[发明专利]船闸运行动态水位监测系统及监测方法

权利要求书

1.船闸运行动态水位监测系统，包括光纤光栅传感器组（1）、配线盒（2）、光缆（3）、光纤光栅解调器（4）、中央处理系统（5）；其特征在于：

所述光纤光栅传感器组（1）为多组，每个测量点布设一组光纤光栅传感器组（1），任意一组光纤光栅传感器组（1）由一根光纤上串接多个不同反射波长的光纤光栅传感单元构成，实现单点多只传感器检测水位；

多组光纤光栅传感器组（1）连接配线盒（2），配线盒（2）通过光缆（3）连接光纤光栅解调器（4），光纤光栅解调器（4）连接中央处理系统（5）；

所述中央处理系统（5）包括CPU处理器、显示器、外设接口；CPU处理器分别连接显示器、外设接口；

CPU处理器，将光纤光栅解调器（4）传输过来的光纤光栅传感器信号进行分析处理，得出各测量点的水位值以及各闸室水位值；同时对相邻闸室各传感器所测水位值进行差值计算，其结果与判定值进行布尔运算，得出布尔量，再根据“举手表决法”判断得出船闸运行所需要的水位控制信号；

所述测量点的水位值是CPU处理器根据气压补偿传感器所测大气压力对光纤光栅压力传感器所测值进行补偿修正，进而得出每个光纤光栅传感单元测量的水位值，再根据格拉布斯准则，剔除与其他测量值偏差较大的异常值，最后通过均值法计算各传感器组，即各测量点的水位值；

所述闸室水位值是对闸室两个测量点的水位值进行均值法计算得出的水位值；

所述判定值是根据水力学、水位计灵敏度以及船闸设备运行数据等综合计算得出，用以判断水位控制信号的值，包括开闸信号判定值、关阀信号判定值；

所述布尔量是对相邻闸室各传感器所测水位值进行差值运算，得出的差值与判定值进行布尔运算，即两个相邻闸室传感单元的水位差值与判定值进行比较，得出“0”或“1”的布尔量；

所述“举手表决法”是对布尔量“0”或“1”数量的比较，根据少数服从多数的原则，得出最终布尔量，从而判断水位控制信号；

显示器，用于动态显示各个光纤光栅传感单元测量的实时水位值，各水位测量点水位值，各闸室水位值，各闸首水头差，以及船闸水位控制过程显示和最终状态显示；

外设接口，将CPU处理器计算得出的闸室水位值和水位控制信号传输至船闸控制系统，从而控制船闸设备运行。

2.根据权利要求1所述船闸运行动态水位监测系统，其特征在于：对于同一个水位测量点，一组光纤光栅传感器组（1）按照一定的间距进行布设，光纤光栅传感器组（1）垂直放入水中，对该处水位进行分布检测，实现单点多只传感器检测水位。

3.根据权利要求2所述船闸运行动态水位监测系统，其特征在于：

所述光纤光栅传感器包括：

温度补偿光栅，用于温度补偿；

测压光栅，用于测量张力；

温度补偿光栅与测压光栅串联，其单端固定，栅区呈完全自由状态。

4.根据权利要求3所述船闸运行动态水位监测系统，其特征在于：

所述光纤光栅传感器组（1）包括：

至少3个不同测量范围的光纤光栅传感器，实现单点多只传感器检测；

气压补偿传感器串联在光纤光栅传感器组（1）尾端，用于检测外界大气压；在后期处理测压光栅所测水压力值时，采用气压补偿传感器所测大气压值作为基准进行计算，用以补偿气压变化对测压光栅产生的影响，从而得出更为精准的水位值；

温度补偿光栅、测压光栅、以及气压补偿传感器串联在同一根光纤上。

5.根据权利要求1所述船闸运行动态水位监测系统，其特征在于：所述配线盒（2）包括多个适配器，多个适配器将分散的多个光纤光栅传感器组（1）与光缆（3）进行配线连接。

6.根据权利要求1所述船闸运行动态水位监测系统，其特征在于：所述光缆（3）为单模光纤制成的光缆，适合远距离信号传输；光纤光栅传感器组（1）通过水位计套管（7）垂直放入水位计井中，对该处水位进行分布检测，实现单点多只传感器检测水位；水位计套管（7）固定于水位计井中，其圆周设置有通气孔（9）并与水位计井连通，端口设置有导向滑轮（8），光纤光栅传感器经导向滑轮（8）放入水位计套管（7），最终下放至水位计井底部；光纤光栅传感器底部设置有圆形配重块，其直径大于光纤光栅传感器，小于水位计套管（7）。