本发明专利技术公开了一种船闸水位监测装置和监测方法，包括以下步骤：根据不同区域对测量分辨率的要求，对硬质立管进行不同螺距的螺旋或者轴向直线开槽处理；将光缆铺设于硬质立管的螺旋沟槽中；在船闸水下指定位置安装硬质立管，空气域的光缆与光纤光栅解调仪连接；比较光纤光栅解调仪解调出的各个温度传感器温度，根据差异最大的两个温度传感器进行水位初步判断，之后根据计算得到的水域和空气域的温度系数进行水位精准监测。本发明专利技术还涉及一种船闸水位监测装置，采用在硬质立管上不同螺距的螺纹槽中铺设光缆的方式，保证了测量光缆所受应力较小且均匀，提高了光缆结构的稳定性的同时，实现了船闸水位的高分辨率实时监测。实现了船闸水位的高分辨率实时监测。实现了船闸水位的高分辨率实时监测。
【技术实现步骤摘要】
一种船闸水位监测装置和监测方法
[0001]本专利技术涉及光纤光栅传感领域，具体涉及一种船闸水位监测装置和监测方法。
技术背景
[0002]水位监测是船闸安全运行的重要环节。通过分析船闸水位信号不仅可以自动判断船闸的运行级数、是否补水以及补水厚度等重要运行参数，其差值信号也参与船闸闸门平压启闭、阀门声振抑制、反向水头抑制等关键工艺控制，一旦水位测量值发生偏差，整个系统可靠性迅速下降，安全风险显著上升。在水位监测方面，现有的电类传感器如浮子式水位传感器、压阻式压力水位传感器、导电/热式水位传感器、超声式水位传感器等，目前存在不能实时监测、寿命短、不易组网、抗电磁干扰能力弱等诸多局限性。此外，上述水位传感器多为点式传感器，无法实现分布式多点传感与监测。因此，迫切需要一种新的水位监测技术用于满足现代化水位监测的要求。
[0003]光纤传感器由于其分辨率高、轻便、耐腐蚀、耐湿、抗电磁干扰等一系列优点已被广泛应用于水利水电结构安全、土木工程健康监测等场合。
[0004]公告号为200710067265.3的中国专利技术专利公开了一种船闸水位监测方法，采用分布式温度传感器(DTS)来监测船闸的水位，传感空间分辨率不高(1m)，另外其采用的缠绕方式结构不够稳定容易致使光缆位置发生改变，导致测量误差。冷卓燕等人设计了一种光纤光栅水位传感器，通过在船闸底部安装光纤光栅水位传感器感受水压变化来计算水位，但金属外壳、毛细金属管、敏感元件、光纤光栅及胶的膨胀系数和弹性模量都不相同使得传感器产生一定的蠕变和迟滞。
[0005]综上所述，国内外对水位传感器的研究表明DTS和光纤光栅水位传感器均存在一定的不足之处。因此，研究一种高分辨率、实时、稳定的水位监测系统，是现有工程应用的现实需求。反射率低于0.1％光栅被定义为超弱光纤光栅(以下简称“超弱光栅”，UWFBG)，使光纤光栅的单纤复用容量得到了巨大的提升。随着超弱光栅的大规模制备技术成熟及普及，其大容量、高分辨率、布设方便等优势逐渐获得认可，在水利工程、土木工程、轨道交通等领域中获得迅速推广。
技术实现思路
[0006]技术问题：
[0007]针对现有DTS和光纤光栅测量水位存在的诸多不足，本专利技术提出了一种采用超弱光纤光栅温度传感监测装置和满足高分辨率、实时、稳定的水位监测方法，以解决现有电类和光纤传感水位监测传感器的综合技术问题。
[0008]技术方案：
[0009]本专利技术公开了一种船闸水位监测装置和监测方法，其特征在于包括如下步骤：
[0010]步骤一：根据不同区域对测量分辨率的要求，对硬质立管进行不同螺距的螺旋或轴向直线开槽处理；
[0011]步骤二：将光缆铺设于所述硬质立管的螺旋沟槽中，标记每个光栅传感器的位置，并进行光栅编号，则光栅序号n：
[0012][0013]其中，a表示实际水位所在的水域区段数；i为不同监测分辨率要求的水域区段；d
i
、h
i
分别为i区段内硬质立管的开槽间距和区域高度。
[0014]步骤三：在船闸水下指定位置安装所述硬质立管，最下方传感器位于参考零水位处，水面上方的光缆与光纤光栅解调仪连接；
[0015]步骤四：比较光纤光栅解调仪解调出各个温度传感器温度值，根据差异最大的两个温度传感器的位置进行水位初步定位，之后根据水域和空气域的温度系数计算水位精准值；
[0016]步骤五：根据量程和分辨率设计硬质立管，确定机械结构，制作传感装置实物；
[0017]步骤六：将水位监测装置实物置于人工水池中，人为改变水池水量，测量各个光纤温度传感器的波长变化；
[0018]步骤七：分析温度
‑
波长曲线，提取灵敏度和线性度，优化步骤三～步骤五的设计。优选的，根据步骤一中硬质立管进行不同螺距的螺旋或轴向直线开槽处理会节约光缆成本、节约计算资源并提高光缆结构的稳定性。
[0019]优选的方案中，根据步骤二中标记每个光栅传感器的位置会明确传感器在沟槽中的位置，确定光栅位置与水位的对应关系，从而确保监测水位的分辨率。
[0020]优选的方案中，步骤二中所述的光栅传感器是由光纤中刻写的反射率低于0.1％的超弱光纤光栅，且其长度小于10mm，光栅间距小于0.5m。
[0021]优选的方案中，步骤二中所述的光栅传感器有多种波长，且波长间隔一般大于2nm。
[0022]优选的方案中，步骤三中船闸水下指定位置安装所述硬质立管，可以根据水深、寿命、等需求选择不同材质的硬质立管。
[0023]有益效果：
[0024]本专利技术公布的一种船闸水位监测装置和监测方法，具有以下有益效果：
[0025](1)分辨率高。
[0026]通过将超弱光纤光栅绕在硬质立管的沟槽中，显著缩小光栅测量方向上的空间间距，极大地提高了水位监测的空间分辨率。
[0027](2)实时性好。
[0028]采用光信号作为传输信号且超弱光纤光栅解调仪解调速率高，可实现实时数据采集与处理。
[0029](3)测量精度高。
[0030]通过将超弱光纤光栅绕在硬质立管的沟槽中，确保光缆在水流长期冲击和自身重力作用下依然保持位置稳定，为水位监测的精度提供保障。
附图说明：
[0031]图1为本专利技术的一种船闸水位监测方法原理图。
[0032]图2为本专利技术的一种船闸水位硬质立管立体图。
[0033]图3为本专利技术的一种船闸水位传感器布局示意图。
[0034]上述附图中：1、硬质立管；2、沟槽；3、传感光缆；4、超弱光纤光栅；5、水位基准线；6、实际水位线；7、船闸闸门；8、输水阀门。
具体实施例
[0035]下面结合附图及实施例，对本专利技术中的技术方案进一步说明。
[0036]参阅附图1、图2和图3，现对本专利技术提供一种船闸水位监测装置和监测方法进行说明。
[0037]以测量水位为例，按照水位监测分辨率要求，再硬质立管1上完成沟槽2设计后，刻写有超弱光纤光栅4的传感光缆3绕制于沟槽2中；将硬质立管1竖直固定于水库底部，立柱零水位线与水位基准线5平齐，位于空气部分的超弱光纤光栅光缆接口端与解调仪相连。水库水温度变化最大的位置在水与空气交接处，因此以在船闸闸门7处的光缆空间温度变化分布为依据，利用超弱光纤光栅4温度传感装置，通过测量不同位置的温度值及其差异，判定由输水阀门8控制的实际水位，基本步骤如下:
[0038]步骤一：根据不同区域对测量分辨率的要求，对硬质立管进行不同螺距的螺旋或轴向直线开槽处理；
[0039]步骤二：将光缆铺设于所述硬质立管的螺旋沟槽中，标记每个光栅传感器的位置，并进行光栅编号，则光栅序号n：
[0040][0041]其中，a表示实际水位所在的水域区段数；i为不同监测分辨率要求的水域区段；d
i
、h
i
分别为i区段内硬质立管的开槽间距和区域高度；
[0042]步骤三：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种船闸水位监测装置和监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据不同区域对测量分辨率的要求，对硬质立管进行不同螺距的螺旋或轴向直线开槽处理；步骤二：将光缆铺设于所述硬质立管的螺旋沟槽中，标记每个光栅传感器的位置，并进行光栅编号，则光栅序号n：其中，a表示实际水位所在的水域区段数；i为不同监测要求分辨率的水域区段；d
i
、h
i
分别为i区段内硬质立管的开槽间距和区域高度；步骤三：在船闸水下指定位置安装所述硬质立管，最下方传感器位于参考零水位处，水面上方的光缆与光纤光栅解调仪连接；步骤四：比较光纤光栅解调仪解调出各个温度传感器温度值，根据差异最大的两个温度传感器的位置进行水位初步定位，之后根据水域和空气域的温度系数计算水位精准值；步骤五：根据量程和分辨率设计硬质立管，确定机械结构，制作传感装置实物...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪叶梦，梁磊，涂彬，段宇星，段细云，
申请(专利权)人：中山市精量光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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