一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统及监测方法

本申请涉及隧道工程监测，尤其涉及一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统及监测方法。

背景技术：

1、常规的隧道及洞室衬砌施工时，按安全监测规范要求监测围岩的温度通常采用热敏电阻或铂电阻测温方式，然而传统的温度监测方式通常很难做到高精度及多点密集的测量布置，由于每只温度传感器都需要两芯的单独引线，会导致以下问题：(1)当引线较长时，测量时传感器的长引线的电阻值直接叠加到传感器的测量阻值中，引起测量误差，难以做到高精度的测量；(2)当现场有n个温度监测点时，就有2n根独立引线，给现场布线和保护带来困难；(3)当温度传感器引线较长时，因为分布电容的存在易耦合环境电磁信号，造成测值的波动，影响测量的精度。此外，在低温情况下，如冻土环境中，测量精度将进一步下降。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统及监测方法，用于施工期及运行期隧道洞室围岩岩体温度的高精度监测，所述技术方案如下：

2、本申请第一方面提供一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，用于隧道洞室围岩岩体温度监测，包括伸入钻孔内并通过数根连接杆依次串接的数个联接头，在每一所述联接头内设有温度监测单元，所述温度监测单元包括通过电路连接的数字接口温度传感器及单片机，以监测不同孔深断面处围岩温度，其中，各所述温度监测单元之间通过can总线并联连接。

3、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，所述联接头包括壳体，所述温度监测单元位于所述壳体内，在所述温度监测单元的两端设有线路接头，所述线路接头包括can总线及供电线，在所述壳体上设有供所述can总线及供电线穿过的防水接口，以与相邻所述温度监测单元连接。

4、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，在所述壳体两端设有螺纹接口以与所述连接杆连接，can总线及供电线穿过所述连接杆。

5、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，所述温度监测单元还包括温度监测单元板，在所述温度监测单元板上安设有所述数字接口温度传感器及所述单片机，所述数字接口温度传感器与所述单片机通过i2c总线数据连接。

6、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，在所述数字接口温度传感器背离所述温度监测单元板的表面设有散热片。

7、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，在钻孔的孔口处设有孔口接线端子盒，在所述孔口接线端子盒内预留can总线接口，以读取和存储所述数字接口温度传感器所监测的不同孔深断面处围岩温度。

8、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，还包括与各所述温度监测单元一一对应的中继器，所述中继器的网络接口的一端连接相对应断面处的所述温度监测单元板，另一端接入网络收发器，将钻孔的温度监测数据通过数据传输网络发送到第三方的数据服务器中，所述网络收发器通过无线终端接入移动公网。

9、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，所述数据传输网络由can总线或光纤环网组成，在发送端设有终端盒并通过nb-iot的方式链接到移动公网。

10、例如，在一个实施例提供的适应低温环境的高精度围岩温度监测系统中，在钻孔内串接的联接头靠近孔底的一端设有固定锚头。

11、本申请第二方面提供一种高精度围岩温度监测方法，包括以下步骤：s1地面组装总成：依次通过连接杆串接数个装设有温度监测单元的联接头，并在首个联接头的端部安装固定锚头；s2将s1中的地面组装总成伸入钻孔内并使固定锚头朝向孔底、末端联接头夹设于孔口处，再根据孔深续接数个联接头直至固定锚头与孔底抵接；s3开启固定锚头与孔底固定连接，封堵孔口，并检查各温度监测单元工作状态，若各孔深断面处围岩温度监测正常，对钻孔进行灌浆作业；s4温度监测：包括施工期临时监测和运行期长期自动化监测，其中，施工期临时监测为：使用带有usb-can适配器的移动终端通过孔口接线端子盒内预留的can总线接口进行不同孔深断面处围岩温度数据的读取和存储；运行期长期自动化监测为：在洞室内构建二级数据can总线或光纤环网的中继器用于收发数据，中继器的网络接口的一端连接各个断面的温度监测单元板，另一端接入网络收发器，网络收发器通过无线终端接入移动公网。

12、本申请一些实施例提供的一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统及监测方法带来的有益效果为：本申请用于施工期及运行期隧道洞室围岩岩体温度高精度监测，采用高精度的数字接口温度传感器进行现场温度测量并使用can总线传输数据，克服了长引线电阻对温度测量的影响及导致的长线干扰，具有最小化的测量干扰、最高的测量精度的优点；各温度监测单元通过can总线呈链式布置，且各个温度监测单元分别并联于两芯的can总线上，隔离性好，且适用于低温环境下测量，如冻土环境，本申请系统结构简单、现场安装方便、温度测量精度高、数据传输可靠且抗干扰性能好，属于一种实时在线的现场原位监测方法。

技术特征：

1.一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，用于隧道洞室围岩岩体温度监测，包括伸入钻孔内并通过数根连接杆依次串接的数个联接头，在每一所述联接头内设有温度监测单元，所述温度监测单元包括通过电路连接的数字接口温度传感器及单片机，以监测不同孔深断面处围岩温度，其中，各所述温度监测单元之间通过can总线并联连接。

2.根据权利要求1所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，所述联接头包括壳体，所述温度监测单元位于所述壳体内，在所述温度监测单元的两端设有线路接头，所述线路接头包括can总线及供电线，在所述壳体上设有供所述can总线及供电线穿过的防水接口，以与相邻所述温度监测单元连接。

3.根据权利要求2所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，在所述壳体两端设有螺纹接口以与所述连接杆连接，can总线及供电线穿过所述连接杆。

4.根据权利要求1所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，所述温度监测单元还包括温度监测单元板，在所述温度监测单元板上安设有所述数字接口温度传感器及所述单片机，所述数字接口温度传感器与所述单片机通过i2c总线数据连接。

5.根据权利要求4所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，在所述数字接口温度传感器背离所述温度监测单元板的表面设有散热片。

6.根据权利要求4所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，在钻孔的孔口处设有孔口接线端子盒，在所述孔口接线端子盒内预留can总线接口，以读取和存储所述数字接口温度传感器所监测的不同孔深断面处围岩温度。

7.根据权利要求6所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，还包括与各所述温度监测单元一一对应的中继器，所述中继器的网络接口的一端连接相对应断面处的所述温度监测单元板，另一端接入网络收发器，将钻孔的温度监测数据通过数据传输网络发送到第三方的数据服务器中，所述网络收发器通过无线终端接入移动公网。

8.根据权利要求7所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，所述数据传输网络由can总线或光纤环网组成，在发送端设有终端盒并通过nb-iot的方式链接到移动公网。

9.根据权利要求1所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统，其特征在于，在钻孔内串接的联接头靠近孔底的一端设有固定锚头。

10.根据权利要求1-9任一项所述适应低温环境的高精度围岩温度监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本申请公开了一种适应低温环境的高精度围岩温度监测系统及监测方法，用于隧道洞室围岩岩体温度监测，包括伸入钻孔内并通过数根连接杆依次串接的数个联接头，在每一所述联接头内设有温度监测单元，所述温度监测单元包括通过电路连接的数字接口温度传感器及单片机，以监测不同孔深断面处围岩温度，其中，各所述温度监测单元之间通过CAN总线并联连接；本申请用于施工期及运行期隧道洞室围岩岩体温度的高精度监测，采用高精度的数字接口温度传感器进行现场温度测量并使用CAN总线传输数据，克服了长引线电阻对温度测量的影响及导致的长线干扰，具有最小化的测量干扰、最高的测量精度的优点、满足低温冻土环境测量需求。

技术研发人员：谭贤君,申凯,陈卫忠,王栋,郑培超,张朝轩,贾哲强
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15