凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統的製作方法
2023-05-29 11:07:06
凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，包括模擬傳感前端裝置、數據採集裝置、分布式網絡數據通信裝置、監測系統主機和監控中心伺服器；本凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統採用自動化監測模式取代傳統人工採集模式，改善了科研人員的工作環境，同時保證了數據的準確性、實時性和完整性，能夠滿足高海拔地區隧道低溫、低壓監測的環境要求，故障率低；且其具有通信穩定，集中管理的特點，滿足了凍土隧道分布式溫度監測的需求。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種遠程分布式溫度監測系統，特別涉及一種高海拔多年凍土隧 道保溫層及二次襯砌溫度監測系統。 凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統
【背景技術】
[0002] 凍土問題是青藏、川藏等高原、寒冷地區及我國東北寒冷地區隧道修建過程中的 技術難題之一，也是隧道安全運營中的難題。溫度在解決上述問題的過程中，起著關鍵性的 作用。溫度的升高和降低直接導致凍土中含冰量的減少和增加，引起凍土的融沉和凍脹，使 得隧道圍巖和結構不穩定，增加施工和運營過程中的安全隱患。
[0003] 長期以來，凍土科研人員主要靠人工方式對凍土溫度進行採集。這種方法使得科 研人員必須在嚴酷的自然條件下工作，不僅工作效率低下，而且數據的完整性、準確性和實 時性都得不到保證。國外V E Romanovsky等在東西伯利亞地區中，採用水銀溫度計測量方 法，測試效率低且精度僅有0. 3°C;P P Overduina等利用傳感器測試凍土溫度，建立了熱流 動模型，分析了不同時間凍土表面熱交換和能量流動的變化。在國外的研究中，研究對象大 都是中高緯度的低海拔凍土，而我國的多年凍土主要分布在平均海拔高度為4000米的中、 低緯度區域，因而研究成果並不能直接應用於我國隧道修建與運營管理的實際情況。在國 內，凍土研究主要依靠實驗室模擬研究，實驗結果與數據精度並不能完全滿足高原凍土特 性的科研要求。
[0004] 因而，建立一套凍土隧道保溫層及襯砌溫度的長期遠程分布式監測系統，自動採 集並存儲凍土溫度變化的第一手資料，對科研人員及時掌握凍土隧道保溫層及襯砌的溫度 分布，進而分析和統計預測其變化規律和發展趨勢，保障隧道運營安全，具有重要的科研價 值和現實意義。 實用新型內容
[0005] 有鑑於此，本實用新型的目的是提供一種凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式 監測系統，以幫助科研人員採集、存儲、統計和分析隧道保溫層及二次襯砌溫度信息。
[0006] 本實用新型凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，包括模擬傳感前端 裝置、數據採集裝置、分布式網絡數據通信裝置、監測系統主機和監控中心伺服器；
[0007] 所述模擬傳感前端裝置固定於待測隧道保溫層及二次襯砌，模擬傳感前端用於實 時監測溫度變化信息；
[0008] 所述數據採集裝置用於採集模擬傳感前端裝置的監測信息，並將採集到的信息傳 輸到分布式網絡數據通信裝置；
[0009] 所述分布式網絡數據通信裝置用於將數據採集裝置輸入的信息傳輸到監測系統 主機；
[0010] 所述監測系統主機用於對分布式網絡數據通信裝置上傳的信息進行預處理，並通 過GPRS通信裝置與監控中心伺服器相連； toon] 所述監控中心伺服器用於對監測系統主機上傳的信息進行存儲、分析處理和顯 /_J、1 〇
[0012] 進一步，所述數據採集裝置和分布式網絡數據通信裝置固定於待測隧道邊牆位 置，所述監測系統主機置於待測隧道兩端洞口。
[0013] 進一步，所述模擬傳感前端裝置由熱敏電阻探頭和信號調理電路組成。
[0014] 進一步，所述凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統還包括與監測系統 主機和數據採集裝置電連接的供電裝置，所述供電裝置包括UPS電源和太陽能發電裝置。
[0015] 本實用新型的有益效果：
[0016] 1、本凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統採用自動化監測模式取代 傳統人工採集模式，改善了科研人員的工作環境，同時保證了數據的準確性、實時性和完整 性·
[0017] 2、本凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統能夠滿足高海拔地區隧道 低溫、低壓監測的環境要求，故障率低。
[0018] 3、本凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統具有通信穩定，集中管理的 特點，滿足了凍土隧道分布式溫度監測的需求。
[0019] 4、本凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統採用UPS電源和太陽能發 電雙系統供電，能夠自動根據系統要求自由切換供電方式，滿足全天候無人值守工作的要 求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統的結構示意 圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
[0022] 如圖所示，本實施例凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，包括模擬 傳感前端裝置1、數據採集裝置2、分布式網絡數據通信裝置3、監測系統主機4和監控中心 伺服器5 ;
[0023] 所述模擬傳感前端裝置1固定於待測隧道保溫層及二次襯砌，模擬傳感前端1用 於實時監測溫度變化信息；所述數據採集裝置2用於採集模擬傳感前端裝置的監測信息， 並將採集到的信息傳輸到分布式網絡數據通信裝置3 ;
[0024] 所述分布式網絡數據通信裝置3用於將數據採集裝置2輸入的信息傳輸到監測系 統主機4 ;
[0025] 所述監測系統主機4用於對分布式網絡數據通信裝置3上傳的信息進行預處理， 並通過GPRS通信裝置6與監控中心伺服器5相連；
[0026] 所述監控中心伺服器5用於對監測系統主機4上傳的信息進行存儲、分析處理和 顯不。
[0027] 本實施例中，所述數據採集裝置2和分布式網絡數據通信裝置3固定於待測隧道 邊牆位置，所述監測系統主機4置於待測隧道兩端洞口。
[0028] 本實施例中，所述模擬傳感前端裝置1由熱敏電阻探頭和信號調理電路組成，安 裝時將熱敏電阻探頭沿隧道徑向方向置於隧道保溫層和二次襯砌內部，將信號調理電路固 定於待測隧道二次襯砌表面待測點附近，便於系統聯調聯測。
[0029] 本實施例凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統還包括與監測系統主 機4和數據採集裝置2電連接的供電裝置7,所述供電裝置7包括UPS電源和太陽能發電裝 置，供電裝置7能夠根據系統需求自由切換供電方式，可保證系統穩定運行，滿足全天候無 人值守工作的要求。
[0030] 本實施例凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，模擬傳感前端裝置1 將連續變化的溫度信號轉換為模擬電量信號；數據採集裝置2由MCU及A/D轉換晶片組成， 將連續變化的模擬電量信號轉換為數位訊號，數據採集裝置，2按照監測系統主機4的命令 進行數據採集，並通過分布式網絡數據通信裝置3將採集到的數據傳輸至監測系統主機4， 本實施例中的單臺數據採集裝置2支持16個測試通道，可同時連接16個模擬傳感前端裝 置1 ;監測系統主機4通過預設算法對採集到的溫度數據進行預處理後，並臨時存儲於監測 主機的SD卡中，待收到傳輸命令後，監測系統主機4將SD卡中的數據通過GPRS網絡傳回 至監控中心伺服器5,實現遠程監控中心與隧道監測系統的實時連接和數據交互；監控中 心伺服器5用於對採集到的溫度信息進行存儲、分析處理和顯示。
[0031] 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參 照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範 圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1. 一種凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，其特徵在於：包括模擬傳感 前端裝置、數據採集裝置、分布式網絡數據通信裝置、監測系統主機和監控中心伺服器； 所述模擬傳感前端裝置固定於待測隧道保溫層及二次襯砌，模擬傳感前端用於實時監 測溫度變化信息； 所述數據採集裝置用於採集模擬傳感前端裝置的監測信息，並將採集到的信息傳輸到 分布式網絡數據通信裝置； 所述分布式網絡數據通信裝置用於將數據採集裝置輸入的信息傳輸到監測系統主 機； 所述監測系統主機通過GPRS通信裝置與監控中心伺服器相連。
2. 根據權利要求1所述的凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，其特徵在 於：所述數據採集裝置和分布式網絡數據通信裝置固定於待測隧道邊牆位置，所述監測系 統主機置於待測隧道兩端洞口。
3. 根據權利要求1所述的凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，其特徵在 於：所述模擬傳感前端裝置由熱敏電阻探頭和信號調理電路組成。
4. 根據權利要求1所述的凍土隧道保溫層及二次襯砌溫度分布式監測系統，其特徵在 於：還包括與監測系統主機和數據採集裝置電連接的供電裝置，所述供電裝置包括UPS電 源和太陽能發電裝置。
【文檔編號】E21F17/18GK203867615SQ201420043919
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】胡居義, 邢榮軍, 丁浩, 郭鴻雁 申請人:招商局重慶交通科研設計院有限公司