专利名称：非接触式计程仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种获取地下管道三维地理信息的装置和可安装于该装置上的非接触式移动距离测量单元。
背景技术：
涉及用于检测地下管道的装置的发明包括下列发明I) 2001年6月5日公布的美国专利US6，243，657 “确定管线特征位置的方法和装
直2) 1995年5月23日公布的美国专利US 5,417, 112 “指示在地下管线内移动的清管器的通路的装置”3) 1987年12月22日公布的美国专利US 4，714，888 “观测管线中清管器通路的 装置”4) 2005年2月22日公布的美国专利US 6，857，329 “检测管线阻塞的清管器”5) 2003年7月3日公开的美国专利US 2003/0, 121，338 “用于管线中流体环境的
非破坏性检测的管线清管器”这些用于检测地下管道的装置通常能够获取二维地理信息，但是不能获得与管道深度相关的数据。因此，这些监测地下管道的普通装置具有难以有效维护和保护管道的局限性。管道的大致位置被标注在地图上，但是管道被埋设的深度没有进行标注，这可能会导致挖掘工人错误地损坏管道。因此，需要一种在数据库中不仅收集地下管道的二维位置，而且还要收集深度的装置。
发明内容
技术问题为了解决上述这些技术问题，本发明提供一种获取地下管道的三维地理信息来替代二维位置信息的装置，使得与地下管道深度相关的信息可以被收集到数据库中。为了解决上述技术问题，本发明还提供一种获取地下管道三维地理信息而不切断地下管道中水流的装置。技术方案根据本发明的一个示例性方面，提供一种获取地下管道三维地理信息的装置，该装置包括在地下管道内移动的管道内传送设备；检测所述管道内传送设备的三维地理信息的检测设备；以及存储由所述检测设备测量的值的信息存储设备。所述检测设备可以包括测量所述管道内传送设备移动的方向的移动方向测量单元；测量所述管道内传送设备移动的速度的移动速度测量单元；以及测量所述管道内传送设备移动距离的移动距离测量单元。所述移动距离测量单元可以是一计程仪，且可以包括发射具有预定照射区域的平行激光束的激光器单元；与所述激光器单元发射的所述激光束的光轴垂直设置的传感器单元；以及分束器，该分束器设置在所述激光器单元和所述传感器单元的光轴上，以便将由所述激光器单元发射出的所述激光束反射到地面，且将地面反射的所述激光束透射到所述传感器单元。所述管道内传送设备可以构造成直径小于所述地下管道的直径的浮动体，以漂浮在所述地下管道内流动的流体上，并且具有与在所述地下管道内流动的流体相同的比重。所述管道内传送设备可以被构造成清管器主体或运动机器人。
所述检测设备可以进一步包括获取所述地下管道内部视频数据的摄像机设备，或者包括设置在所述地下管道内预定位置的通信�？椋灰约巴ü胨鐾ㄐ拍？榻型ㄐ爬椿袢〉乩硇畔⒌奈尴咄ㄐ抛爸�。根据本发明的另一示例性方面，提供一种非接触式计程仪，该非接触式计程仪包括发射具有预定照射区域的平行激光束的激光器单元；与所述激光器单元发射的激光束的光轴垂直设置的传感器单元；以及分束器，该分束器设置在所述激光器单元和所述传感器单元的光轴上，以便将所述激光器单元发射的所述激光束反射到地面，并将所述地面反射的所述激光束透射到所述传感器单元。所述传感器单元可以包括光学流量传感器，该光学流量传感器包括检测所述激光束的光接收表面；以及数字信号处理系统，该数字信号处理系统将从所述光学流量传感器输出的光电信号处理为数字信号，并且使用光学导航计算位置变化。所述分束器可以反射由所述激光器单元发射的线性偏振光，并且透射经过半波长延迟的所述线性偏振光。四分之一波片可以被进一步地设置于从偏振分束器反射到地面的光的光路上。有益效果根据本发明的一个示例性实施方式，在数据库中不仅创建管道的二维地理信息，而且创建与管道的深度相关的数据。因此，可以更有效地维护和保护管道。地下管道置于水流不被切断的环境中，并且获取三维地理信息。因此，没有为了执行绘图操作而暂停管道使用所带来的不便。在测量距离变化或在不平坦表面上测量距离的情况下，如果使用利用光学流量传感器的非接触式计程仪，那么测量运动距离不会发生错误。
图I为示出了根据本发明一个示例性实施方式的用于获取三维地理信息的装置的视图；图2为示出了使用图I的装置获取地下管道三维地理信息的过程的视图；图3和4为示出了传统光学计程仪的示意图；图5为示出了当光学计程仪的发射轴线与光学计程仪的接收轴线不一致时光学流量传感器检测区域的视图6为示出了根据本发明一个示例性实施方式的计程仪的示意图；图7为示出了根据本发明一个示例性实施方式的计程仪的光线传输效率的视图；并且图8为示出了根据本发明另一示例性实施方式的计程仪的光线传输效率的视图。〈附图标记的说明>100:计程仪110，110’ :激光器单元130:光学流量传感器200，200’ :分束器
220:四分之一波片300:管道内传送设备500:地下管道
具体实施例方式本发明的组件和操作将通过参考附图详细进行解释。图I为示出了本发明一个示例性实施方式的用于获取地下管道的三维地理信息的装置的视图，其中示出了管道内传送设备300。管道内传送设备300在管道内水流不被切断的情况下获取地理信息。管道内传送设备300在地下管道500内移动，并且包括测量管道内传送设备300移动的方向、速度和距离的检测单元310，以及存储由检测单元310测量的值的存储单元340。管道内传送设备300可以被构造成直径小于地下管道500的直径，并且比重与在地下管道500内流动的流体相同，使得管道内传送设备300漂浮于在地下管道500内流动的流体上。例如，在管道内移动的绘图设备可以具有大小为I的比重。如果管道内传送设备被构造为浮动体，则不需要额外的驱动设备、复杂机械、或辅助设备来用于流体在管道中移动。当在水管中使用比重为I的绘图设备时，绘图设备在水管流动持续时可以获取地理信息并且能够绘制相当长的距离而不需要驱动机构。因此，比重为I的绘图设备具有诸如以下优点缩短操作时间，增加操作区域和减少用户不便。浮动体可以具有流线型曲面表面以最小化流体阻力，并具有两个或更多的翼以稳定地移动。管道内传送设备300可以被构造成清管器主体来替代浮动体。构造成清管器主体的管道内传送设备需要在清管器槽上的清管器发射装置。在这种情况下，清管器主体在管道内移动期间可以执行冲洗操作。根据本发明的一个示例性实施方式，绘图设备的清管器主体可以使用韩国专利申请No. 20-2005-0007528或No. 20-2003-0039794所公开的其他结构来构造。管道内传送设备300可以被实现为管道内的运动机器人。管道内的运动机器人可以被构造为沿倾斜或曲线路径运行，并且可以是如韩国专利申请No. 10-1995-0030874或No. 10-2001-0009369所公开的运动机器人。如果管道内的运动机器人沿倾斜或曲线路径运行，则这种机器人没有局限性。由于管道内的运动机器人包括获得用于控制轮驱动单元的信号的编码器，当计算运动机器人的运行距离和转动方向时，除了从光学传感器获得的数据外，该编码器信号还产生获得的编码器数据。因此，加强了上述地理信息的可靠性。检测单元310被设置在管道内传送设备300中，并且包括使用无线信号(例如射频(RF)信号)的有源传感器320、以及测量该管道内传送设备300移动的方向、速度、距离的绘图传感器330。有源传感器320可以被构造为收集与管道内传送设备300的移动相关的信息的有源RF传感器。绘图传感器330包括加速度计和陀螺仪。加速度计测量管道内传送设备300的速度，并且陀螺仪测量管道内传送设备300移动的方向。因此，使用光学流量传感器的非接触式计程仪100测量管道内传送设备300的移动距离。非接触式计程仪100将在下面进行解释。管道内传送设备300还可以包括无线通信设备350，其通过与设置在地下管道500内预定位置的通信�？�610、620、630和640 (参照图2)进行通信来获取地理信息；和 摄像机，其获取地下管道500的内部视觉数据。该摄像机获取地下管道500的内部视频数据，并且确定要维修的管道的位置和情况，因此能够便利和准确地维修和管理管道内部。为了在持续流动条件下进行操作，管道内传送设备300至少在lOkg/cm2的情况下可以防水。图2为示出了根据本发明的一个示例性实施方式的具有浮动体的绘图设备的立体图。根据本发明一个示例性实施方式的管道内传送设备300被插入设置在地下管道500内的空气通风孔中。管道内传送设备300的直径小于地下管道500的直径，因此可以根据流体流动方向在管道内移动。管道内传送设备300的检测单元310利用有源传感器320、绘图传感器330、计程仪、或非接触式计程仪，通过测量用于计算三维地理信息的管道内传送设备300的加速度、角度加速度和运行距离，来测量管道内传送设备300移动的方向和距离。利用检测单元310获取的数据和与管道内传送设备300的入口和出口相关的通过全球定位系统(GPS)获得的地理信息相组合，因此利用管道内传送设备300的轨�：透米楹闲畔⒗床饬亢突嬷频叵鹿艿�500所处的二维位置和深度。如果在管道内传送设备300中安装有摄像机，则可以通过组合管道内的视频数据和地理信息来创建数据库。由于地下管道500通常使用金属制成，不均匀地生成电波。因此，管道内传送设备300需要存储单元340来存储检测单元310测量的数据。无线通信设备350安装于管道内传送设备300上，与设置在管道内传送设备300的入口和出口之间的中间部分上的无线设备进行通信，以获取用于补偿的地理信息。无线设备可以是例如射频识别(RFID)610，可以是与无线个人局域网(WPAN)(例如Zigbee通信�？�)相连接的通信设备620，可以是通道传感器�？�630，可以是具有流体转换阀的通信�？�640，或者可以是具有观察监视传感器的通信�？�650。对一个设备绘图的操作包括以下操作加载管道内传送设备300的存储单元340中存储的测量值，将管道内传送设备300的入口、出口和中间部分的地理信息与基于从传感器获取的数据估计的地理信息相组合，计算相应部分的三维地理信息，以及创建数据库。如果三维管道网络图与地理信息系统(GIS)、应用RFID技术的阀和管道数据、管道内监视图像数据、或管道内监视传感器的实时数据相交互，则可以构造一个管理地下管道的系统。实施本发明的方式为了更加准确地给管道绘图，重要的是测量管道内传送设备300的运行距离。管道内传送设备300可以被构造为在不切断水流情形下使用的浮动体。如果使用接触式计程仪，则可能会产生相当大的误差。因此，优选使用非接触式计程仪。利用光学传感器的计程仪作为代表性的非接触式计程仪在表I中示出。表I[表 I]
[表]
权利要求
1.一种非接触式计程仪，该计程仪包括 发射具有预定照射区域的平行激光束的激光器单元； 与所述激光器单元发射的激光束的光轴垂直设置的传感器单元；以及分束器，该分束器设置在所述激光器单元和所述传感器单元的光轴上，以便将所述激光器单元发射的所述激光束反射到地面，并将所述地面反射的所述激光束透射到所述传感器单元。
2.如权利要求I所述的计程仪，其中所述传感器单元包括 光学流量传感器，该光学流量传感器包括检测所述激光束的光接收表面；以及数字信号处理系统，该数字信号处理系统将从所述光学流量传感器输出的光电信号处理为数字信号，并且使用光学导航来计算位置的变化。
3.如权利要求2所述的计程仪，其中所述分束器反射由所述激光器单元发射的线性偏振光，并且透射经过半波长延迟的所述线性偏振光。
4.如权利要求2所述的计程仪，其中四分之一波片被进一步设置在从所述偏振分束器反射到地面的光的光路上。
全文摘要
一种非接触式计程仪，该计程仪包括发射具有预定照射区域的平行激光束的激光器单元；与所述激光器单元发射的激光束的光轴垂直设置的传感器单元；以及分束器，该分束器设置在所述激光器单元和所述传感器单元的光轴上，以便将所述激光器单元发射的所述激光束反射到地面，并将所述地面反射的所述激光束透射到所述传感器单元。
文档编号G01V8/10GK102749658SQ201210241698
公开日2012年10月24日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月19日
发明者千汶淑, 宣点洙, 朴爀晟, 朴相奉, 梁贤锡, 玄东俊, 金东炫, 金振声, 闵庚洙 申请人:乐博建, 水资源技术(株)
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