CN209280089U - 一种光纤水位监测装置及分布式系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水位测量领域，提供了一种光纤水位监测装置，包括：光纤传感部件和加热部件，光纤传感部件套设于加热部件的内部，并且光纤传感部件和加热部件之间存在间隙，且间隙与外界连通，光纤传感部件包括光纤本体和圆柱形固定杆，光纤本体螺旋缠绕于圆柱形固定杆的周侧。本实用新型还公开一种光纤水位监测分布式系统，包括电源、分布式光纤解调仪以及多个串联连接的光纤水位监测装置。本实用新型利用水和空气热学效应显著差异以及光纤对温变的敏感性来测量矿井或建筑基坑中水位，测量精度高；可以将多个水位监测装置串联起来，一根光纤本体可以对多个测点的水位进行测量，布线结构简单，大大提高线路布设的效率，并降低线路成本。

Description

一种光纤水位监测装置及分布式系统

技术领域

本实用新型涉及水位测量领域，特别是涉及一种光纤水位监测装置及分布式系统。

背景技术

当今，矿井或建筑基坑多用到水位监测装置，而现有的水位监测装置一般采用水位传感器进行测量，其监测量精度低，无法保证精密测量。

而且，矿井或建筑基坑常涉及多点监控。而传统水位测量仪每个传感器需引出一个回路至解调仪，如果多点测量需大量引线，会造成连线结构复杂，搭接缠绕，易产生安全隐患。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种光纤水位监测装置及分布式系统，解决现有技术中水位测量精度低，连线结构复杂，搭接缠绕，易产生安全隐患的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种光纤水位监测装置，包括：光纤传感部件和加热部件，所述光纤传感部件套设于所述加热部件的内部，并且所述光纤传感部件和所述加热部件之间存在间隙，且所述间隙与外界连通，所述光纤传感部件包括光纤本体和圆柱形固定杆，所述光纤本体螺旋缠绕于所述圆柱形固定杆的周侧。

其中，还包括保护套，所述保护套套设于所述加热部件的外侧。

其中，所述加热部件为电加热层。

其中，所述保护套周侧穿设有第一通孔，所述加热部件周侧穿设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连通，并贯穿至所述光纤传感部件和所述加热部件之间的间隙。

其中，所述光纤本体为单层缠绕于所述圆柱形固定杆的周侧。

其中，所述光纤本体的一环的下边缘与其下面相邻一环的所述光纤本体的上边缘紧密接触。

其中，所述光纤传感部件的顶部和所述加热部件的顶部通过第一固定板固定连接，所述光纤传感部件的底部和所述加热部件的底部通过第二固定板固定连接。

其中，所述第一固定板和所述第二固定板上具有第三通孔，且所述第三通孔与所述光纤传感部件和所述加热部件之间的间隙连通。

本实用新型还公开一种光纤水位监测分布式系统，包括：电源、分布式光纤解调仪以及多个如实用新型的光纤水位监测装置，多个所述光纤水位监测装置串联起来，且首端的所述光纤水位监测装置的光纤本体与所述分布式光纤解调仪连接，所述电源与所述加热部件的电极连接。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种光纤水位监测装置及分布式系统，利用水和空气热学效应显著差异以及光纤对温变的敏感性来测量矿井或建筑基坑中水位，测量精度高；可以将多个水位监测装置串联起来，一根光纤本体可以对多个测点的水位进行测量，布线结构简单，大大提高线路布设的效率，并降低线路成本。

附图说明

图1为本实用新型一种光纤水位监测装置的纵向剖面图；

图2为本实用新型一种光纤水位监测装置的主视图；

图3为本实用新型一种光纤水位监测装置的仰视图；

图4为本是实用新型一种光纤水位监测分布式系统的结构示意图。

图中，1、光纤传感部件；11、光纤本体；12、圆柱形固定杆；2、加热部件；21、第二通孔；3、保护套；31、第一通孔；4、间隙；5、第二固定板；51、第三通孔；6、电源；7、分布式光纤解调仪；8、光纤水位监测装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-3所示，本实用新型公开一种光纤水位监测装置，包括：光纤传感部件1和加热部件2，所述光纤传感部件1套设于所述加热部件2的内部，并且所述光纤传感部件1和所述加热部件2之间存在间隙4，且所述间隙4与外界连通，所述光纤传感部件1包括光纤本体11和圆柱形固定杆12，所述光纤本体11螺旋缠绕于所述圆柱形固定杆12的周侧。

本实用新型充分利用水和空气热学效应显著差异以及光纤对温变的敏感性来测量矿井或建筑基坑中水位。本申请中的光纤采用专门的测温光纤进行测量。测量时，首先利用加热部件2对光纤传感部件1进行加热，由于光纤传感部件1和加热部件2之间存在的间隙4与外界连通，水和空气均可以从间隙4中通过，水和空气的比热容不一样，加热过程中，间隙4内的水和空气的温度升高不一致，依靠测温光纤感知到间隙4内的各个位置的温度，以推断出各个位置填充的是水还是空气，进而得出水位高度。测温光纤实质上是一种温度传感器，其温变敏感性高于其他温度传感器。圆柱形固定杆12的作用为固定光纤本体11，其可以采用导热性能差的材料制作而成，例如陶瓷、木头或橡胶等，目的是减少热传递，使测量结果更加精准。

本实用新型提供的一种光纤水位监测装置，利用水和空气热学效应显著差异以及光纤对温变的敏感性来测量矿井或建筑基坑中水位，测量精度高，试验数据可以精确到5mm

其中，还包括保护套3，所述保护套3套设于所述加热部件2的外侧，其材质选取为低导热韧性材料，一方面保证加热部件2产生的热量尽可能少的向外散失，另一方面减少物理撞击对光纤传感部件1和加热部件2的损害，对内部部件进行较好的保护。本实施例的保护套3可以选用橡胶材质制作而成。

其中，所述加热部件2为电加热层，依靠外界电力驱动，电加热层对间隙4中的空气和水进行加热，利用两者热传导性的差异和光纤传感部件1对温度的敏感性，进行水位监测。因为电加热层可能会与水接触，因此需要选用具有防水性能的电机热层和电源6。

其中，所述保护套3周侧穿设有第一通孔31，所述加热部件2周侧穿设有第二通孔21，所述第一通孔31与所述第二通孔21连通，并贯穿至所述光纤传感部件1和所述加热部件2之间的间隙4。本实施例的第一通孔31与第二通孔21为一一对应连通的，一直贯穿至光纤传感部件1和加热部件2之间的间隙4位置，作为水和空气进入间隙4的通道。具体的，第一通孔31和第二通孔21均为多个，提高进水速度。

其中，所述光纤本体11为单层缠绕于所述圆柱形固定杆12的周侧，光纤本体在缠绕过程中不发生重叠或叠置，确保光纤延展方向线长度和水位仪竖向上提升的高度呈线性关系。

其中，所述光纤本体11的一环的下边缘与其下面相邻一环的所述光纤本体的上边缘紧密接触，光纤本体11紧密缠绕是为了竖向上(水位测量方向)单位长度内缠绕的光纤长度更长，提高测量精度。由于，圆柱形固定杆12的横截面为圆形，因此缠绕在上面的光纤本体11也呈圆柱形，因此光纤本体为一环一环竖向缠绕于圆柱形固定杆12。

其中，所述光纤传感部件1的顶部和所述加热部件2的顶部通过第一固定板固定连接，所述光纤传感部件1的底部和所述加热部件2的底部通过第二固定板5(图中未标出，与第一固定板结构相似)固定连接。光纤传感部件1和加热部件2在两端(即顶部和底部)进行固定连接，避免两者脱落。

其中，所述第一固定板和所述第二固定板5上具有第三通孔51，且所述第三通孔51与所述光纤传感部件1和所述加热部件2之间的间隙4连通，第三通孔51与第一通孔31和第二通孔21的作用一样，空气和水可以从第一通孔31、第二通孔21以及第三通孔51进入到光纤传感部件1和加热部件2之间的间隙4。

如图4所示，本实用新型还公开一种光纤水位监测分布式系统，包括：电源6、分布式光纤解调仪7以及多个如本实用新型的光纤水位监测装置8，多个所述光纤水位监测装置串联起来，且首端的所述光纤水位监测装置的光纤本体11与所述分布式光纤解调仪7连接，所述电源6与所述加热部件2的电极连接。

利用分布式光纤解调仪7确定温度突变点，对水位进行初始标定。标定完成后，从测定光纤温度突变点便可直接读出水位高度。由于光纤具有分布式测温的特点，单条光纤可以顺序缠绕在多个测量仪内，即实现多个测量仪的串联使用，在分布式光纤解调仪7上一次性解调获取所有水位信息。

本实用新型提供的光纤水位监测分布式系统，可以将多个光纤水位监测装置串联起来，一根光纤可以对多个测点的水位进行测量，依靠分布式光纤解调仪7对长距离光纤温度监测能力，多个分布式光纤水位测量装置可以进行串联使用。具体的，光纤为单端，无需构成回路使用。

本实用新型提供的一种光纤水位监测装置及分布式系统，利用水和空气热学效应显著差异以及光纤对温变的敏感性来测量矿井或建筑基坑中水位，测量精度高；可以将多个水位监测装置串联起来，一根光纤本体可以对多个测点的水位进行测量，布线结构简单，大大提高线路布设的效率，并降低线路成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光纤水位监测装置，其特征在于，包括：光纤传感部件和加热部件，所述光纤传感部件套设于所述加热部件的内部，并且所述光纤传感部件和所述加热部件之间存在间隙，且所述间隙与外界连通，所述光纤传感部件包括光纤本体和圆柱形固定杆，所述光纤本体螺旋缠绕于所述圆柱形固定杆的周侧。

2.如权利要求1所述的光纤水位监测装置，其特征在于，还包括保护套，所述保护套套设于所述加热部件的外侧。

3.如权利要求2所述的光纤水位监测装置，其特征在于，所述加热部件为电加热层。

4.如权利要求2所述的光纤水位监测装置，其特征在于，所述保护套周侧穿设有第一通孔，所述加热部件周侧穿设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连通，并贯穿至所述光纤传感部件和所述加热部件之间的间隙。

5.如权利要求1所述的光纤水位监测装置，其特征在于，所述光纤本体为单层缠绕于所述圆柱形固定杆的周侧。

6.如权利要求5所述的光纤水位监测装置，其特征在于，所述光纤本体的一环的下边缘与其下面相邻一环的所述光纤本体的上边缘紧密接触。

7.如权利要求1所述的光纤水位监测装置，其特征在于，所述光纤传感部件的顶部和所述加热部件的顶部通过第一固定板固定连接，所述光纤传感部件的底部和所述加热部件的底部通过第二固定板固定连接。

8.如权利要求7所述的光纤水位监测装置，其特征在于，所述第一固定板和所述第二固定板上具有第三通孔，且所述第三通孔与所述光纤传感部件和所述加热部件之间的间隙连通。

9.一种光纤水位监测分布式系统，其特征在于，包括：电源、分布式光纤解调仪以及多个如权利要求1-8中任意一项所述的光纤水位监测装置，多个所述光纤水位监测装置串联起来，且首端的所述光纤水位监测装置的光纤本体与所述分布式光纤解调仪连接，所述电源与所述加热部件的电极连接。