一种海底电缆登陆段运行环境测控装置的制作方法

本发明涉及一种测控装置，具体讲涉及一种用于调节海底电缆登陆段土壤温度和热阻系数以提高海底电缆登陆段载流量的测控装置。

背景技术：

按照电缆敷设位置的区别，海底电缆可分为海底段、登陆段和空中段三个部分。在海底电缆登陆段，电缆一般直埋敷设在土壤(包括沙土或其它特殊的回填材料)中。环境温度和电缆线路附近土壤的热阻系数是决定电缆线路载流量的重要参数。由于登陆段环境温度较高，土壤的热阻系数较大，登陆段电缆的载流量通常大幅度低于海底段和空中段，是海底电缆线路输送能力的瓶颈。

在现有海底电缆工程中，通常采用剥除海缆登陆段铠装、在海底电缆登陆段附近敷设冷却水管、采用特殊回填土置换原有土壤等方式来提高登陆段的载流量。其中，剥除铠装的方法涉及到线路的设计和施工，在已有线路上难以实施。敷设冷却水管和回填的方法在一定程度上能够改善海底线路的散热能力，但冷却水管对设备的要求较高；特殊回填土仅用于电缆周围的局部区域，且在长期高温环境作用下，回填土的性质仍可能发生变化。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的上述不足之处，本发明提供一种海底电缆登陆段运行环境测控装置，该装置通过监测土壤的温度、热阻系数和水分含量，根据监测结果调节土壤水分含量进而调节土壤热阻系数或直接调节土壤温度，以达到提高海底电缆登陆段线路散热能力，增大海底电缆登陆段载流量的目的。

本发明提供的技术方案是：一种海底电缆登陆段运行环境测控装置，其改进之处在于：所述测控装置包括土壤热阻系数传感器、土壤水分含量传感器、现场测控单元、远程监控主机、土壤参数调节装置；所述土壤热阻系数传感器和土壤水分含量传感器分别与现场测控单元连接，所述现场测控单元和土壤参数调节装置分别与远程监控主机连接。

优选的，所述土壤热阻系数传感器埋设在登陆段海底电缆附近的土壤中，与现场测控单元连接，用于获取土壤的热阻系数。

进一步，所述土壤热阻系数传感器包括一端开口、另一端密封的中空不锈钢圆筒，设于 所述中空不锈钢圆筒内部轴线位置的电热丝，设于所述中空不锈钢圆筒内的热电偶和设于所述中空不锈钢圆筒开口端的防水插头；所述热电偶的测温点焊接在所述中空不锈钢圆筒的管壁上；

所述电热丝和所述热电偶分别在所述中空不锈钢圆筒内部与所述防水插头相连，所述防水插头的外侧接电源及信号线的一端；所述电源及信号线的另一端与现场测控单元相连，用于给所述电热丝提供恒定的直流电源，并将所述热电偶的测量信号传输给所述现场测控单元。

进一步，所述中空不锈钢圆筒的密封端呈与所述中空不锈钢圆筒同轴线的实心圆锥体；所述中空不锈钢圆筒的轴向长度与径向直径的比值大于20；

所述中空不锈钢圆筒内填充有导热材料，用于使所述中空不锈钢圆筒、所述电热丝和所述热电偶之间相互绝缘。

进一步，所述导热材料的导热系数大于5W/m·K，与待测土壤的热容比在0.5-2范围内。

优选的，所述土壤水分含量传感器埋设在登陆段海底电缆附近的土壤中，与现场测控单元连接，用于获取土壤的水分含量。

进一步，所述土壤水分含量传感器包括检测电路，以及分别连接所述检测电路的电源线、数据线和探针；所述电源线与现场测控单元相连，用于为所述检测电路提供工作电源；所述数据线与现场测控单元相连，用于将所述检测电路的测量信号传输给所述现场测控单元；所述探针为一对平行分布的条状金属电极。

优选的，所述现场测控单元置于在登陆段海底电缆线路附近，包括：

通讯输入模块：连接所述远程监控主机，用于接收所述远程监控主机发送的指令，并根据所述指令设置测量参数；

直流电源模块：分别连接所述通讯输入模块和信号处理模块，用于按照所述通讯输入模块设置的测量参数产生恒定的直流电源，以为所述信号处理模块提供工作电源；

电源输出模块：分别连接所述直流电源模块、所述土壤热阻系数传感器和所述土壤水分含量传感器，用于将所述直流电源模块产生的直流电源提供给所述土壤热阻系数传感器和所述土壤水分含量传感器；

信号输入模块：连接所述土壤热阻系数传感器和所述土壤水分含量传感器，用于接收所述土壤热阻系数传感器和所述土壤水分含量传感器的测量信号；

信号处理模块：连接所述信号输入模块，用于根据所述信号输入模块接收到的测量信号计算测试区域内的土壤温度、热阻系数和含水量；

通讯输出模块：分别连接所述信号处理模块和所述远程监控主机；用于将所述信号处理 模块计算出的土壤温度、热阻系数和含水量传输至所述远程监控主机。

优选的，所述土壤参数调节装置为平行于登陆段海底电缆线路布置的冷却水管或喷水装置，与远程监控主机之间通过信号线缆连接，用于根据远程监控主机的调节指令调节登陆段海底电缆附近土壤的温度和含水量。

优选的，所述远程监控主机用于接收现场测控单元的测量数据，计算登陆段海底电缆载流量的变化趋势，并向土壤参数调节装置发送调节指令。

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：

1、本发明提供的技术方案以海底电缆线路附近土壤的温度、热阻系数、含水量作为监测量，可以灵敏、直观地反映土壤热物性和线路载流量的变化趋势。

2、本发明提供的土壤热阻系数传感器的系统误差更小，可测量的土壤热阻系数范围更广。

3、本发明提供的技术方案可根据监测结果，确定登陆段线路中需要重点改善的区域，制定不同的土壤参数调节措施，降低调节成本。

附图说明

图1为本发明提供的海底电缆登陆段运行环境测控装置的结构框图；

图2为土壤热阻系数传感器的结构示意图；

图3为土壤水分含量传感器的硬件结构框图；

图4为现场测控单元的硬件结构框图；

其中：1-土壤热阻系数传感器，2-土壤水分含量传感器，3-现场测控单元，4-远程监控主机，5-土壤参数调节装置；6-中空不锈钢圆筒；7-电热丝；8-热电偶；9-导热材料；10-防水插头；11-电源及信号线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本实施例提供一种海底电缆登陆段运行环境测控装置，该装置通过监测土壤的温度、热阻系数和水分含量，根据监测结果调节土壤水分含量进而调节土壤热阻系数或直接调节土壤温度，以达到提高海底电缆登陆段线路散热能力，增大海底电缆登陆段载流量的目的。

本实施例提供的海底电缆登陆段运行环境测控装置的整体结构如图1所示：包括土壤热阻系数传感器1、土壤水分含量传感器2、现场测控单元3、远程监控主机4、土壤参数调节装置5；所述土壤热阻系数传感器1和土壤水分含量传感器2分别与现场测控单元3连接，所述现场测控单元3和土壤参数调节装置5分别与远程监控主机4连接。

所述土壤热阻系数传感器1埋设在登陆段海底电缆附近的土壤中，一端与现场测控单元3连接，用于获取土壤的热阻系数。其结构如图2所示，包括中空不锈钢圆筒6，电热丝7，热电偶8，导热材料9，防水插头10，电源及信号线11。

所述土壤热阻系数传感器1基于热线法，其工作原理为：中空不锈钢圆筒6为一端为实心圆锥体的中空不锈钢管，电热丝7位于中空不锈钢圆筒6内部轴线位置，热电偶8测温点焊接在中空不锈钢圆筒6管壁上，热电偶8线位于中空不锈钢圆筒6内部。电热丝7及热电偶8在中空不锈钢圆筒6内部与防水插头10连接。导热材料9充满于中空不锈钢圆筒6内部，作用是导热并使中空不锈钢圆筒6、电热丝7及热电偶8的热电偶8线互相电气绝缘。防水插头10安装在中空不锈钢圆筒6端部，电源及信号线11一端与防水插头10连接，另一端与现场测控单元3连接，作用是为电热丝7提供恒定的直流电源，并传输热电偶8的测量信号。

所述土壤热阻系数传感器1，其中中空不锈钢圆筒6的长径比大于20。

所述土壤热阻系数传感器1形式是基于热线法的探针，探针内填充导热材料9，导热材料9的导热系数大于5W/m·K，与待测土壤的热容比在0.5-2范围内。

所述土壤水分含量传感器2埋设在登陆段海底电缆附近的土壤中，一端与现场测控单元3连接，用于获取土壤的水分含量。其结构如图3所示，包括电源线，数据线，检测电路和探针。电源线分别与现场测控单元3和检测电路相连接，数据线分别与现场测控单元3和检测电路相连接，检测电路与探针连接，探针为一对平行分布的条状金属电极。

所述土壤水分含量传感器2基于频域反射技术，其工作原理为：探针的一对平行分布的条状金属电极与电极间的土壤形成电容，检测电路中产生频率变化的电压信号，在特定频率下，检测电路与探针形成振荡回路，电源线为检测电路提供电源，数据线传输检测电路中的测量信号。

所述现场测控单元3放置在登陆段海底电缆线路附近，用于为土壤热阻系数传感器1和土壤水分传感器供应电力，接收所述土壤热阻系数传感器1和所述土壤水分含量传感器2的测量数据。

所述现场测控单元3的整体硬件结构框图如图4所示，包括通讯输入模块，直流电源模块，电源输出模块，信号输入模块，信号处理模块，通讯输出模块。通讯输入模块与直流电 源模块连接，其作用是接收来自远程监控主机4的指令，并按照指令设置测量参数，直流电源模块与电源输出模块及信号处理模块连接，作用是按照测量参数产生恒定的直流电源，电源输出模块与所述土壤热阻系数传感器1和所述土壤水分含量传感器2连接，作用是为传感器提供恒定的直流电源，信号输入模块与信号处理模块连接，其作用是接收传感器的测量信号，信号处理模块与直流电源模块、信号输入模块及通讯输出模块连接，其作用是根据信号输入模块接收的测量信号计算出测试区域土壤的土壤温度、热阻系数、含水量等信号值，通讯输出模块与信号处理模块连接，其作用是将信号处理模块产生的信号值传输至远程监控主机4。

所述土壤参数调节装置5沿登陆段海底电缆线路布置，与远程监控主机4之间通过信号线缆连接，用于根据远程监控主机4的调节指令调节登陆段海底电缆附近土壤的温度和含水量。

所述土壤参数调节装置5为平行于登陆段海底电缆线路布置的冷却水管或喷水装置。

所述远程监控主机4用于接收现场测控单元3的测量数据，计算登陆段海底电缆载流量的变化趋势，并向土壤参数调节装置5发送调节指令。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。