[发明专利]一种基于塑料光纤光时域反射的水位监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种基于塑料光纤光时域反射的水位监测装置，其特征在于：包括固定在待测水体河床中的立杆，还包括塑料光纤水位探测器，探头为宏弯曲结构，呈螺旋形状缠绕于立杆靠近底部位置处，在立杆靠近顶端的位置安装控制箱，其内布设控制装置，立杆的顶部安装太阳能电池板，其与控制装置相连通并为控制装置提供动力，控制箱的顶部安装GPRS天线，控制装置与GPRS天线、塑料光纤水位探测器分别相连通，立杆靠近顶端安装监控摄像头、高音喇叭，控制箱顶部安装水位报警器；

所述控制装置包括中央处理器，其分别与电源模块、数据存储模块、声光报警模块、视频信息采集模块和GPRS通信模块相连通，其中，电源模块通过控制器与太阳能电池板相连通，声光报警模块同时与高音喇叭、水位报警器相连通，GPRS通信模块与GPRS天线相连通，视频信息采集模块与监控摄像头相连通；

光时域反射模块与塑料光纤水位探测器相连通，所述光时域反射模块包括与中央处理器相连通的信号处理器，其与脉冲发生器连接，脉冲发生器与激光二极管连接，激光二极管与光方向耦合器的第一个接口连接，还包括与信号处理器相连通的A/D模数转换器，其与放大器连接，放大器与光电探测器连接，光电探测器与光方向耦合器的第二个接口连接；

所述塑料光纤水位探测器包括塑料光纤和塑料光纤探头，光方向耦合器的第三个接口与塑料光纤连接，塑料光纤与塑料光纤探头连接；

所述塑料光纤水位探测器外围套设保护罩，保护罩的底部安装滤网，滤网采用金属过滤网；

所述的基于塑料光纤光时域反射的水位监测方法，具体步骤如下：中央处理器向数据存储模块发送指令，设定水位信息阈值，阈值设定完毕后，中央处理器控制激光二极管发出经过脉冲调制的光脉冲，光脉冲通过光方向耦合器进入塑料光纤，而后进入呈螺旋状的塑料光纤探头发生散射，背向散射光返回光纤入射端，经过光方向耦合器进入光电探测器，转变为电信号，经放大器放大后，经过A/D模数转换器转变为数字信号，然后经过信号处理器进行信号处理，由于不同水位条件下折射率不同，塑料光纤宏弯结构光损耗水平不同，从而可通过探测到的背向散射信号得到水位信息，当得到的水位信息不在设定的水位信息阈值内时，GPRS网络连接通信服务器，进而连接上位机，通过手机短信、微信、自动拨号等方式将水位信息发送到值班人员手机或电脑终端上，值班人员通过监控摄像头获取现场视频和图像资料，确认信息后，中央处理器向声光报警模块发送指令，水位报警器进行报警，通过高音喇叭指导人员疏散撤离；

所述水位信息通过塑料光纤水位探测器的背向散射曲线经过下列如下换算得到水位：

其中，Z为水位，Z₀为塑料光纤探头顶高程，D为塑料光纤探头圆柱螺旋线直径，h为塑料光纤探头圆柱螺旋线导程，S为实测背向散射曲线水面距离。

2.根据权利要求1所述的基于塑料光纤光时域反射的水位监测装置，其特征在于：前述的太阳能电池板通过太阳能板支架安装在立杆顶部，电源模块包括蓄电池，太阳能电池板通过控制器与设置在控制箱内的蓄电池相连通。

3.根据权利要求1所述的基于塑料光纤光时域反射的水位监测装置，其特征在于：前述的立杆通过至少一个杆体连接形成，其底部通过法兰固定在待测水体河床中；

前述的控制箱为金属机箱，底部焊接三角支架，其顶部安装防水板，在金属机箱的底面开设用于通设塑料光纤的出线孔。