一種管道沉積物檢測儀及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于管道檢測領域，公開了一種管道沉積物檢測儀及檢測方法，所述管道沉積物檢測儀包括漂浮筏保護罩，位于所述漂浮筏保護罩板下方的浮筒、攝像頭、聲吶頭、電路板箱體、拖曳傳感器線纜和下部水壓傳感器，所述漂浮筏保護罩分別與所述浮筒和所述電路板箱體相連，所述攝像頭和所述聲吶頭均與所述電路板箱體通過導線相連，所述拖曳傳感器線纜用于連接所述電路板箱體和所述下部水壓傳感器；通過下部水壓傳感器以及位于電路板箱體內(nèi)部的上部壓力傳感器能能實現(xiàn)對管道流動性稀泥和硬質(zhì)沉積層的快速檢測。
【專利說明】
一種管道沉積物檢測儀及檢測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于管道檢測領域，尤其涉及一種管道沉積物檢測儀及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 城市污水管網(wǎng)經(jīng)過長期的運行，由于長期的沉積作用和水質(zhì)水量的變化等原因， 會在污水管道底部形成一層較厚的沉積層。沉積層分為流動性稀泥沉積層和硬質(zhì)沉積層， 沉積層的形成將降低污水管網(wǎng)的通水能力，導致污水漫溢等問題。同時，沉積層中所富集的 重金屬、營養(yǎng)物質(zhì)及難降解有機物等在條件適宜的時候會向水相中釋放，造成管網(wǎng)內(nèi)水質(zhì) 的惡化，從而影響下游污水處理廠的正常運行?；谏鲜鰡栴}，探明城市污水管道沉積物的 含水率、密度等物理指標及污染物成分對于污水管網(wǎng)沉積物的控制起著至關重要的作用。
[0003] 目前國內(nèi)常用的污水管道檢測方式檢測方式大多為聲吶檢測，雖然其結構簡單， 使用方便，但存在以下問題：
[0004] (1)城市污水管道沉積物的檢測在實施性方面比較差，無論哪一種聲吶檢測設備， 只能檢測到污水與其他任何一種介質(zhì)的反射面。如果沒有流動性稀泥，只有硬質(zhì)沉積物，則 聲吶可以檢測到硬質(zhì)沉積物的反射面。當硬質(zhì)沉積物上方有一層流動性稀泥時，則聲吶反 映的是污水與流動性稀泥的介面，普通的聲吶檢測不能夠滿足水務管理部門提出的施工要 求。
[0005] (2)現(xiàn)有的管道缺乏全方位的檢測，如管內(nèi)影像、沉積物的厚度和管長等綜合數(shù) 據(jù)，無法對管道健康狀況作出準確評估，以便于后期管道的維護。
[0006] (3)現(xiàn)有的管道沉積物檢測儀大多自帶動力設備，使得產(chǎn)品結構復雜，體積龐大， 當過狹小細長的管道時，很容易出現(xiàn)堵塞等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供了一種管道沉積物檢測儀，其 不僅能檢測到由流動性稀泥包裹的硬質(zhì)沉積物厚度，而且，能對管道進行全方位檢測，不攜 帶動力設備，在管道內(nèi)不易發(fā)生堵塞等。
[0008] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種管道沉積物檢測儀，包括漂浮筏保護罩，位于所述漂浮 筏保護罩板下方的浮筒、攝像頭、聲吶頭、電路板箱體、拖曳傳感器線纜和下部水壓傳感器， 所述漂浮筏保護罩分別與所述浮筒和所述電路板箱體相連，所述攝像頭和所述聲吶頭均與 所述電路板箱體相連，所述攝像頭和所述聲吶頭平行設置，電路板箱體和所述下部水壓傳 感器通過所述拖曳傳感器線纜相連。
[0009] 具體地，所述漂浮筏保護罩中部朝向水面一側設有一凹槽，所述攝像頭貼設于所 述凹槽內(nèi)；所述浮筒呈中空圓柱狀，與所述漂浮筏保護罩邊緣相連，所述浮筒數(shù)量為偶數(shù) 個，對稱分布于所述漂浮筏四周;所述拖曳傳感器線纜為柔性電纜。管道沉積物檢測儀在使 用過程中，掃描點所組成的平面與管道截面平行。
[0010] 具體地，所述聲吶頭包括聲吶探頭、聲吶保護裝置和聲吶本體，所述聲吶探頭和聲 吶保護裝置分別與聲吶本體相連，所述聲吶頭用于探測管道直徑和確定聲吶頭的位置，所 述聲吶頭突出固定于所述漂浮筏保護罩上。
[0011] 具體地，所述電路板箱體包括用于測量所述電路板箱體所在平面的壓力的上部受 壓單元，數(shù)模轉換器，用于控制檢測儀并進行數(shù)據(jù)處理的控制模塊以及外殼，所述上部受壓 單元、數(shù)模轉換以及控制模塊依次相連。
[0012] 更具體地，所述外殼包括設置于所述外殼外表面的防水接頭，設置于所述外殼底 部并連接所述外殼與所述控制模塊的固定按鈕，內(nèi)置于所述外殼頂部的電池，設置于所述 外殼上部且依次相連的攝像頭孔，聲吶孔和上部壓力輸出孔。
[0013] 具體地，所述下部水壓傳感器包括殼體、過濾網(wǎng)、封頭、封蓋、下部水壓傳感單元和 防水接頭，所述下部水壓傳感器一端設置有過濾網(wǎng)、封頭、封蓋和下部水壓傳感單元，所述 過濾網(wǎng)置于所述封蓋和所述封頭之間，所述封頭與所述殼體可拆卸方式連接，所述下部水 壓傳感器另一端設置有防水接頭。
[0014] 更具體地，所述下部水壓傳感器殼體外部還設有若干弧狀加強肋。
[0015] 更具體地，所述封頭呈環(huán)狀，一側通過螺紋與所述下部水壓傳感單元相連，所述封 頭中央設有一圓孔，另一側通過螺紋與所述封蓋相連。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種使用所述管道沉積物檢測儀檢測管道中硬質(zhì)沉積物的方法， 包括如下步驟：
[0017] A:聲吶頭環(huán)掃一周，共采集400個反射點，獲取每個反射點距離聲吶頭的距離和角 度數(shù)據(jù)；
[0018] B:以聲吶頭為原點，建立直角坐標系，將每個反射點的距離和角度數(shù)據(jù)轉化為直 角坐標系坐標；
[0019] C:將400個反射點坐標擬合為一圓形，獲取管道中心點坐標；
[0020] D:根據(jù)管道中心和原點坐標獲取聲吶頭距管道中心點垂直距離；
[0021] E:上部水壓傳感器和下部水壓傳感器分別采集水壓數(shù)據(jù)，根據(jù)水壓數(shù)據(jù)計算上部 水壓傳感器和下部水壓傳感器的垂直距離，也即拖曳探測器距聲吶頭的距離；
[0022] F:根據(jù)拖曳探測器距聲吶頭的距離和管道半徑，獲取拖曳探測器距管道底部的距 離，也即管道沉積物的厚度。
[0023] 本發(fā)明提供的一種管道沉積物檢測儀及檢測方法，借助聲吶獲取管道的管徑和方 位信息，根據(jù)上部水壓傳感器和下部水壓傳感器的壓力差獲取管道沉積物硬質(zhì)層到聲吶的 垂直距離，從而獲取管道沉積物硬質(zhì)層的厚度，有效避免了管道中流動性稀泥對測量硬質(zhì) 沉積物的影響;通過在管道沉積物檢測儀上安裝攝像頭，能夠有效探測管道內(nèi)部狀況，提高 測量精度;通過聲吶對管道四周的掃描，準確測量了管道半徑，同時，校正了聲吶位置數(shù)據(jù)， 提高了測量精度。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是，采用本發(fā)明的管道沉積物檢測儀，包括漂浮筏保護罩，位于 所述漂浮筏保護罩板下方的浮筒、攝像頭、聲吶頭、電路板箱體、拖曳傳感器線纜和下部水 壓傳感器，所述漂浮筏保護罩分別與所述浮筒和所述電路板箱體相連，所述攝像頭和所述 聲吶頭均與所述電路板箱體相連，所述攝像頭和所述聲吶頭平行設置，電路板箱體和所述 下部水壓傳感器通過所述拖曳傳感器線纜相連，這樣，下部水壓傳感器穿過流動性稀泥，測 出硬質(zhì)沉積物所在平面的壓力，根據(jù)電路板箱體所測得的上部水壓傳感器，從而可以計算 水面距硬質(zhì)物沉積層的高度，聲吶頭對管道四周掃描，獲取各掃描點的坐標，進而計算出管 道半徑，結合硬質(zhì)物沉積層距水面的高度，得出硬質(zhì)沉積物的高度，攝像頭對管道內(nèi)綜合成 像，省去了復雜而昂貴的檢測設備，大大提升了檢測質(zhì)量，從而使檢測效率顯著提高，并且 使檢測成本顯著降低;借助浮筒使得漂浮筏保護罩板下方的浮筒、攝像頭、聲吶頭和電路板 箱體浮于水面，減少前行阻力。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀正視圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀斜視圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀使用原理圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀下部水壓傳感器剖視圖；
[0029] 圖5是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀下部水壓傳感器外觀結構圖；
[0030] 圖6是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀電路板箱體外殼結構圖；
[0031 ]圖7是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀電路板箱體外觀結構圖；
[0032] 圖8是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀聲吶頭外觀結構圖；
[0033] 圖9是本發(fā)明實施例提供的管道沉積物檢測儀攝像頭與聲吶頭結構圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0035] 如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明實施例提供的一種管道沉積物檢測儀，包括漂浮筏 保護罩11，位于漂浮筏保護罩板11下方的浮筒12、攝像頭17、聲吶頭13、電路板箱體14、拖曳 傳感器線纜15和下部水壓傳感器16,漂浮筏保護罩11分別與浮筒12和電路板箱體14相連， 攝像頭17和聲吶頭13均與電路板箱體14通過導線相連，拖曳傳感器線纜15用于連接電路板 箱體14和下部水壓傳感器16。當用戶使用時，下部水壓傳感器16透過管道沉積物中的流動 性稀泥層3,到達管道沉積物中硬質(zhì)層4與流動性稀泥層3的交界處，測得所處位置的壓力； 與漂浮筏保護罩11相連的浮筒12、攝像頭17、聲吶頭13和電路板箱體14借助浮筒的浮力，浮 于液體2表面，便于聲吶頭13對管道5進行掃描;管道沉積物檢測儀1在前行的過程中，帶動 下方的下部水壓傳感器16前行，實現(xiàn)對管道5內(nèi)部硬質(zhì)沉積物的實時測量。
[0036] 再如圖2和圖3所示，具體地，所述漂浮筏保護罩11中部朝向水面一側設有一凹槽， 用于安放攝像頭17;凹槽旁邊還設有聲吶頭13,聲吶頭13旋轉對管道進行掃描。針對管道沉 積物判斷與檢測過程，攝像頭17的保持在水面附近，若攝像頭17安裝高度過高，獲得的圖像 僅僅是管道水面上方圖像，無法看清水面及水面以下污水的狀況;設置高度過低，鏡頭淹沒 在水面之下，難以觀測到水面上方的狀況。
[0037] 進一步地，拖曳傳感器線纜15為柔性電纜，柔性電纜既具有良好的導電體，又具有 良好的柔韌性，在對管道沉積物進行檢測的過程中，盡可能減少電路線纜對設備的影響。
[0038] 如圖4和圖5所示，下部水壓傳感器16包括殼體162、過濾網(wǎng)166、封頭164、封蓋165、 下部水壓傳感單元163和防水接頭161，下部水壓傳感器16-端設置有過濾網(wǎng)166、封頭164、 封蓋165和下部水壓傳感單兀163，過濾網(wǎng)166置于封蓋165和封頭164之間，封頭164與殼體 162通過可拆卸連接，下部水壓傳感器另一端設置有防水接頭161。防水接頭161與殼體162 通過螺紋連接；下部水壓傳感器殼體162外部還設有若干弧狀加強肋166;封頭164呈環(huán)狀， 封頭164中央設有一圓孔，一側通過螺紋與下部水壓傳感單元16相連，另一側通過螺紋與封 蓋165相連。外部污水經(jīng)由封蓋165，透過過濾網(wǎng)166與下部水壓傳感單元163相接觸，下部水 壓傳感單元163接收到相關信號并將相應的模擬信號通過設置于內(nèi)部的數(shù)模轉換器轉化為 可以可處理的電信號輸出；下部水壓傳感器殼體162設有加強肋166，一方面增加下部水壓 傳感器殼體162的承壓能力，另一方面，減少水壓傳感器殼體162的前行阻力。
[0039] 如圖6和圖7所示，所述電路板箱體18包括用于測量上部壓力的上部受壓單元185、 數(shù)模轉換器以及用于控制檢測儀、進行數(shù)據(jù)處理的控制模塊以及外殼18,上部受壓單元 185、數(shù)模轉換以及控制模塊依次相連，外殼18包括設置于外殼18外表面的防水接頭184,設 置于外殼18底部，用于將外殼18與控制模塊相連的固定按鈕182,內(nèi)置于外殼18頂部的電池 183,設置于外殼18上部，便于使用導線將攝像頭17、聲吶13和上部受壓單元與控制模塊相 連的攝像頭孔187,聲吶孔186和上部壓力輸出孔181。電路板箱體18底板與外殼18相配合， 構成一長方形部件，底板內(nèi)設有控制模塊，聲吶13、攝像頭17、上部壓力輸出孔181和下部壓 力輸出孔188分別采集聲信息、視頻信息和水壓信息送至控制模塊進行處理并存儲。
[0040] 如圖8和圖9所示，所述聲吶頭13包括聲吶探頭132、聲吶保護裝置133和聲吶本體 131，聲吶保護裝置133有一圓蓋和與圓蓋相連的若干支架組成，支架朝中心軸方向匯聚，用 于減少裝置在前行中的阻力，保護聲吶探頭132,聲吶探頭132和聲吶保護裝置133分別與聲 吶本體131相連，聲吶頭13用于探測管道直徑和確定聲吶頭的位置，聲吶頭13突出固定于漂 浮筏保護罩11上，聲吶頭13與攝像頭17平行設置。
[0041 ]本發(fā)明還提供了一種管道沉積物檢測方法，包括如下步驟：
[0042] A:聲吶頭環(huán)掃一周，依次采集400個反射點，獲取每個反射點距離聲吶頭的距離和 角度數(shù)據(jù)；
[0043] B:以聲吶頭為原點，建立直角坐標系，根據(jù)反射點的距離和角度數(shù)據(jù)轉化為直角 坐標系坐標；
[0044] C:將400個反射點坐標擬合為一圓形，獲取管道中心點坐標；
[0045] 管道中心點坐標:Pointzx(PgxO，PgyO)
[0046]
[0047] 其中：px(i)表示第i個點的橫坐標，py(i)表示第i個點的縱坐標，i的取值范圍為 0-300。
[0048] D:根據(jù)管道中心和原點坐標獲取聲吶頭距管道中心點垂直距離；
[0049] 聲吶頭坐標點:Pointsz(PsxO，psyO) = (0,0);聲吶頭相對坐標點設為：（0,0)。
[0050] 管道中心點坐標點:Pointzx(PgxO，PgyO)
[0051] Distsg = psy〇-PgyO
[0052] E:上部水壓傳感器和下部水壓傳感器分別采集水壓數(shù)據(jù)，根據(jù)水壓數(shù)據(jù)計算上部 水壓傳感器和下部水壓傳感器的垂直距離，也即拖曳探測器距聲吶頭的距離；
[0053] 水壓傳感器量程：5V/40 米=5* 1000mV/40* 1000mm
[0054] =〇.125mV/mm
[0055] 上部水壓傳感器測量值:pressureO(mV)
[0056] 下部水壓傳感器測量值:pressure 1 (mV)
[0057] Distdty_sn(mm)=(pressurel(mV)-pressureO(mV))/0.125(mV/mm)
[0058] F:根據(jù)拖曳探測器距聲吶頭的距離和管道半徑，獲取拖曳探測器距管道底部的距 離，也即管道沉積物的厚度。
[0059] Distdty_gd(mm)=(Distsg+Diameter/2)-Distdty_sn(mm)
[0060] Distsg:聲吶頭距管道中心點垂直距離(聲吶頭位于管道中心點以上為正數(shù)，以下 為負數(shù)）
[0061 ] Diameter:管道直徑
[0062] Distdty_sn:拖曳探測器距聲吶頭的距離（拖曳探測器和聲吶頭在同一水平位 置)。
[0063]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種管道沉積物檢測儀，其特征在于，包括漂浮筏保護罩，位于所述漂浮筏保護罩板 下方的浮筒、攝像頭、聲吶頭、電路板箱體、拖曳傳感器線纜和下部水壓傳感器，所述漂浮筏 保護罩分別與所述浮筒和所述電路板箱體相連，所述攝像頭和所述聲吶頭均與所述電路板 箱體相連，所述攝像頭和所述聲吶頭平行設置，電路板箱體和所述下部水壓傳感器通過所 述拖曳傳感器線纜相連。2. 如權利要求1所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述漂浮筏保護罩中部朝向水 面一側設有一凹槽，所述攝像頭貼設于所述凹槽內(nèi)。3. 如權利要求1所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述浮筒呈中空圓柱狀，與所 述漂浮筏保護罩邊緣相連，所述浮筒數(shù)量為偶數(shù)個，對稱分布于所述漂浮筏保護罩四周。4. 如權利要求1所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述拖曳傳感器線纜為柔性電 纜。5. 如權利要求1所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述聲吶頭包括探頭、保護裝 置和本體，所述聲吶探頭和聲吶保護裝置分別與聲吶本體相連，所述聲吶頭突出固定于所 述漂浮筏保護罩上。6. 如權利要求1所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述電路板箱體包括用于測量 所述電路板箱體所在平面的壓力的上部受壓單元，數(shù)模轉換器，用于控制檢測儀并進行數(shù) 據(jù)處理的控制模塊以及外殼，所述上部受壓單元、數(shù)模轉換以及控制模塊依次相連。7. 如權利要求6中所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述外殼包括設置于所述外 殼外表面的防水接頭，設置于所述外殼底部并連接所述外殼與所述控制模塊的固定按鈕， 內(nèi)置于所述外殼頂部的電池，設置于所述外殼上部且依次相連的攝像頭孔，聲吶孔和上部 壓力輸出孔。8. 如權利要求1所述的管道沉積物檢測儀，其特征在于，所述下部水壓傳感器包括殼 體、過濾網(wǎng)、封頭、封蓋、下部水壓傳感單元和防水接頭，所述下部水壓傳感器一端設置有過 濾網(wǎng)、封頭、封蓋和下部水壓傳感單元，所述過濾網(wǎng)置于所述封蓋和所述封頭之間，所述封 頭與所述殼體可拆卸方式連接，所述下部水壓傳感器另一端設置有防水接頭。所述下部水 壓傳感器殼體外部還設有若干弧狀加強肋。所述封頭呈環(huán)狀，一側通過螺紋與所述下部水 壓傳感單元相連，所述封頭中央設有一圓孔，另一側通過螺紋與所述封蓋相連。9. 一種管道沉積物檢測方法，其特征在于，包括如下步驟： A:聲吶頭環(huán)掃一周，共采集400個反射點，獲取每個反射點距離聲吶頭的距離和角度數(shù) 據(jù)； B:以聲吶頭為原點，建立直角坐標系，將每個反射點的距離和角度數(shù)據(jù)轉化為直角坐 標系坐標； C:將400個反射點坐標擬合為一圓形，獲取管道中心點坐標； D:根據(jù)管道中心和原點坐標獲取聲吶頭距管道中心點垂直距離； E:上部水壓傳感器和下部水壓傳感器分別采集水壓數(shù)據(jù)，根據(jù)水壓數(shù)據(jù)計算上部水壓 傳感器和下部水壓傳感器的垂直距離，也即拖曳探測器距聲吶頭的距離； F:根據(jù)拖曳探測器距聲吶頭的距離和管道半徑，獲取拖曳探測器距管道底部的距離， 也即管道沉積物的厚度。
【文檔編號】G01B17/00GK105973176SQ201610511311
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】宋有聚, 樊太岳, 王小桂
【申請人】深圳市施羅德工業(yè)測控設備有限公司