一种管道内部环境监测装置及其控制系统
阅读说明：本技术 一种管道内部环境监测装置及其控制系统 (Pipeline internal environment monitoring device and control system thereof ) 是由 许志永 于 2021-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及环境监测设备技术领域,特别涉及一种管道内部环境监测装置及其控制系统,包括箱体、供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块、PCB安装板、超声波传感器和液位传感器,PCB安装板固定安装在箱体的内部,供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块超声波传感器和液位传感器均通过电线电性连接在PCB安装板上,箱体、供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块、PCB安装板、超声波传感器和液位传感器组成了控制系统的感知层,通过箱体的内部安装在PCB安装板上的多个传感器实时监测管道的内部的环境的易燃易爆物质的浓度。(The invention relates to the technical field of environment monitoring equipment, in particular to a pipeline internal environment monitoring device and a control system thereof, which comprise a box body, a power supply module, a wireless communication positioning module, a gas detection module, a water level and liquid level sensing module, a control module, a PCB (printed circuit board) mounting plate, an ultrasonic sensor and a liquid level sensor, wherein the PCB mounting plate is fixedly mounted in the box body, the power supply module, the wireless communication positioning module, the gas detection module, the water level and liquid level sensing module, the control module, the ultrasonic sensor and the liquid level sensor are all electrically connected on the PCB mounting plate through wires, the box body, the power supply module, the wireless communication positioning module, the gas detection module, the water level and liquid level sensing module, the control module, the PCB mounting plate, the ultrasonic sensor and the liquid level sensor form a sensing layer of the control system, the concentration of inflammable and explosive substances in the environment inside the pipeline is monitored in real time through a plurality of sensors mounted on the PCB mounting plate inside the box body.)
技术领域
本发明涉及环境监测设备技术领域，特别涉及一种管道内部环境监测装置及其控制系统。
背景技术
市政排水管道是城市基础设施的重要组成部分，承担着城市发展中必要的排污和排涝等重要作用。随着智慧城市和智慧水务建设的发展，市政排水管道的综合在线监测对于城市的高效管理尤为重要。在监测设备上应用相应的传感器对市政排水管道的水流、淤积、有机物等信息进行实时监测并可视化，可以有效避免人工检查和数据采集的劣势，并将管道信息上传以实现数据的分析预测，对指导雨天排涝、河道治理、管道清淤等工作有着重要的意义。由于排水管道自身的特点，其复杂恶劣的环境对监测设备的稳定性、安全性、准确性提出了较高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道内部环境监测装置及其控制系统，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种管道内部环境监测装置，包括箱体、供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块、PCB 安装板、超声波传感器和液位传感器，其特征在于：所述PCB 安装板固定安装在箱体的内部，所述供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块超声波传感器和液位传感器均通过电线电性连接在PCB安装板上。
在进一步的实施例中，所述箱体的底部设置有气体进气/气体出口，所述箱体的底部设置有防水接头和电源保险。
在进一步的实施例中，所述无线通信定位模块固定安装在箱体的顶部。
在进一步的实施例中，所述箱体的内部灌胶处理。
在进一步的实施例中，所述箱体的内部固定安装有安装支架，所述安装支架为可位移式单臂支架。
在进一步的实施例中，所述无线通信定位模块的通信方式采用 4G / 5G信号传输，无线通信定位模块的定位功能采用 GPS /北斗定位的方式，所述无线通信定位模块设置有部分穿过并延伸至箱体的外部的定制聚乙烯外壳部分。
在进一步的实施例中，所述水位液位传感模块包括压力式传感器，且水位液位传感模块可拆卸的安装在箱体的内部。
一种管道内部环境监测装置的控制系统，包括感知层、网络层和应用层，所述感知层由供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块和控制模块组成，所述供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块和水位液位传感模块均通过电线与所述控制模块电性连接，所述网络层用于使感知层和应用层无线电信号连接，所述应用层用于收集供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块和水位液位传感模块的数据并通过数据模型进行数据分析。
在进一步的实施例中，所述应用层由基础数据库、模型数据库和状态数据库组成，所述基础数据库放置从网络层发送过来的数据，所述模型数据库对数据进行运算，所述状态数据库放置运算的结果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过箱体的内部安装有供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块、PCB 安装板、超声波传感器和液位传感器的设置，能够起到通过供电模块、无线通信定位模块、气体检测模块、水位液位传感模块、控制模块、超声波传感器和液位传感器实时监测管道的内部的环境的易燃易爆物质的浓度的效果；
2.通过箱体的内部灌胶处理的设置，能够起到箱体具有三防的效果；
3.通过一体化设计，元器件降压处理，在保证性能和精度的同时降低模块整体体功耗；安装支架选用可位移式单臂支架，便于后期装置进行整体平移调整，不妨碍管道日常维护检修。
附图说明
图1是本发明的管道内部环境监测装置的整体结构示意图；
图2是本发明的管道内部环境监测装置的控制系统的系统框图；
图3是本发明的检测数据的基本参数对照表；
图4是本发明的PCB 安装板的结构示意图。
图中，1、箱体；2、供电模块；3、无线通信定位模块；4、气体检测模块；5、水位液位传感模块；6、控制模块；7、装置盖板；8、PCB 安装板；9、线槽；10、支架；11、超声波传感器；12、液位传感器；13、防水接头；14、电源保险；15、气体进气/气体出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图1中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定中心的方向。
实施例1：
如图1-4所示，一种管道内部环境监测装置，包括箱体1、供电模块2、无线通信定位模块3、气体检测模块4、水位液位传感模块5、控制模块6、装置盖板7、PCB 安装板8、线槽9、支架10、超声波传感器11、液位传感器12、防水接头13、电源保险14和气体进气/气体出口15，箱体1上设置有用于在箱体的内部安装零件的开口，装置盖板7用于在箱体1的内部安装结束后完全封闭安装口，且装置盖板7可拆卸的安装在箱体1上，PCB 安装板8固定安装在箱体1的内部，供电模块2、无线通信定位模块3、气体检测模块4、水位液位传感模块5、控制模块6超声波传感器11和液位传感器12均通过电线电性连接在PCB 安装板8上。
如图1所示，气体进气/气体出口15、防水接头13和电源保险14均设置在箱体1的底部，无线通信定位模块3固定安装在箱体1的顶部，箱体1的内部固定安装有安装支架10，安装支架10为可位移式单臂支架10，无线通信定位模块3的通信方式采用 4G / 5G信号传输，无线通信定位模块3的定位功能采用 GPS /北斗定位的方式，无线通信定位模块3设置有部分穿过并延伸至箱体1的外部的定制聚乙烯外壳部分，液位传感模块包括压力式传感器，且水位液位传感模块5可拆卸的安装在箱体1的内部。
气体进气口/气体出口15是由两个互不连通的管道组成的，两个管道中的一个为气体进气口的时候，两个管道中的另一个即为气体出口15。
为了增加装置的整体的安全性，箱体1三防设计，内部灌胶处理，确保在管道等恶劣环境中的稳定使用，供电模块2为弱电蓄电池供电，续航时间大于 365 天，本装置采用一体化设计，元器件降压处理，在保证性能和精度的同时降低模块整体体功耗；支架10选用可位移式单臂支架10，便于后期装置进行整体平移调整，不妨碍管道日常维护检修，超声水位传感器采用钢结构支架，提供防护并保持稳定。
气体检测模块4用于测量井下的 CO2\CH4 的气体浓度和温度、湿度。
综上所述，本发明的目的是把用于监测管道的内部的设备集成在一个箱体1的内部，使其成为一体化的管道在线监测终端，气体检测模块4又可以称之为红外气体传感器，红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置；
水位液位传感模块5由超声波传感器11（超声波式的水位传感器）和液位传感器12（投入式压力法液位变送器），且箱体1的内部还可以安装温度湿度传感器，本发明可监测井下气体、水位、液位和温度湿度等参数，并将其参数通过无线通信定位模块3以4G / 5G无限电信号传输进行数据传输，通过 GPS 进行设备定位，内设的控制模块6可以对设备运行方式、数据监测和通信频率进行远程调控。
本发明中的，超声波传感器11（超声波式的水位传感器）是利用超声探头发射出的超声脉冲，通过空气传播到被测水面，经反射后再通过空气返回到超声波探头，因为发射和接收的时间都是能够知道的，根据这个时间×声速÷2=探头发射面到水面之间的距离；液位传感器12（投入式压力法液位变送器）是利用静压测量原理，当液位变送器投入到被测液中某一深度时，传感器迎液面受到的压力为 P=ρ.g.h+P0。
如图2所示，本发明的一种管道内部环境监测装置的控制系统，包括感知层、网络层和应用层，感知层由供电模块2、无线通信定位模块3、气体检测模块4、水位液位传感模块5和控制模块6组成，供电模块2、无线通信定位模块3、气体检测模块4和水位液位传感模块5均通过电线与控制模块6电性连接，网络层用于使感知层和应用层无线电信号连接，应用层用于收集供电模块2、无线通信定位模块3、气体检测模块4和水位液位传感模块5的数据并通过数据模型进行数据分析，应用层由基础数据库、模型数据库和状态数据库组成，基础数据库放置从网络层发送过来的数据，模型数据库对数据进行运算，状态数据库放置运算的结果。
控制系统按照测试要求，定时控制各个传感器采样数据，并与网络层联系，发送相关数据；同时接收应用层发送过来的指令，
具体实施过程：搬运本装置前必须将设备供电模块2（保险丝不安装）关闭，并卸除所有接驳电线，箱体1的内部固定安装有线槽9，所有电线均固定安装在线槽9的内部，且搬运的时候禁止将设备倒置移动。
设备的安装过程：1、安装至窨井前，应将电源保险14的保险丝放进保险丝座，并在外部保持 5 分钟，并读取无线通信定位模块3的4G 信号强度；
2、设备的固定支架10的安装应牢固，使用膨胀螺丝；
3、设备的无线通信定位模块3的天线应尽量靠近窨井盖的空隙位置，防止 无线通信定位模块3的4G 和 GPS 信号受影响；
4、 设备安装完成，盖上窨井盖后，读取无线通信定位模块3的 4G 信号的强度，对比设备安装前的无线通信定位模块3的4G 信号的强度差异，如果相差较大，应该重新调整设备安装位置。
在本发明公开的实施例中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明公开的实施例中的具体含义。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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