一种人工冻结法远程智能测控装置的制作方法

本实用新型涉及现场远程监控系统，确切地说是一种人工冻结法远程智能测控装置。

背景技术：

人工冻结法被广泛应用于地层含水率高的情况下进行隧道暗挖施工、井壁稳定施工时保证围岩稳定。人工冻结法的关键在于控制冻结回路中传热介质的流速、温度，以及被冻结区域土层的温度、变形等物理量。此外，远程的、智能化的冻结回路控制技术，可以更加及时高效地防止冻结失效，节省人力物力。

一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统（申请号201220341436.3）仅对温度及井壁变形检测孔进行监测，未对冻结系统开发控制模块。

冻结管断裂监测预警系统与方法（申请号201611208188.4）仅针对冻结管变形时的声信号、盐水流动噪声信号进行监测和识别，未整合冻结系统的远程控制功能。

地铁冻结自动监测系统（申请号201822251833.1）采用光纤线路，能够单向远程监测冻结系统和冻结土体的温度、流速、液位、压力信号，未整合冻结系统的远程控制功能。

一种基于nb-iot的物联网数据采集控制一体化装置（申请号201920209575.7）介绍了一种远程测控系统，未整合即插即用的监测模块，且未整合针对冻结施工的冷冻回路测控模块，因此均难以有效满足实际施工现场远程监控作业的需要。

因此针对这一现状，迫切需要开发一种人工冻结法远程智能测控装置，以满足实际使用的需要。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本实用新型提供一种人工冻结法远程智能测控装置，该新型结构简单，使用灵活方便，通用性好，一方面可有效满足多种结构类型隧道等结构作业面冷冻施工远程监控作业的需要；另一方面数据检测全面且检测精度高，同时具有良好的数据通讯能力，从而极大的提高了对隧道等建筑冷冻施工作业效率及施工质量检测的准确性和可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种人工冻结法远程智能测控装置，包括远程监控平台、通讯网络、通讯基站、现场采集终端，现场采集终端若干，各现场采集终端分布在施工作业面外表面，且各现场采集终端相互并联并均与通讯基站连接，通讯基站至少一个，并与现场采集终端及远程监控平台连接。

进一步的，所述的远程监控平台包括云数据处理平台、数据显示器、数据交换机、操控终端、移动操控终端及通讯基站，其中所述数据交换机通过通讯网络分别与云数据处理平台、通讯基站、操控终端、移动操控终端及数据显示器连接，其中所述数据显示器、数据交换机、操控终端、移动操控终端均至少一个且各数据交换机间通过通讯网络混连，数据显示器、操控终端、移动操控终端之间相互并联。

进一步的，所述的现场采集终端包括处理器、驱动电源、数据寄存器、通讯模块、收敛变形传感器、沉降传感器、压力传感器及冷冻回路测控元件组，其中所述处理器分别与驱动电源、数据寄存器、通讯模块、收敛变形传感器、沉降传感器、压力传感器及冷冻回路测控元件组电气连接，所述收敛变形传感器、沉降传感器、压力传感器及冷冻回路测控元件组均若干，收敛变形传感器、沉降传感器分布在施工作业面外表面，压力传感器设置于监测孔内并与被冷冻土体紧密接触，冷冻回路测控元件组设置在冷冻回路的管路阀门处。

进一步的，收敛变形传感器设置于边墙，沉降传感器设置于拱顶、拱脚。

进一步的，所述的冷冻回路测控元件组48包括温度控制器、流速控制器、流速传感器、液位传感器、温度传感器，且所述冷冻回路测控元件组另设冷冻回路测控电路，并与冷冻回路测控电路电气连接，所述冷冻回路测控电路包括处理器、电源、数据寄存器、nb-iot模块、i/o串口模块、报警器，其中所述处理器分别与i/o串口模块、电源、数据寄存器、nb-iot模块连接，所述i/o串口模块分别与温度控制器、流速控制器、报警器、温度传感器器、流速传感器、液位传感器连接。

进一步的，所述通讯模块为基于nb-iot通讯模块。

进一步的，所述通讯基站为基于nb-iot的通讯基站；所述通讯网络包括至少一条在线通讯网络和至少一条无线通讯网络。

本新型结构简单，使用灵活方便，通用性好，一方面可有效满足多种结构类型隧道等结构作业面冷冻施工远程监控作业的需要；另一方面数据检测全面且检测精度高，同时具有良好的数据通讯能力，从而极大的提高了对隧道等建筑冷冻施工作业效率及施工质量检测的准确性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。

图1为本新型系统整体结构示意图；

图2为本新型在施工作业面横断面上分布结构示意图。

图3为本远程监控平台系统结构示意图；

图4为冷冻回路测控模块结构示意图；

图5为本实施例构成原理结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种人工冻结法远程智能测控装置，包括远程监控平台1、通讯网络2、通讯基站3、现场采集终端4，现场采集终端4若干，各现场采集终端4分布在施工作业面5外表面及冷冻回路的管路阀门处，且各现场采集终端4相互并联并均与通讯基站3连接，通讯基站3至少一个，分别与现场采集终端、远程监控平台1连接。

如图3所示，所述的远程监控平台1包括云数据处理平台、数据显示器、数据交换机、操控终端、移动操控终端、通讯基站3，其中所述数据交换机通过通讯网络分别与云数据处理平台、通讯基站3、操控终端、移动操控终端及数据显示器连接，其中所述数据显示器、数据交换机、操控终端、移动操控终端均至少一个且各数据交换机间通过通讯网络2混连，数据显示器、操控终端、移动操控终端之间相互并联。

如图2说明的，所述的现场采集终端4包括处理器41、驱动电源42、数据寄存器43、通讯模块44、收敛变形传感器45、沉降传感器46、压力传感器47及冷冻回路测控元件组48，其中所述处理器41分别与驱动电源42、数据寄存器43、通讯模块44、收敛变形传感器45、沉降传感器46、压力传感器47及冷冻回路测控元件组48电气连接，所述收敛变形传感器45、沉降传感器46、压力传感器47及冷冻回路测控元件组48均若干，收敛变形传感器45、沉降传感器46分布在施工作业面5外表面，压力传感器47设置于监测孔内并与被冷冻土体紧密接触，冷冻回路测控元件组48设置在冷冻回路的管路阀门处，从而使得冷冻回路测控元件组48能够对管路内部的冷冻循环液体进行温度、流速、通断控制。位置上，收敛变形传感器45设置于边墙，沉降传感器46设置于拱顶、拱脚。

如图4所示，所述的冷冻回路测控元件组48包括温度控制器、流速控制器、流速传感器、液位传感器、温度传感器，且所述冷冻回路测控元件组另设冷冻回路测控电路，并与冷冻回路测控电路电气连接，所述冷冻回路测控电路包括处理器、电源、数据寄存器、nb-iot模块、i/o串口模块、报警器，其中所述处理器分别与i/o串口模块、电源、数据寄存器、nb-iot模块连接，所述i/o串口模块分别与温度控制器、流速控制器、报警器、温度传感器、流速传感器、液位传感器连接。

进一步优化的，所述通讯模块44为基于nb-iot通讯模块。

进一步优化的，所述通讯基站3为基于nb-iot的通讯基站；所述通讯网络包括至少一条在线通讯网络和至少一条无线通讯网络。

如果5所示，本新型在具体实施中，首先根据使用需要，首先将现场测控终端根据收敛变形传感器、沉降传感器、压力传感器及冷冻回路测控元件组划分为收敛变形监测模块、沉降监测模块、孔压力监测模块及冷冻回路测控模块，然后进行施工，在具体数据检测作业中：

收敛变形监测模块包括nb-iot模块、处理器、电源、数据寄存器、收敛变形传感器，洞身收敛变形数值由收敛变形传感器感知并转换为信号传输给处理器，由处理器传输给nb-iot模块，由nb-iot模块以无线方式传输至nb-iot基站。终端大屏、web系统、移动端经交换机从互联网接受云服务器上的传感器读数信息。

沉降监测模块包括nb-iot模块、处理器、电源、数据寄存器、沉降传感器，地层沉降数值由沉降传感器感知并转换为信号传输给处理器，由处理器传输给nb-iot模块，由nb-iot模块以无线方式传输至nb-iot基站。终端大屏、web系统、移动端经交换机从互联网接受云服务器上的传感器读数信息。

冷冻回路测控模块包括nb-iot模块、处理器、电源模块、数据寄存器、i/o串口服务器、温度控制器、流速控制器、报警器、流速传感器、液位传感器、温度传感器，冻结设备中的冷冻液位、冷冻液及土体温度、冷冻液流速分别由液位传感器、温度控制器、流速传感器感知并转换为信号传输经至i/o串口服务器传至处理器，再由处理器经nb-iot模块与nb-iot基站上传至云服务器，终端大屏、web系统、移动端经交换机从互联网接受云服务器上的信号。温度、液位和流速信号可由处理器上写入的算法判断是否进行预警，如果触发预警则处理器指令报警器发出警报，并指令温度控制器、流速控制器调节冷冻液温度和冷冻液流速。处理器上写入的算法由终端web系统、移动端远程人工载入或修改，终端web系统、移动端可以人工超越处理器直接指令报警器发出警报。远程操作人员可以根据温度、液位和流速传感器读数人工超越处理器直接指令温度控制器、流速控制器调节冷冻液温度和冷冻液流速。

孔压力监测模块包括nb-iot模块、处理器、电源、数据寄存器、监测孔压力传感器，监测孔内的水土压力值由监测孔压力传感器感知并转换为信号传输给处理器，由处理器传输给nb-iot模块，由nb-iot模块以无线方式传输至nb-iot基站。终端大屏、web系统、移动端经交换机从互联网接受云服务器上的传感器读数信息。

此外，本新型在具体实施中，所使用的收敛变形监测模块、沉降监测模块、冷冻回路测控模块、孔压力监测模块等模块均采用即插即用结构，驱动电源首选电池，外接线缆少，从而极大的提高本新型使用的灵活性和便捷性。

本新型结构简单，使用灵活方便，通用性好，一方面可有效满足多种结构类型隧道等结构作业面冷冻施工远程监控作业的需要；另一方面数据检测全面且检测精度高，同时具有良好的数据通讯能力，从而极大的提高了对隧道等建筑冷冻施工作业效率及施工质量检测的准确性和可靠性。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。