一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，包括探杆，探杆表面螺纹缠绕有碳纤维内加热光缆，还包括加热电源、分布式光纤温度解调仪DTS、计算机，碳纤维内加热光缆电连接分布式光纤温度解调仪输入端，分布式光纤温度解调仪与计算机电连接，加热电源电连接碳纤维内加热光缆。本实用新型专利技术将碳纤维内加热光缆缠绕至探杆表面应用于对水底淤泥厚度进行测量，具有结构简单，易于安装，抗干扰，使用寿命长，省时省力，测量精度和灵敏度高，以及全分布式数据采集的优点。以及全分布式数据采集的优点。以及全分布式数据采集的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统


[0001]本技术涉及水底淤泥厚度检测装置领域，具体是一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统。

技术介绍

[0002]由于长期上游或山间降雨等水体所携带的大量沉积颗粒物以及人工生产所排放的污染物，日积月累，会逐渐自然沉淀至水底，使得河湖、水库等水底的淤泥量逐年增加，如果不及时的进行清淤工作，会严重影响并降低河湖、水库等的蓄水能力及水体水质，所以，很多水环境治理工程中都把清淤作为提高河湖、水库蓄水能力及水体水质改善的一项重要实施内容，其中，淤泥厚度直接决定着方案设计、工作量大小等，此外，针对水资源与环境工程调查也往往需要淤泥厚度这一常规指标，故，提前对淤泥厚度进行调查测量具有重要的意义。
[0003]针对浅水域水底淤泥厚度的检测目前常用的方式分为接触式和非接触式。接触式有：测杆法、测杆+标志盘法、静力触探法、地质钻探法、等，其中，测杆法、测杆+标志盘法主要通过将测量杆及其附件直接插入水底淤泥层内，然后再将该装置取出水面读取数据，该方法简单，但是准确性低，同时需要取出水面后才能读取数据，费时费力；静力触探法是将传感器固定于探杆端部并放入水底，通过测量水底压力进而推断水底淤泥厚度；地质钻探法则是直接通过在测点位置进行钻探取样获得淤泥层厚度；另外非接触式有：超声波测量法等，该方法则是通过在水面拖拽发射探头和接收探头，通过判断声波传播的时间差异等信息进而判断水底淤泥厚度，但其存在精度较低，受外界干扰较大等缺点。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，以解决现有技术测量中存在的精度低、费时费力的问题。
[0005]为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为：
[0006]一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，其特征在于：包括探杆，探杆表面螺纹缠绕设置有碳纤维内加热光缆，还包括加热电源、分布式光纤温度解调仪DTS、计算机，所述碳纤维内加热光缆单端与分布式光纤温度解调仪DTS 的数据采集端口连接，分布式光纤温度解调仪DTS的数据传输端口与计算机的USB端口连接，所述加热电源电连接碳纤维内加热光缆，由加热电源对碳纤维内加热光缆进行通电加热。
[0007]所述的一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，其特征在于：碳纤维内加热光缆在探杆表面的绕圈密度根据探杆长度、直径以及碳纤维内加热光缆在探杆表面缠绕的总长度设定。
[0008]所述的一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，其特征在于：还包括至少一个加长杆，加长杆一端通过丝扣结构与探杆上端同轴连接，加长杆有多个时，多个加长杆通过丝扣结构依次同轴连接。
[0009]所述的一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，其特征在于：所述加长杆表面沿轴向设置有多个卡扣，由卡扣固定碳纤维内加热光缆。
[0010]本技术中，探杆长度需大于所测水域水底的淤泥层厚度，碳纤维内加热光缆以螺旋的形式依次从下往上缠绕在探杆的外侧壁，并不需要缠绕在加长杆表面。根据现场测试精度需求，调控螺旋密度；加长杆通过丝扣和探杆固定；碳纤维内加热光缆的末端与分布式光纤温度解调仪DTS的数据采集端口连接，光缆的起始端固定在探杆的底部位置；分布式光纤温度解调仪DTS的数据传输端口与计算机的USB端口连接；加热电源对碳纤维内加热光缆进行通电加热。
[0011]碳纤维内加热光缆的原理是通过加热电源对碳纤维内加热光缆中的碳纤维进行加热，碳纤维进而加热内部的光纤，利用碳纤维内加热光缆加热后在水体与在淤泥层中的不同介质之间能量传播的程度不同，在不同介质界面形成的温度梯度不同，通过分布式光纤温度解调仪DTS测量出不同的温度梯度或不同介质界面形成的温度差值，以此解调并测量获得水底淤泥层的厚度。进一步解释为：将具有内加热功能的碳纤维光缆通电发热后，温度升高，在水和淤泥两种不同介质中，其能量传递的快慢程度及大小不同，其温度变化也不一致，由温度的差值梯度变化来判断水底淤泥层的厚度。
[0012]分布式光纤温度解调仪DTS的原理是采用基于拉曼背向散射光时域测温原理进行分布式温度测量，其具有自动处理的特征，其中，采样距离、数据采集时间、空间采样间隔等参数可根据实际需求人为设定。最终采集到的数据通过数据线将数据从DTS的传输端口送入计算机中处理。计算机将分布式光纤温度解调仪DTS的温度信息转化为水底淤泥厚度信息；并且可在三维成图软件中输入各测量点位置的经纬度坐标及对应的水底淤泥厚度信息，最终可获得整个测量区域内的水底淤泥厚度三维可视化分布图。
[0013]和现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术将碳纤维内加热光缆缠绕至探杆表面应用于对水底淤泥厚度进行测量，具有结构简单，易于安装，抗干扰，使用寿命长，省时省力，测量精度和灵敏度高，以及全分布式数据采集的优点，同时，数据结果实时获得，并且通过向软件中输入各测量点相关信息后，即可得到整个测量区域内的水底淤泥厚度三维可视化分布图。
附图说明
[0014]图1为本技术的分布式测量系统示意图。
[0015]图2为本技术的碳纤维内加热光缆缠绕至探杆示意图。
[0016]图3为本技术的加长杆示意图。
[0017]图中标号：1-探杆、2-加长杆、3-卡扣、4-碳纤维内加热光缆、5-加热电源、 6-分布式光纤温度解调仪、7-计算机。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0019]如图1-3所示，一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，包括探杆1、加长杆2、卡扣3、碳纤维内加热光缆4、加热电源5、分布式光纤温度解调仪DTS6、计算机7；碳纤维内加热光缆4以螺旋的形式缠绕在探杆1的外侧壁，根据现场测试精度需求，调控螺旋密
度；加长杆2通过丝扣和探杆1固定；碳纤维内加热光缆4单端与分布式光纤温度解调仪DTS6的数据采集端口电连接；分布式光纤温度解调仪DTS6的数据传输端口与计算机7的USB接口电连接；加热电源5与碳纤维内加热光缆4电连接以进行通电加热。
[0020]本技术的测量原理：利用碳纤维内加热光缆测得淤泥层与水体介质中的温度不同，利用温度梯度来反推淤泥与水的分界面位置，从而确定淤泥层的厚度。进一步解释为：淤泥和水两种介质，其能量的传递速率存在明显的差异，水的比热容较大，其热传导能力要比淤泥中大，将具有内加热功能的碳纤维光缆按照一定的密度缠绕至探杆外表面，通电后碳纤维光缆发热，温度升高，在水中能量损失较淤泥中损失的多，故处于水体中的光缆温度下降较大，在淤泥、水分界面处形成温度梯度，进而根据温度梯度即可准确判断水底淤泥厚度。
[0021]其中，将碳纤维内加热光缆4按照一定的密度缠绕至探杆1外表面，这样采用螺旋式缠绕的高分辨率优势明显，由于目前DTS技术的空间分辨率只有1米，因此为了提高监测精度，可在管外径5-10cm的PVC探杆1表面通过缠绕的方式增加碳纤维内加热光缆4在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，其特征在于：包括探杆，探杆表面螺纹缠绕设置有碳纤维内加热光缆，还包括加热电源、分布式光纤温度解调仪DTS、计算机，所述碳纤维内加热光缆一端电连接分布式光纤温度解调仪DTS输入端，分布式光纤温度解调仪DTS输出端与计算机电连接，所述加热电源电连接碳纤维内加热光缆，由加热电源对碳纤维内加热光缆进行通电加热。2.根据权利要求1所述的一种适用于浅水域水底淤泥厚度的分布式测量系统，其特征在于：碳纤维内加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧元超，臧子婧，张平松，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：