城市污水管網多因子監(jiān)測方法以及監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其包括如下具體步驟：1）對城市污水管網中的污水進行過濾處理；2）對于經過步驟1）過濾處理后的污水進行多因子監(jiān)測；所述多因子監(jiān)測包括有：對于污水流速、污水液位與污水溫度的監(jiān)測；采用上述技術方案的城市污水管網多因子監(jiān)測方法以及監(jiān)測系統(tǒng)，可對城市污水管網內的污水流量、污水液位與污水溫度等相關信息進行實時監(jiān)測，從而使得城市污水管網內部的詳盡信息可通過數(shù)據(jù)方式實時反饋至相關工作人員處，其可根據(jù)污水管網可能存在的問題進行及時疏導，進而避免污水管網內堵塞等現(xiàn)象對城市環(huán)境造成嚴重影響。
【專利說明】城市污水管網多因子監(jiān)測方法以及監(jiān)測系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種市政工程中的環(huán)境監(jiān)測方法以及相關設備的運用，尤其是一種城 市污水管網多因子監(jiān)測方法以及監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 城市污水管網是城市發(fā)展的基礎，隨著城市的擴建，城市污水管網亦需要隨之改 善；然而，部分城市的污水管網在極端環(huán)境下難以實現(xiàn)良好的排水功能，具體體現(xiàn)在污水堵 塞，雨水難以下滲等現(xiàn)象；在污水管網建設本身存在一定不足的同時，污水管網內的污水狀 況難以及時反饋至相關人員，以進行處理亦成為城市污水管網效能不足的重要原因之一。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種城市污水管網的監(jiān)測方法以及其相關設備， 其可在城市污水管網的惡劣工作環(huán)境中，對于污水管網內的污水情況進行實時而精確的監(jiān) 測。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明涉及一種城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其包括如 下具體步驟： 1) 對城市污水管網中的污水進行過濾處理； 2) 對于經過步驟1)過濾處理后的污水進行多因子監(jiān)測；所述多因子監(jiān)測包括有：對于 污水流速、污水液位與污水溫度的監(jiān)測； 作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟1)中，對污水進行過濾處理的具體方法為：在污水 管網中，所述步驟2)中對污水進行多因子監(jiān)測的監(jiān)測位置相對于污水流向的前端對污水進 行分流處理。采用上述方案，其可通過對污水的分流處理，使得污水中的雜物通過分流設備 得以阻隔，從而避免其直接與相關監(jiān)測設備接觸，造成對監(jiān)測設備的堵塞甚至損壞。
[0005] 作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟2)中，多因子監(jiān)測包括有對于污水流量的監(jiān)測， 其具體方法為：通過對于污水流速與污水液位的監(jiān)測獲得的流速與液位數(shù)據(jù)的分析與計 算，獲取污水流量的數(shù)據(jù)。采用上述方案，其可通過監(jiān)測污水流速與污水液位所采集的數(shù)據(jù) 間接獲得污水流量，避免額外設置監(jiān)測設備而形成的成本增加與系統(tǒng)可靠性的降低。
[0006] 作為本發(fā)明的一種改進，對于污水流量的監(jiān)測的方法包括有，通過步驟2)中對于 污水溫度監(jiān)測獲取的污水溫度數(shù)據(jù)，對基于污水流速與污水液位的監(jiān)測獲得的流速與液位 數(shù)據(jù)的計算所獲取的污水流量數(shù)據(jù)進行溫度補償。采用上述方案，其可有效避免污水的流 量因溫度不同而造成的變化，從而更為精確的監(jiān)測出污水的實際流量。
[0007] 作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟2)中，對污水流速進行監(jiān)測的方法為，通過對污 水中攜帶的固體顆粒與氣泡的流動速度進行監(jiān)測，以獲取污水的流速監(jiān)測數(shù)據(jù)。采用上述 方案，其通過對污水中的固體進行監(jiān)測，相較于直接測量污水流速可實現(xiàn)更為精確的監(jiān)測 效果。
[0008] 基于上述城市污水管網多因子監(jiān)測方法對城市污水管網進行監(jiān)測的過程中，其采 用城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)，其包括有，用于對污水管網進行監(jiān)測的監(jiān)測裝置，以及與 監(jiān)測探頭彼此電性連接的監(jiān)測主機；所述監(jiān)測裝置包括有污水流速監(jiān)測傳感器、壓力傳感 器以及溫度傳感器。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進，所述監(jiān)測裝置包含有監(jiān)測探頭，監(jiān)測探頭中包含有監(jiān)測 端部與安裝端部，所述污水流速監(jiān)測傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器均安裝于監(jiān)測探 頭的監(jiān)測端部之上；所述監(jiān)測探頭的安裝端部通過螺紋連接至，固定于污水管道內部的安 裝基座中。
[0010] 采用上述設計，其可通過監(jiān)測探頭同時實現(xiàn)污水流速、液位與溫度的檢測，從而使 得相關設備的體積與數(shù)量均得到簡化；同時，監(jiān)測探頭的安裝方式中，其可便捷的實現(xiàn)安裝 與拆卸，并可適用于污水管網內的各個區(qū)域，從而有效改善了監(jiān)測系統(tǒng)的適用性；同時，采 用安裝基座與監(jiān)測探頭之間的固定連接方式，其亦可確保監(jiān)測探頭的穩(wěn)定性。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進，所述監(jiān)測探頭中，其監(jiān)測端部位置設置有兩個流速監(jiān)測 面，其均垂直于污水管網軸線所在的堅直平面；兩個流速監(jiān)測面所在平面與監(jiān)測探頭的軸 線交點，其均位于監(jiān)測探頭中監(jiān)測端部的端面與污水管網中，監(jiān)測探頭的安裝端面的相對 端面之間；兩個流速監(jiān)測面上分別設置有一個超聲波換能器。
[0012] 采用上述設計，其可通過設置于流速監(jiān)測面上的超聲波換能器產生超聲波，超聲 波在污水中的固體顆粒或氣泡的影響下發(fā)生偏移，從而可通過頻率的偏移計算出污水的流 速，進而實現(xiàn)對污水流速的精確實時監(jiān)測。
[0013] 在監(jiān)測探頭中采用兩個不同方向的超聲波換能器，其可對污水進出的兩個方向上 進行監(jiān)測，從而提高了監(jiān)測的精度與全面性；流速監(jiān)測面所采用的斜面設計，其可使得用于 流速監(jiān)測的超聲波換能器與污水流動形成一定夾角，從而在一定程度上防止了污水中的雜 物覆蓋，導致超聲波無法對其進行精確監(jiān)測，亦可消除污水與超聲波換能器接觸時產生的 渦流，進而避免其多超聲波換能器的監(jiān)測造成影響。
[0014] 作為本發(fā)明的一種改進，所述城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測裝置與污水 入口之間設置有污水過濾裝置，其由多個彼此平行的過濾隔板構成，每一個過濾隔板均由， 其于污水管網中的安裝端面向，污水管網中監(jiān)測裝置軸線所在的徑向截面方向進行延伸； 所述過濾隔板中的任意位置與，過濾隔板于污水管網的安裝端面所在平面之間的最大距 離，大于監(jiān)測探頭的軸向長度。
[0015] 采用上述設計，其可通過污水過濾裝置的多個過濾隔板，對污水中的雜物進行阻 隔，從而避免其對監(jiān)測設備造成堵塞甚至損壞；同時，多個平行的過濾隔板設計可避免其對 污水的流速造成影響，從而使得監(jiān)測裝置可真實的反應污水管網中的實際流速；過濾隔板 的曲面延伸設計，其可避免雜物堆積在過濾隔板之上，并能使其沿多個過濾隔板形成的曲 面滑至監(jiān)測裝置后方。
[0016] 作為本發(fā)明的一種改進，相鄰兩個污水過濾隔板之間的距離為污水過濾隔板寬度 的1至2倍。采用上述設計，其可在阻隔污水中的雜物的同時，避免污水的流速受到過大影 響。
[0017] 作為本發(fā)明的一種改進，所述城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)中包含有，正對于污 水管網內窨井所在位置進行延伸的紅外傳感器。采用上述設計，其可通過紅外傳感器實時 監(jiān)測污水管網中的窨井狀態(tài)，當窨井丟失或打開時，其可及時向相關人員反饋，以避免行人 因其發(fā)生意外。
[0018] 采用上述技術方案的城市污水管網多因子監(jiān)測方法以及監(jiān)測系統(tǒng)，可對城市污水 管網內的污水流量、污水液位與污水溫度等相關信息進行實時監(jiān)測，從而使得城市污水管 網內部的詳盡信息可通過數(shù)據(jù)方式實時反饋至相關工作人員處，其可根據(jù)污水管網可能存 在的問題進行及時疏導，進而避免污水管網內堵塞等現(xiàn)象對城市環(huán)境造成嚴重影響；同時， 上述監(jiān)測系統(tǒng)通過對監(jiān)測設備的改進，使得其可避免污水管網內，惡劣環(huán)境對監(jiān)測的影響， 故而其具備相當?shù)谋O(jiān)測適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明示意圖； 圖2為本發(fā)明中監(jiān)測探頭示意圖； 圖3為本發(fā)明中過濾裝置正視圖； 圖4為本發(fā)明中過濾隔板示意圖； 圖5為本發(fā)明中監(jiān)測主機控制模塊圖； 圖6為本發(fā)明中實施例9內監(jiān)測示意圖； 附圖標記列表： 1 一監(jiān)測探頭、2-監(jiān)測主機、3-污水管道、4 一窨井管道、5-壓力傳感器、6-溫度傳感 器、7-多普勒超聲波換能器、8-過濾隔板、9 一紅外傳感器、10-安裝管體。

【具體實施方式】
[0020] 下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語"前"、"后"、 "左"、"右"、"上"和"下"指的是附圖中的方向，詞語"內"和"外"分別指的是朝向或遠離特 定部件幾何中心的方向。
[0021] 實施例1 本發(fā)明涉及一種城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其包括如下具體步驟： 1) 對城市污水管網中的污水進行過濾處理； 2) 對于經過步驟1)過濾處理后的污水進行多因子監(jiān)測；所述多因子監(jiān)測包括有：對于 污水流速、污水液位與污水溫度的監(jiān)測； 3) 通過步驟2)中獲得的污水流速、污水液位的數(shù)據(jù)信息，基于計算與分析獲取污水管 網中污水流量信息； 4) 對于步驟3)中獲得的污水流量信息，通過步驟2)中獲取的污水溫度的監(jiān)測數(shù)據(jù)對 其進行溫度補償處理，以獲取污水管網內的實際流量數(shù)據(jù)。
[0022] 作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟1)中，對污水進行過濾處理的具體方法為：在 污水管網中，所述步驟2)中對污水進行多因子監(jiān)測的監(jiān)測位置相對于污水流向的前端對污 水進行分流處理。采用上述方案，其可通過對污水的分流處理，使得污水中的雜物通過分流 設備得以阻隔，從而避免其直接與相關監(jiān)測設備接觸，造成對監(jiān)測設備的堵塞甚至損壞。
[0023] 作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟2)中，對污水流速進行監(jiān)測的方法為，通過多普 勒頻移原理，在污水中釋放超聲波，通過檢測超聲波信號因污水中攜帶的固體顆粒與氣泡 的流動速度不同而產生的不同程度的頻率偏移，以獲取污水的流速監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0024] 所述步驟2)中，對污水液位進行監(jiān)測的方法為，通過浸沒壓力方法，即通過壓力傳 感器在不同液面位置測量到的污水壓力的不同，以對污水液面進行實時監(jiān)測；對污水溫度 進行監(jiān)測的方法為，通過溫度傳感器實時測量污水溫度，以對其進行監(jiān)測。
[0025] 采用上述方案，其通過對污水中的固體進行監(jiān)測，相較于直接測量污水流速可實 現(xiàn)更為精確的監(jiān)測效果；同時，通過浸沒壓力方法與溫度傳感器，均可精確測量污水的液面 與溫度，從而提高準確的數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理與反饋。
[0026] 為實現(xiàn)上述城市污水管網多因子監(jiān)測，本實施例采用如圖1所示的城市污水管網 多因子監(jiān)測系統(tǒng)，其包括有，用于對污水管網進行實時監(jiān)測的監(jiān)測探頭1，以及與監(jiān)測探頭 彼此通過電性連接的監(jiān)測主機2 ;本發(fā)明中，污水管網由污水管道3與窨井管道4構成，所 述監(jiān)測探頭1設置于污水管道中，其與窨井管道交匯位置的20米范圍內，所述監(jiān)測主機2 通過機架與螺栓（圖中未標示）固定安裝于窨井管道內部。
[0027] 為確保監(jiān)測探頭1在污水管道中對污水良好的測量效果，對于污水管道日常處于 滿管狀態(tài)地區(qū)，所述監(jiān)測探頭1以及相關設備需安裝于污水管道的上端面，對于污水管道 日常處于非滿管狀態(tài)地區(qū)，所述監(jiān)測探頭1以及相關設備需安裝于污水管道下端面；本實 施例中以滿管狀態(tài)地區(qū)中的污水管道進行描述。
[0028] 如圖1與圖2所示，所述監(jiān)測主機2中設置有延伸至監(jiān)測探頭1的安裝位置的連 接管路，其包括有在污水管道上端面沿水平方向延伸的安裝管體10,其構成用于對監(jiān)測探 頭1進行安裝的安裝基座，安裝管體10上設置有用于固定在污水管道內壁的掛鉤；所述監(jiān) 測探頭1中包含有監(jiān)測端部與安裝端部，安裝端部通過螺紋連接至安裝管體3中；所述監(jiān)測 探頭1由其位于污水管道的上端面的安裝位置，沿堅直方向向下延伸；所述監(jiān)測探頭1中， 監(jiān)測端部的對應位置安裝有污水流速監(jiān)測傳感器、壓力傳感器5以及溫度傳感器6,污水流 速監(jiān)測傳感器采用多普勒超聲波換能器7。
[0029] 采用上述設計，其通過監(jiān)測探頭的安裝方式，使得其可便捷的實現(xiàn)安裝與拆卸，并 可適用于污水管網內的各個區(qū)域，從而有效改善了監(jiān)測系統(tǒng)的適用性；而監(jiān)測主機的安裝 位置則其可避免污水流動時損壞監(jiān)測主機致使監(jiān)測工作無法正常運行；同時，監(jiān)測探頭中 的多個傳感器可通同時實現(xiàn)污水流速、液位與溫度的檢測，從而在實現(xiàn)對污水的多因子精 確監(jiān)測的同時，使得相關設備的體積與數(shù)量均得到簡化。
[0030] 作為本發(fā)明的一種改進，所述監(jiān)測探頭1的監(jiān)測端部位置設置有兩個流速監(jiān)測 面，其均垂直于污水管網軸線所在的堅直平面；兩個流速監(jiān)測面所在平面與監(jiān)測探頭的軸 線交點，位于監(jiān)測探頭1中，監(jiān)測端部的端面以下，即兩個流速監(jiān)測面使得監(jiān)測探頭1底端 的軸向截面為等腰梯形結構，其上底面長度大于下底面長度，且其中位線平行于污水管道 的軸線；兩個流速監(jiān)測面上分別設置有一個多普勒超聲波換能器7 ;所述壓力傳感器5安裝 于監(jiān)測探頭1的底端面之上；所述溫度傳感器6安裝于監(jiān)測探頭1的側端面之上。
[0031] 采用上述設計，其可通過設置于流速監(jiān)測面上的超聲波換能器產生超聲波，超聲 波在污水中的固體顆?；驓馀莸挠绊懴掳l(fā)生偏移，從而可通過頻率的偏移計算出污水的流 速，進而實現(xiàn)對污水流速的精確實時監(jiān)測。
[0032] 在監(jiān)測探頭中采用兩個不同方向的超聲波換能器，其可對污水進出的兩個方向上 進行監(jiān)測，從而提高了監(jiān)測的精度與全面性；流速監(jiān)測面所采用的斜面設計，其可使得用于 流速監(jiān)測的超聲波換能器與污水流動形成一定夾角，從而在一定程度上防止了污水中的雜 物覆蓋，導致超聲波無法對其進行精確監(jiān)測，亦可消除污水與超聲波換能器接觸時產生的 渦流，進而避免其多超聲波換能器的監(jiān)測造成影響。
[0033] 在實際測量過程中，對于污水的流速的測量過程為： V = M*fd*V0/(2* cos Θ) 其中，fd為多普勒超聲波換能器檢測到的頻移；VO為聲音在介質中的傳播速度；Θ為 超聲波換能器發(fā)射面或接收面同水平面之間的夾角；M為比例校正系數(shù)，其由多普勒超聲 波換能器在出廠前測得。
[0034] 對于污水的液面的測量過程為： H = K (P - PO) +HO 其中，H為液位；P為壓力傳感器實際測量的壓力值；PO為空氣中測得的壓力零點值；K 為比例校正系數(shù)，其由壓力傳感器在出廠前測得；HO為探頭安裝時距離底部的高度。
[0035] 基于上述數(shù)據(jù)，對于污水的流量計算過程為： 當污水管道處于滿管時：液位H >管徑D Q = Ji D2/4*V 其中，Q為污水流量；V為污水流速；D為污水管道的管徑。
[0036] 通過多次現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)獲知，流體的流速隨溫度的增加而增加，故此，在上述計算 污水流速的過程中，需對污水流速進行溫度補償處理；溫度補償處理的方法為，通過多次試 驗獲得的溫度補償?shù)木€性回歸方程對污水的流速進行再計算，即： V = M*fd*f(t)*V0/(2* cos0) f(t)為溫度補償系數(shù)，其通過相關監(jiān)測裝置對污水在不同溫度環(huán)境下的流速的離散值 獲得，其具體方法為，通過設置多個溫度比對點，通過實驗測得多個溫度比對點處溫度系數(shù) f(t)的實際數(shù)值。
[0037] 在實際的監(jiān)測過程中，當溫度傳感器監(jiān)測到的污水溫度與溫度比對點的溫度相 同，則可直接通過實驗數(shù)據(jù)獲得溫度系數(shù)以進行溫度補償?shù)挠嬎悖划敎囟葌鞲衅鞅O(jiān)測到的 污水溫度位于兩個溫度比對點之間時，由于在小范圍內，溫度系數(shù)與溫度變化可近似為線 性關系，故可通過相鄰兩個溫度對比點的溫度系數(shù)計算線性回歸方程，進而得到實際溫度 下的溫度系數(shù)；對于溫度對比點的溫度系數(shù)試驗數(shù)據(jù)見下表：

【權利要求】
1. 一種城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其特征在于，所述城市污水管網在線監(jiān)測方法 包括如下具體步驟： 1) 對城市污水管網中的污水進行過濾處理； 2) 對于經過步驟1)過濾處理后的污水進行多因子監(jiān)測；所述多因子監(jiān)測包括有：對于 污水流速、污水液位與污水溫度的監(jiān)測。
2. 按照權利要求1所述的城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟1)中， 對污水進行過濾處理的具體方法為：在污水管網中，所述步驟2)中對污水進行多因子監(jiān)測 的監(jiān)測位置相對于污水流向的前端對污水進行分流處理。
3.按照權利要求1所述的城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟2)中， 多因子監(jiān)測包括有對于污水流量的監(jiān)測，其方法包括：通過對于污水流速與污水液位的監(jiān) 測獲得的流速與液位數(shù)據(jù)的分析與計算，獲取污水流量的數(shù)據(jù)。
4.按照權利要求3所述的城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其特征在于，對于污水流量 的監(jiān)測的方法包括有，通過步驟2)中對于污水溫度監(jiān)測獲取的污水溫度數(shù)據(jù)，對基于污水 流速與污水液位的監(jiān)測獲得的流速與液位數(shù)據(jù)的計算所獲取的污水流量數(shù)據(jù)進行溫度補 償。
5.按照權利要求1或4所述的城市污水管網多因子監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟 2)中，對污水流速進行監(jiān)測的方法為，通過對污水中攜帶的固體顆粒與氣泡的流動速度進 行監(jiān)測，以獲取污水的流速監(jiān)測數(shù)據(jù)。
6. -種城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述城市污水管網多因子監(jiān)測系 統(tǒng)包括有，用于對污水管網進行監(jiān)測的監(jiān)測裝置，以及與監(jiān)測探頭彼此電性連接的監(jiān)測主 機；所述監(jiān)測裝置包括有污水流速監(jiān)測傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器。
7.按照權利要求6所述的城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測裝置 包含有監(jiān)測探頭，監(jiān)測探頭中包含有監(jiān)測端部與安裝端部，所述污水流速監(jiān)測傳感器、壓力 傳感器以及溫度傳感器均安裝于監(jiān)測探頭的監(jiān)測端部之上；所述監(jiān)測探頭的安裝端部通過 螺紋連接至，固定于污水管道內部的安裝基座中。
8. 按照權利要求7所述的城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測探頭 中，其監(jiān)測端部位置設置有兩個流速監(jiān)測面，其均垂直于污水管網軸線所在的堅直平面；兩 個流速監(jiān)測面所在平面與監(jiān)測探頭的軸線交點，其均位于監(jiān)測探頭中監(jiān)測端部的端面與污 水管網中，監(jiān)測探頭的安裝端面的相對端面之間；兩個流速監(jiān)測面上分別設置有一個超聲 波換能器。
9.按照權利要求6或8所述的城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述城市污 水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測裝置與污水入口之間設置有污水過濾裝置，其由多個彼此 平行的過濾隔板構成，每一個過濾隔板均由，其于污水管網中的安裝端面向，污水管網中監(jiān) 測裝置軸線所在的徑向截面方向進行延伸；所述過濾隔板中的任意位置與，過濾隔板于污 水管網的安裝端面所在平面之間的最大距離，大于監(jiān)測探頭的軸向長度。
10. 按照權利要求9所述的城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)進行城市污水管網監(jiān)測的方 法，其特征在于，所述城市污水管網多因子監(jiān)測系統(tǒng)中包含有，正對于污水管網內窨井所在 位置進行延伸的紅外傳感器。
【文檔編號】G01D21/02GK104316109SQ201410636856
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】周思良, 張健 申請人:周思良