本发明涉及生活用水管道质量安全以及管道内水质监测技术领域，尤其涉及一种给水管道安全及水质监测装置。
背景技术：
随着我国城镇给水管网规模的日益扩大，管网漏损、腐蚀老化已成为广泛存在的问题。管壁腐蚀会引起管网余氯的大量衰减、微生物滋生等水质问题，影响居民饮用水水质安全；同时全国普遍的管道漏损现象将严重阻碍节水型社会的建设进程，给水管网安全监测和维护的形势十分严峻，亟待管道安全检测装置和平台的创新与发展。
现有的管道内窥检测技术可以实现有限距离的管道内部探测，但是存在操作条件限制、灵活性不足、监测范围局限、实时定位监控性缺乏等问题与不足，同时未考虑管道漏点和水质多重监测对于管道安全保障的重要意义，阻碍了管道监测和维护技术的进一步完善。
由此可见，现有的管道内窥检测技术不仅存在操作条件限制、灵活性不足、监测范围局限，无法实时定位监控的缺点，并且不能够对管道内水质进行实时监测。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明提出一种给水管道安全及水质监测装置。
为实现本发明的目的，提供一种给水管道安全及水质监测装置，包括：
图像采集设备、光源、水质传感器、供电设备、gps定位设备、数据控制处理模块、无线通讯设备、支撑连接元件、中部透明壳体、第一壳体和第二壳体，其中，所述第一壳体、所述中部透明壳体和所述第二壳体均为防水材质；
所述第一壳体、所述中部透明壳体和所述第二壳体按照所述中部透明壳体在中部，所述第一壳体和所述第二壳体在两端的顺序组装成一个密封的胶囊状壳体；
所述支撑元件固定安装在所述中部透明壳体内部；所述支撑元件由一个中空圆柱形支撑体和4个实心连接件组成，所述中空圆柱形支撑体的内部中空用于走线；
所述图像采集设备固定安装在所述中空圆柱形支撑体表面；所述光源固定安装在所述实心连接件的第一面和第二面上，且分布在所述图像采集设备周围，为所述图像采集设备提供充足照明；
所述水质传感器、所述供电设备、所述gps定位设备、所述数据控制处理模块和所述无线通讯设备分别固定安装在所述第一壳体和所述第二壳体的内部；
所述供电设备与所述图像采集设备、所述光源、所述水质传感器和所述gps定位设备分别进行电连接；所述数据控制处理模块与所述图像采集设备、所述水质传感器和所述gps定位设备分别进行数据传输连接，所述无线通讯设备与所述数据控制处理模块进行数据传输连接；
所述图像采集设备采集管道内壁表面的实时图像；所述数据控制处理模块将采集的所述实时图像和所述gps定位设备的位置坐标数据传输给所述无线通讯设备；所述无线通讯设备将所述实时图像和所述gps定位设备的位置坐标数据实时上传至用户终端；所述用户终端通过所述实时图像对所述管道进行实时监控。
一个实施例中，所述中空圆柱形支撑体和所述实心连接件是一体成型的。
本实施例中，所述4个实心连接件均匀分布在所述中空圆柱形支撑体的外表面，将所述中部透明壳体内部均匀划分为四个区域。
在一个实施例中，所述图像采集设备包括4个摄像头组，所述4个摄像头组分别固定安装在所述四个区域内的所述中空圆柱形支撑体表面。
本实施例中，所述光源包括4组，每根所述实心连接件表面安装一组，每组分别均匀固定安装在所述实心连接件的所述第一面和所述第二面上。
本实施例中，所述图像采集设备跟所述中空圆柱形支撑体通过内置螺钉连接。所述光源跟所述实心连接件通过内置螺钉连接。
在一个实施例中，所述支撑元件跟所述中部透明壳体通过若干内置螺钉连接，所述若干内置螺钉分别均匀设置在所述4个实心连接件跟所述中部透明壳体的接触面上。
本实施例中，所述水质传感器、所述供电设备、所述gps定位设备、所述数据控制处理模块和所述无线通讯设备分别通过卡槽安装在所述第一壳体和所述第二壳体的内部。
本实施例中，所述中部透明壳体跟所述第一壳体通过密封法兰连接,所述中部透明壳体和所述第二壳体通过密封法兰连接。
在一个实施例中，所述gps定位设备、所述数据控制处理模块、所述无线通讯设备集成安装于所述第一壳体和所述第二壳体的内部。
本实施例中，所述供电设备设置两组，分别安装在所述第一壳体内和所述第二壳体内，且每组所述供电设备都分别与所述图像采集设备、所述光源、所述水质传感器和所述gps定位设备进行电连接。
在一个实施例中，所述水质传感器由ph值传感器、温度传感器和余氯传感器集合而成，用于检测管道水体水质指标；
所述水质传感器采集水质的ph值、温度和余氯浓度；所述数据控制处理模块将采集的所述水质的ph值、所述水质的温度、所述水质的余氯浓度以及所述gps定位设备的位置坐标数据传输给所述无线通讯设备；所述无线通讯设备将所述水质的ph值、所述水质的温度、所述水质的余氯浓度以及所述gps定位设备的位置坐标数据实时上传至所述用户终端；所述用户终端通过所述水质的ph值、所述水质的温度以及所述水质的余氯浓度对所述水质进行实时监控。
上述给水管道安全及水质监测装置，功能多样，采用胶囊状外形，在管道中移动方便灵活，便于采集数据，采用数据采集、数据处理、无线通讯等模块的技术集成，更方便地进行对对管道内壁漏点和管网水质的多重在线监测，并且监测数据还能够实时上传以便实时监测，有利于促进管道的维护与安全。
附图说明
图1是一个实施例的给水管道安全及水质监测装置的轴向剖视图；
图2是一个实施例的给水管道安全及水质监测装置的中部壳体的径向剖视图；
图3是一个实施例的给水管道安全及水质监测装置的工作数据流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参考图1所示，图1为一个实施例中，一种给水管道安全及水质监测装置的轴向剖视图，包括：图像采集设备1、光源2、水质传感器3、供电设备4、gps定位设备5、数据控制处理模块6、无线通讯设备7、支撑连接元件8、中部透明壳体9、第一壳体10和第二壳体13，其中，所述第一壳体10、所述中部透明壳体9和所述第二壳体13均为防水材质；
所述第一壳体10、所述中部透明壳体9和所述第二壳体13按照所述中部透明壳体9在中部，所述第一壳体10和所述第二壳体13在两端的顺序组装成一个密封的胶囊状壳体；
如图2一个实施例所示，一种给水管道安全及水质监测装置的中部壳体的径向剖视图所示：所述支撑元件8固定安装在所述中部透明壳体9内部；所述支撑元件8由一个中空圆柱形支撑体11和4个实心连接件12组成，所述中空圆柱形支撑体11的内部中空用于走线；
所述图像采集设备1固定安装在所述中空圆柱形支撑体11表面；所述光源2固定安装在所述实心连接件12的第一面120和第二面121上，且分布在所述图像采集设备1周围，为所述图像采集设备1提供充足照明；
所述水质传感器3、所述供电设备4、所述gps定位设备5、所述数据控制处理模块6和所述无线通讯设备7分别固定安装在所述第一壳体10和所述第二壳体13的内部；
所述水质传感器3由多种元器件集合而成，用于检测管内水体ph值、温度、余氯等水质指标，能够对管道水质的变化情况进行检测，与图像采集装置相结合，形成多功能化的管道安全监测手段。
所述供电设备4与所述图像采集设备1、所述光源2、所述水质传感器3和所述gps定位设备5分别进行电连接；所述数据控制处理模块6与所述图像采集设备1、所述水质传感器3和所述gps定位设备5分别进行数据传输连接，所述无线通讯设备7与所述数据控制处理模块6进行数据传输连接；
所述图像采集设备1采集管道内壁表面的实时图像；所述数据控制处理模块6将采集的所述实时图像和所述gps定位设备5的位置坐标数据传输给所述无线通讯设备7；所述无线通讯设备7将所述实时图像和所述gps定位设备5的位置坐标数据实时上传至用户终端；所述用户终端通过所述实时图像对所述管道进行实时监控。
采用胶囊状外形，符合管内流体机械运动的设计，外形小巧灵活，在管道中移动方便灵活。所述光源2与所述供电设备4连接，为所述图像采集设备1提供照明。所述gps定位设备5、数据控制处理模块6、无线通讯设备7集成安装于壳体内部，有效减少集成电路的功耗和尺寸，完善装置的内部构造，延长设备的使用寿命，有利于产品设备升级换代。进一步地，所述胶囊状壳体两端为半球状，中部为透明壳体，壳体均采用防水材料，保证了监测装置的严格密封性。所述gps定位设备5用于获取监测的具体地理位置。
进一步地，所述图像采集设备1通过支撑连接元件8安装于所述中部透明壳体9内部，所述图像采集设备1包括4组沿装置径向360度均匀布置的摄像头组，与光源2连接。所述光源2，分布在摄像头组四周，可均匀安装于支撑连接元件8上，为图像采集设备1提供充足照明，便于摄像头组透过透明壳体监测管道内壁漏点状态。
如图3所示，为一个实施例中，一种给水管道安全及水质监测装置工作时的数据流程示意图。所述电源2开始供电后，所述图像采集设备1和所述水质传感器3开始采集数据，所述数据控制处理模块6将采集到的图像数据和水质数据以及本装置中的gps地理坐标数据一起传输给无线通讯设备7，无线通讯设备7再将数据通过无线的方式传输到用户终端以便用户实时监控。
本实施例中，所述中空圆柱形支撑体11和所述实心连接件12是一体成型的。一体成型避免了后续组装的麻烦以及不稳定性。
一个实施例中，所述4个实心连接件12均匀分布在所述中空圆柱形支撑体11的外表面，将所述中部透明壳体9内部均匀划分为四个区域。
实心连接件12均匀分布，使监测装置的重力均匀分布，能够促使胶囊状的监测装置更灵活地在水里行动。
本实施例中，所述图像采集设备1包括4个摄像头组，所述4个摄像头组分别固定安装在所述四个区域内的所述中空圆柱形支撑体11表面。
均匀分布的摄像头，拍摄视角广阔全面，在管道中随水流运动时，能够对管道内壁漏点进行有效的检查，能360度地监测给水管道的内壁，以防出现遗漏故障。
在一个实施例中，所述光源2包括4组，每根所述实心连接件12表面安装一组，每组分别均匀固定安装在所述实心连接件12的所述第一面120和所述第二面121上。
光源2均匀分布安装在所述实心连接件12的两个面上，跟上述均匀分布的摄像头组合使用，能获取更全面更清晰的管道内部数据。
在一个实施例中，所述图像采集设备1跟所述中空圆柱形支撑体11通过内置螺钉连接。所述光源2跟所述实心连接件12通过内置螺钉连接。
本实施例中，所述支撑元件8跟所述中部透明壳体9通过若干内置螺钉连接，所述若干内置螺钉分别均匀设置在所述4个实心连接件12跟所述中部透明壳体9的接触面上。
通过内置螺钉连接，方便所述监测装置各部件的安装和拆卸，后续也可以进行修理和更换操作。
在一个实施例中，所述水质传感器3、所述供电设备4、所述gps定位设备5、所述数据控制处理模块6和所述无线通讯设备7分别通过卡槽安装在所述第一壳体10和所述第二壳体13的内部。
卡槽安装简单，并且拆卸更方便，在生产环节也更简单。
本实施例中，所述中部透明壳体9跟所述第一壳体10通过密封法兰连接,所述中部透明壳体9和所述第二壳体13通过密封法兰连接。
将中部透明壳体9分别跟第一壳体10和第二壳体13通过密封法兰连接，能更好地实现密封性，避免在水中监测装置由于漏水而导致故障。
在一个实施例中，所述gps定位设备5、所述数据控制处理模块6、所述无线通讯设备7集成安装于所述第一壳体1和所述第二壳体13的内部。
单个安装每个模块需要进行电连接，尺寸大小也不能相互配合。生产为集成整体会便于安装也能减少电耗。
本实施例中，所述供电设备4设置两组，分别安装在所述第一壳体10内和所述第二壳体13内，且每组所述供电设备4都分别与所述图像采集设备1、所述光源2、所述水质传感器3和所述gps定位设备5进行电连接。
安装两组供电设备，大大降低了由于供电设备断电导致装置停止工作的风险。
在一个实施例中，所述水质传感器3由ph值传感器、温度传感器和余氯传感器集合而成，用于检测管道水体水质指标；
所述水质传感器3采集水质的ph值、温度和余氯浓度；所述数据控制处理模块6将采集的所述水质的ph值、所述水质的温度、所述水质的余氯浓度以及所述gps定位设备5的位置坐标数据传输给所述无线通讯设备7；所述无线通讯设备7将所述水质的ph值、所述水质的温度、所述水质的余氯浓度以及所述gps定位设备5的位置坐标数据实时上传至所述用户终端；所述用户终端通过所述水质的ph值、所述水质的温度以及所述水质的余氯浓度对所述水质进行实时监控。
ph值传感器的原理采用玻璃电极法检测ph值，主要由玻璃电极和参比电极两部分组成。玻璃电极由玻璃支杆、玻璃膜、内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线等组成。参比电有已知和恒定的电极电位，常用甘汞电极或银/氯化银电极。由于ph值与温度有关，增加一个温度电极进行温度补偿，组成三极复合电极。工作原理是用氢离子玻璃电极与参比电极组成原电池，在玻璃膜与被测溶液中氢离子进行离子交换过程中，通过测量电极之间的电位差，来检测溶液中的氢离子浓度，从而测得被测液体的ph值。
在水质监测中，与ph值传感器、余氯传感器配套使用的多为负温度系数的热敏电阻温度传感器。热敏电阻具有体积小，对温度变化相应快的优点。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而降低。对于特定的热敏电阻，其特定温度阻值及材料系数为定值，通过测量热敏电阻的阻值，即可计算出温度的大小。
本产品监测的为自由性余氯。通过测量水体中次氯酸的浓度，再结合ph值与水温来确定水中余氯含量。极谱式余氯电极的阳极由银棒构成，阴极是由圆柱形金电极构成。银阳极和金阴极同时浸在传感器内部的电解液中。传感器内部的电解液与待测溶液之间由一片选择性的聚四氟乙烯渗透膜隔开，该憎水性的聚四氟乙烯膜只能选择性地透过次氯酸分子，待测溶液中其它离子无法透过该膜。在两个电极之间有一个固定电位差，生成的电流强度与次氯酸浓度成正比，可以换算成余氯浓度。
本专利的给水管道安全及水质监测装置，通过数据采集、数据处理、无线通讯的技术集成，实现管道数据的实时在线检测和管道检查的位置定位，提高了管道安全监测和维护的效率。进一步的，用户端通过图像数据、水质数据能够及时发现管道漏损和水质变化情况，根据gps数据获得具体地理位置，针对具体管段进行及时维护和维修，实现对管道内部漏点和水质的实时在线定位监控，从而进一步保障管网的安全。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，包括：图像采集设备(1)、光源(2)、水质传感器(3)、供电设备(4)、gps定位设备(5)、数据控制处理模块(6)、无线通讯设备(7)、支撑连接元件(8)、中部透明壳体(9)、第一壳体(10)和第二壳体(13)，其中，所述第一壳体(10)、所述中部透明壳体(9)和所述第二壳体(13)均为防水材质；
所述第一壳体(10)、所述中部透明壳体(9)和所述第二壳体(13)按照所述中部透明壳体(9)在中部，所述第一壳体(10)和所述第二壳体(13)在两端的顺序组装成一个密封的胶囊状壳体；
所述支撑元件(8)固定安装在所述中部透明壳体(9)内部；所述支撑元件(8)由一个中空圆柱形支撑体(11)和4个实心连接件(12)组成，所述中空圆柱形支撑体(11)的内部中空用于走线；
所述图像采集设备(1)固定安装在所述中空圆柱形支撑体(11)表面；所述光源(2)固定安装在所述实心连接件(12)的第一面(120)和第二面(121)上，且分布在所述图像采集设备(1)周围，为所述图像采集设备(1)提供充足照明；
所述水质传感器(3)、所述供电设备(4)、所述gps定位设备(5)、所述数据控制处理模块(6)和所述无线通讯设备(7)分别固定安装在所述第一壳体(10)和所述第二壳体(13)的内部；
所述供电设备(4)与所述图像采集设备(1)、所述光源(2)、所述水质传感器(3)和所述gps定位设备(5)分别进行电连接；所述数据控制处理模块(6)与所述图像采集设备(1)、所述水质传感器(3)和所述gps定位设备(5)分别进行数据传输连接，所述无线通讯设备(7)与所述数据控制处理模块(6)进行数据传输连接；
所述图像采集设备(1)采集管道内壁表面的实时图像；所述数据控制处理模块(6)将采集的所述实时图像和所述gps定位设备(5)的位置坐标数据传输给所述无线通讯设备(7)；所述无线通讯设备(7)将所述实时图像和所述gps定位设备(5)的位置坐标数据实时上传至用户终端；所述用户终端通过所述实时图像对所述管道进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述中空圆柱形支撑体(11)和所述实心连接件(12)是一体成型的。
3.根据权利要求2所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述4个实心连接件(12)均匀分布在所述中空圆柱形支撑体(11)的外表面，将所述中部透明壳体(9)内部均匀划分为四个区域。
4.根据权利要求3所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述图像采集设备(1)包括4个摄像头组，所述4个摄像头组分别固定安装在所述四个区域内的所述中空圆柱形支撑体(11)表面。
5.根据权利要求4所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述光源(2)包括4组，每根所述实心连接件(12)表面安装一组，每组分别均匀固定安装在所述实心连接件(12)的所述第一面(120)和所述第二面(121)上。
6.根据权利要求1所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述中部透明壳体(9)跟所述第一壳体(10)通过密封法兰连接,所述中部透明壳体(9)和所述第二壳体(13)通过密封法兰连接,所述图像采集设备(1)跟所述中空圆柱形支撑体(11)通过内置螺钉连接，所述光源(2)跟所述实心连接件(12)通过内置螺钉连接,所述支撑元件(8)跟所述中部透明壳体(9)通过若干内置螺钉连接，所述若干内置螺钉分别均匀设置在所述4个实心连接件(12)跟所述中部透明壳体(9)的接触面上。
7.根据权利要求1所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述水质传感器(3)、所述供电设备(4)、所述gps定位设备(5)、所述数据控制处理模块(6)和所述无线通讯设备(7)分别通过卡槽安装在所述第一壳体(10)和所述第二壳体(13)的内部。
8.根据权利要求1所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述gps定位设备(5)、所述数据控制处理模块(6)、所述无线通讯设备(7)集成安装于所述第一壳体(10)和所述第二壳体(13)的内部。
9.根据权利要求1所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述供电设备(4)设置两组，分别安装在所述第一壳体(10)内和所述第二壳体(13)内，且每组所述供电设备(4)都分别与所述图像采集设备(1)、所述光源(2)、所述水质传感器(3)和所述gps定位设备(5)进行电连接。
10.根据权利要求1所述的给水管道安全及水质监测装置，其特征在于，所述水质传感器(3)由ph值传感器、温度传感器和余氯传感器集合而成，用于检测管道水体水质指标；
所述水质传感器(3)采集水质的ph值、温度和余氯浓度；所述数据控制处理模块(6)将采集的所述水质的ph值、所述水质的温度、所述水质的余氯浓度以及所述gps定位设备(5)的位置坐标数据传输给所述无线通讯设备(7)；所述无线通讯设备(7)将所述水质的ph值、所述水质的温度、所述水质的余氯浓度以及所述gps定位设备(5)的位置坐标数据实时上传至所述用户终端；所述用户终端通过所述水质的ph值、所述水质的温度以及所述水质的余氯浓度对所述水质进行实时监控。
技术总结