寒区低温地温自动监测装置及监测方法与流程

本发明涉及地温监测技术领域，尤其涉及寒区低温地温自动监测装置及监测方法。

背景技术：

目前，地温监测方面的主要监测手段为水银温度计测温法、遥感探测法、光纤光栅测量法、雷达探测法和热敏电阻测量法。

水银温度计测温法测温精度低，测温范围较小，数据获取复杂，在低温野外监测时较为不便。光纤光栅测量法虽然测温精度较高，但技术要求高，且量测仪器价格昂贵。遥感探测法和雷达探测法仅能对近地表（＜10cm）的温度进行探测，适宜用于大面积的地质测量，难于应用于局部地区的精确测量。

这些监测手段功能单一，不具备对地温数据的自动采集、自动传输和自动分析的一体化功能。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了寒区低温地温自动监测装置及监测方法。

本发明提出的寒区低温地温自动监测装置，包括设置在地面上的壳体与太阳能电池板以及设置在地面下的三个测温孔，所述壳体内安装有数据采集仪与无线传输设备，所述无线传输设备无线连接有监测终端，所述所述数据采集仪内安装有单片机、cmos、实时时钟芯片以及flash存储片，所述数据采集仪的侧壁安装有测温电缆插头，所述壳体内安装有蓄电池以及电源控制器，所述蓄电池与电源控制器电性连接，所述电源控制器与太阳能电池板电性连接，所述测温孔内放置有与测温电缆插头电性连接的测温电缆，所述测温电缆上套设有保护套，所述测温电缆上串联连接有多个温度传感器。

优选地，三条所述测温电缆内的温度传感器的安装位置相同，相邻两个所述温度传感器之间的间距具体为：1号温度传感器位于地表以下0cm，1～9号温度传感器间距为5cm，9～13号温度传感器间距为10cm，13～17号温度传感器间距为20cm，17号和18号温度传感器之间的间隔为40cm，18～21号温度传感器间距为1m，每条所述测温电缆内温度传感器个数均为21个。

优选地，所述温度传感器的监测频率为每日0时开始，1次/3h。

优选地,所述保护套为聚氧乙烯护套。

本发明还提出了监测方法，包括以下步骤：

s1，钻探测温孔：组装手工钻探设备，利用它在测温区域钻探测温孔，并在其内壁套设保护套；

s2，放置测温电缆：向测温孔内放入测温电缆，位于保护套内部，并将测温电缆与地面上的数据采集仪连接，将测温孔处的土壤回填，保证原位监测数据可靠性，以及测温孔内部监测空间的密封性和测温电缆的正常运行，回填具体为少量多次，恢复至地层自然状态即可，保证测温孔内部设备的正常运行；

s3，调试设备：对于连接线路、温度监测设备、数据采集仪以及无线传输设备进行现场调试，确保监测数据的正常采集以及数据信号的正常传输；

s4，统计分析：根据采集数据进行统计分析，具体为实时监测垂向分布的温度监测设备上的参数变化，对采集的温度数据按照深度进行时间排序，并统计分析。

优选地，所述测温电缆内置为温度传感器，多个所述温度传感器依次串联、垂直分布在测温孔内，分别监测测温孔不同深度的温度，不同深度的相邻两个所述温度传感器的间距不同，温度变化幅度大的位置相邻温度传感器间的间距小，温度变化幅度小的位置相邻温度传感器间的间距大。

本发明中，能够长期且相对准确地自动监测高寒地区同一断面不同深度地温的真实变化，并可以遥控监测现场，监测数据将自动远程传回终端。通过该方法能够保证寒区地温监测的准确性，为研究冻土层水理性质、冻土层结构与环境特征变化的规律及机理提供关键参数。

附图说明

图1为本发明提出的寒区低温地温自动监测装置及监测方法的数据采集仪运行结构示意图；

图2为本发明提出的寒区低温地温自动监测装置及检测方法的结构示意图。

图中：1数据采集仪、2测温电缆插头、3蓄电池、4电源控制器、5太阳能电池板、6保护套、7温度传感器、8测温孔、9测温电缆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

本发明提出的寒区低温地温自动监测装置，包括设置在地面上的壳体与太阳能电池板5以及设置在地面下的三个测温孔8，壳体内安装有数据采集仪1与无线传输设备，数据采集仪1获取并处理温度数据，无线传输设备无线连接有监测终端，数据采集仪1内安装有单片机、cmos、实时时钟芯片以及flash存储片，数据采集仪1的侧壁安装有测温电缆插头2，壳体内安装有蓄电池3以及电源控制器4，蓄电池3与电源控制器4电性连接，电源控制器4与太阳能电池板5电性连接，蓄电池3为数据采集仪1以及无线传输设备供电，太阳能电池板5可将太阳能转化为电能存储进蓄电池3内。

测温孔8内放置有与测温电缆插头2电性连接的测温电缆9，数据采集仪1内壁嵌设保温隔热材料以适应寒区环境，测温电缆9上套设有保护套6，保护套6为聚氧乙烯护套，测温电缆9上串联连接有多个温度传感器7，可测得地面下不同深度的温度变化。

由于越靠近地表，地温变化越剧烈，因此测温电缆内的温度传感器采取“上密下疏”的布设原则，三条测温电缆9内的温度传感器7的安装位置相同，相邻两个温度传感器7之间的间距具体为：1号温度传感器7位于地表以下0cm，1～9号温度传感器7间距为5cm，9～13号温度传感器7间距为10cm，13～17号温度传感器7间距为20cm，17号和18号温度传感器7之间的间隔为40cm，18～21号温度传感器7间距为1m，每条测温电缆9内温度传感器7个数均为21个，温度传感器7的监测频率为每日0时开始，1次/3h。

本发明还提出了监测方法，包括以下步骤：

s1，钻探测温孔：组装手工钻探设备，利用它在测温区域钻探测温孔8，并在其内壁套设保护套6；

s2，放置测温电缆：向测温孔8内放入测温电缆9，位于保护套6内部，并将测温电缆9与地面上的数据采集仪1连接，将测温孔8处的土壤回填，保证原位监测数据可靠性，以及测温孔8内部监测空间的密封性和测温电缆9的正常运行，回填具体为少量多次，恢复至地层自然状态即可，保证测温孔8内部设备的正常运行；

s3，调试设备：对于连接线路、温度监测设备、数据采集仪1以及无线传输设备进行现场调试，确保监测数据的正常采集以及数据信号的正常传输；

s4，统计分析：根据采集数据进行统计分析，具体为实时监测垂向分布的温度监测设备上的参数变化，对采集的温度数据按照深度进行时间排序，并统计分析。

本发明中，测温电缆9内置为温度传感器7，多个温度传感器7依次串联、垂直分布在测温孔8内，分别监测测温孔8不同深度的温度，不同深度的相邻两个温度传感器7的间距不同，温度变化幅度大的位置相邻温度传感器7间的间距小，温度变化幅度小的位置相邻温度传感器7间的间距大，能够长期且相对准确地自动监测高寒地区同一断面不同深度地温的真实变化，并可以遥控监测现场，监测数据将自动远程传回终端。通过该方法能够保证寒区地温监测的准确性，为研究冻土层水理性质、冻土层结构与环境特征变化的规律及机理提供关键参数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。