[實用新型]一種光纖光柵降雨量監測裝置

有效

• 申請號: 201220598473.2
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN203084221U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 韓冰;譚東杰;馬云賓;李亮亮;荊宏遠;郝建斌;鄭軍;劉建平
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01W1/14
• 分類號: G01W1/14
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 金杰;任清漢

技術領域

本實用新型是一種基于光纖光柵技術的降雨量監測裝置，涉及液位的測量和氣象學技術領域。

背景技術

大氣降水測量是氣候變化、地質災害、洪水災害預警和環境評估等多方面的重要環節。目前較為常用的降雨量監測技術主要有翻斗式雨量計和虹吸式雨量計。其中翻斗式雨量計原理簡單、性能穩定，但翻斗的動態計量誤差隨雨強變化劇烈變化，這種缺陷是翻斗式雨量計固有的原理和結構上的缺陷，在使用中易受隨機因素的影響（如：翻斗室水體殘留、翻斗室殘留泥沙、風沙影響、翻斗軸承游隙變化及灰塵阻滯使摩擦力變化的影響等），使得翻斗式雨量計測量誤差可能超過±10％。虹吸雨量計可以連續記錄降水量和降水時間，測量精度高，受雨強變化影響的誤差小，但當前普遍使用的虹吸式雨量計為日記型，每天必須更換記錄紙，人工測量儲水瓶中的虹吸水量進行虹吸訂正、人工摘錄時段雨量和人工錄入計算機，因此，勞動強度很大，這與當前電子信息時代及不相稱。

光纖光柵是近幾年發展最為迅速的光纖無源器件。它是利用光纖材料的光敏特性在光纖的纖芯上建立的一種空間周期性折射率分布，其作用在于改變或控制光在該區域的傳播行為方式。除具有普通光纖抗電磁干擾、尺寸小、重量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕等特點外，光纖光柵還具有其獨特的特性：易于與光耦合、耦合損耗小、易于波分復用等。因而使得光纖光柵在光纖通訊和光纖傳感等領域有著廣闊的前景。作為光子研究領域的一種新興技術，以光纖光柵為基本傳感器件的傳感技術近年來受到普遍關注，各國研究者積極開展有關研究工作。目前，已報道的光纖光柵傳感器可以監測的物理量有：溫度、應變、壓力、位移、壓強、扭角、扭矩(扭應力)、加速度、電流、電壓、磁場、頻率、濃度、熱膨脹系數、振動等，其中一部分光纖光柵傳感系統已經實際應用。

光纖布拉格光柵（Fiber?Bragg?Grating）是最簡單、最普遍的一種光纖光柵。它是一段折射率呈周期性變化的光纖，其折射率調制深度和光柵周期一般都是常數。溫度、應變的變化會引起光纖布拉格光柵的周期和折射率的變化，從而使光纖布拉格光柵的反射譜和透射譜發生變化。通過檢測光纖布拉格光柵的反射譜和透射譜的變化，就可以獲得相應的溫度和應變的信息，這就是用光纖布拉格光柵測量溫度和應變的基本原理。

光纖光柵可制成各種傳感器件，在傳感領域得到廣泛應用。與傳統的電傳感器相比，光纖光柵傳感器具有自己獨特的優點：（1）傳感頭結構簡單、體積小、重量輕、外形可變，適合埋入各種大型結構中，可測量結構內部的應力、應變及結構損傷等，穩定性、重復性好；（2）與光纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、光損耗低、光譜特性好、可靠性高；（3）具有非傳導性，對被測介質影響小，又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點，適合在惡劣環境中工作；（4）輕巧柔軟，可以在一根光纖中寫入多個光柵，構成傳感陣列，與波分復用和時分復用系統相結合，實現分布式傳感；（5）測量信息以波長編碼，因而光纖光柵傳感器不受光源的光強波動、光纖連接與耦合損耗、光波偏振態變化等因素的影響，具較強的抗干擾能力；（6）高靈敏度、高分辯力。

與廣泛使用的布里淵光時域反射計BOTDR相比，光纖光柵傳感器的優點有：（1）對測量點能精確定位，分辨率高；（2）成本低；（3）能對傳感部分進行加工、封裝，使其更適合現場的惡劣環境。

由于這些優點，基于光纖光柵傳感技術，開發一套集自動化、測量精度和穩定可靠性等多方面要求的降雨量監測裝置，進行高分辨率和實時在線測量，技術優勢非常明顯。文獻調研和專利查新顯示，目前還未有用基于光纖光柵傳感技術進行大氣降水監測的系統。

實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種對大氣降水能高傳感精度、高測量精度、低成本及自動實時監測的基于光纖光柵傳感技術的光纖光柵降雨量監測裝置。

基于光纖光柵傳感技術的大氣降雨自動監測裝置如圖2所示，該裝置主要包括光纖光柵雨量筒及設置在監測站里的控制單元模塊11、解調儀12、下位機13、無線通信模塊Ⅰ14、無線通訊模塊Ⅱ15和上位機16。從光纖光柵雨量筒里的電動溢水閥5引出電纜9以及溫度補償型光纖光柵應變傳感器8引出光纜10，電纜9與控制單元模塊11連接，光纜10與光纖光柵解調儀12連接；控制單元模塊11和解調儀12的輸出接下位機13的輸入，下位機13輸出接無線通信模塊Ⅰ14，無線通訊模塊Ⅱ15輸出接上位機16的輸入。