[發明專利]用于城市供水管網泄漏檢測定位球及其應用方法

在審

• 申請號: 201710460005.6
• 申請日: 2017-06-17
• 公開（公告）號: CN107218514A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 屠德展;王藝林;朱乃富;王可心;陳進玉;侯迪波
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發明涉及一種用于城市供水管網泄漏檢測定位球，具體地說，涉及機械結構之間、機械與電路模塊之間的相互連接關系以及檢測球的整體配重設計，屬于機械結構設計的范疇。

背景技術

據統計，我國城市供水管網平均漏損率超過15%，水資源浪費嚴重。如果漏損率每降低1個百分點，可節水至少5億立方米，相當于30多個西湖的水量。由于城市供水管網存在分布范圍廣、管線距離長、地下管線錯綜復雜信息不全等問題，目前仍主要以人工聽漏為主進行泄漏點定位，很難以低成本的方式對泄漏點進行精準的空間定位檢測。

機械結構設計對于檢測球功能的實現具有極其重要的意義。首先，檢測球工作在水中，因此對于檢測球整體的密封性有很高的要求；其次，要保證檢測球在管道內工作過程中減小碰撞和震蕩的影響，對保護殼的設計有很高的要求；再次，要保證檢測球沿著管道下壁繞單軸滾動，對配重的設計和保護殼的設計有很高的要求；最后，還要保證檢測球在管道中長期工作的可靠性，對機械結構整體的設計提出了更高的要求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于針對城市供水管網泄漏檢測定位球的工作特性，提供一種用于城市供水管網泄漏檢測定位球及其應用方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種用于城市供水管網泄漏檢測定位球，泄漏檢測定位球機械結構裝置包括密封結構、內部模塊支架、球形保護殼、配重塊和控制單元；

其中，所述密封結構和內部模塊支架采用鋁合金材料，用于固定檢測定位球內部的電路模塊，電路模塊包括USB通信和充電雙功能復用模塊、開關模塊、主控電路模塊、信號調理電路模塊、電源模塊和水聽器模塊，其中USB通信和充電雙功能復用模塊、開關模塊和水聽器模塊用于與外部環境交互，在密封結構上開孔固定，主控電路模塊、信號調理電路模塊和電源模塊用于檢測球內部的工作，在密封結構內部通過內部模塊支架固定；球形保護殼采用聚氨酯材料，用于包覆密封結構，并在球形保護殼相應的位置設有開孔；控制單元包括開關模塊、主控電路模塊和信號調理電路模塊，用于采集、處理管道中的泄漏特征信號，并實現自主定位；配重塊固定在密封結構的內壁，用于保證檢測定位球在管道中工作時重力略大于浮力，且豎直向上的Y軸轉動慣量遠小于沿其它兩個軸的轉動慣量，結合球形保護殼提供的摩擦力保證其在管道中繞Y軸單軸滾動，且在垂直上升管道中也能處于重力平衡狀態隨水流上升從而實現定位。

所述的密封結構由上、下兩部分組成，用螺紋旋合并用O型圈密封；在上半部分密封結構左右軸對稱開兩個孔，分別用于安裝USB通信和充電雙功能復用模塊和開關模塊，USB通信和充電雙功能復用模塊上安裝一個堵頭用于密封，開關模塊自身具有螺紋，在密封結構相應位置設有螺紋并密封；在下半部分密封結構與Y軸的交叉點處按水聽器模塊的結構開孔設有螺紋并密封；對于球殼內部電路模塊，在上半部分密封結構凹臺面預留8個中心旋轉對稱的M3的螺紋孔并用內部模塊支架與密封結構相連，主控電路模塊和信號調理電路模塊通過PCB板上預留的通孔和銅柱連接，電源模塊通過內部模塊支架與上半部分密封結構相連，所有模塊最終形成一個整體，并保證整體的密封性。

所述的配重塊固定在密封結構的內壁，數量可以增減，位置可調，所述的配重塊的設計考慮檢測定位球三個軸上的轉動慣量，將檢測定位球放在三維空間中分析，對于三維空間中任意一參考點O，以此參考點為原點做一個空間直角坐標系OXYZ，則檢測定位球的慣性張量I由一個對稱矩陣表示：

其中，I_xx、I_yy、I_zz為繞X、Y、Z軸的轉動慣量；

通過所述的配重塊進行配重并計算驗證使得檢測定位球繞Y軸的轉動慣量最小且遠小于繞其它兩軸的轉動慣量，取檢測球繞Y軸的轉動慣量最小且小于其它兩軸的四分之一。

一種采用所述的檢測定位球的應用方法，

Step1：將開關模塊旋合到上半部分密封結構并用O型圈密封，將USB通信和充電雙功能復用模塊用螺釘固定到上半部分密封結構，并將該接口用堵頭和O型圈密封；

Step2：將主控電路模塊、信號調理電路模塊和電源模塊通過內部模塊支架、銅柱和螺釘連接到上半部分密封結構；