具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

请参阅图1，本发明提供一种基于光频域反射测量技术的水位能量监测系统，可放置在水体中监测和收集其水位能量数据参数，包括：主体框架、至少四个测量单元、传输终端1和供电装置2，各个所述测量单元围合安装在所述主体框架上用于测量不同方向上的水位能量数据参数，所述测量单元包括水平周期测量模组、纵向波幅测量模组和纵向流速测量模组；所述传输终端1用于传输所述测量单元采集的数据参数，所述检测单元均通过信号缆线连接所述传输终端1实现数据传输；所述供电装置2为整体系统供电。本例中所述测量单元的数量为四个，本发明中基于光频域反射测量技术的水位能量监测系统中设立了多个测量单元，可以测量出目标水体中不同方向上的水位能量数据参数，可以较为全面地收集确定目标水位中的数据参数，同时每个测量单元中设置了水平周期测量模组、纵向波幅测量模组和纵向流速测量模组三种测量模组，分别用于检测采集目标水体内的水位波动周期、水位波幅、水位波长以及水波流速等，通过光频域反射测量技术对于水位波动理论公式所需数据参数量进行直接测量，可以极高精度地利用采集到的数据参数计算出水位能量的数值。

本实施例中，请参阅图1，所述主体框架包括横向框架杆31和纵向框架杆32，所述横向框架杆31和所述纵向框架杆32可选用碳纤维材料，在保证装置的整体强度和稳定性足够的条件下可以不受使用环境的侵蚀，所述横向框架杆31和所述纵向框架杆32组合构成立方体结构，所述测量单元可安装在所述主体框架的四个侧面上，收集目标水体中四个方向上的水位能量数据参数。

本实施例中，请参阅图1，还包括锚固杆33，所述锚固杆33与所述主体框架的底部连接，所述锚固杆33可锚入水体底部用于固定所述主体框架在水体中的位置。整体装置放入水体中时，为避免装置整体因为水浪和水流的冲击而随波漂流位置不能保持确定，导致测得的数据不准确的情况，因此通过将所述锚固杆33插入水体底部，确保测量的过程中整个装置相对于的目标水体的地底面相对静止，可以减少测量的相对误差，使得测得数据更加准确。

本实施例中，请参阅图1-图4，所述水平周期测量模组包括受力板41和低相干干涉测量模块42，所述受力板41和所述低相干干涉测量模块42的外壳均可采用碳纤维材料通过增材制造技术制造而成，以满足测量的强度结构要求以及保护其不受使用环境的侵蚀，所述低相干干涉测量模块42固定在所述横向框架杆31上，所述受力板41和所述低相干干涉测量模块42连接，所述低相干干涉测量模块42位于所述横向框架杆31和所述受力板41之间。所述低相干干涉测量模块42包括第一固定件421、第二固定件422和滑动件423，所述第一固定件421和所述第二固定件422固定连接，所述第一固定件421上设有滑动轨道4211，所述滑动件423滑动安装在所述第一固定件421上，所述滑动件423和所述受力板41的表面的四个角的位置铰接，铰接结点427的球型部分和所述滑动件423刚性连接，铰接结点427与所述受力板41的连接部分为平截面的形状，所述受力板41通过水流对自身的冲击带动所述滑动件423在所述滑动轨道4211上滑动，所述第二固定件422和所述滑动件423之间的距离随着所述滑动件423的来回滑动而改变，所述低相干干涉模块应用在很小的节点处，而所述受力板41的面积较大，因此可通过所述受力板41受冲击可以获得更大范围的冲击作用；所述第二固定件422和所述滑动件423通过弹簧424连接，所述弹簧424上设有低相干干涉光纤传感器425，水流冲击所述受力板41带动所述滑动件423滑动压缩或拉伸弹簧424从而使得所述低相干干涉光纤传感器425能采集到数据；所述第二固定件422和所述滑动件423之间设有限位连杆结构426，所述限位连杆结构426的两端分别和所述滑动件423和所述第二固定件422连接，所述限位连杆结构426用于限定所述滑动件423的滑动行程。

本实施例中，请参阅图1、图2和图5，所述纵向波幅测量模组包括测量浮球51和网状固定结构52，所述网状固定结构52可采用碳纤维材料通过增材制造技术制造而成，所述网状固定结构52设置在顶部所述横向框架杆31和底部所述横向框架杆31之间，所述测量浮球51通过柔性光缆53和所述网状固定结构52连接，所述柔性光缆53中内嵌有OFDR光纤传感器，所述OFDR为光频域反射计，能应用于各种范围的高精度测量且具有较大的动态范围。所述测量浮球51在受到水位变化导致的浮力变化的影响时，在一定空间内具有自由度。该变化会使得所述柔性光缆53的受力情况发生显著变化，从而对水位波幅变化信息进行准确采集，并通过多维向多点式采集，立体综合地反应水平面波动情况。

本实施例中，请参阅图1和图6，所述纵向流速测量模组包括双向交叉筒状结构61和固定杆62，所述双向交叉筒状结构61和所述固定杆62可采用碳纤维材料通过增材制造技术制造而成，所述固定杆62竖直设置在顶部所述横向框架杆31和底部所述横向框架杆31之间，所述双向交叉筒状结构61固定在所述固定杆62上且所述双向交叉筒状结构61沿所述固定杆62的杆长方向上均匀布置，所述双向交叉筒状结构61的内部设有OFDR光纤的片状传感器63。通过测量不同流速水体的作用力从而反应流速情况，并通过系统内多维向多点式布置，立体综合地反应水体流速分布情况。

本实施例中，所述供电装置2为太阳能电池板。太能能电池板可充分利用水体开阔无遮挡的条件下利用太阳能转化为电能为装置整体提供电能，无需外加供能设备，更加绿色节能。

本实施例中，还包括云端分析平台，所述传输终端1将所述测量单元采集的数据参数可通过5G传输上传到所述云端分析平台进行计算分析。

本实施例中，一种利用基于光频域反射测量技术的水位能量监测系统的方法，包括：水平周期测量模组中受力板41受到目标测量水体的水流冲击并将冲击力传递给低相干干涉测量模块42可测得水位波动周期T和水体波动冲击荷载产生的轴向应变ε_光纤；纵向波幅测量模组的测量浮球51受到水的浮力时在柔性光缆53的约束下在有限空间内位置自由变化，未受到水的浮力时自由下垂，通过该柔性光缆53轴向拉应力变化采集相应某一点的波动变化情况，纵向波幅测量模组可测得水位波幅A和波长L；纵向流速测量模组的OFDR光纤的片状传感器63可承受水流方向的均布荷载，可以测得水流流速并通过多点数据采集反应流速在测量区域内的分布，纵向流速测量模组可测得水流波速V_g；

传输终端1将各模组采集到的相关参数传输至云端分析平台进行分析计算，将单位波面宽度的势能和动能加在一起，就可以计算出水位能量，水位动能是水粒子横向运动和纵向运动叠加的结果，水位能量E的势能和动能总和可以表示为：其中g为重力加速度，ρ为水的密度；水位平均能通量或波动周期能量P_w为：而水位波动周期T和波长L之间的联系：所以P_w也可以表达为：水体波动中的冲击载荷F为：F＝E·ε_堵纤。

综上所述，本发明提供一种基于光频域反射测量技术的水位能量监测系统及方法，本发明设立了多个测量单元，可测量水体中不同方向上的水位能量数据参数，可以较为全面地收集确定目标水位中的数据参数，同时每个测量单元中设置了水平周期测量模组、纵向波幅测量模组和纵向流速测量模组，通过光频域反射测量技术对于水位波动理论公式所需数据参数量进行直接测量，可以极高精度地反应水位能量的数值，同时可将采集的数据通过传输终端上传到云端分析平台进行分析计算，可精确准确地计算出所需的目标水位的水位能量值；同时，本发明中系统通过太阳能电池板提供电力运作，无需外加供能设备，更加绿色节能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。