一种冰芯钻孔温度测量装置的制作方法

本发明涉及冰川温度测量技术领域，具体是指对冰芯钻孔不同深度温度进行测量的装置。

背景技术：

冰川温度是冰川物理状态的一项重要指标，它反映了冰川发育的气候、环境及运动条件。现在的冰川温度是过去和现在诸多因素相互作用的结果，冰川温度随深度的变化可反映过去冰川表面温度变化的某些情况。冰芯钻孔温度研究已成为冰芯研究的一项常规内容，其对了解整个冰川的水热条件、冰川变化和冰芯记录的准确性都有非常重要的意义。冰芯钻孔是利用冰芯钻机从冰川表面垂直向下钻取冰芯后形成的，其直径大致在9.2~9.3cm。由于野外时间紧迫，冰芯钻孔温度的测量一般在冰芯钻取完成后让钻孔温度平衡1~2天后进行，以消除冰芯钻取过程对冰温的扰动，但是，由于冰川流动作用和风吹雪的缘故，往往会造成冰芯钻孔的封闭，影响冰芯钻孔温度的测量。

目前冰芯钻孔不同深度温度主要利用单探头热敏电阻温度计进行测量，测量时把单探头固定在重物上（一般为金属），以利探头在钻孔内下坠，然后利用线盘将连接单探头的导线直接下放到钻孔内一定深度，平衡一端时间（0.5~1小时）后利用高精度万用表测量延伸到冰芯钻孔外的导线另一端测量电阻，最后利用校正的电阻-温度公式，将电阻转换为温度，获得冰芯钻孔不同深度的温度。但是这种单探头热敏电阻温度计测量冰芯钻孔不同深度温度有如下缺点：

1、单探头一般固定在重物边缘，探头相对于固定重物，其尺寸很小，因此在探头下降到冰芯钻孔一定深度后，在无法直接观测探头位置的情况下，单探头与冰芯钻孔内壁接触的可能性较小，导致无法直接测量冰芯钻孔一定深度内壁的温度，而只是钻孔一定深度处空气的温度，这样会造成冰芯钻孔温度测量的较大误差，影响冰芯钻孔温度测量的准确性。

2、由于单探头只是冰芯钻孔一定深度的单点测量值，其影响因素（如空气扰动、探头损害、导线折损、无法接触钻孔内壁等）较多，具有一定的偶然性，其测量值可能无法完全代表冰芯钻孔一定深度冰温，进一步增加了冰芯钻孔温度测量的误差。

3、探头的固定重物如金属的热导率很高，这势必增加探头与环境温度的热平衡时间，影响了钻孔温度测量效率，也很可能影响钻孔温度测量的准确度。

技术实现要素：

鉴于上述，本发明的目的在于提供一种冰芯钻孔温度测量装置，该装置设计合理，结构简单，可减少冰芯钻孔温度测量的误差，增强冰芯钻孔温度测量的准确性，为冰川温度研究提供可靠的数据。

本发明的目的是这样实现的：

一种冰芯钻孔温度测量装置，由圆柱体、导线引出孔、单探头包埋孔、单探头、导线、绞线盘和电阻测量头组成。圆柱体上部中心设有导线引出孔，圆柱体外中部辐射状均匀分布四个与导线引出孔底部相通的单探头包埋孔，单探头包埋孔从圆柱体外缘到导线引出孔底部的导出通道向下倾斜，导线端部分为四根单线，四根单线与单探头相连，单探头利用聚氨酯泡沫胶包埋在单探头包埋孔内，单探头露出在圆柱体外，导线利用聚氨酯泡沫胶将导线包埋在导线引出孔内，然后从导线引出口引出，导线缠绕在绞线盘上，导线上每隔1米设有深度标签，导线在末端分四根单线，四根单线与出露在绞线盘外的单探头电阻测量头相连。

本发明的优点和产生的有益效果是：

1、本发明采用四个包埋在聚四氟乙烯圆柱体内并出露在圆柱体外周的热敏电阻探头，探头与探头之间的直线距离略小于冰芯钻孔直径，这样不但不影响圆柱体在冰芯钻孔内的下降，而且至少可以保证1个探头能与冰芯钻孔内壁直接接触，获得的测量值能比较真实地反映冰芯钻孔一定深度的实际冰温。但在实际应用时，采用同时获得的四个温度平均值作为冰芯钻孔一定深度的冰温值，减少了单探头单点测量的偶然性和误差，可以提高冰芯钻孔温度测量的准确性。

2、本发明采用的聚四氟乙烯圆柱体作为探头的载体，可以保护包埋在聚四氟乙烯圆柱体内的单探头受外力的破坏。此外，聚四氟乙烯圆柱体具有较大的密度和极小的热导率，这样一方面聚四氟乙烯圆柱体作为重物有利于探头在冰芯钻孔内垂直下降，另一方面也减少了聚四氟乙烯圆柱体对探头的影响，减少了探头与环境温度的平衡时间，提高了工作效率和冰芯钻孔温度测量的准确性。

3、四单探头和导线都包埋在聚四氟乙烯圆柱体内，向下倾斜的单探头包埋孔可以增加单探头和导线在聚四氟乙烯圆柱体内的稳固性，减少因为导线在冰芯钻孔内频繁上下提放的机械运动而造成单探头和导线的松动及扯断。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明圆柱体纵向半剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明：

如图1和图2所示，一种冰芯钻孔温度测量装置，是由聚四氟乙烯制作的圆柱体1、导线引出孔2、单探头包埋孔3、单探头4、导线5、绞线盘6和电阻测量头7组成。圆柱体1直径小于冰芯钻孔直径，圆柱体1上部中心设有导线引出孔2，圆柱体1外中部辐射状均匀分布四个与导线引出孔2底部相通的单探头包埋孔3，单探头包埋孔3从圆柱体1外缘到导线引出孔2底部的导出通道向下倾斜，导线端部分为四根单线，四根单线与单探头4相连，单探头4利用聚氨酯泡沫胶包埋在单探头包埋孔3内，单探头4露出在圆柱体1外，利用聚氨酯泡沫胶将导线5包埋在导线引出孔2内，然后从导线引出口2引出，导线5缠绕在绞线盘6上，导线5上每隔1米设有深度标签，导线5在末端分四根单线，四根单线与出露在绞线盘6外的单探头电阻测量头7相连。

野外实际应用时，在冰芯钻孔正上方放置三角支架和滑轮，圆柱体1放置在地面，四根单探头导线绕过滑轮。测量时，首先用手提起四根单探头导线将圆柱体1从冰芯钻孔洞口处垂直降入冰芯钻孔内，然后用手摇动绞线盘6的转动手柄，让圆柱体1在重力的作用下在冰芯钻孔内垂直下降，四根单探头导线通过滑轮滑动。当圆柱体1根据四根单探头导线上的深度标签下降到一定深度时停止摇动绞线盘6的转动手柄，固定住四根单探头导线，遮盖冰芯钻孔洞口，记录探头开始平衡时间。一般从冰芯钻孔的上部开始向下测量，深度分辨率根据研究需要，上部每1~2米设置一个测点，下部每3~5米设置一个测点。每一深度温度测量的平衡时间（0.5~1.5小时）保持一致，到达平衡时间后，利用fluke189型高精度万用表从绞线盘6外部的单探头电阻测量头7上分别测量每个单探头4的电阻值并记录。完成测量后，松开固定的导线5，摇动绞线盘6的转动手柄，让圆柱体1继续下降到下一个深度测量点进行测量。依次测量冰芯钻孔不同深度的温度，最后摇动绞线盘6的转动手柄让圆柱体1从冰芯钻孔上升至洞口并取出，完成整个冰芯钻孔温度测量。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种冰芯钻孔温度测量装置，其结构特征是圆柱体上部中心设有导线引出孔，圆柱体外中部分布四个与导线引出孔底部相通的单探头包埋孔，单探头包埋孔从圆柱体外缘到导线引出孔底部的导出通道向下倾斜，导线端部分为四根单线，四根单线与单探头相连，单探头利用聚氨酯泡沫胶包埋在单探头包埋孔内，单探头露出在圆柱体外，聚氨酯泡沫胶将导线包埋在导线引出孔内，然后从导线引出口引出，导线缠绕在绞线盘上，导线上每隔1米设有深度标签，导线在末端分四根单线，四根单线与出露在绞线盘外的单探头电阻测量头相连。本发明设计合理，结构简单，可减少冰芯钻孔温度测量的误差，增强冰芯钻孔温度测量的准确性，为冰川温度研究提供可靠的数据。

技术研发人员：刘亚平;侯书贵;徐建中;王超敏;杜志恒;张王滨
受保护的技术使用者：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
技术研发日：2017.05.26
技术公布日：2017.08.04