquid level (or below the liquid level) on pre-prepared supports (pillars, ceilings, walls, etc.).
  • the liquid level is monitored directly.
  • a device 1 located at a certain distance above the liquid level 20 continuously monitors the air pressure in the lower part of the tube 5 and the air pressure outside the tube 5.
  • the change in air pressure inside the tube 5 occurs when the liquid level 20 rises (or falls) above the lower edge of the tube 5 (or when the liquid level in the cavity 10 of the tube 5 drops towards the lower edge, including to the very bottom edge).
  • the air pressure in the first cavity 10 of the tube 5 is measured using the first pressure sensor 12, and the air pressure outside the tube 5 is also measured using the control pressure sensor 13 (in the cavity 11 through the hole 17).
  • the pressure difference measured by the sensors 12 and 13 is compared using the controller 15, this difference is analyzed, and, based on the results of the analysis, the pressure difference values in messages (radio signals) are periodically sent to the radio channel by means of the radio transmitting device 16.
  • Periodic sending of messages is carried out using a radio transmitting device 16 using LPWAN technology or using NBIoT technology (depending on the availability of a coverage area at the installation site of device 1, the range of signal transmission from the radio transmitting device 16, etc.).
  • Messages are sent to base station 2 (or to several base stations 2) installed in the radio signal propagation zone of radio transmitting device 16.
  • the message sending frequency is adjusted. The setting of the sending frequency is carried out mainly for messages about the invariability of the liquid level 20.
  • Each message from device 1 contains the identification data of the wireless device 1 and the pressure values of both sensors 12, 13 (or the value of the pressure difference between sensors 12 and 13, or the liquid level value calculated on the sensor 20). With a slight change in the liquid level 20, i.e. within the specified maximum value, which is up to 10%, messages of the first type ("periodic pressure readings") are transmitted to the radio channel.
  • the magnitude of the change in the level of the liquid 20 can be estimated, for example, but not only, according to the following conditions:
  • messages of the first type are sent at a constant liquid level 20 or with a slight (non-critical) change in the liquid level 20.
  • Messages of the first type are sent periodically at constant time intervals, which are set by the user.
  • the user depending on the monitoring task, on the operating conditions, on his needs and on the installation site of the device 1, where monitoring is carried out, can set up any time intervals for sending messages (after a few seconds or a few minutes, or every hour, or once a day at a certain time, or once a month at a certain time of the corresponding day, and so on).
  • an immediate (instant) out-of-order transmission of the second type of messages ( "anxiety").
  • Messages of the second type are sent outside the user-defined schedule for the first type of messages and at smaller time intervals (for example, in a second or in a minute or in an hour, but not more than the time interval set for messages of the first type).
  • the "alarm" message is transmitted when there is a sharp change in the height of the liquid level 20, or with a constantly changing height of the liquid level 20 in short periods of time (when the preset limit values of the pressure difference are exceeded).
  • the user judges the change in the height of the liquid level 20 more than a predetermined maximum value (or less than a predetermined minimum value in the case when the tube 5 is immersed in the liquid 5 during installation and the decrease in the liquid level 20 is monitored).
  • device 1 transmits two types of messages: a) “periodic pressure readings”; b) “anxiety”.
  • the message of the "periodic pressure readings” type is intended to transmit to the user application information about the operability of the device 1 itself and the radio channel to the base station 2, as well as to reflect the current values of the pressure of sensors 12, 13 and, accordingly, the current height of the liquid level 20.
  • Message of the " alarm " is sent when a change in the pressure difference and, accordingly, the height of the liquid level 20 is more (or less) than the normal height of the liquid level 20 is detected, and to minimize the probability of non-delivery of messages of the" alarm "type, they are sent multiple times (for example, 2-5 times, or more number of times depending on the user's need).
  • LPWAN technology or NBIoT technology is used, and the data transfer protocol (cellular network) is determined by the LPWAN technology or NBIoT technology used in a particular case.
  • the frequency range depends on the LPWAN technology or NBIoT technology used in a particular case and the rules and permits in force in a particular region.
  • At least one base station 2 (network gateway) must be present in the radio signal distribution area of the radio transmitting device 16.
  • base station 2 network gateway
  • base station 2 (or several base stations 2) are received from devices 1 each message, process it and send it to the network server 3.
  • Base station 2 (base stations) carries out unconditional automated transmission of messages received from the radio channel to the message processing server 3 (taking into account the need to filter messages). Base station 2 sends a message to server 3 immediately after receiving it from the radio from device 1.
  • the method of transmitting data by base station 2 to server 3 is determined by a specific model of base station 2. In particular, the following methods are widespread - via a fiber-optic channel, ethernet channel, via a cellular network and via WiFi.
  • the data transmission channel used is determined by the composition of the protocols and data transmission supported by the network gateway.
  • Server 3 can be located both in the "cloud” and on the user side, this is determined by the LPWAN technology or NBIoT technology used in a particular case.
  • the network server 3 After the server 3 receives each message from the base station 2, the network server 3 processes each message received from the base station 2 (stations) and transfers these messages to the end-user application to its electronic device 4.
  • the height of the liquid level 20 at the place of installation of the device 1 is determined.
  • the liquid level 20 is determined by the pressure difference by calculating the value of the height of the liquid level 20.
  • the calculation of the height of the liquid level 20 is carried out using the following formula:
  • H is the height of the liquid level relative to the lower open end of the tube, Pa;
  • DR is the value of the pressure difference between pressure sensors, m;
  • p is the density value of the liquid, the level of which is measured, kg / m 3 ;
  • L is the height of the location of the first air pressure sensor relative to the open end of the tube, m.
  • the server 3 In addition to the fact that the network server 3 processes the messages received from the base station 2, calculates the values of the height of the liquid level 20 and sends messages to the end-user application, the server 3 also stores the messages received from the base station 2, stores the pressure indicators of the sensors 12 and 13, storing the calculated values of the height of the liquid level 20 and determining the application of the electronic device 4 of the user with which the devices 1 are associated.
  • All messages received from device 1 must be filtered and aggregated. This is necessary to identify messages that were distorted during transmission over the radio channel and remove them from further processing. Filtering can be carried out both at base station 2 (network gateway) when receiving messages from device 1, and on network server 3 when receiving messages from base station 2. Aggregation is performed on network server 3 when receiving messages from base station 2 (base stations) ... When filtering messages, corrupted messages and / or false messages are discarded; discard both corrupted and false messages, or discard only corrupted messages if there are no false messages, or discard only false messages if there are no corrupted messages. Aggregation messages are carried out to combine into one message the same message received at different base stations 2.
  • the network server 3 After the network server 3 has received each message from the base station 2, processed it, calculated the liquid level 20, using the network server 3, the already processed messages are sent via the data transmission channel to the user's electronic device 4 (user application), with each processed the message includes the identification data of the device 1 (for example, its unique identifier) and the value of the calculated liquid level 20.
  • the method of data transmission is determined by the composition of the protocols supported by the network server 3 and the user application.
  • An example of data transfer can be a public or proprietary API, or the open MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protocol, or another suitable protocol for data transfer.
  • the identification data of the device 1 (correlation of the sensor ID 1) is compared with the physical object of control, in the place of which the device 1 is installed, and the user is notified (informed). Informing the user is carried out by periodically sending him messages (after certain periods of time, configured by the user), including the identification data of the device 1 and the current value of the pressure indicators of sensors 12 and 13 (the first type of message is "periodic pressure readings").
  • the user using his device 4 can check the status at any time the operability of the device 1 and the radio channel, and also make sure that the liquid level 20 does not change, or that it changes slightly.
  • the electronic device 4 upon periodic receipt of the message "periodic pressure readings", can automatically notify (inform) the user of its operability by reproducing a signal in any possible way (playing a sound signal, light indication, vibration, etc.), or it can be in passive state (state of rest) and the user independently using the application can check the operability of device 1 and the radio channel, as well as the current liquid level 20 (in this case, when the user opens the application on his device 4, the application can inform the user in any specified way). And with a sharp change in the liquid level 20 or a constant change in a short period of time, i.e.
  • the user when the pressure difference changes more than a predetermined maximum value, the user is notified by sending him a message including the identification of device 1 and an alarm (the second type of message is "alarm").
  • the second type of message is "alarm"
  • the method of informing (notifying) the user can be any, for example, by giving an alarm signal on the device 4 or by light indication, or vibration of the device, or in any other possible way, including a combination of these methods.
  • the user's application can display, for example, a map of the location of monitoring objects with devices 1 or a list of such objects, and the user has the opportunity in real time, being at any distance from the monitoring object, to check the liquid level 20.
  • continuous monitoring of the liquid level is provided in any places where it is necessary to carry out, for example, in order to detect flooding or in order to detect a critical change in the height of the liquid level 20.
  • the device 1 periodically sends messages of the type "periodic pressure readings" to the base station 2, which sends these messages to the server 3, and then the server 3 calculates the liquid level and sends the processed messages to the user's electronic device 4.
  • the message "periodic pressure readings" is sent at the necessary frequency for the user at constant time intervals and the user can at any time using the application of his device 4 check the operability of the device 1 and the radio channel, as well as the current liquid level.
  • device 1 immediately sends an "alarm” message also to base station 2, which sends this message to server 3, and then server 3 calculates the liquid level and sends a processed message with the calculated liquid level value to the device 4 users.
  • server 3 calculates the liquid level and sends a processed message with the calculated liquid level value to the device 4 users.
  • the device 4 receives this type of message (“alarm"), the device 4 notifies the user of the fact of a change in the liquid level by sending an alarm signal on the device 4 or by a light indication or in any other possible way.
  • the user can immediately respond to changes in the liquid level and take the necessary measures to eliminate the adverse consequences.
  • the versatility of the device 1 and the applicable method - the possibility of using the method to control the liquid level in reservoirs, reservoirs and a wide range of premises and technological facilities;
  • the architectural solution is based on the generally accepted 1oT architecture, which provides for a network gateway, a server that processes messages and sends them to the user's application.

Abstract

The invention relates to the automatic wireless monitoring of liquid levels and can be used for remotely monitoring liquid levels in bodies of water, on streets, and in rooms, wells, tunnels, reservoirs and other places. The technical result consists in increasing the accuracy and reliability of monitoring and the amount and integrity of information obtained about changes in liquid levels, allowing the timely detection of a change in liquid level, allowing remote automatic monitoring, obviating the need to install wired communication lines, and allowing long-term functioning without the need for technical maintenance. The present device (1) comprises a tube (5) with one open end (6), inside which is mounted a hermetic partition (9), giving rise to two cavities (10, 11) inside the tube. In the first cavity (10) there is mounted a first air pressure sensor (12). In the second cavity (11) there are mounted a second air pressure sensor (13), a radio transmitting device (16), a master controller (15) provided with software and connected to the radio transmitting device (16) and to each of the air pressure sensors (12, 13), and a power supply (14) connected to the master controller (15) and to the radio transmitting device (16). The tube (5) has a through opening (17) in the region between the hermetic partition (9) and the closed end (7).

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО БЕСПРОВОДНОГО METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATED WIRELESS
КОНТРОЛЯ УРОВНЯ жидкости CONTROL OF LIQUID LEVEL
Изобретение относится к радиоэлектронной технике, предназначенной для автоматизированного беспроводного контроля 5 высоты уровня жидкости, и может быть использовано для дистанционного мониторинга уровня жидкости в водоемах, на улицах, в помещениях, колодцах, тоннелях, резервуарах и других местах, где необходимо контролировать уровень жидкости с дистанционным способом автоматического съема показаний. The invention relates to radio electronic equipment designed for automated wireless control 5 of the height of the liquid level, and can be used for remote monitoring of the liquid level in reservoirs, on the streets, in rooms, wells, tunnels, reservoirs and other places where it is necessary to control the liquid level with a remote by the way of automatic reading.
10 Из уровня техники известен бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости, заключающийся в том, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные 5 электромагнитные волны, выделяют первый сигнал разностной частоты на выходе первого смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, выделяют второй сигнал разностной частоты на выходе второго смесителя между падающими электромагнитными волнами и отраженными волнами, сдвинутыми 0 по фазе на угол p/4, вычисляют взаимно корреляционную функцию между этими сигналами и по временному сдвигу, соответствующему ее максимуму, определяют уровень жидкости в емкости (см. Патент 2650611 , опубликовано 16.04.2018г.). 10 From the prior art, a non-contact radio wave method for measuring the level of a liquid in a container is known, which consists in the fact that frequency-modulated linear electromagnetic waves are emitted towards the surface of the liquid along the normal to it, reflected 5 electromagnetic waves are received, and the first signal of the difference frequency is isolated at the output the first mixer between the incident and reflected electromagnetic waves, the second signal of the difference frequency at the output of the second mixer between the incident electromagnetic waves and the reflected waves shifted 0 in phase by the angle p / 4 is selected, the cross-correlation function between these signals and the time shift corresponding to it is calculated maximum, determine the level of the liquid in the container (see Patent 2650611, published 04.16.2018).
Недостатком данного способа является использование 5 измерителя высокой стоимости, необходимость обеспечения измерителя электропитанием в десятки вольт и мощностью в несколько ватт, что ограничивает применение измерителя в беспроводных системах. Также из уровня техники известен способ определения высоты уровня жидкости, заключающийся в том, что направляют оптическое излучение по достаточно прозрачному протяженному телу (ленте, стержню, волокну), погруженному в жидкость, и регистрируют выходящее из тела излучение, по которому судят о высоте уровня жидкости, излучение в теле направляют под углами падения к боковой поверхности тела, обеспечивающими наибольший выход излучения в жидкость из боковой поверхности, и регистрируют всплеск выхода излучения из боковой поверхности в жидкость вблизи уровня координатным фотоприемником, расположенным вдоль тела (см. Патент RU2231028, опубликовано 20.06.2004г.). The disadvantage of this method is the use of 5 high-cost meter, the need to provide the meter with power supply of tens of volts and a power of several watts, which limits the use of the meter in wireless systems. Also known from the prior art is a method for determining the height of the liquid level, which consists in the fact that optical radiation is directed along a sufficiently transparent extended body (tape, rod, fiber) immersed in a liquid, and radiation escaping from the body is recorded, by which the height of the liquid level is judged , radiation in the body is directed at angles of incidence to the lateral surface of the body, providing the greatest radiation output into the liquid from the lateral surface, and a burst of radiation exit from the lateral surface into the liquid near the level is recorded by a coordinate photodetector located along the body (see Patent RU2231028, published on 20.06. 2004).
Недостатком данного способа является необходимость применения фотоприемников, которые являются ключевым элементом, определяющим точность измерения. Повышение точности измерения достигается путем увеличения количества фотоприемников, что влияет на стоимость измерителя, потребляемую электроэнергию. Необходимо учитывать, что такой способ не позволяет собрать универсальный датчик уровня для нескольких типов жидкостей (так как для этого нужно применять различные материалы прозрачной ленты) и ограничивает использование измерителя вне закрытых резервуаров. The disadvantage of this method is the need to use photodetectors, which are a key element that determines the measurement accuracy. An increase in the measurement accuracy is achieved by increasing the number of photodetectors, which affects the cost of the meter and the consumed electricity. It should be borne in mind that this method does not allow assembling a universal level sensor for several types of liquids (since this requires different materials of transparent tape) and limits the use of the meter outside closed tanks.
Известен гидростатический способ измерения уровня жидкости, основанный на определении гидростатического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Гидростатическое давление зависит от высоты столба жидкости над измерительным прибором, от плотности жидкости и определяется по формуле P=Hpg, следовательно, уровень жидкости определяется по формуле H=P/(pg), где Н - высота столба жидкости, м; P - давление столба жидкости, Па; р - плотность жидкости, кг/мЗ; Known hydrostatic method for measuring the level of a liquid, based on the determination of the hydrostatic pressure exerted by the liquid at the bottom of the tank. Hydrostatic pressure depends on the height of the liquid column above the measuring device, on the density of the liquid and is determined by the formula P = Hpg, therefore, the liquid level is determined by the formula H = P / (pg), where H is the height of the liquid column, m; P is the pressure of the liquid column, Pa; p is the density of the liquid, kg / m3;
g- ускорение свободного падания. g is the acceleration of free fall.
При измерении уровня с помощью дифманометра устанавливают дополнительный уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью, что и аппарат. Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, определяемый расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атмосферном давлении, уравнительный сосуд размещают на отметке нулевого уровня, если под давлением - на высоте максимального уровня (см., например, Учебное пособие «ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ УРОВНЯ», А.Ю. Агеев, Л.Н. Лохтина, МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования, «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» When measuring the level with a differential pressure gauge, an additional equalizing vessel is installed, filled to a certain level with the same liquid as the apparatus. The height of the liquid column in the other elbow of the differential pressure gauge changes with the level in the apparatus. Each level value in it corresponds to a certain pressure drop, determined by the distance in height between the apparatus and the device. If the apparatus operates at atmospheric pressure, the equalizing vessel is placed at the zero level mark, if under pressure - at the maximum level (see, for example, "LEVEL MEASUREMENT AND CONTROL DEVICES", A.Yu. Ageev, L.N. Lokhtina , MINISTRY OF EDUCATION AND SCIENCE OF THE RUSSIAN FEDERATION, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education, National Research Nuclear University MEPhI
Северскийтехнологический институт - филиал НИЯУ МИФИ (СТИ НИЯУ МИФИ), Северск 2014). Seversk Technological Institute - branch of NRNU MEPhI (STI NRNU MEPhI), Seversk 2014).
Недостатком данного способа является то, что применение указанного способа возможно только в специально подготовленном резервуаре, баке, емкости и или в случае применения в открытом водоеме требуется или размещение уравнительного сосуда с обеспечением мер по его защите от физических воздействий, которые могут в таком водоеме повредить устройство. Это является существенным ограничением для применения и делает способ измерения дорогостоящим. Так же для автоматизации съема показаний необходимо использовать какой-либо из измерителей уровня в уравнительном сосуде. The disadvantage of this method is that the use of this method is possible only in a specially prepared reservoir, tank, container and, or in the case of use in an open reservoir, either the placement of a leveling vessel is required with the provision of measures to protect it from physical influences that can damage the device in such a reservoir ... This is a significant limitation of the application and makes the measurement method expensive. Also for automation of removal it is necessary to use one of the level meters in the level vessel.
Наиболее близким к предложенному способу является способ измерения уровня воды с использованием центра сбора данных и гидрологического поста, на котором установлен автоматизированный гидрологический комплекс, в состав которого входит уровнемер гидростатического типа и контроллер. С помощью уровнемера, установленного в месте измерения уровня воды, измеряют уровень воды в точке его установки на гидрологическом посту путем измерения давления высоты столба воды над датчиком давления. С помощью контроллера, соединенного посредством кабеля с уровнемером, управляют процессом измерения, осуществляют накопление измеренных данных об уровне воды, хранение данных и автоматическую передачу данных измерений по каналам связи в центр сбора данных на сервер (см. Руководящий документ РД 52.08.869-2017 «Методика измерений уровня воды в водоемах и водотоках автоматизированными гидрологическими комплексами», The closest to the proposed method is a method for measuring the water level using a data collection center and a hydrological station, on which an automated hydrological complex is installed, which includes a hydrostatic level gauge and a controller. Using a level gauge installed at the place where the water level is measured, the water level is measured at the point of its installation at the hydrological post by measuring the pressure of the height of the water column above the pressure sensor. Using a controller connected by a cable with a level gauge, they control the measurement process, accumulate measured data on the water level, store data and automatically transfer measurement data via communication channels to the data collection center to the server (see Guidance document RD 52.08.869-2017 " Methods for measuring the water level in reservoirs and watercourses by automated hydrological complexes ",
МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ЭКОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Санкт-Петербург 2017). MINISTRY OF NATURAL RESOURCES AND ECOLOGY OF THE RUSSIAN FEDERATION, Federal Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring (Roshydromet), St. Petersburg 2017).
Недостатками данного способа при использовании гидростатического уровнемера связанны, являются: необходимость обеспечения требуемой погрешности и как следствия учета температуры воды, а, следовательно, удорожание стоимости уровнемера; методика предполагает установку уровнемера в специальной защитной среде, что подразумевает необходимость предварительной подготовки поста измерения; требуется защита кабельной линии связи соединяющий уровнемер с контроллером (защита кабеля должна осуществляется как под водой, так и в земле). Так же должен использоваться контроллер Все это негативно влияет на стоимость и сложность применения данного способа. The disadvantages of this method when using a hydrostatic level gauge are related, are: the need to ensure the required error and as a consequence of taking into account the water temperature, and, consequently, the rise in cost of the level gauge; the technique involves the installation of the level gauge in a special protective environment, which implies the need for preliminary preparation of the measurement post; protection required cable communication line connecting the level gauge to the controller (cable protection must be carried out both under water and in the ground). A controller must also be used. All this negatively affects the cost and complexity of the application of this method.
Из уровня техники известен поплавковый уровнемер, содержащий герметизированную трубку из немагнитного материала, поплавок с кольцевым постоянным магнитом, установленный концентрично с трубкой с возможностью перемещения вдоль нее. Внутри трубки размещены резисторы, последовательно соединенные в цепь, оба конца которой через линию связи подключены к источнику тока, и герконы, один из выводов которых подключен к точке соединения двух резисторов, другие выводы герконов соединены между собой, индикатор уровня жидкости. Дополнительно введены последовательно соединенные RC-фильтр, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен со входом микропроцессорного контроллера индикатора уровня жидкости с цифровым дисплеем и клавиатурой, причем один из входов RC-фильтра соединен через линию связи с общей точкой соединенных между собой выводов герконов, а другой вход RC- фильтра соединен с источником тока и с тем концом цепи резисторов, который соединен с герконом. (см., Патент RU22245, опубликовано 10.03.2002). A float level gauge is known from the prior art, comprising a sealed tube made of non-magnetic material, a float with an annular permanent magnet, mounted concentrically with the tube and movable along it. Inside the tube there are resistors connected in series in a circuit, both ends of which are connected to a current source through a communication line, and reed switches, one of the outputs of which is connected to the junction point of two resistors, the other outputs of the reed switches are connected to each other, a liquid level indicator. In addition, a series-connected RC filter, a differential amplifier, an analog-to-digital converter are introduced, the output of which is connected to the input of a microprocessor controller of a liquid level indicator with a digital display and a keyboard, and one of the inputs of the RC filter is connected through a communication line with a common point of interconnected outputs reed switches, and the other input of the RC filter is connected to the current source and to the end of the resistor chain that is connected to the reed switch. (see, Patent RU22245, published 10.03.2002).
Недостатком данного устройства является наличие подвижных элементов, что негативно сказывается на надежности датчика, что так же может требовать периодического обслуживания и ограничивает применение в условиях, при которых жидкость может замерзать. Также из уровня техники известно устройство для измерения уровня воды в водоемах, включающее вертикально расположенную трубу, в нижней части которой размещено отверстие для подвода воды в полость трубы. Внутри трубы размещен свободно плавающий поплавок, который выполнен в виде полого или сплошного диска, перекрывающего сечение трубы по внутреннему его контуру с зазором, а также размещенный в верхней части трубы измеритель расстояния, зондирующий луч которого направлен преимущественно на центральную часть плавающего в воде диска. Труба в верхней части содержит защитный кожух от метеоосадков и выпускное отверстие, связывающее полость трубы с внешней воздушной средой водоема, при этом труба в нижней части содержит насадку с отверстием, которое размещено соосно ее главной оси (см. Патент RU2627569, опубликовано 08.08.2017г.). The disadvantage of this device is the presence of movable elements, which negatively affects the reliability of the sensor, which may also require periodic maintenance and limits the use in conditions in which the liquid can freeze. Also known from the prior art is a device for measuring the level of water in reservoirs, including a vertically located pipe, in the lower part of which there is an opening for supplying water to the cavity of the pipe. Inside the pipe, there is a freely floating float, which is made in the form of a hollow or solid disk that overlaps the pipe section along its inner contour with a gap, as well as a distance meter located in the upper part of the pipe, the probe beam of which is directed mainly to the central part of the disk floating in the water. The pipe in the upper part contains a protective casing against meteorological precipitation and an outlet connecting the pipe cavity with the external air of the reservoir, while the pipe in the lower part contains a nozzle with an opening, which is located coaxially to its main axis (see Patent RU2627569, published 08.08.2017. ).
Недостатком данного устройства является наличие подвижных элементов, что негативно сказывается на надежности датчика, что также может требовать периодического обслуживания и ограничивает применение в условиях, при которых жидкость может замерзать. Также в указанном способе применяется лучевой измеритель расстояния, который обладает высокой стоимостью и может требовать периодического обслуживания для очистки оптических элементов. The disadvantage of this device is the presence of moving elements, which negatively affects the reliability of the sensor, which may also require periodic maintenance and limits the application in conditions in which the liquid can freeze. Also, the method uses a beam distance meter, which is expensive and may require periodic maintenance to clean the optical elements.
Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для определения уровня жидкости, содержащее трубку с одним открытым концом, внутри трубки установлена герметичная перегородка с образованием в трубке двух полостей, при этом в первой полости, образованной со стороны открытого конца трубки, установлен первый сенсор давления воздуха, а во второй полости, образованной со стороны закрытого конца трубки, установлены второй сенсор давления воздуха, контроллер управления с программным обеспечением, соединенный с каждым сенсором давления воздуха, причем трубка имеет сквозное отверстие на участке между герметичной перегородкой и закрытым концом (см. US 9958308 В2, опубликовано 01.05.2018). The closest to the proposed device is a device for determining the level of a liquid containing a tube with one open end, a sealed partition is installed inside the tube to form two cavities in the tube, while in the first cavity formed on the side of the open end of the tube, a first air pressure sensor is installed, and in the second cavity formed with the sides of the closed end of the tube, a second air pressure sensor is installed, a control controller with software connected to each air pressure sensor, and the tube has a through hole in the area between the sealed partition and the closed end (see US 9958308 B2, published 01.05.2018).
Недостатком наиболее близкого решения является отсутствие возможности удаленного автоматизированного мониторинга уровня жидкости и своевременного обнаружения изменения уровня жидкости. The disadvantage of the closest solution is the lack of the possibility of remote automated monitoring of the liquid level and timely detection of changes in the liquid level.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является устранение всех вышеперечисленных недостатков, а также возможность автоматизированного контроля уровня жидкости беспроводными средствами в любых местах. The technical problem solved by the invention is the elimination of all of the above disadvantages, as well as the possibility of automated control of the liquid level by wireless means at any place.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности мониторинга уровня жидкости, а также повышение информативности и достоверности информации об изменении уровня жидкости, обеспечение возможности своевременного обнаружения изменения уровня жидкости, обеспечение возможности удаленного автоматизированного мониторинга уровня жидкости с применением бесконтактных сенсоров давления, исключение необходимости прокладки проводных коммуникаций, обеспечение возможности долгосрочной работы без необходимости технического обслуживания за счет исключения подвижных механических частей, а также акустических и оптических датчиков, которые выходят из строя при контакте с загрязненной дикостью. The technical result of the invention is to improve the accuracy and reliability of monitoring the liquid level, as well as to increase the information content and reliability of information about the change in the liquid level, to ensure the possibility of timely detection of changes in the liquid level, to provide the possibility of remote automated monitoring of the liquid level using contactless pressure sensors, eliminating the need to lay wired communications , ensuring the possibility of long-term operation without the need for maintenance by eliminating moving mechanical parts, as well as acoustic and optical sensors that fail in contact with contaminated wildness.
Технический результат достигается благодаря устройству для мониторинга уровня жидкости, реализующему заявленный способ мониторинга уровня жидкости, содержащему трубку с одним открытым концом, внутри трубки установлена герметичная перегородка с образованием в трубке двух полостей, при этом в первой полости, образованной со стороны открытого конца трубки, установлен первый сенсор давления воздуха, а во второй полости, образованной со стороны закрытого конца трубки, установлены второй сенсор давления воздуха, радиопередающее устройство, контроллер управления с программным обеспечением, соединенный с радиопередающим устройством и с каждым сенсором давления воздуха, источник питания, соединенный с контроллером управления и с радиопередающим устройством, причем трубка имеет сквозное отверстие на участке между герметичной перегородкой и закрытым концом. The technical result is achieved thanks to a device for monitoring the level of liquid, which implements the claimed method monitoring the liquid level containing a tube with one open end, a sealed partition is installed inside the tube to form two cavities in the tube, while the first air pressure sensor is installed in the first cavity formed on the side of the open end of the tube, and in the second cavity formed on the side the closed end of the tube, a second air pressure sensor, a radio transmitting device, a control controller with software connected to the radio transmitting device and to each air pressure sensor are installed, a power supply connected to the control controller and to the radio transmitting device, and the tube has a through hole in the area between sealed baffle and closed end.
Кроме того, первый сенсор давления воздуха выполнен, преимущественно, влагозащищенным. In addition, the first air pressure sensor is preferably made waterproof.
Радиопередающее устройство может включать сетевой модуль и антенну. The radio transmitting device may include a network module and an antenna.
Также технический результат достигается благодаря осуществлению способа мониторинга уровня жидкости, заключающемуся в том, что в месте мониторинга уровня жидкости устанавливают вышеуказанное устройство открытым концом трубки вниз выше или ниже уровня жидкости, с помощью первого сенсора давления измеряют давление воздуха в первой полости трубки, а с помощью второго сенсора давления измеряют давление воздуха снаружи трубки, сопоставляют с помощью контроллера управления разницу давлений, измеренных первым и вторым сенсорами давлений, и периодически отправляют сообщения с помощью радиопередающего устройства с использованием LPWAN или NBIoT технологии на по меньшей мере одну базовую станцию, установленную в зоне распространения радиосигнала устройства, причем каждое сообщение от устройства содержит идентификационные данные устройства и значение разницы давлений (и при необходимости показания контрольного датчика давления), с помощью по меньшей мере одной базовой станции принимают от устройства каждое сообщение, обрабатывают его и отправляют на сетевой сервер, с помощью сетевого сервера принимают от по меньшей мере одной базовой станции каждое сообщение, по разнице давлений определяют уровень жидкости и отправляют на электронное устройство пользователя обработанные сообщения, каждое из которых содержит идентификационные данные устройства и значение высоты уровня жидкости, причем отправку сообщений устройством осуществляют периодически с постоянными интервалами времени при разнице показателей давления между первым и вторым сенсором давления в пределах заданного максимального значения, а при изменении разницы давлений более заданного максимального значения осуществляют немедленную передачу сообщений с меньшими интервалами времени, по которым пользователь судит об изменении уровня жидкости более заданного максимального значения. Also, the technical result is achieved due to the implementation of the method for monitoring the liquid level, which consists in the fact that at the place of monitoring the liquid level, the above device is installed with the open end of the tube downward above or below the liquid level, using the first pressure sensor, the air pressure in the first cavity of the tube is measured, and using the second pressure sensor measures the air pressure outside the tube, compares the pressure difference between the first and second pressure sensors using the control controller, and periodically sends messages using a radio transmitter using LPWAN or NBIoT technology on the at least one base station installed in the radio signal propagation zone of the device, each message from the device containing the identification data of the device and the value of the pressure difference (and, if necessary, the readings of the control pressure sensor), each message is received from the device using at least one base station, it is processed and sent to the network server, each message is received from at least one base station using the network server, the liquid level is determined based on the pressure difference and processed messages are sent to the user's electronic device, each of which contains the identification data of the device and the height of the liquid level , and the device sends messages periodically at constant time intervals when the pressure difference between the first and second pressure sensor is within the specified maximum value, and when the pressure difference changes more than the specified maximum value, immediate transmission of messages is carried out at shorter time intervals, according to which the user judges the change in the liquid level more than a predetermined maximum value.
Кроме того, при принятии по меньшей мере одной базовой станцией сообщений от устройства, на ней могут осуществлять фильтрацию принятых сообщений путем отбрасывания искаженных и/или ложных сообщений. In addition, when at least one base station receives messages from the device, it can filter the received messages by discarding corrupted and / or false messages.
Кроме того, при принятии сетевым сервером от по меньшей мере одной базовой станции сообщений, на нем могут осуществлять фильтрацию принятых сообщений путем отбрасывания искаженных и/или ложных сообщений, и осуществляют агрегацию принятых сообщений путем объединения в одно сообщение одного и того же сообщения, принятого разными базовыми станциями. In addition, when the network server receives messages from at least one base station, it can filter the received messages by discarding corrupted and / or false messages, and aggregating the received messages. messages by combining into one message the same message received by different base stations.
Кроме того, до начала отправки сообщений на по меньшей мере одну базовую станцию могут осуществлять настройку периодичности отправки сообщений. In addition, prior to the start of sending messages to at least one base station, the frequency of sending messages can be configured.
Кроме того, электронное устройство пользователя может иметь программное обеспечение, при этом могут осуществлять настройку сетевого сервера для этого программного обеспечения путем внесения идентификационных данных устройства в базу данных сетевого сервера и ассоциации с программным обеспечением электронного устройства пользователя, а сетевой сервер может осуществлять хранение полученных от по меньшей мере одной базовой станции сообщений, а также значений уровня жидкости, и может осуществлять определение программного обеспечения электронного устройства пользователя, с которым ассоциировано устройство. In addition, the user's electronic device can have software, while the network server can be configured for this software by entering the device identification data into the network server database and associating with the software of the user's electronic device, and the network server can store the received from the software. at least one base station of messages, as well as values of the liquid level, and can determine the software of the electronic device of the user with which the device is associated.
Кроме того, уровень жидкости могут определять путем расчета значения высоты уровня жидкости с использованием следующей зависимости: где In addition, the liquid level can be determined by calculating the value of the liquid level height using the following relationship: where
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
Н - высота уровня жидкости относительно нижнего открытого конца трубки, Па; H is the height of the liquid level relative to the lower open end of the tube, Pa;
DR - значение разницы давлений между сенсорами давления, м; DR is the value of the pressure difference between pressure sensors, m;
р - значение плотности жидкости, уровень которой измеряется, кг/м3;p is the density value of the liquid, the level of which is measured, kg / m 3 ;
L - высота расположения первого сенсора давления воздуха относительно открытого конца трубки, м. L is the height of the location of the first air pressure sensor relative to the open end of the tube, m.
Р0 - значение давления второго (контрольного) сенсора давления, Па. Кроме того, могут использовать вышеуказанное устройство, длина трубки которого не менее ожидаемого изменения уровня жидкости, при этом перед установкой устройства могут осуществлять внесение в базу данных сервера значение длины трубки и ассоциацию с идентификационными данными устройства. Р 0 - pressure value of the second (control) pressure sensor, Pa. In addition, the above device can be used, the tube length of which is not less than the expected change in the liquid level, while before installing the device, the tube length value can be entered into the server database and associated with the device identification data.
Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 показано предложенное устройство для мониторинга уровня жидкости; на фиг. 2 показан пример установки устройства в тоннеле; на фиг. 3 показа пример установки устройства в резервуаре (емкости); на фиг. 4 показан пример установки датчик на опоре моста или иного капитального сооружения, например, на реке или ином водоеме; на фиг. 5 схематично показана связь элементов, с помощью которых осуществляется предложенный способ. The invention is illustrated with the help of drawings, where Fig. 1 shows the proposed device for monitoring the liquid level; in fig. 2 shows an example of installing the device in a tunnel; in fig. 3 shows an example of installing the device in a tank (container); in fig. 4 shows an example of installing the sensor on a support of a bridge or other permanent structure, for example, on a river or other body of water; in fig. 5 schematically shows the connection of the elements with which the proposed method is carried out.
Предложенный способ автоматизированного беспроводного мониторинга уровня жидкости с устройством 1 для осуществления способа предназначены для своевременного обнаружения подтоплений и контроля уровня жидкости, например, в подвалах, тоннелях, цехах, коллекторных колодцах, в отдельных районах улиц, иных мест, где это необходимо. Также предложенный способ с устройством 1 предназначены для мониторинга уровня воды при паводках, мониторинга уровня воды бассейнов, баков с жидкостью, резервуаров водокачек, водоочистных сооружений и др., а также для мониторинга уровня воды таких водоемов, как: озера, реки, водохранилища и прочие водоемы. The proposed method for automated wireless monitoring of the liquid level with the device 1 for implementing the method is intended for timely detection of flooding and control of the liquid level, for example, in basements, tunnels, workshops, collector wells, in certain areas of streets, and other places where it is necessary. Also, the proposed method with device 1 is intended for monitoring the water level in case of floods, monitoring the water level of pools, tanks with liquid, reservoirs of water pumps, water treatment facilities, etc., as well as for monitoring the water level of such reservoirs as: lakes, rivers, reservoirs and others reservoirs.
Предложенный способ реализуется с помощью совокупности технических средств, связанных между собой беспроводными каналами связи и включающих в себя (но, не ограничиваясь): устройство 1 для мониторинга уровня жидкости; базовую станцию 2 (сетевой шлюз); сетевой сервер 3 обработки информации (данных); электронное устройство 4 конечного пользователя со специальным программным обеспечением (приложение пользователя), при этом в качестве электронного устройства 4 могут использовать телефон, смартфон, планшет, ноутбук, персональный компьютер или иное устройство (программное обеспечение или сервис), с помощью которого пользователь осуществляет мониторинг уровня жидкости. The proposed method is implemented using a set of technical means interconnected by wireless communication channels and including (but not limited to): device 1 for monitoring the liquid level; base station 2 (network gateway); network server 3 processing information (data); an electronic device 4 of an end user with special software (user application), while a phone, smartphone, tablet, laptop, personal computer or other device (software or service) with which the user monitors the level can be used as an electronic device 4 liquids.
Устройство 1 для мониторинга уровня жидкости представляет собой LPWAN или NBIoT датчик уровня жидкости и содержит корпус, выполненный в виде полой трубки 5, преимущественно, цилиндрической формы (или любой иной формы), имеющей необходимую длину, которая должна быть не менее ожидаемого изменения уровня жидкости в месте мониторинга. Трубка 5 имеет один открытый конец 6 и один закрытый конец 7, например, с помощью съемной крышки 8, обеспечивающей доступ внутрь трубки 5 к компонентам, установленным в трубке 5. Внутри трубки 5 установлена герметичная перегородка 9 с образованием двух полостей 10 и 11. Перегородка 9 разделяет внутреннее пространство трубки 5 на две изолированные полости 10 и 11. В полости 10, образованной со стороны открытого конца 6 трубки 5, размещен и жестко установлен первый влагозащищенный сенсор 12 давления воздуха, причем сенсор 12 установлен, преимущественно, ближе к перегородке 9 и дальше от открытого конца 6 трубки 5. Нижний конец трубки 5 может быть защищен от обмерзания (обледенения) путем организации расширения таким образом, что нижняя часть трубки 5 будет иметь больший диаметр, нежели диаметр остальной части, а также, но не только, применением материалов или покрытий корпуса минимизирующих накопление капель жидкости на поверхности или иным пригодным способом. The device 1 for monitoring the liquid level is an LPWAN or NBIoT liquid level sensor and contains a housing made in the form of a hollow tube 5, mainly of cylindrical shape (or any other shape), having the required length, which should not be less than the expected change in the liquid level in monitoring site. The tube 5 has one open end 6 and one closed end 7, for example, by means of a removable cover 8, which provides access to the inside of the tube 5 to the components installed in the tube 5. Inside the tube 5, a sealed partition 9 is installed to form two cavities 10 and 11. The partition 9 divides the inner space of the tube 5 into two insulated cavities 10 and 11. In the cavity 10 formed on the side of the open end 6 of the tube 5, the first moisture-proof air pressure sensor 12 is placed and rigidly installed, the sensor 12 being installed mainly closer to the partition 9 and further from the open end 6 of the tube 5. The lower end of the tube 5 can be protected from freezing (icing) by organizing the expansion in such a way that the lower part of the tube 5 will have a larger diameter than the diameter of the rest, and also, but not only, by the use of materials or body coatings minimizing accumulation of liquid droplets on the surface or in another suitable way.
В полости 11, образованной со стороны закрытого конца 7 трубки 5, размещены и жестко установлены второй контрольный сенсор 13 давления воздуха (показания сенсора 13 необходимы для учета изменения атмосферного давления), элемент 14 питания, контроллер 15 управления со встроенным программным обеспечением и радиопередающее устройство 16. Радиопередающее устройство 16 включают в себя сетевой модуль (причем контроллер 15 может быть совмещен с сетевым модулем) и антенну. Контроллер 15 управления соединен с обоими сенсорами 12 и 13 давления воздуха посредством проводов или путем выполнения на одной единой плате. При этом провода или часть платы, соединяющие первый сенсор 12 давления с контроллером 15, проведены через герметичную перегородку 9. Контроллер 15 осуществляет управление сенсорами 12 и 13 давления воздуха, анализ и обработку данных, полученных от сенсоров 12 и 13, передачу сообщений в сетевой модуль, хранение настроек периодичности отправки сообщений (сигналов). Сетевой модуль обеспечивает передачу сообщений (сигналов) в сети передачи данных, а также хранение необходимых параметров для работы в соответствующей сети передачи данных. Причем в случае передачи сообщений с использованием LPWAN технологии, то сетевой модуль представляет собой радиомодуль, который передает данные по LPWAN каналу; а в случае передачи сообщений с использованием NBIoT технологии, то сетевой модуль представляет собой NBIoT модуль, т.е. модем сотовой связи и для передачи данных используется протокол сотовой сети передачи данных. Элемент 14 питания предназначен для обеспечения автономности работы устройства 1 и соединен с радиопередающим устройством 16 и с контроллером 15. Антенна предназначена для обеспечения передачи сообщений (сигналов) в радиоканал (сотовую сеть). In the cavity 11 formed on the side of the closed end 7 of the tube 5, the second control air pressure sensor 13 (the readings of the sensor 13 are necessary to take into account the change in atmospheric pressure), the power element 14, the control controller 15 with built-in software and the radio transmitting device 16 are placed and rigidly installed The radio transmitting device 16 includes a network module (where the controller 15 can be combined with the network module) and an antenna. The control controller 15 is connected to both air pressure sensors 12 and 13 by means of wires or by being executed on one single board. In this case, the wires or part of the board connecting the first pressure sensor 12 with the controller 15 are routed through the sealed partition 9. The controller 15 controls the air pressure sensors 12 and 13, analyzes and processes the data received from the sensors 12 and 13, sends messages to the network module , storage of settings for the frequency of sending messages (signals). The network module provides transmission of messages (signals) in the data transmission network, as well as storage of the necessary parameters for operation in the corresponding data transmission network. Moreover, in the case of message transmission using LPWAN technology, the network module is a radio module that transmits data over the LPWAN channel; and in the case of message transmission using NBIoT technology, the network module is an NBIoT module, i.e. a cellular modem and the cellular data network protocol is used for data transmission. Power element 14 is designed to ensure autonomy of operation device 1 and is connected to the radio transmitting device 16 and to the controller 15. The antenna is designed to ensure the transmission of messages (signals) to the radio channel (cellular network).
Трубка 5 имеет в своей стенке сквозное отверстие 17. Отверстие 17 образовано на участке между перегородкой 9 и закрытым концом 7, т.е. в зоне образования второй полости 11. Отверстие 17 предназначено для сообщения полости 11 с внешней средой и может быть защищено от попадания внутрь осадков, пыли и грязи любым пригодным способом. The tube 5 has a through hole 17 in its wall. The hole 17 is formed in the area between the partition 9 and the closed end 7, i.e. in the formation zone of the second cavity 11. The hole 17 is intended for communication of the cavity 11 with the external environment and can be protected from the ingress of precipitation, dust and dirt in any suitable way.
Устройство 1 соединено посредством беспроводных каналов связи с базовой станцией 2 (или с несколькими базовыми станциями 2) и обеспечивает передачу на базовую станцию 2 сообщений, содержащих данные о значениях давлений сенсоров 12 и 13 (разницу давлений между сенсорами 12 и 13). Device 1 is connected via wireless communication channels with base station 2 (or with several base stations 2) and provides transmission to base station 2 of messages containing data on the pressure values of sensors 12 and 13 (the pressure difference between sensors 12 and 13).
Способ автоматизированного беспроводного мониторинга уровня жидкости с использованием устройства 1, базовой станции 2, сетевого сервера 3 и электронного устройства 4 пользователя со специальным программным обеспечением заключается в следующем. A method for automated wireless monitoring of a liquid level using a device 1, a base station 2, a network server 3 and a user's electronic device 4 with special software is as follows.
Для реализации предложенного способа важным является размещение устройства (устройств) 1 и обеспечение конфигурирования сетевого сервера 3 таким образом, чтобы обеспечивалась доставка сообщений от устройства 1 до приложения электронного устройства 4 пользователя. Для этого осуществляют настройку сетевого сервера 3 для приложения устройства 4 пользователя. На данном этапе уникальные идентификаторы (идентификационные данные) устройства 1 (или нескольких устройств, в зависимости от их используемого количества в месте мониторинга) вносятся в базу данных сервера 3 и ассоциируются с приложением электронного устройства 4 пользователя. Уникальным идентификатором устройства 1 является, например, сетевой адрес или идентификационный номер устройства 1 (ID) или ICCID, или иное (определяется применяемой технологией LPWAN или NBIoT). При реализации способа имеет значение длина трубки 5, которая должна быть не менее ожидаемого изменения уровня жидкости в конкретном месте мониторинга уровня жидкости. Данные о длине трубки 5 устройства 1 вносятся в базу данных сервера 3 на этапе изготовления устройства 1, и ассоциируется длина трубки 5 с уникальным идентификатором устройства 1. For the implementation of the proposed method, it is important to place the device (s) 1 and ensure the configuration of the network server 3 in such a way that the delivery of messages from the device 1 to the application of the user's electronic device 4 is provided. For this, the network server 3 is configured for the application of the user's device 4. At this stage, the unique identifiers (identification data) of device 1 (or several devices, depending on their number used at the monitoring site) are entered into the server 3 database and associated with the application of the electronic device 4 user. The unique identifier of device 1 is, for example, the network address or identification number of device 1 (ID) or ICCID, or otherwise (determined by the used LPWAN or NBIoT technology). When implementing the method, the length of the tube 5 is important, which must be at least the expected change in the liquid level at a specific location for monitoring the liquid level. The data on the length of the tube 5 of the device 1 is entered into the database of the server 3 at the stage of manufacturing the device 1, and the length of the tube 5 is associated with the unique identifier of the device 1.
LPWAN или NBIoT датчик 1 уровня жидкости устанавливают в месте, где необходимо контролировать уровень жидкости (воды). Установку устройства 1 осуществляют вертикально открытым концом 6 трубки 5 вниз выше уровня жидкости или ниже уровня жидкости в зависимости от того, ожидается ли уменьшение высоты уровня жидкости или повышение уровня в месте контроля. В зависимости от места, в котором необходимо осуществлять мониторинг уровня жидкости (помещение, водоем, улица и т.п.), трубка 5 устанавливается открытым концом 6 вниз таким образом, что конец 6 расположен над уровнем жидкости (над уровнем водоема) или над полом, или над землей, или над перекрытием, или над дном резервуара на расстоянии около 1 см. Расстояние между уровнем и открытым концом 6 трубки 5 может быть и иным, в зависимости от ожидаемого изменения уровня жидкости, например, 0,5 см. или 1,5 см. или более см., но не более значения высоты начального критичного уровня жидкости в конкретном месте мониторинга. Расстояние между уровнем и открытым концом 6 трубки 5 определяется частными задачами контроля уровня жидкости, при этом ограничений на высоту от пола/дна нет. Также при осуществлении способа возможен вариант, когда установку устройства 1 осуществляют вертикально открытым концом 6 трубки 5 вниз ниже уровня жидкости. Данный случай установки необходим при мониторинге уменьшения уровня жидкости, например, в баках, резервуарах, колодцах и т.п. В данном случае трубку 5 погружают в жидкость открытым концом 6 на необходимое расстояние, при этом открытый конец 6 располагается в жидкости на том уровне, который соответствует минимальному критичному уровню в соответствующем месте мониторинга. LPWAN or NBIoT liquid level sensor 1 is installed in the place where it is necessary to control the liquid (water) level. The device 1 is installed vertically with the open end 6 of the tube 5 downward above the liquid level or below the liquid level, depending on whether a decrease in the height of the liquid level or an increase in the level at the control point is expected. Depending on the place where it is necessary to monitor the liquid level (room, reservoir, street, etc.), the tube 5 is installed with the open end 6 down so that the end 6 is located above the liquid level (above the reservoir level) or above the floor , or above the ground, or above the ceiling, or above the bottom of the tank at a distance of about 1 cm.The distance between the level and the open end 6 of the tube 5 may be different, depending on the expected change in the liquid level, for example, 0.5 cm. or 1 , 5 cm or more, but not more than the value of the height of the initial critical liquid level at a specific monitoring site. The distance between the level and the open end 6 of the tube 5 is determined by the particular tasks of monitoring the liquid level, while there are no restrictions on the height from the floor / bottom. Also, when implementing the method, it is possible that the device 1 is installed vertically with the open end 6 of the tube 5 down below the liquid level. This installation is necessary when monitoring liquid level decrease, for example, in tanks, reservoirs, wells, etc. In this case, the tube 5 is immersed in the liquid with the open end 6 to the required distance, while the open end 6 is located in the liquid at the level that corresponds to the minimum critical level at the corresponding monitoring location.
Так, на фиг. 2 показан вариант размещения устройства 1 в тоннеле, где 18 - это стенки тоннеля, 20 - жидкость; на фиг. 3 показан вариант размещения устройства 1 в резервуаре, где 19 - это стенки резервуара; на фиг. 4 показан вариант размещения устройства 1 на водоемах, где 21 - это опоры моста или иного капитального сооружения. Указанные варианты размещения устройства 1 не являются ограниченными, и устройство 1 может быть закреплено любым возможным способом открытым концом 6 выше уровня жидкости (или ниже уровня жидкости) на заранее подготовленных опорах (столбы, перекрытия, стены и т.п.). Thus, in FIG. 2 shows a variant of placing the device 1 in a tunnel, where 18 is the walls of the tunnel, 20 is a liquid; in fig. 3 shows a variant of placing the device 1 in a tank, where 19 are the walls of the tank; in fig. 4 shows a variant of placing the device 1 on water bodies, where 21 are the supports of a bridge or other capital structure. These options for placing the device 1 are not limited, and the device 1 can be fixed in any possible way with the open end 6 above the liquid level (or below the liquid level) on pre-prepared supports (pillars, ceilings, walls, etc.).
Перед установкой устройства 1 в месте, где необходимо контролировать (осуществлять мониторинг) уровень жидкости, проводят следующее: а) подготовка устройства 1 к работе в соответствии с рекомендациями производителя, в том числе настройка периодичности отправки сообщений; б) определение оптимального места для размещения устройства 1 в соответствии с рекомендациями производителя; в) установка устройства 1 на контролируемых объектах, причем для установки датчика 1 может потребоваться подготовка крепежа и/или подготовка самого объекта. При этом отсутствуют существенные ограничения на место установки (крепежа) устройства 1. Методы крепежа устройства 1 не ограничены и могут быть любыми. Before installing device 1 in the place where it is necessary to control (monitor) the liquid level, carry out the following: a) prepare device 1 for operation in accordance with the manufacturer's recommendations, including setting the frequency of sending messages; b) determining the optimal location for placing the device 1 in accordance with the manufacturer's recommendations; c) installation of the device 1 on controlled objects, and for the installation of the sensor 1, preparation of fasteners and / or preparation of the object itself may be required. There are no significant restrictions on the place of installation (fastening) of the device 1. The methods of fastening the device 1 are not limited and can be any.
После того, как устройство 1 установлено в месте контроля и настроено, осуществляют непосредственный мониторинг уровня жидкости. After the device 1 is installed at the control point and adjusted, the liquid level is monitored directly.
Размещенное на определенном расстоянии над уровнем жидкости 20 устройство 1 (в том числе ниже уровня жидкости 20, когда открытый конец 6 трубки 5 погружен в жидкость 20) осуществляет непрерывный автоматизированный мониторинг показателей давления воздуха в нижней части трубки 5 и показателей давления воздуха снаружи трубки 5. Изменение давления воздуха внутри трубки 5 происходит при подъеме (или снижении) уровня жидкости 20 выше нижнего края трубки 5 (или при опускании уровня жидкости в полости 10 трубки 5 в сторону нижнего края, в том числе до самого нижнего края). В процессе мониторинга измеряют давление воздуха в первой полости 10 трубки 5 с помощью первого сенсора 12 давления, а также измеряют давление воздуха снаружи трубки 5 с помощью контрольного сенсора 13 давления (в полости 11 через отверстие 17). После измерения давления воздуха сенсорами 12 и 13, сопоставляют с помощью контроллера 15 разницу давлений, измеренных сенсорами 12 и 13, анализируют данную разницу и по результатам анализа посредством радиопередающего устройства 16 периодически отправляют в радиоканал значения разницы давлений в сообщениях (радиосигналы). Периодическая отправка сообщений осуществляется с помощью радиопередающего устройства 16 с использованием LPWAN технологии или с использованием NBIoT технологии (в зависимости от наличия зоны покрытия в месте установки устройства 1, дальности передачи сигнала от радиопередающего устройства 16 и пр.). Сообщения отправляют на базовую станцию 2 (или на несколько базовых станций 2), установленную в зоне распространения радиосигнала радиопередающего устройства 16. Причем до начала отправки сообщений на базовую станцию 2, на устройстве 1 (на контроллере 15) осуществляют настройку периодичности отправки сообщений. Настройка периодичности отправки осуществляется, преимущественно, для сообщений о неизменности уровня жидкости 20. A device 1 located at a certain distance above the liquid level 20 (including below the liquid level 20 when the open end 6 of the tube 5 is immersed in the liquid 20) continuously monitors the air pressure in the lower part of the tube 5 and the air pressure outside the tube 5. The change in air pressure inside the tube 5 occurs when the liquid level 20 rises (or falls) above the lower edge of the tube 5 (or when the liquid level in the cavity 10 of the tube 5 drops towards the lower edge, including to the very bottom edge). In the monitoring process, the air pressure in the first cavity 10 of the tube 5 is measured using the first pressure sensor 12, and the air pressure outside the tube 5 is also measured using the control pressure sensor 13 (in the cavity 11 through the hole 17). After measuring the air pressure by sensors 12 and 13, the pressure difference measured by the sensors 12 and 13 is compared using the controller 15, this difference is analyzed, and, based on the results of the analysis, the pressure difference values in messages (radio signals) are periodically sent to the radio channel by means of the radio transmitting device 16. Periodic sending of messages is carried out using a radio transmitting device 16 using LPWAN technology or using NBIoT technology (depending on the availability of a coverage area at the installation site of device 1, the range of signal transmission from the radio transmitting device 16, etc.). Messages are sent to base station 2 (or to several base stations 2) installed in the radio signal propagation zone of radio transmitting device 16. Moreover, before the messages are sent to base station 2, on device 1 (on controller 15), the message sending frequency is adjusted. The setting of the sending frequency is carried out mainly for messages about the invariability of the liquid level 20.
Каждое сообщение от устройства 1 содержит идентификационные данные беспроводного устройства 1 и значения давлений обоих сенсоров 12, 13 (или значение разницы давлений между сенсорами 12 и 13, или вычисленное на датчике значение уровня жидкости 20). При небольшом изменении уровня жидкости 20, т.е. в пределах заданного максимального значения, которое составляет до 10%, в радиоканал передаются сообщения первого типа («периодические показания давления»). Each message from device 1 contains the identification data of the wireless device 1 and the pressure values of both sensors 12, 13 (or the value of the pressure difference between sensors 12 and 13, or the liquid level value calculated on the sensor 20). With a slight change in the liquid level 20, i.e. within the specified maximum value, which is up to 10%, messages of the first type ("periodic pressure readings") are transmitted to the radio channel.
Величину изменения уровня жидкости 20 можно оценивать, например, но не только, по следующим условиям: The magnitude of the change in the level of the liquid 20 can be estimated, for example, but not only, according to the following conditions:
- Изменение за единицу времени разницы показаний между значениями основного сенсора 12 (барометра) и контрольного сенсора 13 (барометра) не превышает заданное значение. - The change per unit of time in the difference in readings between the values of the main sensor 12 (barometer) and control sensor 13 (barometer) does not exceed the specified value.
- Изменение за единицу времени разницы между текущей разницей давлений и предыдущей разницей за прошлый период времени. - Change per unit of time of the difference between the current pressure difference and the previous difference for the previous period of time.
Таким образом, сообщения первого типа отправляют при постоянном уровне жидкости 20 или при незначительном (не критичном) изменении уровня жидкости 20. Сообщения первого типа отправляют периодически с постоянными интервалами времени, которые задаются пользователем. При этом пользователь в зависимости от задачи контроля, от условий эксплуатации, от своих потребностей и от места установки устройства 1, где осуществляется мониторинг, может настроить любые интервалы времени для отправки сообщений (через несколько секунд или через несколько минут, или через каждый час, или один раз в день в определенное время, или один раз месяц в определенное время соответствующего дня и так далее). Thus, messages of the first type are sent at a constant liquid level 20 or with a slight (non-critical) change in the liquid level 20. Messages of the first type are sent periodically at constant time intervals, which are set by the user. At the same time, the user, depending on the monitoring task, on the operating conditions, on his needs and on the installation site of the device 1, where monitoring is carried out, can set up any time intervals for sending messages (after a few seconds or a few minutes, or every hour, or once a day at a certain time, or once a month at a certain time of the corresponding day, and so on).
В случае обнаружения по сравнению с предыдущими показаниями резкого изменения разницы давления более, чем на величину заданного максимального значения (свыше 10%), либо при постоянно изменяющемся значении разницы давлений в короткие промежутки времени, автоматически осуществляется немедленная (моментальная) внеочередная передача второго типа сообщений («тревога»). Сообщения второго типа отправляют вне установленного пользователем расписания для первого типа сообщений и с меньшими интервалами времени (например, через секунду или через минуту или через час, но не более интервала времени, установленного для сообщений первого типа). Таким образом, сообщение «тревога» передается при резком изменении высоты уровня жидкости 20, либо при постоянно изменяющейся высоте уровня жидкости 20 в короткие промежутки времени (при превышении заданных граничных значений разницы давления). По сообщениям второго типа пользователь судит об изменении высоты уровня жидкости 20 более заданного максимального значения (или менее заданного минимального значения в случае, когда трубку 5 при установке погружают в жидкость 5 и контролируют уменьшение уровня жидкости 20). In case of detection of a sharp change in the pressure difference in comparison with the previous readings by more than the value of the set maximum value (over 10%), or with a constantly changing value of the pressure difference in short periods of time, an immediate (instant) out-of-order transmission of the second type of messages ( "anxiety"). Messages of the second type are sent outside the user-defined schedule for the first type of messages and at smaller time intervals (for example, in a second or in a minute or in an hour, but not more than the time interval set for messages of the first type). Thus, the "alarm" message is transmitted when there is a sharp change in the height of the liquid level 20, or with a constantly changing height of the liquid level 20 in short periods of time (when the preset limit values of the pressure difference are exceeded). According to messages of the second type, the user judges the change in the height of the liquid level 20 more than a predetermined maximum value (or less than a predetermined minimum value in the case when the tube 5 is immersed in the liquid 5 during installation and the decrease in the liquid level 20 is monitored).
Таким образом, устройство 1 передает два типа сообщений: а) «периодические показания давления»; б) «тревога». Сообщение типа «периодические показания давления» предназначено для передачи приложению пользователя информации о факте работоспособности самого устройства 1 и радиоканала до базовой станции 2, а также для отражения текущих значений давлений сенсоров 12, 13 и, соответственно, текущей высоте уровня жидкости 20. Сообщение типа «тревога» отправляется при обнаружении изменения разницы давлений и, соответственно, высоты уровня жидкости 20 более (или менее) нормальной высоты уровня жидкости 20, причем для минимизации вероятности недоставки сообщений типа «тревога» они отправляются многократно (например, 2-5 раз, или большее количество раз в зависимости от потребности пользователя). Thus, device 1 transmits two types of messages: a) "periodic pressure readings"; b) "anxiety". The message of the "periodic pressure readings" type is intended to transmit to the user application information about the operability of the device 1 itself and the radio channel to the base station 2, as well as to reflect the current values of the pressure of sensors 12, 13 and, accordingly, the current height of the liquid level 20. Message of the " alarm "is sent when a change in the pressure difference and, accordingly, the height of the liquid level 20 is more (or less) than the normal height of the liquid level 20 is detected, and to minimize the probability of non-delivery of messages of the" alarm "type, they are sent multiple times (for example, 2-5 times, or more number of times depending on the user's need).
Для отправки устройством 1 сообщений (радиосигналов) используется LPWAN технология или NBIoT технология, причем протокол передачи данных (сотовой сети) определяется применяемой в конкретном случае LPWAN технологией или NBIoT технологией. Частотный диапазон зависит от применяемой в конкретном случае LPWAN технологии или NBIoT технологии и действующих в конкретном регионе правил и разрешений. To send the device 1 messages (radio signals), LPWAN technology or NBIoT technology is used, and the data transfer protocol (cellular network) is determined by the LPWAN technology or NBIoT technology used in a particular case. The frequency range depends on the LPWAN technology or NBIoT technology used in a particular case and the rules and permits in force in a particular region.
Для приема сообщений от устройства (устройств) 1 в зоне распространения радиосигнала радиопередающего устройства 16 должна присутствовать по меньшей мере одна базовая станция 2 (сетевой шлюз). Однако может быть и большее количество базовых станций 2, причем для приема сообщения от устройства 1 могут использоваться уже заранее установленные базовые станции 2, либо при их отсутствии в зоне распространения сигнала от датчика 1 устанавливают базовую станцию 2 (или несколько базовых станций 2). To receive messages from the device (s) 1, at least one base station 2 (network gateway) must be present in the radio signal distribution area of the radio transmitting device 16. However, there may be a larger number of base stations 2, and to receive a message from device 1, already pre-installed base stations 2 can be used, or, if they are absent, base station 2 (or several base stations 2) is installed in the signal propagation zone from sensor 1.
После отправки устройством 1 сообщений, с помощью базовой станции 2 (или нескольких базовых станций 2) принимают от устройства 1 каждое сообщение, обрабатывают его и отправляют его на сетевой сервер 3. After the device 1 sends messages, using base station 2 (or several base stations 2) are received from devices 1 each message, process it and send it to the network server 3.
Базовая станция 2 (базовые станции) осуществляет безусловную автоматизированную передачу принятых из радиоканала сообщений на сервер 3 обработки сообщений (с учетом необходимости фильтрации сообщений). Базовая станция 2 осуществляет отправку сообщения на сервер 3 немедленно после его получения из радиоэфира от устройства 1. Способ передачи данных базовой станцией 2 на сервер 3 определяется конкретной моделью базовой станции 2. В частности распространены следующие способы - через оптоволоконный канал, ethernet канал, через сотовую сеть и через WiFi. Используемый канал передачи данных определяется составом поддерживаемых сетевым шлюзом протоколов и передачи данных. Base station 2 (base stations) carries out unconditional automated transmission of messages received from the radio channel to the message processing server 3 (taking into account the need to filter messages). Base station 2 sends a message to server 3 immediately after receiving it from the radio from device 1. The method of transmitting data by base station 2 to server 3 is determined by a specific model of base station 2. In particular, the following methods are widespread - via a fiber-optic channel, ethernet channel, via a cellular network and via WiFi. The data transmission channel used is determined by the composition of the protocols and data transmission supported by the network gateway.
Сервер 3 может быть расположен как в «облаке», так и на стороне пользователя, это определяется применяемой в конкретном случае LPWAN технологией или NBIoT технологией. Server 3 can be located both in the "cloud" and on the user side, this is determined by the LPWAN technology or NBIoT technology used in a particular case.
После принятия сервером 3 каждого сообщения от базовой станции 2, сетевой сервер 3 осуществляет обработку каждого принятого от базовой станции 2 (станций) сообщения и передачу этих сообщений приложению конечного пользователя на его электронное устройство 4. При обработке на сетевом сервере 3 сообщений по показателям давления и с учетом длины трубки 5 определяют высоту уровня жидкости 20 в месте установки устройства 1. Уровень жидкости 20 определяют по разнице давлений путем расчета значения высоты уровня жидкости 20. Расчет значения высоты уровня жидкости 20 осуществляют с использованием следующей формулы: где After the server 3 receives each message from the base station 2, the network server 3 processes each message received from the base station 2 (stations) and transfers these messages to the end-user application to its electronic device 4. When processing messages on the pressure and taking into account the length of the tube 5, the height of the liquid level 20 at the place of installation of the device 1 is determined. The liquid level 20 is determined by the pressure difference by calculating the value of the height of the liquid level 20. The calculation of the height of the liquid level 20 is carried out using the following formula:
Figure imgf000023_0001
H - высота уровня жидкости относительно нижнего открытого конца трубки, Па;
Figure imgf000023_0001
H is the height of the liquid level relative to the lower open end of the tube, Pa;
DR - значение разницы давлений между сенсорами давления, м; DR is the value of the pressure difference between pressure sensors, m;
р - значение плотности жидкости, уровень которой измеряется, кг/м3;p is the density value of the liquid, the level of which is measured, kg / m 3 ;
L - высота расположения первого сенсора давления воздуха относительно открытого конца трубки, м. L is the height of the location of the first air pressure sensor relative to the open end of the tube, m.
Р0 - значение давления второго (контрольного) сенсора давления, Па. Р 0 - pressure value of the second (control) pressure sensor, Pa.
Помимо того, что сетевой сервер 3 осуществляет обработку сообщений, полученных от базовой станции 2, расчет значений высоты уровня жидкости 20 и передачу сообщений приложению конечного пользователя, сервер 3 также осуществляет хранение полученных от базовой станции 2 сообщений, хранение показателей давлений сенсоров 12 и 13, хранение рассчитанных значений высоты уровня жидкости 20 и определение приложения электронного устройства 4 пользователя, с которым ассоциированы устройства 1. In addition to the fact that the network server 3 processes the messages received from the base station 2, calculates the values of the height of the liquid level 20 and sends messages to the end-user application, the server 3 also stores the messages received from the base station 2, stores the pressure indicators of the sensors 12 and 13, storing the calculated values of the height of the liquid level 20 and determining the application of the electronic device 4 of the user with which the devices 1 are associated.
Все принятые от устройства 1 сообщения должны пройти фильтрацию и агрегацию. Это необходимо для выявления сообщений, которые были искажены в процессе передачи по радиоканалу и удаления их из дальнейшей обработки. Фильтрация может проводиться как на базовой станции 2 (сетевом шлюзе) при принятии сообщений от устройства 1 , так и на сетевом сервере 3 при принятии сообщений от базовой станции 2. Агрегация проводится на сетевом сервере 3 при принятии сообщений от базовой станции 2 (базовых станций). При фильтрации сообщений осуществляется отбрасывание искаженных сообщений и/или ложных сообщений, т.е. отбрасывают как искаженные сообщения, так и ложные, или отбрасывают только искаженные, если отсутствуют ложные сообщения, или отбрасывают только ложные, если отсутствуют искаженные сообщения. Агрегация сообщений осуществляется для объединения в одно сообщение одного и того же сообщения, принятого на разных базовых станциях 2. All messages received from device 1 must be filtered and aggregated. This is necessary to identify messages that were distorted during transmission over the radio channel and remove them from further processing. Filtering can be carried out both at base station 2 (network gateway) when receiving messages from device 1, and on network server 3 when receiving messages from base station 2. Aggregation is performed on network server 3 when receiving messages from base station 2 (base stations) ... When filtering messages, corrupted messages and / or false messages are discarded; discard both corrupted and false messages, or discard only corrupted messages if there are no false messages, or discard only false messages if there are no corrupted messages. Aggregation messages are carried out to combine into one message the same message received at different base stations 2.
После того, как сетевой сервер 3 принял от базовой станции 2 каждое сообщение, обработал его, рассчитал уровень жидкости 20, с помощью сетевого сервера 3 отправляют уже обработанные сообщения посредством канала передачи данных на электронное устройство 4 пользователя (приложению пользователя), при этом каждое обработанное сообщение включает идентификационные данные устройства 1 (например, его уникальный идентификатор) и значение рассчитанного уровня жидкости 20. Метод передачи данных определяется составом поддерживаемых сетевым сервером 3 и приложением пользователя протоколов. Примером передачи данных может быть общедоступный или проприетарный API или открытый протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) или иной пригодный для передачи данных протокол. After the network server 3 has received each message from the base station 2, processed it, calculated the liquid level 20, using the network server 3, the already processed messages are sent via the data transmission channel to the user's electronic device 4 (user application), with each processed the message includes the identification data of the device 1 (for example, its unique identifier) and the value of the calculated liquid level 20. The method of data transmission is determined by the composition of the protocols supported by the network server 3 and the user application. An example of data transfer can be a public or proprietary API, or the open MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protocol, or another suitable protocol for data transfer.
При получении электронным устройством 4 от сервера 3 каждого обработанного сообщения на устройстве 4 с помощью приложения осуществляют сопоставление идентификационных данных устройства 1 (соотнесение идентификатора датчика 1) с физическим объектом контроля, в месте которого установлено устройство 1, и осуществляют уведомление (информирование) пользователя. Информирование пользователя осуществляют путем периодической отправки ему сообщений (через определенные периоды времени, настраиваемые пользователем), включающих идентификационные данные устройства 1 и текущее значение показателей давления сенсоров 12 и 13 (первый тип сообщения - «периодические показания давления»). При получении такого типа сообщения пользователь с помощью своего устройства 4 может в любое время проверить состояние работоспособности устройства 1 и радиоканала, а также убедиться в неизменности уровня жидкости 20, или в незначительном его изменении. При этом электронное устройство 4 при периодическом получении сообщения «периодические показания давления» может автоматически оповещать (информировать) пользователя о работоспособности путем воспроизведения сигнала любым возможным способом (воспроизведение звукового сигнала, световая индикация, вибрация и т.п.), а может находиться в пассивном состоянии (состоянии покоя) и пользователь самостоятельно с помощью приложения может проверить работоспособность устройства 1 и радиоканала, а также текущий уровень жидкости 20 (в данном случае при открытии пользователем приложения на своем устройстве 4, приложение может информировать пользователя любым указанным способом). А при резком изменении уровня жидкости 20 или постоянном изменении в короткий промежуток времени, т.е. при изменении разницы давления более заданного максимального значения, пользователя уведомляют путем отправки ему сообщения, включающего идентификационные данные устройства 1 и сигнал тревоги (второй тип сообщения - «тревога»). Таким образом, при изменении уровня жидкости 20 в месте установки устройства 1, пользователя уведомляют об этом с помощью его устройства 4 путем воспроизведения сигнала тревоги. Upon receipt by the electronic device 4 from the server 3 of each processed message on the device 4, using the application, the identification data of the device 1 (correlation of the sensor ID 1) is compared with the physical object of control, in the place of which the device 1 is installed, and the user is notified (informed). Informing the user is carried out by periodically sending him messages (after certain periods of time, configured by the user), including the identification data of the device 1 and the current value of the pressure indicators of sensors 12 and 13 (the first type of message is "periodic pressure readings"). Upon receipt of this type of message, the user using his device 4 can check the status at any time the operability of the device 1 and the radio channel, and also make sure that the liquid level 20 does not change, or that it changes slightly. In this case, the electronic device 4, upon periodic receipt of the message "periodic pressure readings", can automatically notify (inform) the user of its operability by reproducing a signal in any possible way (playing a sound signal, light indication, vibration, etc.), or it can be in passive state (state of rest) and the user independently using the application can check the operability of device 1 and the radio channel, as well as the current liquid level 20 (in this case, when the user opens the application on his device 4, the application can inform the user in any specified way). And with a sharp change in the liquid level 20 or a constant change in a short period of time, i.e. when the pressure difference changes more than a predetermined maximum value, the user is notified by sending him a message including the identification of device 1 and an alarm (the second type of message is "alarm"). Thus, when the level of the liquid 20 changes at the place of installation of the device 1, the user is notified of this using his device 4 by playing an alarm signal.
Метод информирования (уведомления) пользователя может быть любым, например, путем подачи тревожного сигнала на устройстве 4 или путем световой индикации, или вибрация устройства, или любым иным возможным способом, в том числе комбинацией указанных методов. Причем приложение пользователя может отображать, например, карту расположения объектов мониторинга с устройствами 1 или список таких объектов, и пользователь имеет возможность в режиме реального времени, находясь на любом расстоянии от объекта мониторинга, проверить уровень жидкости 20. The method of informing (notifying) the user can be any, for example, by giving an alarm signal on the device 4 or by light indication, or vibration of the device, or in any other possible way, including a combination of these methods. Moreover, the user's application can display, for example, a map of the location of monitoring objects with devices 1 or a list of such objects, and the user has the opportunity in real time, being at any distance from the monitoring object, to check the liquid level 20.
Таким образом, благодаря реализации предложенного способа обеспечивается непрерывный мониторинг уровня жидкости в любых местах, где это необходимо осуществлять, например, с целью обнаружения подтоплений или с целью обнаружения критичного изменения высоты уровня жидкости 20. Thus, thanks to the implementation of the proposed method, continuous monitoring of the liquid level is provided in any places where it is necessary to carry out, for example, in order to detect flooding or in order to detect a critical change in the height of the liquid level 20.
Если кратко охарактеризовать предложенный способ, то он осуществляется следующим образом. Устройство 1 периодически отправляет сообщения типа «периодические показания давления» на базовую станцию 2, которая отправляет эти сообщения на сервер 3, а далее сервер 3 рассчитывает уровень жидкости и отправляет обработанные сообщения на электронное устройство 4 пользователя. Сообщение «периодические показания давления» отправляется с необходимой для пользователя периодичностью с постоянными интервалами времени и пользователь в любое время может с помощью приложения своего устройства 4 проверить работоспособность устройства 1 и радиоканал, а также текущий уровень жидкости. Как только уровень жидкости изменится более критичного значения, устройство 1 незамедлительно отправляет сообщение типа «тревога» также на базовую станцию 2, которая отправляет это сообщение на сервер 3, а далее сервер 3 рассчитывает уровень жидкости и отправляет обработанное сообщение с рассчитанным значением уровня жидкости на устройство 4 пользователя. При получении приложением устройства 4 пользователя такого типа сообщения («тревога»), устройство 4 уведомляет пользователя о факте изменения уровня жидкости путем подачи тревожного сигнала на устройстве 4 или путем световой индикации или любым иным возможным способом. При получении сообщения типа «тревога» пользователь может незамедлительно отреагировать на изменение уровня жидкости и предпринять необходимые меры для устранения неблагоприятных последствий. If we briefly describe the proposed method, it is carried out as follows. The device 1 periodically sends messages of the type "periodic pressure readings" to the base station 2, which sends these messages to the server 3, and then the server 3 calculates the liquid level and sends the processed messages to the user's electronic device 4. The message "periodic pressure readings" is sent at the necessary frequency for the user at constant time intervals and the user can at any time using the application of his device 4 check the operability of the device 1 and the radio channel, as well as the current liquid level. As soon as the liquid level changes to a more critical value, device 1 immediately sends an "alarm" message also to base station 2, which sends this message to server 3, and then server 3 calculates the liquid level and sends a processed message with the calculated liquid level value to the device 4 users. When the application of the user's device 4 receives this type of message ("alarm"), the device 4 notifies the user of the fact of a change in the liquid level by sending an alarm signal on the device 4 or by a light indication or in any other possible way. Upon receiving an “alarm” message, the user can immediately respond to changes in the liquid level and take the necessary measures to eliminate the adverse consequences.
Благодаря использованию базовых станций 2 сообщения от устройства 1 могут быть переданы на любые расстояния, причем пользователь может находиться в любом месте и на любом расстоянии от устройства 1. В соответствии с общепринятой идеологией построения LPWAN сетей или NBIoT сетей размещение базовых станций 2 (сетевых шлюзов) и обеспечение зоны радиопокрытия является задачей оператора связи. Thanks to the use of base stations 2, messages from device 1 can be transmitted to any distance, and the user can be anywhere and at any distance from device 1. In accordance with the generally accepted ideology of building LPWAN networks or NBIoT networks, placing base stations 2 (network gateways) and it is the operator's job to provide radio coverage.
Кроме того, благодаря предложенному способу обеспечивается: In addition, thanks to the proposed method, it is provided:
- удаленный автоматизированный контроль уровня жидкости 20 на базе устройства 1 с недорогими сенсорами 12, 13 давления воздуха, обеспечивающими точность, сопоставимую с существенно более дорогими датчиками уровня; - remote automated control of the liquid level 20 based on device 1 with inexpensive air pressure sensors 12, 13, providing an accuracy comparable to significantly more expensive level sensors;
- удаленный автоматизированный контроль без необходимости прокладки проводных коммуникаций; - remote automated control without the need to lay wired communications;
- отсутствие необходимости обслуживания устройства 1 и долгая работа от одного элемента питания 14 (3-5 лет); - no need for maintenance of device 1 and long-term operation from one battery 14 (3-5 years);
- универсальность устройства 1 и применимого способа - возможность применения способа для контроля уровня жидкости в резервуарах, водоемах и широкого круга помещений и технологических объектов; - the versatility of the device 1 and the applicable method - the possibility of using the method to control the liquid level in reservoirs, reservoirs and a wide range of premises and technological facilities;
- отсутствие существенных ограничений по типу контролируемой жидкости; - no significant restrictions on the type of controlled liquid;
- отсутствие ограничений на диапазон минимального и максимального измеряемого уровня жидкости 20; - низкая стоимость устройства 1 и совокупная стоимость владения системой за счет долгого срока работы устройства 1 и отсутствия необходимости обслуживания устройства 1 ; - no restrictions on the range of the minimum and maximum measured liquid level 20; - low cost of device 1 and the total cost of ownership of the system due to the long life of device 1 and the absence of the need to maintain device 1;
- снижение стоимости на внедрение системы и малый срок внедрения, а также снижение стоимости на дальнейшую эксплуатацию. - cost reduction for system implementation and short implementation period, as well as cost reduction for further operation.
Благодаря применению сенсоров 12 и 13 давления воздуха для измерения уровня жидкости, исключается необходимость применения подвижных механических частей, а также акустических и оптических датчиков, использование которых не целесообразно ввиду потенциального контакта с жидкостью, и может быть затруднительно из-за выхода из строя при контакте с загрязненной жидкостью, или ввиду особенностей контрольного помещения. Due to the use of air pressure sensors 12 and 13 for measuring the liquid level, the need for the use of moving mechanical parts, as well as acoustic and optical sensors, the use of which is not advisable due to potential contact with the liquid, and can be difficult due to failure on contact with contaminated liquid, or due to the characteristics of the control room.
Архитектурное решение основано на общепринятой архитектуре 1оТ, в которой предусмотрено наличие сетевого шлюза, сервера обрабатывающего сообщения и передающего их приложению пользователя. The architectural solution is based on the generally accepted 1oT architecture, which provides for a network gateway, a server that processes messages and sends them to the user's application.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ мониторинга уровня жидкости, заключающийся в том, что в месте мониторинга уровня жидкости устанавливают устройство для мониторинга уровня жидкости, включающее трубку с установленными в ней первым и вторым сенсорами давления воздуха, радиопередающим устройством и контроллером управления, причем установку устройства для мониторинга уровня жидкости осуществляют открытым концом трубки вниз выше или ниже уровня жидкости, с помощью первого сенсора давления измеряют давление воздуха в первой полости трубки, а с помощью второго сенсора давления измеряют давление воздуха снаружи трубки, сопоставляют с помощью контроллера управления разницу давлений, измеренных первым и вторым сенсорами давлений, и периодически отправляют сообщения с помощью радиопередающего устройства с использованием LPWAN или NBIoT технологии на по меньшей мере одну базовую станцию, установленную в зоне распространения радиосигнала радиопередающего устройства, причем каждое сообщение от устройства для мониторинга уровня жидкости содержит идентификационные данные устройства для мониторинга уровня жидкости и значение разницы давлений, с помощью по меньшей мере одной базовой станции принимают от устройства для мониторинга уровня жидкости каждое сообщение, обрабатывают его и отправляют на сетевой сервер, с помощью сетевого сервера принимают от по меньшей мере одной базовой станции каждое сообщение, по разнице давлений определяют уровень жидкости и отправляют на электронное устройство пользователя обработанные сообщения, каждое из которых содержит идентификационные данные устройства для мониторинга уровня жидкости и значение уровня жидкости, причем отправку сообщений устройством для мониторинга уровня жидкости осуществляют периодически с постоянными интервалами времени при разнице показателей давления между первым и вторым сенсором давления в пределах заданного максимального значения, а при изменении разницы давлений более заданного максимального значения осуществляют немедленную передачу сообщений с меньшими интервалами времени, по которым пользователь судит об изменении уровня жидкости более заданного максимального значения. 1. A method of monitoring the liquid level, which consists in the fact that a device for monitoring the liquid level is installed at the place of monitoring the liquid level, including a tube with the first and second air pressure sensors installed in it, a radio transmission device and a control controller, and the installation of a device for monitoring the liquid level carried out with the open end of the tube downward above or below the liquid level, using the first pressure sensor measure the air pressure in the first cavity of the tube, and using the second pressure sensor measure the air pressure outside the tube, compare the pressure difference between the first and second pressure sensors using the control controller , and periodically send messages using a radio transmitting device using LPWAN or NBIoT technology to at least one base station installed in the radio signal propagation zone of the radio transmitting device, each message from the device for monitoring ur The liquid level contains the identification data of the liquid level monitoring device and the pressure difference value, with the help of at least one base station, each message is received from the liquid level monitoring device, processed and sent to the network server, with the help of the network server, each message is received from at least one base station, each message, the liquid level is determined by the pressure difference and processed messages are sent to the user's electronic device, each of which contains the identification data of the device for monitoring the liquid level and the value of the liquid level, and sending messages by the device for monitoring the liquid level are carried out periodically at constant time intervals when the pressure difference between the first and the second pressure sensor is within the specified maximum value, and when the pressure difference exceeds the specified maximum value, messages are immediately transmitted at shorter time intervals, according to which the user judges about a change in the liquid level more than the specified maximum value.
2. Способ по п.1, в котором при принятии по меньшей мере одной базовой станцией сообщений от устройства для мониторинга уровня жидкости, на ней осуществляют фильтрацию принятых сообщений путем отбрасывания искаженных и/или ложных сообщений. 2. The method according to claim 1, wherein when at least one base station receives messages from the liquid level monitoring device, it filters the received messages by discarding corrupted and / or false messages.
3. Способ по п.1, в котором при принятии сетевым сервером от по меньшей мере одной базовой станции сообщений, на нем осуществляют фильтрацию принятых сообщений путем отбрасывания искаженных и/или ложных сообщений, и осуществляют агрегацию принятых сообщений путем объединения в одно сообщение одного и того же сообщения, принятого разными базовыми станциями. 3. The method according to claim 1, wherein when the network server receives messages from at least one base station, it filters the received messages by discarding corrupted and / or false messages, and aggregates the received messages by combining one and the same message received by different base stations.
4. Способ по п.1, в котором до начала отправки сообщений на по меньшей мере одну базовую станцию осуществляют настройку периодичности отправки сообщений. 4. The method of claim 1, wherein prior to the start of sending messages to at least one base station, the periodicity of sending messages is adjusted.
5. Способ по п.1, в котором электронное устройство пользователя имеет программное обеспечение, при этом осуществляют настройку сетевого сервера для этого программного обеспечения путем внесения идентификационных данных устройства для мониторинга уровня жидкости в базу данных сетевого сервера и ассоциации с программным обеспечением электронного устройства пользователя, а сетевой сервер осуществляет хранение полученных от по меньшей мере одной базовой станции сообщений, а также значений уровня жидкости, и осуществляет определение программного обеспечения электронного устройства пользователя, с которым ассоциировано устройство для мониторинга уровня жидкости. 5. The method according to claim 1, wherein the user electronic device has software, wherein the network server is configured for the software by entering the identification data of the liquid level monitoring device into the network server database and associating with the software of the user electronic device, and the network server stores the received from at least one base the station of messages, as well as the values of the liquid level, and determines the software of the electronic device of the user, with which the device for monitoring the liquid level is associated.
6. Способ по п.1, в котором уровень жидкости определяют путем расчета значения высоты уровня жидкости с использованием следующей зависимости: где 6. The method according to claim 1, wherein the liquid level is determined by calculating the liquid level height value using the following relationship: where
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000032_0001
Н - высота уровня жидкости относительно нижнего открытого конца трубки, Па; H is the height of the liquid level relative to the lower open end of the tube, Pa;
DR - значение разницы давлений между сенсорами давления, м; DR is the value of the pressure difference between pressure sensors, m;
р - значение плотности жидкости, уровень которой измеряется, кг/м3;p is the density value of the liquid, the level of which is measured, kg / m 3 ;
L - высота расположения первого сенсора давления воздуха относительно открытого конца трубки, м. L is the height of the location of the first air pressure sensor relative to the open end of the tube, m.
Ро - значение давления второго сенсора давления, Па. Po is the pressure value of the second pressure sensor, Pa.
7. Способ по п.1, в котором используют устройство для мониторинга уровня жидкости, длина трубки которого не менее ожидаемого изменения уровня жидкости, при этом перед установкой устройства для мониторинга уровня жидкости осуществляют внесение в базу данных сервера значение длины трубки и ассоциацию с идентификационными данными устройства для мониторинга уровня жидкости. 7. The method according to claim 1, in which a device for monitoring the liquid level is used, the tube length of which is not less than the expected change in the liquid level, and before installing the device for monitoring the liquid level, the value of the tube length is entered into the server database and associated with identification data devices for monitoring liquid level.
8. Устройство для мониторинга уровня жидкости, реализующее способ по п.п.1-7, содержащее трубку с одним открытым концом, внутри трубки установлена герметичная перегородка с образованием в трубке двух полостей, при этом в первой полости, образованной со стороны открытого конца трубки, установлен первый сенсор давления воздуха, а во второй полости, образованной со стороны закрытого конца трубки, установлены второй сенсор давления воздуха, радиопередающее устройство, контроллер управления с программным обеспечением, соединенный с радиопередающим устройством и с каждым сенсором давления воздуха, источник питания, соединенный с контроллером управления и с радиопередающим устройством, причем трубка имеет сквозное отверстие на участке между герметичной перегородкой и закрытым концом. 8. A device for monitoring the liquid level, implementing the method according to claims 1-7, containing a tube with one open end, a sealed partition is installed inside the tube to form two cavities in the tube, while in the first cavity formed on the side of the open end of the tube , the first air pressure sensor is installed, and in the second cavity formed on the side of the closed end of the tube, installed a second air pressure sensor, a radio transmitting device, a control controller with software connected to the radio transmitting device and to each air pressure sensor, a power supply connected to the control controller and to the radio transmitting device, and the tube has a through hole in the area between the sealed partition and the closed the end.
9. Устройство по п.8, в котором первый сенсор давления воздуха выполнен влагозащищенным. 9. The device of claim 8, wherein the first air pressure sensor is waterproof.
10. Устройство по п.8, в котором радиопередающее устройство включает сетевой модуль и антенну. 10. The apparatus of claim 8, wherein the radio transmitting apparatus includes a network module and an antenna.
PCT/RU2020/000222 2019-04-16 2020-05-14 Method and device for the automatic wireless monitoring of a liquid level WO2020214064A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111431A RU2722862C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Automated liquid level monitoring method and device for implementation thereof
RU2019111431 2019-04-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020214064A1 true WO2020214064A1 (en) 2020-10-22

Family

ID=71067470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000222 WO2020214064A1 (en) 2019-04-16 2020-05-14 Method and device for the automatic wireless monitoring of a liquid level

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2722862C1 (en)
WO (1) WO2020214064A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114370857A (en) * 2021-11-22 2022-04-19 长安大学 Shield tunnel segment floating monitoring device, monitoring system and monitoring method
CN115076601A (en) * 2022-05-10 2022-09-20 潍柴动力股份有限公司 Method, device and system for detecting credibility of residual liquid level of gas tank

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761758C1 (en) * 2020-12-31 2021-12-13 Осаюхинг Омникомм Inventions related to a capacitive media interface level sensor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1315814A1 (en) * 1983-07-22 1987-06-07 Московский Институт Инженеров Сельскохозяйственного Производства Им.Горячкина Piezometric method of measuring liquid level in hermetically-sealed tanks
RU8469U1 (en) * 1997-12-11 1998-11-16 Закрытое акционерное общество - Научно-производственная фирма "Апекс" COMPLEX FOR DETERMINING OIL PRODUCT WEIGHT IN A TECHNOLOGICAL RESERVOIR
US6711949B1 (en) * 2001-02-01 2004-03-30 Fluent Systems, Llc Remote fluid level detection system
DE10324009A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-08 Robert Bosch Gmbh Differential pressure sensor for measuring the height of the liquid in a tank, in particular the urea tank of a urea metering system
DE10343852A1 (en) * 2003-09-23 2005-04-28 Karlsruhe Forschzent Apparatus and method for glass level measurement in a vitrification furnace for radioactive waste
US9958308B2 (en) * 2014-01-28 2018-05-01 Roderick John Murphy Apparatus and method for determining the depth of liquid in a drum

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1315814A1 (en) * 1983-07-22 1987-06-07 Московский Институт Инженеров Сельскохозяйственного Производства Им.Горячкина Piezometric method of measuring liquid level in hermetically-sealed tanks
RU8469U1 (en) * 1997-12-11 1998-11-16 Закрытое акционерное общество - Научно-производственная фирма "Апекс" COMPLEX FOR DETERMINING OIL PRODUCT WEIGHT IN A TECHNOLOGICAL RESERVOIR
US6711949B1 (en) * 2001-02-01 2004-03-30 Fluent Systems, Llc Remote fluid level detection system
DE10324009A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-08 Robert Bosch Gmbh Differential pressure sensor for measuring the height of the liquid in a tank, in particular the urea tank of a urea metering system
DE10343852A1 (en) * 2003-09-23 2005-04-28 Karlsruhe Forschzent Apparatus and method for glass level measurement in a vitrification furnace for radioactive waste
US9958308B2 (en) * 2014-01-28 2018-05-01 Roderick John Murphy Apparatus and method for determining the depth of liquid in a drum

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114370857A (en) * 2021-11-22 2022-04-19 长安大学 Shield tunnel segment floating monitoring device, monitoring system and monitoring method
CN115076601A (en) * 2022-05-10 2022-09-20 潍柴动力股份有限公司 Method, device and system for detecting credibility of residual liquid level of gas tank
CN115076601B (en) * 2022-05-10 2024-02-20 潍柴动力股份有限公司 Method, device and system for detecting reliability of residual liquid level of gas tank

Also Published As

Publication number Publication date
RU2722862C1 (en) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020214064A1 (en) Method and device for the automatic wireless monitoring of a liquid level
EP3485235B1 (en) Systems and methods for sewer monitoring
EP2813825B1 (en) Self-contained, buoyant, and water-tight wireless flood detector
US6369715B2 (en) Intrinsically safe sensor and data transmission system
US7562570B2 (en) Ultrasonic oil/water tank level monitor having wireless transmission means
US20170227391A1 (en) Monitoring systems and methods
CN103874920B (en) Outer wall attached type ultrasound wave concentration measurement system and method thereof
US7221282B1 (en) Wireless wastewater system monitoring apparatus and method of use
KR20160013074A (en) System and method for monitoring stability of a vessel
WO2012065160A2 (en) Sensor system
KR20190047240A (en) Underground safety integrated management system utilizing underground manhole
CA2962754A1 (en) Pipeline wireless sensor network
CN105910764B (en) Transformer oil storage capsules break detection method
CN111765945A (en) Inspection well water level monitoring system and method
CN105737944A (en) Device and method for detecting oil level of oil storage cabinet of corrugated pipe tube transformer
US6762679B1 (en) Remote monitoring adapter for levelmeter
US7324901B2 (en) Water measurement auto-networks
CN108469257A (en) A kind of online suspended sediment measuring device
CN106257245A (en) Conduit section monitoring system
CN107063391B (en) Non-contact type double-material-level intelligent detection system
GB2578607A (en) Level sensing apparatus
EP1215471B1 (en) Liquid level sensing system
CN208296827U (en) A kind of online suspended sediment measuring device
WO2021002772A1 (en) Method for automated wireless monitoring of the angle of inclination of objects under test
WO2011066832A1 (en) Alarm system for storage tanks holding liquid or semi-liquid

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20791041

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 18.02.2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20791041

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1