一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置的制作方法

1.本实用新型属于严寒地区高速铁路隧道内测量技术领域，具体涉及一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置。


背景技术：

2.随着我国东北和西北高纬度、高海拔严寒地区隧道工程及其他交通设施的修建，不断增加。高纬度、高海拔严寒地区修建的隧道常常会出现严重的冻害问题，如拱顶吊冰柱、边墙冻胀开裂、排水管冻结堵塞等。这些冻害很大程度上弱化了隧道的使用功能，给铁路的正常运营带来极大的安全隐患。严寒地区隧道出现冻害的根本原因是围岩或围岩-衬砌之间积聚的水分在负温环境下发生冻结。一般情况下，当严寒地区隧道贯通后，由于隧道进口和出口存在压力差。在冬天，洞外的自然风在压力差的作用下会进入隧道内部，使隧道发生冻害。隧道内自然风的风速和风温对确定严寒地区隧道的冻结范围和冻结程度起着重要的作用。对于严寒地区的高速铁路隧道，隧道发生冻害的范围和程度除与自然风有关外，还与列车通过隧道时的列车风有关。列车通过隧道时，会将洞外的冷空气带入隧道，在空间上加长隧道的冻结范围，在时间上延长隧道的冻结时间；同时，高速铁路隧道内双向通行的列车带入的冷空气对隧道左、右两侧的影响也不尽相同。因此，为了准确确定严寒地区高速铁路隧道的冻结范围和冻结程度，就需要对自然风和列车风作用下的严寒地区高速铁路隧道内的风速和风温进行精确测定。
3.传统的隧道内风速和风温监测大多是人工在隧道截面架设钢架平台，在列车停运状态下测量隧道截面的风速和风温，这种方法在经济、时间、人力和物力上成本极高，并且无法测量列车高速通过隧道时的风速和风温，给准确确定严寒地区高速铁路隧道的冻结范围和冻结程度带来困难。同时，在列车高速运营条件下测量隧道内的风速和风温，不仅需要测量装置不发生脱落，不危及列车行车安全，还需要测量方法不影响列车正常行驶。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置，以解决严寒地区高速铁路隧道内风速和风温不能精确测量和测量过程会影响列车正常运营的问题。
5.本实用新型采用以下技术方案：一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置，包括：
6.支架，为六个，用于安装在待测量隧道截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的衬砌表面上；其为正方体状框架结构，框架围成一与外界相连通的空腔，以使风流进入空腔，并按原行进方向穿过；
7.风向风速传感器，与支架的个数相同，一一对应位于各支架的空腔内，且用于安装于衬砌表面上；用于测量所在位置处的风速；
8.风温传感器，与支架的个数相同，一一对应位于各支架的空腔内，且用于安装于衬砌表面上；用于测量所在位置处的风温；
9.数据采集器，为两个，安设在待测量隧道截面左、右拱脚处的边沟内，各数据采集器与位于同侧的各风向风速传感器和风温传感器均相连接；用于采集风向风速传感器和风温传感器监测到的风向、风速和风温。
10.进一步地，该支架的用于安装于衬砌表面的一面为底面，为板体状，其他五个面均为格栅状。
11.进一步地，在支架的底面上开设有四个角螺孔，四个角螺孔环绕于底面板体一周间隔排布，且均位于板体对角线的靠近端部的位置；角螺孔与螺栓相配合，用于将支架安装于衬砌表面。
12.进一步地，在支架底面板体的中心处开设有中心螺孔，用于将风向风速传感器和风温传感器固定于衬砌表面。
13.进一步地，该角螺孔和中心螺孔的孔径均不小于1cm。
14.进一步地，各数据采集器还与设置于对应侧的电流电压转换器相连接，电流电压转换器为两个，分别安设在待测量隧道截面左、右拱脚处的边沟内，用于将待测量隧道照明用220v电转换成直流12v电，并向数据采集器供电。
15.本实用新型的有益效果是：1.既能准确测量在自然风和列车风作用下的严寒地区高速铁路隧道内的风速和风温，又能保证测量设备和测量方法不影响列车正常行驶，不危及列车行车安全。2.风向风速传感器和风温传感器量程大、分辨率和测量精度高、可以实现对严寒地区高速铁路隧道内风向、风速和风温的精确测量。3.对严寒地区高速铁路隧道截面环向多个位置的风速和风温进行同时监测，对判断自然风和列车风作用下防冻设防长度具有重要的指导意义。4.风向风速传感器和风温传感器固定于隧道衬砌内，可以对隧道内风向、风速和风温进行不间断测量，不影响列车正常行驶，不危及列车行车安全。
附图说明
16.图1为本实用新型提供的一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置横断面图；
17.图2为本实用新型提供的一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置示意图；
18.图3为本实用新型提供的支架示意图；
19.其中：1.待测量隧道；2.支架；3.角螺孔；4.中心螺孔；5.风向风速传感器；6.风温传感器；7.数据采集器；8.电流电压转换器；9.固定式风向风速和风温测量装置。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
21.一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置，如图1、2和3所示，包括：支架2，为六个，用于安装在待测量隧道1截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的衬砌表面上；其为正方体状框架结构，框架围成一与外界相连通的空腔，以使风流进入空腔，并按原行进方向穿过。支架2的用于安装于衬砌表面的一面为底面，为板体状，其他五个面均为格栅状。用直径为0.4cm的钢筋焊接成格栅状，使风流可以进入风向风速传感器5和风温传感器6。
22.风向风速传感器5，与支架2的个数相同，一一对应位于各支架2的空腔内，且用于安装于衬砌表面上；用于测量所在位置处的风速。风温传感器6，与支架2的个数相同，一一对应位于各支架2的空腔内，且用于安装于衬砌表面上；用于测量所在位置处的风温；风向
风速传感器5和风温传感器6共同组成了固定式风向风速和风温测量装置9。风向风速传感器5的量程为0～80m/s，风向0～360
°
，风速精度为
±
0.5+2％fs，风向精度为
±3°
，风速分辨率为0.01m/s，风向分辨率为1
°
。风温传感器6为江苏铭泽线缆科技有限公司生产的pt100温度传感器，量程为-50～+200℃，精度为
±
0.1℃，分辨率为0.01℃。
23.数据采集器7，为两个，安设在待测量隧道1截面左、右拱脚处的边沟内，各数据采集器7与位于同侧的各风向风速传感器5和风温传感器6均相连接；用于采集风向风速传感器5和风温传感器6监测到的风向、风速和风温。数据采集器7可选择cr6数据采集器，能够同时采集风向风速传感器5和风温传感器6监测到的待测量隧道1截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的风流方向、风速和风温，数据采集器7工作温度范围：-50℃～+50℃，存储容量为16gb，可直接连接到计算机usb端口。
24.上述支架2为的尺寸可为15cm长
×
15cm宽
×
15cm高，支架2底面板体为厚度为1cm的钢板，截面尺寸为15cm
×
15cm，这样的尺寸设置，既能满足安装风向风速传感器5和风温传感器6，又不会影响列车行进。
25.在支架2的底面上开设有四个角螺孔3，四个角螺孔3环绕于底面板体一周间隔排布，且均位于板体对角线的靠近端部的位置；角螺孔3与膨胀螺栓相配合，用于将支架2安装于衬砌表面。顺次连接各螺孔3，组成一个边长为10cm的正方形，角螺孔3距离支架2底面边缘的距离为2.5cm。在支架2底面板体的中心处开设有中心螺孔4，用于将风向风速传感器5和风温传感器6固定于衬砌表面。角螺孔3和中心螺孔4的孔径均不小于1cm。
26.风向风速传感器5、风温传感器6和支架2与待测量隧道1截面形成一个固定的整体，避免了风向风速传感器5和风温传感器6发生脱落对列车运营的影响。
27.各数据采集器7还与设置于对应侧的电流电压转换器8相连接，电流电压转换器8为两个，分别安设在待测量隧道1截面左、右拱脚处的边沟内，用于将待测量隧道1照明用220v电转换成直流12v电，并向数据采集器7供电。电流电压转换器8工作温度范围：-50℃～+85℃。数据采集器7和电流电压转换器8安设在待测量隧道1截面左、右拱脚处的边沟内，避免了数据采集器7和电流电压转换器8对列车运营的影响。
28.采用本实用新型中的一种严寒地区高速铁路隧道内固定式风温风速监测装置进行测量时，其过程如下：隧道内无列车通行时，自然风在隧道内流动，自然风流入支架2空腔，作用于风向风速传感器5和风温传感器6，风向风速传感器5和风温传感器6采集自然风的风速和风温，并传输，得到了自然风作用下的所需数据值。当列车通过隧道时，会将洞外的冷空气带入隧道，冷空气在隧道内流动，流入支架2空腔，作用于风向风速传感器5和风温传感器6，风向风速传感器5和风温传感器6采集感应的数据，并传输，列车风作用下的所需数据值。
29.上述的一种严寒地区高速铁路隧道内固定式风温风速监测装置的施工方法，包括以下步骤：
30.步骤一、对待测量隧道1截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的衬砌表面进行基面处理及表面污物清理；
31.步骤二、在待测量隧道1截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的衬砌表面各打五个钻孔，一个为中心孔，其他四个钻孔为角孔，环绕于中心孔一周间隔排布，且连接四个角孔形成一正方形，且正方形的边的长度与支架2底板上两条对角线上相邻的两个角螺
孔3间的距离相等；钻孔深度为5cm，孔径为1cm。
32.步骤三、依次将各支架2固定于待测量隧道1截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的衬砌表面处，具体为：将支架2底面的四个角螺孔3和中心螺孔4对准待测位置处的五个钻孔；分别用螺栓穿过四个角螺孔3，固定支架2。
33.步骤四、在各支架2的空腔内安装风向风速传感器5和风温传感器6，具体为：将风向风速传感器5和风温传感器6用膨胀螺栓穿过中心螺孔4分别固定于待测量隧道1截面。
34.步骤五、将电流电压转换器8与待测量隧道1照明电源线相联结，并将电流电压转换器8放置于待测量隧道1的边沟内。
35.步骤六、将风向风速传感器5和风温传感器6与数据采集器7联结，风向风速传感器5和风温传感器6与数据采集器7的连接线固定于待测量隧道1衬砌表面，并将风温传感器6放置于待测量隧道1的边沟内。
36.步骤七、将数据采集器7与电流电压转换器8相连接。