一种水位冻结监测传感器
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，具体是指一种水位冻结监测传感器。
背景技术
目前，寒区隧道常常因为中心排水沟洞口段冻结导致排水系统失效，隧道衬砌背后空洞积水冻胀损害衬砌结构，中心水排水不畅冻结、衬砌背后空洞积水冻胀严重威胁隧道运营安全。因此，如何方便有效的监测隧道中心排水沟水位及衬砌背后空洞内水位和冻结情况，是目前急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种水位冻结监测传感器，可以获得待检测部位的水位高度、水体是否冻结的信息，其精度高、反应快。
为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种水位冻结监测传感器，包括：监测探头、控制芯片、信号放大模块和电池；
所述监测探头的内部为空腔，且空腔的底部为敞口；
所述空腔内表面沿竖直方向设置有若干对发光二极管和光敏二极管，且每对的发光二极管和光敏二极管位于同一高度且相对设置；
所述控制芯片通过若干个数据端子分别与每个发光二极管连接，用于控制所有发光二极管依次发光；
所述信号放大模块包括若干个信号放大器，信号放大器的数量与光敏二极管数量相同；每个信号放大器均与对应的一个光敏二极管连接，用于对光敏二极管的电流信号进行放大处理，并发送给控制芯片；
所述控制芯片通过若干个数据端子分别与每个信号放大器连接，用于根据得到的电流放大信号判断每对发光二极管与光敏二极管之间的介质类型，进而计算水位高度以及冰层厚度；
所述电池为监测探头、控制芯片以及信号放大模块提供电源。
在更优的技术方案中，所述水位冻结监测传感器还包括无线传输模块，所述控制芯片和电池均与无线传输模块连接；所述无线传输模块用于将控制芯片得到的水位高度以及冰层厚度发送至云端，以及从云端接收初始位置设置。
在更优的技术方案中，所述电池为锂电池。
在更优的技术方案中，每对发光二极管与光敏二极管之间的距离相同，取值范围为2～3cm。
有益效果
本实用新型在监测探头内部空腔表面沿竖直方向设置若干对发光二极管和光敏二极管，然后根据光敏二极管的电流值判断每对发光二极管与光敏二极管之间的介质类型，进而根据控制芯片内置的每对发光二极管与光敏二极管的高度，计算得到寒区隧道的中心排水沟洞口段的水位高度和冰层厚度。本实用新型这种利用水、冰、空气对光的反射率不同，使得光敏二极管的电流不同的原理获取水位高度和冰层厚度的水位冻结监测传感器，其精度高、反应快，为隧道维护提供指导。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的水位冻结监测传感器；
其中，1-监测探头、2-信号放大模块、3-控制芯片、4-电池、5-无线传输模块，6-发光二极管，7-光敏二极管。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本实用新型的技术方案作进一步解释说明。
本实用新型提供一种水位冻结监测传感器，如图1所示，包括监测探头1、控制芯片3、信号放大模块2、电池4和无线传输模块5；所述监测探头1的内部为空腔，且空腔的底部为敞口。在本实施例中，电池4采用锂电池。
空腔内表面沿竖直方向设置有若干对发光二极管6和光敏二极管7，且每对的发光二极管6和光敏二极管7位于同一高度且相对设置；而每对发光二极管6与光敏二极管7之间的距离相同，取值范围为2～3cm。
所述控制芯片3通过若干个数据端子分别与每个发光二极管6连接，用于控制所有发光二极管6依次发光；
所述信号放大模块2包括若干个信号放大器，信号放大器的数量与光敏二极管7数量相同；每个信号放大器均与对应的一个光敏二极管7连接，用于对光敏二极管7的电流信号进行放大处理，并发送给控制芯片3；
所述控制芯片3通过若干个数据端子分别与每个信号放大器连接，用于根据得到的电流放大信号判断每对发光二极管6与光敏二极管7之间的介质类型，进而计算水位高度以及冰层厚度；
所述电池4与监测探头1、控制芯片3、信号放大模块2、无线传输模块5连接，用于提供电源；
所述无线传输模块5，与控制芯片3连接，用于将控制芯片3得到的水位高度以及冰层厚度发送至云端，还用于从云端接收初始位置设置。
在使用本实用新型的水位冻结监测传感器时，将监测探头1竖直固定于待检测水位及冰层厚度的空洞中，或者将监测探头1竖直固定于水体中，打开传感器开关，并通过无线传输模块5设置传感器的初始位置。具体地，初始位置的设置是以监测探头1的最下端的一对发光二极管和光敏二极管为基准。如果监测探头1最低点的位置是河床表面的位置，初始位置的设为0即可。如果监测探头1最低点的位置的水位高度是1.8m，则设置1.8m即可。
设置完成后，控制芯片3则控制所有发光二极管依次发光，并记录相应流经光敏二极管、且经信号放大器放大处理得到的电流值。由于每对发光二极管与光敏二极管之间的介质可能是水、冰、空气，而不同的介质对光的反射率不同，从而光敏二极管的电流不同，因此控制芯片3可以根据每个光敏二极管的电流，判断得到每对发光二极管与光敏二极管之间的介质。另外，控制芯片3内预存有每对发光二极管和光敏二极管的高度，再结合设置的初始位置，即可得到水面的高度和冰面的高度，冰面与水面的高度差即为冰层厚度。
监测探头1的外部除了底部的敞口，其余部分均为封闭，使外部光线无法进入，而下端水体可以进入，从而实现水位冻结监测。
另外，控制芯片内植休眠技术，可以节省大量能耗，可以保证整个传感器工作时间达到数年以上。
在本实用新型中的云端可以是智能终端app，比如手机，即可方便监测到寒区隧道的中心排水沟洞口段的水位和冻结情况。
另外需要说明的是，本实用新型的控制芯片内部根据接收到的各光敏二极管的电流大小以判断每对发光二极管与光敏二极管之间的介质类型，以及根据内部预存的每对发光二极管和光敏二极管的高度、之间的介质类型计算水位高度以及冰层厚度，均属于现有技术，在此不再赘述。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。
