(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210760913.8 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 郑世杰　陈榜框　朱子睿　 (74)专利代理 机构 哈尔滨龙 科专利代理有限公 司 23206 专利代理师 王恒 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01K 11/3206(2021.01) G01F 23/292(2006.01) G01B 11/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于光纤级联复合传感技术的地下水 监测装置 (57)摘要 一种基于光纤级联复合传感技术的地下水 监测装置， 涉及一种地下水监测装置。 监测模块 悬挂在缆索下端， 上腔室开设通孔并通过滤网覆 盖， 宽带光源、 镀膜的长周期光子晶体光栅、 布拉 格温度光栅和光谱仪分别通过光纤与光纤耦合 器连接， 宽带光源与光纤耦合器之间设置隔离 器， 光谱仪外联计算机， 级联长周期光栅通过光 纤与光谱仪连接， 下腔室底部设置活塞缸， 布拉 格应变光栅通过光纤与布拉格温度光栅和级联 长周期光栅连接， 活塞杆的活塞设置于活塞缸 内， 连杆伸出活塞缸并设置弹簧， 活塞杆和活塞 缸设置夹持支臂固定布拉格应变光栅。 能够实现 原位的多指标 实时监测， 包括水位、 水温、 PH值和 氯离子浓度， 提高了监测的精度和稳定性。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115165767 A 2022.10.11 CN 115165767 A 1.一种基于光纤级联复合传感技术的地下水监测装置， 其特征在于： 包括宽带光源 (1)、 监测模块(3)以及光谱仪(9)， 所述监测模块(3)具有外壳并悬挂固定在缆索(33)下端， 所述外壳内部 设置隔板 分为上腔室和下腔室， 所述上腔室开设多个通孔(31)并通过滤网覆 盖， 上腔室内布置有光纤耦合器(4)、 镀膜的长周期光子晶体光栅(5)、 布拉格温度光栅(6) 及级联长周期光栅(8)， 所述宽带光源(1)、 所述镀膜的长周期光子晶体光栅(5)、 所述布拉 格温度光栅(6)和所述光谱仪(9)分别通过光纤与所述光纤耦合器(4)连接， 宽带光源(1)与 光纤耦合器(4)之间设置有隔离器(2)， 光谱仪(9)外联有计算机(10)， 镀膜的长周期光子晶 体光栅(5)与光纤连接点相对的一端镀有一层银镜， 镀膜的长周期光子晶体光栅(5)的内部 微孔的侧壁镀有一层折射率仅受氯离子浓度影响的敏感膜， 布拉格温度光栅(6)外部罩设 密封腔(61)， 所述级 联长周期光栅(8)通过光纤与光谱仪(9)连接， 级 联长周期光栅(8)由两 个相同的涂有P H敏感型水凝胶的长周期光栅串 联组成， 所述下腔室内底部设置活塞 缸(32) 与外界连通， 下腔室内布置有布拉格应变光栅(7)及与其配合的活塞 杆(71)， 所述布拉格应 变光栅(7)两端分别通过光纤与布拉格温度光栅(6)和级联长周期光栅(8)连接， 所述活塞 杆(71)的活塞设置于所述活塞缸(32)内， 活塞 杆(71)的连杆伸出活塞缸(32)且其端部与所 述隔板之间设置弹簧(72)， 活塞杆(71)和活塞缸(32)分别设置有夹持支臂(73)， 布拉格应 变光栅(7)固定在两个所述夹持支 臂(73)之间。 2.根据权利要求1所述的一种基于光纤级联复合传感技术的地下水监测装置， 其特征 在于： 所述PH敏感型水凝胶采用海藻酸钠和N ‑异丙基丙烯酰胺制得， 在酸性条件下产生收 缩， 在碱性条件下产生溶胀， 进 而引起光栅的轴向应 变。 3.根据权利要求2所述的一种基于光纤级联复合传感技术的地下水监测装置， 其特征 在于： 所述PH敏感型 水凝胶制作过程中加入致 孔剂。 4.根据权利要求1所述的一种基于光纤级联复合传感技术的地下水监测装置， 其特征 在于： 所述 缆索(33)设置刻度线。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115165767 A 2一种基于光纤级 联复合传感技术的地下水 监测装置 技术领域 [0001]本发明涉及 一种地下水监测装置， 尤其是一种基于光纤级联复合传感技术的地下 水监测装置， 属于地下 水监测技 术领域。 背景技术 [0002]地下水是重要的供水水源， 对地下水动 态进行长期监测是地下水资源科学管理工 作的重要基础。 传统人工水位测量设备多采用测绳， 根据末端接触到水面的信号判断地下 水位， 存在比较大的主观因素误差， 且无法进行实时监测。 [0003]地下水信息采集传输自动化可以解决地下水人工监测方式落后、 信息管理能力较 弱的问题。 目前常见的地下水水位自动监测的仪器分为压力式水位计和浮子式水位计两大 类。 压力式水位计的压力传感器通过专用缆索悬挂在地下水测井内， 测 量装置被封装在壳 体中， 电源和数据储存装置集成在壳体中作为一体式压力水位计或者装在地面上作为压力 传感器+主机的形式， 由于测量装置通常采用电传感器， 对封装的防水性和仪器的稳定性要 求较高； 浮子式水位计仪器的测量部 分悬挂在测井水面以上， 测量的数据对象较为单一， 而 且常见的浮子式水位计直径在6c m‑10cm， 不能用于孔径较小的监测井。 此外， 对于地下水的 水质监测， 通常采用定期取样化验分析的方法， 目前很少进行原位的实时监测。 [0004]鉴于上述原因， 亟需对地下水监测的方式进行优化改进， 在提高精度和稳定性的 情况下， 实现原位的多指标实时监测。 发明内容 [0005]为解决背景技术存在的不足， 本发明提供一种基于光纤级联复合传感技术的地下 水监测装置， 它能够实现地下水原位的多指标实时监测， 包括水位、 水温、 PH值和氯离子浓 度， 提高了监测的精度和稳定性。 [0006]为实现上述目的， 本发明采取下述技术方案： 一种基于光纤级联复合传感技术的 地下水监测装置， 包括宽带光源、 监测模块以及光谱仪， 所述监测模块具有外壳并悬挂固定 在缆索下端， 所述外壳内部设置隔板分为上腔室和下腔室， 所述上腔室开设多个通孔并通 过滤网覆盖， 上腔室内布置有光纤耦合器、 镀膜的长周期光子晶体光栅、 布拉格温度光栅及 级联长周期光栅， 所述宽带光源、 所述镀膜的长周期光子晶体光栅、 所述布拉格温度光栅和 所述光谱仪 分别通过光纤与所述光纤耦合器连接， 宽带光源与光纤耦合器之间设置有隔离 器， 光谱仪外联有计算机， 镀膜的长周期光子晶体光栅与光纤连接点相对的一端镀有一层 银镜， 镀膜的长周期光子晶体光栅的内部微孔的侧壁镀有一层折射率仅受氯离子浓度影响 的敏感膜， 布拉格温度光栅外部罩设密封腔， 所述级 联长周期光栅通过光纤与光谱仪连接， 级联长周期光栅由两个相同的涂有P H敏感型水凝胶的长周期光栅串联 组成， 所述下腔室内 底部设置活塞缸与外界连通， 下腔室内布置有布拉格应变光栅及与其配合的活塞杆， 所述 布拉格应变光栅两端分别通过光纤与 布拉格温度光栅和级联长周期光栅连接， 所述活塞杆 的活塞设置于所述活塞缸内， 活塞杆的连杆伸出活塞缸且其端部与所述隔板之间设置弹说　明　书 1/4 页 3 CN 115165767 A 3