[發明專利]一種含固體垃圾污水流量測量裝置

在審

• 申請號: 201410628255.2
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104296814A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 童峰;周躍海;郭子成;林建光
• 申請（專利權）人: 廈門大學;環創（廈門）科技股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及污水流量測量，尤其是涉及一種含固體垃圾污水流量測量裝置。?

背景技術

極端天氣等突發情況下城市排水系統不足造成的內澇已成為我國關注的問題，各地新建了許多引水、排水泵站工程和污水處理工廠進行污水處理。在污水排放過程中勢必涉及到大口徑、大流量各類污水的計量問題。?

隨著超聲波期間、電子技術、計算機等技術的迅猛發展,超聲流量計在大口徑、大流量的液體流量測量方面得到廣泛使用,技術日趨成熟和完善。超聲流量計本身良好的性能價格比使得其應用日益廣泛。目前常用的超聲波流量計分為一下兩類(參考文獻1)。?

一為多普勒式超聲波流量計(參考文獻2)：利用安裝在管道兩側的超聲波換能器發射，接收信號,超聲波信號經照射管渠內的懸浮物顆粒及氣泡產生多普勒頻率偏移，接收端通過計算超聲波多普勒頻差可測量液體流速，進而測量流量。該類超聲波流量計適用于測量含有適量能給出強反射信號的顆粒和氣泡。其懸浮物含量約在1～5g/L為宜。一般用于工廠排放未處理的污水和回流污泥等流量計量。?

二為時差式超聲波流量計(參考文獻3)：其測量原理是根據超聲波信號沿水流方向的傳播速度會增大,逆流方向則減小，因此在同一傳播距離的條件下,有著不同的傳播速度和傳播時間；由順向傳播時間和逆向傳播時間可以計算出傳播時間差,然后可計算出平均流速，進而計算流量。時差式超聲流量計測量時,被測液體必須能被聲波穿透,也就是液體中不能含有太高濃度的氣泡、懸浮物顆粒和沉淀物,否則聲波將被折射,影響測量精度。通常時差式超聲流量計測量時,其懸浮物含量限制在1％體積含量以內。?

但是，對于當前頻發的極端天氣條件下城市污水排澇中，污水往往高度渾濁且含有大量樹枝、欄桿、雜物、板材等各類城市固體垃圾，由于含有大量各類尺寸不同、材質各異的固體垃圾，污水水體呈現高度的非均勻性，且對于這類嚴重渾濁、因含有固體垃圾而高度非均勻的污水，多普勒式超聲波流量計超聲波信號往往被大量外形不規則、尺寸不一的固體垃圾阻隔而無法形成穩定反射信號進行多普勒頻偏測量，而時差式超聲波流量計無法很好地穿透含大量固體垃圾的污水水體。因此，目前常用的兩類超聲波流量測量裝置均無法應用于含大?量固體垃圾的污水，導致在極端天氣導致的城市內澇中泵站等排水系統無法及時獲得排污管網的準確流量信息。?

發明內容

本發明的目的在于針對傳統的超聲波流量測量方法無法應用于含大量固體垃圾污水的情況，提供一種含固體垃圾污水流量測量裝置。?

本發明設有超聲波發射電路、超聲波發射器、2個超聲波接收傳感器、超聲波接收電路、模數轉換電路和流量計算模塊；?

所述超聲波發射電路輸出端接超聲波發射器輸入端，超聲波發射器安裝在污水排水管道底部，2個超聲波接收傳感器安裝在污水管道頂部，超聲波接收電路輸入端分別連接2個接收超聲波傳感器輸出端，超聲波接收電路對接收到的超聲波信號進行前置放大、帶通濾波、包絡檢波處理，超聲波接收電路的輸出端接模數轉換電路輸入端，模數轉換電路的輸出端接流量計算模塊輸入端，流量計算模塊獲取2路接收信號的包絡后進行相關計算獲取相關峰位置，并利用2個超聲波接收傳感器間距離計算污水流速，進而計算含大量固體垃圾的污水流量并進行輸出。?

所述污水排水管道最好充滿污水。?

所述2個超聲波接收傳感器可圍繞超聲波發射器安裝點的頂部對應位置沿污水流動方向對稱安裝。?

本發明分別利用在污水管底部、頂部位置固定的2個超聲波接收傳感器分別接收超聲波發射器發射的超聲波信號并得到2路接收信號；并通過對2路接收超聲波信號進行前置放大、帶通濾波、包絡提?。煌瑫r，在對信號包絡進行模數轉換后進行2路接收信號包絡的相關計算，通過相關計算獲取含固體垃圾污水的非均勻通過造成的2路信號波動間的相關性，從而獲取含固體垃圾污水流經2個超聲波接收傳感器的時間，進而結合2個超聲波接收傳感器間距計算出流速，從而進行流量計算。?

本發明針對污水管道中含大量固體垃圾污水造成超聲波透射、反射均不均勻從而無法使用傳統超聲波流量計的情況，利用含固體垃圾污水流過時聲傳播特性的非均勻性變化在2路接收信號上形成的波動進行相關計算，從而獲得污水流過2個超聲波接收傳感器的時差信息，進行流速和流量計算。本發明采用簡單方便的非均勻性導致的信號波動相關性來獲取含固體垃圾污水的流量信息，從而避免了目前常用的2類超聲波流量計因需要獲得穩定、均勻的反射或透射信號而無法應用于含大量固體垃圾污水的問題。?