[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

本發明公開了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，該裝置安裝于市政排水管道檢查井內，包括疊加式發電檢測一體化單元、儲供電單元、實時計算與主控通訊單元三個部分。疊加式發電檢測一體化單元利用水流帶動自下而上疊加的各獨立發電組件發電，并將電能輸送至儲供電單元以便其為裝置供電；實時計算與主控通訊單元對從以上各單元收集到的各種參數實施對應的計算方法，獲得實時的液位、流量與裝置工況等信息，進而調整裝置工作模式，最后將所獲管道與裝置信息實時無線傳送至云端。本發明裝置及方法實現了發電、檢測、通信的一體化，適用于市政排水管道各種流況的液位、流量實時測量，是一種高效且易于操作、維護的新型物聯網裝置。

技術領域

本發明屬于水力發電、流量檢測與液位檢測技術領域，具體涉及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。

背景技術

城市地下水道管網構造龐大且復雜，居民生活污水管道、雨水管道等城市地下排水管道存在著監測方法困難、管理復雜、維護代價高等問題，目前尚未存在一套科學、成熟、簡易且有效的方法來實時監控地下水管網的液位、流量等情況以供城市地下排水管道管理者對下水道進行統籌規劃、維修改造等工作。

目前，采用大口徑的流量測量儀器、液位測量儀器等裝置，成本很高，而且由于下水管道的特殊性，水流常常是以重力流和壓力流、層流和湍流混合，均勻流和混合流結合的狀態在管道內流動，且其會隨著一天中不同時段、一年中不同季節、不同天氣狀況發生波動較大的改變，所以具有極其復雜的測量難度，對測量裝置的適應性是一個很大的挑戰。

若將測量裝置安裝于排水管道的內部則會增加安裝難度，且復雜的流況極容易對此類儀器造成損壞、遺失，帶來更大的運維成本；再之，一般的市政排水管道不需要過于精密的參數測量，所以相對成熟的大口徑管道測量裝置難以得到廣泛運用。

而且，此類儀器如果需要外部供電，則對于市政布線所耗費的工程量極大，增加了布線成本和安裝難度；如果使用一次電池供電，則裝置會受到電量限制，無法保證全時段的工作，而且更換電池的運維成本高。

另外，在大流量的情況下，排水管道被水充滿，水流進入檢查井后，流動形式從穩定的層流、均勻的重力流變為不穩定的壓力流，此時若僅采用單個流量檢測設備，則測得的流量極不穩定，不能反應出準確的流量信息，且由于壓差的存在，大流量情況下的檢查井液位會高出排水管道頂端，并形成一定的的高度，為此時整體流量的檢測也帶來了一定的難度。

本發明作為一種新型多檢測單元疊加式裝置，具有易操作，易安裝，集發電、儲電、檢測、無線傳輸一體化等特點，擁有獨立自適應電量設備管理方案，且具有一種與裝置匹配的冗余性、魯棒性的新型液位和流量檢測方法，能在下水道參數的實時檢測與通訊中發揮其優勢作用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有市政排水管道流量液位檢測相關技術的不足，提供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，本發明集成度高，無需附加供電與驅動部件，而是利用一種新型疊加式裝置來同時實現發電、儲電和供電，并進行實時的流量、液位檢測，最后將所獲管道與裝置信息無線傳送至云端進行管理。該裝置安裝方便，可針對不同管徑的排水管道做出適應性調整；該裝置能適應地下管道復雜且多變的水流狀況，并在各種流況下實施液位、流量的實時測量和報警；該裝置具有較高的冗余性、魯棒性，能在部分發電測量元件存在故障的時候修正并繼續工作。總而言之，本發明具有較高的實用性價值，是一種高效且易于操作、維護的新型物聯網裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：