一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，包括监测装置、数据采集处理系统以及报警系统，监测装置通过数据采集处理系统与报警系统相连，监测装置包括PTFE膜和金属电极，金属电极可与可充电电池电连接，可充电电池对各类传感器进行供电，传感器与数据采集处理系统电连接；数据采集处理系统与金属电极电连接，金属电极还可直接设置在待检测的管网的内侧壁上；当管网内的流动的水体接触到PTFE膜时，金属电极的表面产生电子转移及感应电子，并形成波形电压以及电流电信号，当水体持续且无变化的流动且与PTFE膜接触时，数据采集处理系统采集不到相应的电流电信号，根据电流电信号的变化作为报警系统的启动信号。信号。信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统


[0001]本专利技术涉及一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统。

技术介绍

[0002]水资源短缺和能源危机是人类发展面临的巨大挑战，据2020年联合国世界水资源报告显示，到2050年全球淡水资源再度紧缺，570个国家淡水资源将减少10％。水资源从大自然到用户再到大自然借助管道输送，据统计显示我国城镇管网漏失率在16％以上的有500多个城市，甚至部分城市超过30％，农村管网漏失率更是高达40％，然而污水泄露更是“火上浇油”，排水管道堵塞外溢、错接及破损泄露直接破坏水环境安全。
[0003]据《中国城乡建设统计年鉴》(2020)数据显示，2020年全国城市和县城综合漏损率为13.26％，部分城市漏损率甚至超过25％。这不仅造成了水资源巨大浪费，也导致给水系统能耗和碳排放量增加，污水管网堵塞及泄漏更是直接造成土壤及水体污染，但对管道无损检查的技术一直发展滞后，不能精确、及时识别出管道系统异常管段，存在问题发现滞后、检修延迟、检修位置模糊等问题，传统设置的超声波、探地雷达、红外热成像等检测技术操作繁琐、实施困难、成本较高，易受土壤、管材、深度等环境影响。
[0004]由于传统管道无损检测是基于数据库统计分析管网节点的平均流量等指标推断得出管道损坏位置，并设置阈值来实现污水管网在线诊断与预警通知，该法时效长，数据库建立繁琐。另外借助声学法(加速度计、水听器等)、电缆检漏及超声波法传感器建立的智慧诊断局限性强，如管道材质、粗糙度、温度及噪音等影响波信号的传输，前期投资和后期维护费用高。另一方面，众多的分散式传感器与电子仪表应用于管网系统，均需蓄电电池或市电供给电能，受限于电池的使用寿命与二次污染、搭建电网高昂的费用、众多的传感微电子设备污染等。2060年中国以实现碳中和目标需每年规划2.5GtCO2的负排放量，在此巨大压力下，传统能源供给方式逐渐不再适宜于“双碳”背景下管网系统智能化发展。因此，急需研发一种管道无损智能化监测装置能精准识别管道漏损、堵塞等问题并及时反馈处理。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统。
[0006]本专利技术的技术方案是这样的：
[0007]一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，包括监测装置、数据采集处理系统以及报警系统，所述监测装置通过所述数据采集处理系统与所述报警系统相连，其中：
[0008]所述监测装置包括高电负性膜和金属电极，所述高电负性膜包覆所述金属电极，所述金属电极未被所述高电负性膜包覆的一侧面设置有铜导线，所述数据采集处理系统通过所述铜导线与所述金属电极电连接，所述金属电极设置有铜导线的一侧面固定设置在待检测的管网的内侧壁上，同时将高电负性膜与所述管网的内侧壁之间进行密封处理；
[0009]当管网内的流动的水体接触到高电负性膜时，所述金属电极的表面产生电子转移及感应电子，并形成波形电压以及电流电信号，当水体持续且无变化的流动且与所述高电负性膜接触时，所述数据采集处理系统采集不到相应的电流电信号，根据所述电流电信号的变化作为报警系统的启动信号。
[0010]一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，包括摩擦纳米发电装置、数据采集处理系统以及报警系统，所述摩擦纳米发电装置通过所述数据采集处理系统与所述报警系统相连，其中：
[0011]所述摩擦纳米发电装置包括塑料管道、高电负性膜和金属电极，所述高电负性膜设置在所述金属电极的内表面，所述高电负性膜的内表面形成容纳空腔，所述容纳空腔内装填有水，所述塑料管道设置在所述金属电极的外表面，所述塑料管道的两端分别进行密封处理；
[0012]当所述管网为污水窖井时，将所述摩擦纳米发电装置设置在污水窖井的水面上，所述摩擦纳米发电装置中的金属电极通过铜导线与外部的可充电电池电连接，所述可充电电池对传感器进行供电，所述传感器与所述数据采集处理系统电连接。
[0013]所述数据采集处理系统为工控机或PC终端；所述报警系统包括声光报警器。
[0014]所述高电负性膜为聚四氟乙烯膜、全氟乙烯丙烯共聚物膜、聚酰亚胺膜、聚偏二氟乙烯膜、聚苯乙烯膜中的任一种。
[0015]所述金属电极为铝电极、钢电极、铅电极、锌电极或锡电极中的任一种。
[0016]所述管网为竖直设置时，所述管网的内部由下至上依次设置多个所述监测装置，多个所述监测装置包括第一监测装置、第二监测装置、第三监测装置、
…
、第M监测装置.
[0017]所述M﹥3，且所述M为自然数。
[0018]当管网内的液体上升至第一高度时，液体接触到第一监测装置，所述第一监测装置产生第一电流电信号，并传输至所述数据采集处理系统；
[0019]当管网内的液体继续上升并上升至第二高度时，液体接触到第二监测装置，所述第二监测装置产生第二电流电信号，并传输至所述数据采集处理系统。
[0020]当管网内的液体继续上升并上升至第三高度时，液体接触到第三监测装置，所述第三监测装置产生第三电流电信号，并传输至所述数据采集处理系统；依此循环，所述数据采集处理系统依次接收到第一电流电信号、第二电流电信号、第三电流电信号、
…
、第N电流电信号，然后根据电流电信号与液位高度的关系即可得到液体在管网内的液位高度。
[0021]所述N﹥3，所述N为自然数，且M＝N。
[0022]本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术实施例提供的基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，既实现了反馈低延迟、位置识别精准等，同时还减去传统能源的供给、节能减排等；另外，该智能化管网无损检测与预警装置是基于接触起电和静电感应原理的一种数据采集与反馈装置，当在设定的场景下，供给或排除水体一旦与该装置接触，在接触面上立即带电(接触带电)，异号等量电荷分别分散于接触面上(装置接触面带负电，水接触面带正电)；当水液面发生变化时，感应装置根据水位置不同感应出不同正电荷量的电荷在闭合的外电路流动至接触面(静电感应)，以平衡水位变化带来的接触面电荷量分布差异，一旦有电信号产生并在外电路形成通路电流，采集装置立即将电信传输给终端，设置一定阈值，当超过设置阈值，警报装置自动启动；这种装置不受限于使用场景，无需供电及众
多传感器，且制作、安装简易，前期投资及后期维护费用极小。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1提供的基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统的结构示意图。
[0024]图2为本专利技术实施例2提供的基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统的结构示意图。
[0025]图3为本专利技术实施例3提供的基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统的结构示意图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，其特征在于，包括监测装置、数据采集处理系统以及报警系统，所述监测装置通过所述数据采集处理系统与所述报警系统相连，其中：所述监测装置包括高电负性膜和金属电极，所述高电负性膜包覆所述金属电极，所述金属电极未被所述高电负性膜包覆的一侧面设置有铜导线，所述数据采集处理系统通过所述铜导线与所述金属电极电连接，所述金属电极设置有铜导线的一侧面固定设置在待检测的管网的内侧壁上，同时将高电负性膜与所述管网的内侧壁之间进行密封处理；当管网内的流动的水体接触到高电负性膜时，所述金属电极的表面产生电子转移及感应电子，并形成波形电压以及电流电信号，当水体持续且无变化的流动且与所述高电负性膜接触时，所述数据采集处理系统采集不到相应的电流电信号，根据所述电流电信号的变化作为报警系统的启动信号。2.一种基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，其特征在于，包括摩纳米发电装置、数据采集处理系统以及报警系统擦，所述摩擦纳米发电装置通过所述数据采集处理系统与所述报警系统相连，其中：所述摩擦纳米发电装置包括塑料管道、高电负性膜和金属电极，所述高电负性膜设置在所述金属电极的内表面，所述高电负性膜的内表面形成容纳空腔，所述容纳空腔内装填有水，所述塑料管道设置在所述金属电极的外表面，所述塑料管道的两端分别进行密封处理；当所述管网为污水窖井时，将所述摩擦纳米发电装置设置在污水窖井的水面上，所述摩擦纳米发电装置中的金属电极通过铜导线与外部的可充电电池电连接，所述可充电电池对传感器进行供电，所述传感器与所述数据采集处理系统电连接。3.根据权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电的智慧管网无损检测与预警系统，其特征在于，所述数据采集处理系统为工控机或PC终端；所述报警系统包括声光报警器。4.根据权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电的智慧管网...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹达啟，刘小旦，方荣坤，依伙古日，宋艺璇，郝晓地，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：