一种冻土温度监测装置的制作方法

本发明涉及冻土监测技术领域，特别涉及一种冻土温度监测装置。

背景技术：

冻土是一种特殊的土类，温度为负温或零温，并且含有冰的土，称为冻土。按土的冻结状态保持时间的长短，冻土一般又可分为短时冻土(数小时至半月)、季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(两年以上)。由于水与冰密度的差异，冻土在冻结时土体体积膨胀，在融化时土体体积缩小，呈现出“冻胀融沉”的特性。冻土广泛分布在我国东北三省、内蒙古、青海以及西藏等省份，在这些省份建设输油、输气管线时，不可避免地需要在季节冻土层中铺设输气、输油管线。但由于冻土季节冻胀融沉的特性，使得输气、输油管线易出现位移或形变，使得破坏管线，影响正常的输油、输气。通常为了保证油、气的正常输送，需要对冻土层进行温度监测，通过温度监测可以获取季节冻土层的温度变化，进而判断冻土层的冻结或融化状态，提前预知管道可能出现的位移或形变问题。

现有技术中，提供了一种冻土温度监测装置，包括多个温度传感器组成的温度传感器组。该装置在使用时，先在管道上方的冻土层中钻出若干个深度为3～6m的安装孔。之后直接将温度传感器组的上端固定在安装孔位于地面上的端口处，将多个温度传感器全部放入安装孔中，通过安装孔中温度传感器能够测量到冻土层内部的温度。进一步地，温度传感器以固定时间间隔获取季节冻土层的温度。操作人员通过温度传感器获取的冻土层内部温度，了解冻土层内部温度的变化趋势，进而判断出该冻土层所处的当前状态，为预测管道位移或形变提供参考。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于冻土的季节性冻胀融沉特性，放置在安装孔中的温度传感器极易受到冻土层的影响，严重时甚至会出现温度传感器被破坏的情况，使得在监测周期内温度传感器无法发送完整的温度信息。

技术实现要素：

为了解决现有技术中温度传感器容易受到破坏的问题，本发明实施例提供了一种冻土温度监测装置，该技术方案具体如下：

一种冻土温度监测装置，设置在冻土层安装孔中，包括：

温度传感器，

设置在所述冻土层安装孔中，具有内腔且一端封堵的保护管，

以及填充在所述保护管的内腔中的缓冲层；

所述温度传感器设置在保护管的内腔中并被所述缓冲层包裹；

所述保护管的长度大于或者等于所述安装孔的深度；

所述保护管和所述缓冲层的材料均为导热材料。

可选地，所述缓冲层的材料不溶于水，且冻胀率小于或者等于3.5％。

可选地，所述保护管为金属管。

可选地，所述温度传感器是分布式温度传感器，设置在所述保护管的内腔中的所述温度传感器的长度大于所述保护管的长度。

可选地，所述温度传感器在所述保护管的内腔中螺旋分布，螺旋间距大于或者等于0.1m。

可选地，所述温度传感器是测温光纤传感器。

可选地，所述温度传感器是点式温度传感器，所述温度监测装置包括有多个所述温度传感器，且所述多个温度传感器之间用连接线连接。

可选地，在所述保护管的内腔中，相邻所述温度传感器之间所述连接线的长度大于相邻所述温度传感器之间的距离。

可选地，在所述保护管的内腔中，多个所述温度传感器上下分布。

可选地，所述温度传感器选自pt100铂电阻、ptc热敏电阻、mems器件等温度敏感元件中的任意一个。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将预制的内含温度传感器的保护管插入冻土层的安装孔，使得冻土层直接作用在保护管的外壁上，避免了冻土层与温度传感器的直接接触，避免温度传感器受到冻土层冻胀融沉的影响。通过保护管内部包裹住温度传感器的缓冲层，使得温度传感器稳定地放置在保护管内，避免因冻土层冻胀或融沉使得温度传感器被拉断。通过本发明实施例提供的冻土层温度监测装置，安全可靠，避免出现因冻土层冻胀融沉导致的温度传感器损坏的问题，保证在监测周期内能够获取完整、可靠的冻土层温度信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种冻土温度监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种冻土温度监测装置的结构示意图。

附图中各个标记分别为：

1、保护管；

2、温度传感器；

3、缓冲层；

4、连接线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种冻土温度监测装置，该装置设置在冻土层安装孔中，包括温度传感器2，还包括：

设置在冻土层安装孔中，具有内腔且一端封堵的保护管1，以及填充在保护管1的内腔中的缓冲层3；

温度传感器2设置在保护管1的内腔中并被缓冲层3包裹；

保护管1的长度大于或者等于安装孔的深度；

其中，保护管1和缓冲层3的材料均为导热材料。

本发明实施例提供的冻土温度监测装置在使用时，先在室内将温度传感器2放入保护管1的内腔，并向保护管1的内腔中填充导热材料，形成包裹温度传感器2的缓冲层3完成预制。最后将保护管1插入冻土层的安装孔。

由于在土体与温度传感器2之间设置有保护管1，因此当冻土层出现冻胀或融沉时，冻土层直接作用在保护管1的外壁上，使得位于保护管1内腔中的温度传感器2免受差异性冻涨影响。

同时保护管1的长度大于或者等于安装孔的深度，因此当冻土层冻胀或融沉时，保护管1能够为温度传感器2提供全面的保护，避免存在接触冻土层的部分，不受冻拔力的影响。

进一步地，在保护管1的内腔中还填充有包裹住温度传感器2的缓冲层3。此处，“包裹”指的是温度传感器2设置在缓冲层3的内部。通过缓冲层3可将温度传感器2相对稳定地设置在保护管1的内腔中，避免因冻土层冻胀或融沉使得温度传感器2从保护管1中脱离。

并且保护管1和缓冲层3均由导热材料制成，因此通过温度传感器2所获取的温度能够如实反映出冻土层内的实际温度情况。

通过本发明实施例提供的冻土温度监测装置，在监测冻土层内部温度时，可避免温度传感器2受冻土层冻胀或融沉作用被破坏，且能够在监测周期内获取完整、可靠的温度信息。

具体地，在本发明实施例中，保护管1为具有良好导热性能的金属管，对于具体的金属材料种类不做限定，例如防腐蚀处理的铁、不锈钢、铝合金等金属材料，金属表明应做光滑处理降低表面摩擦力。

缓冲层3的材料为低冻涨率低流动性不溶于水的导热材料。举例来说，缓冲层3可以采用油脂、硅油、导热硅脂等材料。这些材料具有耐低温的特性，在使用时，能够保持缓冲层3处于粘稠态或者液固共存的状态。在将缓冲层3填充到保护管1中后，温度传感器2浸泡在缓冲层3中。此时粘稠或固液共存的缓冲层3对温度传感器2起到了一定的支撑作用，使温度传感器2能够保持相对稳定的位置关系。并且通过缓冲层3使得温度传感器2与保护管1之间不存在固定连接关系。因此即便保护管1受冻土层冻胀作用出现形变，缓冲层3也可避免温度传感器2随保护管1的形变位移，保持温度传感器2在保护管1内稳定放置。同时不溶于水的缓冲层3也避免冻土层融化时土体渗水进入保护管1内，影响温度传感器2的正常使用。

进一步地，在本发明实施例中，温度传感器2具有多种选择，例如可以为测温光纤传感器，或者点式温度传感器。

当温度传感器2为测温光纤传感器时，如图1所示，设置在保护管1内腔中的温度传感器2的长度大于保护管1的长度。如此，使得温度传感器2具有一定的拉伸余量。且由于测温光纤传感器重量较轻，因此即便留有一定的拉伸余量，也不会出现温度传感器2堆叠在一起的情况。在使用时，若保护管1发生断裂，冻土层直接接触缓冲层3时，该拉伸余量能够避免温度传感器2因冻胀作用被拉断，进而保证了整体温度监测装置的使用安全性。

其中，设置在保护管1内的温度传感器2的长度不易过短，否则无法保证装置安全；同时其长度也不易过长，否则易出现缠绕，影响测量数据的准确性。优选地，设置在保护管1内的温度传感器2的长度可比保护管1的长度长20％、40％、60％、80％、100％等，最大时可以为保护管1的长度的两倍。

进一步地，温度传感器2在保护管1的内腔中螺旋分布，且螺旋间距大于或者等于0.1m，使得该温度传感器2能够获取冻土层不同深度处的温度。具体地，螺旋间距可以为0.2m、0.25m、0.3m等。

另一方面，当温度传感器2是点式温度传感器，如图2所示，该温度监测装置包括有多个温度传感器2，且多个温度传感器2之间采用连接线4连接。在保护管1内，相邻温度传感器2之间的连接线4的长度大于相邻温度传感器2之间的距离。通过较长的连接线4为保护管1内相邻温度传感器2之间预留了一定的拉伸余量。同样能够避免保护管1意外开裂时，连接线4因冻土层冻胀作用被拉断的情况，保障了装置能够安全使用。

进一步地，为了能够获取冻土层不同深度处的温度，在保护管1的内腔中，多个温度传感器2上下分布，且上下相邻的两个温度传感器2之间的间距大于或者等于0.1m，具体间距可以结合测温的空间分辨率要求设置。如此通过每一个温度传感器2所获取的温度能够反映出一段距离的冻土层的温度。具体地，上下相邻的两个温度传感器2之间的间距可以为0.2m、0.25m、0.3m等。

更进一步地，优选连接线4在保护管1的内腔中螺旋分布，避免连接线4之间出现缠绕、拉扯等，影响正常信息传输。

其中对于点式温度传感器2的具体种类不做限定，例如pt100铂电阻、ptc热敏电阻、mems器件等温度传感器。

需要说明的是，不论采用测温光纤还是点式温度传感器，使得测温光纤或者连接线4保护管1内呈螺旋式分布的安装方式具有多种，本发明实施例不做具体限定。例如以下两种可选的安装方式：

第一种安装方式，将温度传感器2或者连接线4围绕保护管1的轴线逐渐放入保护管1的内腔中，同时向保护管1内灌注硅油、油脂等，形成被缓冲层3包裹住的螺旋结构。

第二种安装方式，先向保护管1内灌注硅油、油脂等，将温度传感器2或者连接线4缠绕在热绝缘的杆体上一起放入保护管1内，之后将杆体抽出。

通过本发明实施例提供的冻土层温度监测装置，保证了温度传感器2的使用安全，有效避免因冻土层冻胀融沉出现的温度传感器2被破坏的情况，保障装置稳定运行，获取监测周期内完整的温度数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。