[發明專利]一種排水管道自發電流量液位檢測一體化無線裝置及方法

有效

• 申請號: 202110973293.1
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113738560B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 黃文君;夏雨堯;周遜盛;黃楚媛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01F23/22
• 分類號: G01F23/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種排水管道流量液位檢測的方法，其特征在于，該方法是基于排水管道自發電流量液位檢測一體化無線裝置實現的，該裝置包括安裝于市政排水管道檢查井井底的疊加式發電檢測一體化單元（100），以及安裝于井蓋底部的儲供電單元（200）和實時計算與主控通訊單元（300）；

所述疊加式發電檢測一體化單元（100）的發電檢測部分由自下而上疊加安裝的多個同軸發電組件（110）組成，所述發電組件（110）在管道水流沖擊下旋轉以產生、收集電能；工作時，各發電組件（110）具有不同的身份信息，且均可單獨工作，進行獨立的發電；所述疊加式發電檢測一體化單元（100）設有壓力傳感器（106），用于測量水位漫過頂蓋時，頂蓋受到的壓力；

所述儲供電單元（200）通過信號線纜（114）儲存所述發電組件（110）產生的電能，單向存入蓄電池模組（204），為裝置供電，并收集未處理的發電組件電壓參數，與蓄電池模組的電量參數一并傳輸至所述實時計算與主控通訊單元（300）；

所述實時計算與主控通訊單元（300）獲取儲供電單元（200）傳輸的數據，根據各發電組件電壓參數得到各發電組件實時轉速和工作狀況，從而得到實時管道液位與流量信息，結合蓄電池模組電量參數調整裝置工作模式，并通過無線通訊模組（302）將所有信息實時傳輸至市政管理云端；

該方法包括：

當水流通過排水管道檢查井時，被水沒過的不同高度發電組件以不同轉速旋轉，與水無接觸的發電組件不旋轉；旋轉的發電組件發出電能，通過信號線纜為儲供電單元中的蓄電池模組充電，發電組件發電電壓與轉速具有映射關系；

儲供電單元為裝置供電，并且將未處理的發電組件電壓參數和蓄電池模組的電量參數傳送給實時計算與主控通訊單元；

實時計算與主控通訊單元讀取儲供電單元傳輸的數據，并進行與當前管道流況匹配的計算，獲得管道的液位、流量、發電組件工況以及報警信息，根據獲得的信息調整裝置工作模式，并通過無線通訊模組將所有信息實時傳送至市政管理云端；

其中，液位檢測如下：

若某發電組件是位于最高處，且有電壓發出的發電組件，則將該發電組件標記為液位標志發電組件；

若頂蓋處壓力傳感器沒有數值輸出，則選取當前情況下的液位標志發電組件，該組件的半高處位置即代表此時的液位；

若頂蓋處壓力傳感器出現數值輸出，則此時的液位高度為疊加式發電檢測一體化單元高度H₀與由壓力傳感器輸出數值p換算得到的液位高度h之和；

其中，流量檢測如下：

通過判斷橫向排水管道的頂端以上是否有工作的發電組件以區分排水管道是否滿流；

未滿流時，統計所有正常工作的發電組件發電電壓，通過映射關系轉換為各發電組件的轉速，并通過轉速流速轉換公式換算出重力流平均流速；通過當前液位高度H與橫向排水管道管徑D算出管道水流截面積A，將，A代入重力流水力計算公式即可求得當前流量Q；

滿流時，若水位未漫過疊加式發電檢測一體化單元頂蓋，則統計所有正常工作的發電組件發電電壓，通過映射關系轉換為各發電組件的轉速，并通過轉速流速轉換公式換算為各發電組件處的流速，最后將各位置的流速代入壓力流水力計算公式即可求得當前流量Q；若水位漫過頂蓋，此時頂蓋處壓力傳感器輸出數值為p，將各發電組件的轉速、壓力數值、壓力換算系數與壓力附加項代入壓力流水力計算公式即可求得當前流量Q。