【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及管道流量測量領域，具體是一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統及其方法。
技術介紹
1、在排水管網流量測量中，準確監測管道內流體的流速和流量對于城市排水系統的高效管理和維護至關重要。現有技術通常采用各種傳感器和測量設備來實現這一目標，但這些方法面臨諸多挑戰。
2、首先，現有流量測量設備在安裝過程中往往對管道內的流態造成擾動，影響測量結果的準確性。傳感器安裝方式的設計需要能夠最小化對水流的擾動，同時不改變管道內部的幾何形狀，這對于提升測量精度至關重要。
3、其次，在低流速和流量快速變化的條件下，許多流量測量設備的響應性較差，導致測量誤差較大。因此，開發適應不同流態的測量算法，改進傳感器在這些條件下的響應性，對于實現精準測量非常關鍵。
4、另外，管道中的沉積物和雜質會影響傳感器的正常工作，導致測量不準確。設計能抵抗或減少沉積物附著的傳感器表面，以及開發能夠在存在雜質的情況下保持準確測量的技術，是確保長期測量穩定性的重要因素。
5、在部分充滿管道的條件下，傳統的流量測量設備難以準確測量流量。因此，改進液位測量與流速測量的結合技術，開發適應不同充滿度的流量計算模型，可以有效提高部分充滿管道的測量精度。
6、流量測量設備的長期穩定性和可靠性直接影響其維護需求和使用壽命。提高傳感器的耐久性，減少維護需求，開發自校準或遠程校準技術，確保長期測量準確性，是提升設備可靠性的重要手段。
7、最后，單一的測量原理往往難以保證數據的絕對準確性。開發多參數綜合
8、綜上所述，當前的流量測量技術在面對低流量、變化流量、沉積物、雜質、部分充滿管道等復雜條件時，存在顯著的測量誤差和技術瓶頸。因此，迫切需要一種高精度自適應超聲波流量測量系統及其方法，以解決上述問題，并為排水管網的精準測量和管理提供有效支持。
技術實現思路
1、針對上述技術問題，本專利技術提供一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統及方法，其使用減少對流態影響的傳感器安裝方法提高測量精度；并且，結合引入多普勒和時差法的混合測量技術，以及人工智能算法，自適應不同流態和管網條件，提高對低流量和變化流量條件下的測量精度。
2、為了實現上述技術目的，本專利技術采用如下技術手段：
3、一種排水管網，包括管道，所述管道內布設有流量計與液位傳感器；所述管道內壁的兩側平行布設有梯臺，所述梯臺用于包裹所述流量計；其中，所述梯臺的前緣設置為平面且平行于所述管道的中心軸，其兩側沿著所述管道中心軸軸向突出，且其兩側與所述前緣的對側均呈圓弧狀結構，實現與所述管道的圓弧過渡，用于減少對所述管道內流態的影響。
4、優選地，所述梯臺沿所述管道的內壁呈水平方向均勻分布，并呈垂直狀排列，覆蓋管道內徑至少75%，實現全面流速剖面測量。
5、優選地，所述流量計的表面采用疏水性納米材料制成，以減少沉積物和雜質的附著。
6、一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統，其用于上述所述的排水管網；所述控制系統包括中央處理器、信號采集模塊、數據處理模塊、流速計算模塊、流量計算模塊、自適應算法模塊；其中，所述中央處理器通過數據線與所述信號采集模塊電性連接；所述信號采集模塊包括流量計和壓力式的液位傳感器，其中所述流量計采用超聲波傳感器；所述數據處理模塊用于將所述信號采集模塊采集到的模擬信號轉化成數字信號，并輸送到所述流速計算模塊內；所述流速計算模塊基于超聲波信號的時差或多普勒效應來計算流速，并將流速數據實時傳輸到所述流量計算模塊中；所述流量計算模塊基于流速數據和管道截面積來計算流量；所述自適應算法模塊根據當前所述管道內的流態和管網條件，來調整所述數據處理模塊、所述流速計算模塊和所述流量計算模塊中所用到的測量參數和算法。
7、優選地，所述數據采集模塊還包括溫度傳感器和壓力傳感器；所述數據處理模塊包括異常檢測單元和數據矯正單元；所述數據采集模塊用于將所述管道內的流速、液位、溫度和壓力的多參數數據傳輸到所述數據處理模塊中；所述異常檢測單元根據接收到的多參數數據進行交叉驗證，用于識別潛在的異常情況；所述數據矯正單元根據多參數數據分析后的結果對所述流量計算模塊計算后的流量數據進行矯正。
8、優選地，所述控制系統還包括清洗控制模塊，其與所述中央處理器電性連接，用于對所述數據采集模塊進行清洗。
9、一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量方法，該方法采用上述所述的用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統；其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：
10、s1：數據采集模塊根據超聲波傳感器來采集流速數據，根據液位傳感器來采集管道內的液體高度，根據由溫度傳感器和壓力傳感器組成的多參數傳感器采集輔助數據，包括管道內的溫度和壓力的多參數數據；
11、s2：數據處理模塊針對管道內的流速、液位、溫度和壓力的數據依次進行信號方法、濾波去噪、模數轉換的步驟，完成數據的預處理，并將處理好的信號傳輸到流速計算模塊中；
12、s3：流速計算模塊開始對流速進行計算，并將流速數據傳輸到流量計算模塊中；
13、s4：流量計算模塊開始對流量進行計算，并將流量數據傳輸到自適應算法模塊中；
14、s5：自適應算法模塊根據當前管道內實時測量的流速、液位、流量、溫度和參數，來調整對超聲波傳感器、液位傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器的測量策略，以適應不同的流態和管網條件。
15、優選地，所述流量采用以下計算方法：其中，是第個梯臺，是表示共有對超聲波傳感器，是第個梯臺的斷面積，是流經第個梯臺的流速，是表示流經第個梯臺的流量；的計算方法是：其中，是第個梯臺的高度，是管道的寬度。
16、優選地，所述控制方法還包括以下步驟：
17、a、中央處理器對傳感器表面進行清洗需求評估；
18、b、通過傳感器對傳感器表面的沉積物進行監測，判斷清洗時機；
19、c、根據清洗監測結果，及時反饋清洗情況。
20、本專利技術的有益效果如下：
21、1.本專利技術所述的排水管網，其超聲波傳感器安裝在呈現圓弧過渡的梯臺中，能減少對流態的擾動；借此，本專利技術將超聲波傳感器安裝在這些梯臺中，確保梯臺的前緣平行于管道中心軸，最小化對流態的影響，從而提高測量精度。
22、2.本專利技術所述的排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統，通過引入多普勒和時差法的混合測量技術，以及人工智能算法；借此，本專利技術能夠自適應不同流態和管網條件，以此，提高測量系統在低流量和變化流量條件下的測量精度。
23、3.本專利技術所述的排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統還增加了清洗功能；首先，特殊處理的疏水性納米材料制成傳感器表面，減少沉積物附著；同時，通過引入的聲學清洗技術與設備，通過定本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種排水管網，包括管道，所述管道內布設有流量計（3）與液位傳感器（4）；其特征在于：所述管道內壁的兩側平行布設有梯臺（2），所述梯臺（2）用于包裹所述流量計（3）；其中，所述梯臺（2）的前緣設置為平面且平行于所述管道的中心軸，其兩側沿著所述管道中心軸軸向突出，且其兩側與所述前緣的對側均呈圓弧狀結構，實現與所述管道的圓弧過渡，用于減少對所述管道內流態的影響。
2.根據權利要求1所述的排水管網，其特征在于：所述梯臺（2）沿所述管道的內壁呈水平方向均勻分布，并呈垂直狀排列，覆蓋管道內徑至少75%，實現全面流速剖面測量。
3.根據權利要求2所述的排水管網，其特征在于：所述流量計（3）的表面采用疏水性納米材料制成，以減少沉積物和雜質的附著。
4.一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統，其用于上述權利要求1-3中任一所述的排水管網；其特征在于：所述控制系統包括中央處理器、信號采集模塊、數據處理模塊、流速計算模塊、流量計（3）算模塊、自適應算法模塊；其中，所述中央處理器通過數據線與所述信號采集模塊電性連接；所述信號采集模塊包括流量計（3）和壓力
5.根據上述權利要求4所述的用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統，其特征在于：所述數據采集模塊還包括溫度傳感器和壓力傳感器；所述數據處理模塊包括異常檢測單元和數據矯正單元；所述數據采集模塊用于將所述管道內的流速、液位、溫度和壓力的多參數數據傳輸到所述數據處理模塊中；所述異常檢測單元根據接收到的多參數數據進行交叉驗證，用于識別潛在的異常情況；所述數據矯正單元根據多參數數據分析后的結果對所述流量計（3）算模塊計算后的流量數據進行矯正。
6.根據上述權利要求4所述的用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統，其特征在于：所述控制系統還包括清洗控制模塊，其與所述中央處理器電性連接，用于對所述數據采集模塊進行清洗。
7.一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量方法，該方法采用上述權利要求4-6中的任一項所述的用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統；其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：
8.根據上述權利要求7所述的用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量方法，其特征在于：所述流量采用以下計算方法：其中，是第個梯臺，是表示共有對超聲波傳感器，是第個梯臺的斷面積，是流經第個梯臺的流速，是表示流經第個梯臺的流量；的計算方法是：其中，是第個梯臺的高度，是管道的寬度。
9.根據上述權利要求7所述的用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量方法，其特征在于，所述控制方法還包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種排水管網，包括管道，所述管道內布設有流量計（3）與液位傳感器（4）；其特征在于：所述管道內壁的兩側平行布設有梯臺（2），所述梯臺（2）用于包裹所述流量計（3）；其中，所述梯臺（2）的前緣設置為平面且平行于所述管道的中心軸，其兩側沿著所述管道中心軸軸向突出，且其兩側與所述前緣的對側均呈圓弧狀結構，實現與所述管道的圓弧過渡，用于減少對所述管道內流態的影響。
2.根據權利要求1所述的排水管網，其特征在于：所述梯臺（2）沿所述管道的內壁呈水平方向均勻分布，并呈垂直狀排列，覆蓋管道內徑至少75%，實現全面流速剖面測量。
3.根據權利要求2所述的排水管網，其特征在于：所述流量計（3）的表面采用疏水性納米材料制成，以減少沉積物和雜質的附著。
4.一種用于排水管網的高精度自適應超聲波流量測量系統，其用于上述權利要求1-3中任一所述的排水管網；其特征在于：所述控制系統包括中央處理器、信號采集模塊、數據處理模塊、流速計算模塊、流量計（3）算模塊、自適應算法模塊；其中，所述中央處理器通過數據線與所述信號采集模塊電性連接；所述信號采集模塊包括流量計（3）和壓力式的液位傳感器（4），其中所述流量計（3）采用超聲波傳感器；所述數據處理模塊用于將所述信號采集模塊采集到的模擬信號轉化成數字信號，并輸送到所述流速計算模塊內；所述流速計算模塊基于超聲波信號的時差或多普勒效應來計算流速，并將流速數據實時傳輸到所述流量計（3）算模塊中；所述流量計（3）算模塊基于流速數據和管道截面積來計算流量；所述自適應算法模塊根據當前所述管道內的流態和...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉敏，劉一，王榮合，曹建豐，
申請(專利權)人：江蘇長三角智慧水務研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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