一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统的制作方法

本实用新型属于温度测量技术领域，尤其涉及一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统。

背景技术：

我国的多年冻土面积约为2.15×106km²，占全国总面积的22.4％，季节性冻土面积为5.14×106km²，占全国总面积的53.5％。近年来，随着我国西部大开发进程的不断深入，在高海拔寒冷地区修建隧道的数量越来越多，并且修建隧道的长度也不断增大。

寒区隧道的修建，会破坏原有围岩的热力平衡，代之以开放的通风对流(包括自然通风和车辆运营通风等)、避开太阳辐射的新的热力系统，隧道衬砌会因围岩冻胀或围岩融化沉降而发生破坏，影响正常交通。

我国已建成的寒区隧道多以中短长度为主，对寒区隧道的研究工作仍存在不足：其一，对寒区隧道温度现场测试重点放在建设时期围岩冻融圈的分析上，忽略了隧道纵向温度分布规律研究，仅个别学者对运营期隧道内纵向温度分布特征进行了研究，但其研究的隧道较短，缺少寒区长隧道纵向温度分布规律的系统研究。其二，对于较短的寒区隧道，通常沿全隧道采用的防冻融措施及强度均相同，即使在建的高寒地区长隧道冻害防护段通常也是采用粗略计算确定的，国内对寒区长隧道“分段防治”问题尚无系统的研究。其三，沿隧道轴线方向围岩的温度分布不均匀，所要求的防冻融措施及强度均有所不同，反之，如果全隧道采用相同的防冻融措施，会增加建设成本，造成浪费，缺少合理、明确的设防段落计算公式及分段设防设计方法。

对于高寒地区长隧道及特长隧道，从经济角度考虑，应根据隧道环境温度与围岩温度在不同季节表现出的纵向温度分布特点，采取“分段防治”措施。“分段防治”是高寒地区长隧道、特长隧道设计的关键问题，需要实际工程洞内纵向温度数据的支持。所以，对既有高海拔寒冷地区长隧道或特长隧道进行洞内纵向温度的监测，有利于为该类隧道的“分段防治”设计提供有力支撑。

高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度监测系统必须满足高海拔、低温度、低气压等环境特点，才能保证得到实时、有效、可靠的温度数据。

现有的隧道洞内温度监测系统无法实现洞内纵向多段实时测试，无法实现远程操控，给隧道的施工和运营带来了很大的不便，且可靠性能较差，需要后期维护，产生大量的人工和物料成本。

技术实现要素：

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统，该采集系统采用模块化设计，并通过无线远程通讯技术将各功能模块有机地结合起来形成一套功能强大的适用于高海拔寒冷地区的温度采集的测试系统，该系统的通用性和扩展性较强，可靠性好，具有免维护的特点。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统，包括数据测量装置、服务器和PC机，所述数据测量装置和服务器进行无线网络通讯，所述PC机和服务器进行网络通讯；所述数据测量装置包括传感器、采集器、蓄电池、定时器、主控箱和无线数据收发器，所述传感器连接至采集器，所述采集器和定时器分别连接至主控箱的控制端口，所述主控箱的控制端口还连接有无线数据收发器，所述蓄电池为数据测量装置中各组成部分提供电能。

进一步的是，所述传感器包括温度传感器和风速传感器。

进一步的是，所述温度传感器采用电阻式高精度传感器，所述风速传感器采用电压式传感器。

进一步的是，所述无线数据收发器包括GPRS通讯模块或3G通讯模块。通过GPRS/3G与INTERNET网络通讯。

进一步的是，所述蓄电池采用12V80AH容量的免维护蓄电池。每充满电一次可使用10个月以上。

进一步的是，所述主控箱包括FLASH卡，储存采集器所采集的数据。

进一步的是，所述采集器配置48个电阻测点、8个电压测点和8个电流测点。采用采集器可在-50℃～80℃范围内正常工作，能适应高海拔、低温度、低气压等环境条件。

进一步的是，所述定时器采用低功耗定时器。实现通过软件远程或本地设置方式修改数据测量装置的开机时间和每次采集的持续工作时间长短，定时器采 用高精度时间基准，时钟误差小于±2分/年。定时器日期时钟或数据测量装置日期时钟作为数据测量装置的采集时钟，数据测量装置启动时，自动修正该时钟使其与定时器时钟同步。

进一步的是，所述服务器包括GPRS数据收发模块或3G数据收发模块。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型所提出的一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统，适用于高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试，该系统具有高精度、耗电量少、稳定性好及免维护等特点；能够满足高海拔、低温低压的环境要求；适用于高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度自动化采集和远程传输，可以满足长时间无值守的要求。

通过服务器可对数据测量装置进行远程控制，根据实际需要对数据采集参数进行设置，接受并存储处理监测数据，通过远程控制，动态掌握传感器现场状况，对被破坏的测点，可及时进行更换。

附图说明

图1为本实用新型的一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型的中数据测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1和图2所示，一种高海拔寒冷地区隧道洞内纵向温度测试系统，包括数据测量装置、服务器和PC机，所述数据测量装置和服务器进行无线网络通讯，所述PC机和服务器进行网络通讯；所述数据测量装置包括传感器、采集器、蓄电池、定时器、主控箱和无线数据收发器，所述传感器连接至采集器，所述采集器和定时器分别连接至主控箱的控制端口，所述主控箱的控制端口还连接有无线数据收发器，所述蓄电池为数据测量装置中各组成部分提供电能。

所述传感器包括温度传感器和风速传感器。

所述温度传感器采用电阻式高精度传感器，所述风速传感器采用电压式传 感器。

所述无线数据收发器包括GPRS通讯模块或3G通讯模块。通过GPRS/3G与INTERNET网络通讯。

所述蓄电池采用12V80AH容量的免维护蓄电池。每充满电一次可使用10个月以上。

所述主控箱包括FLASH卡，储存采集器所采集的数据。

所述采集器配置48个电阻测点、8个电压测点和8个电流测点。采用采集器可在-50℃～80℃范围内正常工作，能适应高海拔、低温度、低气压等环境条件。

所述定时器采用低功耗定时器。实现通过软件远程或本地设置方式修改数据测量装置的开机时间和每次采集的持续工作时间长短，定时器采用高精度时间基准，时钟误差小于±2分/年。定时器日期时钟或数据测量装置日期时钟作为数据测量装置的采集时钟，数据测量装置启动时，自动修正该时钟使其与定时器时钟同步。

所述服务器包括GPRS数据收发模块或3G数据收发模块。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

1、将手机卡装入无线数据收发器中，调试好数据测量装置的无线网络通讯，确保自动化采集的各种数据能有效上传至服务器，通过网络PC机能有效下载数据，为现场安装做好准备工作。

2、测试时，沿隧道边墙纵向按要求布设数据测量装置，温度传感器沿隧道边墙墙脚布设在采集器两端各100m范围内，温度传感器成对布设；在数据测量装置布设位置处边墙1.5-2.0m高度范围内安装风速传感器，用来测试隧道自然条件下和车辆运营条件下的活塞风大小。

3、蓄电池与采集器置入同一设有3-5cm厚保温层的铁皮箱中，铁皮箱布设在高海拔寒冷地区隧道洞内边墙位置或是侧沟内，采集器无线传输模块外置天线置于铁皮箱外，在信号比较弱的区域，将天线引至隧道边墙壁上。

4、现场安装调试完成后，通过PC机和服务器对整个测试系统进行远程控制，根据实际需要对数据采集参数进行设置，接受并存储监测数据，通过远程控制， 动态掌握传感现场状况，对被破坏的测点，可及时进行更换。

5、该系统由布设在隧道内的多台独立数据测量装置组成，每台数据测量装置均可独立工作，通过GPRS/3G与INTERNET网络通讯，将测试数据上传至指定服务器中，然后用户在服务器下载相关数据即可得到隧道内纵向温度数据和相应的风速数据，可以及时了解隧道内的纵向温度和相应风速情况。

以上描述显示了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施案例的限制，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。