CN101908263A - 分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，设置在地下的信号传输线上并联有多个温度传感器，在该信号传输线上每隔n个相并联的温度传感器串联一个数字传送中继转发模块，在该信号传输线的地面部分每隔50米设置一个无线数字传送中继转发模块，在监测室内设置有无线数字采集模块和计算机，各数字传送中继转发模块将从温度传感器所接收的温度值发送给无线数字传送中继转发模块，无线数字传送中继转发模块再将所接收的信号无线发送给无线数字采集模块，无线数字采集模块通过串口将采集的数据传送给计算机。本发明测试引线少、易调试、成本低，施工技术要求不高，通过采用无线传输采集系统，能够准确和精细的测量表征浅层地热能资源。

Description

分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统

技术领域

本发明涉及一种地层温度测量和传输采集系统。特别是涉及一种能够准确和精细的测量表征浅层地热能资源的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统。

背景技术

浅层地热能资源作为一种环保、清洁、可再生的新型能源，在世界上正在以大于每年20％的增长速度被开发利用，我国大规模开发利用浅层地热能资源的势头同样十分迅猛。开发浅层地热能资源是发展绿色经济、低碳经济和循环经济的必然趋势。科学、数字、合理量化地规划和管理开发浅层地热能资源是浅层地热能可持续运用、与环境(包括植被、农作物、建筑)友好和谐资源化的关键。因此，动态地长期地取得表征浅层地热能资源最重要的层温数据是十分重要的。

动态地长期地取得表征浅层地热能资源最重要的层温数据的传统方法为多点冗余布线测温传感器的方法，其缺点为：

1、引线多和现场调试困难，一个测温点需要3条引线，

因为要求测温达到0.1度的精度，不仅需要标定，而且需要再加一条调整精度的引线(调整导线长度的电阻)，因此一个测温点需要4条引线，对于一个浅层地热能测试点，长120米以5米为间隔的分布温度测试线需要近100条引线。

2、所构成的传感器网体积大且呈不平滑状，因此下缆后会因为填土不易夯实而形成空隙，不能真实反映土壤层温。

3、因为采集传感温度的信号为模拟信号，又需要二次仪表变换和高端远距传送模块，因此该传感器网成本高，施工技术要求高，满足不了国土地热资源的普查和监测的设项要求。

4、同时采用有线传输采集系统，由于监测区域道路环境已经建成，无法开凿布线沟道，因此必须采用无线传输采集方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一测试引线少、调试方便、结构简单成本低，能够准确和精细的测量表征浅层地热能资源的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统。

本发明所采用的技术方案是：一种分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，包括有信号传输线，设置在地下的信号传输线上并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器，在该信号传输线上每隔n个相并联的温度传感器串联一个可靠的数字传送中继转发模块，其中所述的n为大于1的整数，在该信号传输线的地面部分每隔50米设置一个可靠的无线数字传送中继转发模块，在监测室内设置有可靠的无线数字采集模块和计算机，其中，所述的各数字传送中继转发模块将从温度传感器所接收的温度值发送给无线数字传送中继转发模块，所述的无线数字传送中继转发模块再将所接收的信号无线发送给无线数字采集模块，所述的无线数字采集模块通过串口将采集的数据传送给计算机，计算机对所有各个点的地层温度进行显示和对温度值进行分析。

所述的信号传输线上并联24个温度传感器，每个温度传感器间隔为5米。

信号传输线的地下部分，每隔30米串联一个可靠的数字传送中继转发模块。

信号传输线的地上部分，每隔50米设置一个可靠的无线数字传送中继转发模块。

所述的温度传感器包括有3个测温传感器、ROM只读存储器、传感器网络接口、A/D转换模块和控制器芯片，其中，

所述的3个测温传感器，与A/D转换模块连接，用于采集浅层地热能资源层温；

所述的A/D转换模块，将测温传感器采集的信号通过A/D编程以9～13位的数字值读数方式传送给控制器芯片；

所述的控制器芯片，将A/D转换模块传送的数字值内容，相应地转化为对应的温度值，并通过传感器网络的接口传送至中继转发模块，所述的控制器芯片还分别控制测温传感器、ROM只读存储器、传感器网络的接口和A/D转换模块；

所述的ROM只读存储器与控制器芯片相连，存有每个温度传感器所具有唯一的32位长序地址列号；

所述的传感器网络接口是由n个芯片构成的传感器网络的接口。

所述的数字传送中继转发模块包括有控制器，分别连接控制器的测温网络转发接口、数字驱动传送单元和数字传送算法单元，所述的测温网络转发接口与数字驱动传送单元相互连接。

所述的无线数字传送中继转发模块(2B)包括有控制器，分别连接控制器的测温网络转发接口、数字驱动传送单元和数字传送算法单元，所述的测温网络转发接口与数字驱动传送单元相互连接。

所述的数据采集模块包括有数据采集控制器，分别与数据采集控制器相连的串列接发模块、功率发接放大模块、命令发送模块和数据收发接口模块，所述的功率发接放大模块还分别连接串列接发模块及数据收发接口模块，所述的数据收发接口模块与计算机进行双向通讯。

本发明的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，克服传统的测试引线多、不易调试、构造测量温度传感器网成本高，施工技术要求高、不能平滑成缆的不能真实反映土壤层温弊端，考虑了采用有线传输采集系统，由于监测区域道路环境已经建成，无法开凿布线沟道的实际应用环境，通过采用无线传输采集系统，克服无法开凿布线沟道的实际应用环境，可广泛推行应用，达到全国国土地热资源的普查和监测的需求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明温度传感器的结构示意图；

图3是本发明数字传送中继转发模块的结构示意图；

图4是本发明无线数字传送中继转发模块的结构示意图；

图5是本发明无线数字采集模块的结构示意图。

其中：

1：温度传感器                             1-1：测温传感器

1-2：ROM只读存储器                        1-3：传感器网络接口

1-4：A/D转换模块                          1-5：控制器芯片

2A：数字传送中继转发模块                  2A-1：测温网络转发接口

2A-2：控制器                              2A-3：数字驱动传送单元

2A-4：数字传送算法单元                    2B：无线数字传送中继转发模块

2B-1：测温网络转发接口                    2B-2：控制器

2B-3：数字驱动传送单元                    2B-4：数字传送算法单元

3：无线数字采集模块                       3-1：串列接发模块

3-2：功率发接放大模块                     3-3：命令发送模块

3-4：数据收发接口模块                     3-5：数据采集控制器

4：计算机                                 5：信号传输线

具体实施方式

下面，结合附图和实施例详细说明本发明的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统如下：

如图1所示，本发明的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，包括有信号传输线5，设置在地下的信号传输线5上并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器1，在该信号传输线5上每隔n个相并联的温度传感器1串联一个可靠的数字传送中继转发模块2A，其中所述的n为大于1的整数，在该信号传输线5的地面部分每隔50米设置一个可靠的无线数字传送中继转发模块2B，在监测室内设置有可靠的无线数字采集模块3和计算机4，其中，所述的各数字传送中继转发模块2A将从温度传感器1所接收的温度值发送给无线数字传送中继转发模块2B，所述的无线数字传送中继转发模块2B再将所接收的信号无线发送给无线数字采集模块3，所述的无线数字采集模块3通过串口将采集的数据传送给计算机4，计算机4对所有各个点的地层温度进行显示和对温度值进行分析。

在本实施例中，所述的信号传输线5上并联24个温度传感器1，每个温度传感器1间隔为5米。信号传输线5的地下部分，每隔30米(相当于5个相并联的温度传感器1)串联一个可靠的数字传送中继转发模块2A。信号传输线5的地上部分，每隔50米设置一个可靠的无线数字传送中继转发模块2B。

如图2所示，所述的温度传感器1包括有3个测温传感器1-1、ROM只读存储器1-2、传感器网络接口1-3、A/D转换模块1-4和控制器芯片1-5，其中，

所述的3个测温传感器1-1，与A/D转换模块1-4连接，测量温度范围为-55℃～+125℃，精度为±0.02℃，用于采集浅层地热能资源层温；

所述的A/D转换模块1-4，将测温传感器1-1采集的信号通过A/D编程以9～13位的数字值读数方式传送给控制器芯片1-5，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量；

所述的控制器芯片1-5，将A/D转换模块1-4传送的数字值内容，相应地转化为对应的温度值，并通过传感器网络的接口1-3传送至中继转发模块2，所述的控制器芯片1-5还分别控制测温传感器1-1、ROM只读存储器1-2、传感器网络的接口1-3和A/D转换模块1-4；温度传感器1可以脱离上位机而独立工作，整个模块尺寸为3×5mm，便于工装成缆。

所述的ROM只读存储器1-2与控制器芯片1-5相连，存有每个温度传感器1所具有唯一的32位长序地址列号；

所述的传感器网络接口1-3是由n个芯片构成的传感器网络的接口。

如图3所示，所述的数字传送中继转发模块2A包括有控制器2A-2，分别连接控制器2A-2的测温网络转发接口2A-1、信噪比小于1的数字驱动传送单元2A-3和信噪比小于1的可靠的抗强电磁场数字传送算法单元2A-4，所述的测温网络转发接口2A-1与数字驱动传送单元2A-3相互连接。所述的数字传送中继转发模块2A体积小整个模块尺寸为3×6mm，便于工装成缆。

如图4所示，所述的无线数字传送中继转发模块2B包括有控制器2B-2，分别连接控制器2B-2的测温网络转发接口2B-1、信噪比小于1的可靠的数字驱动传送单元2B-3和信噪比小于1的可靠的抗强电磁场数字传送算法单元2B-4，所述的测温网络转发接口2B-1与数字驱动传送单元2B-3相互连接。所述的无线数字传送中继转发模块2B体积小整个模块尺寸为3×6mm，便于工装成缆。

如图5所示，所述的数据采集模块3包括有数据采集控制器3-5，分别与数据采集控制器3-5相连的串列接发模块3-1、功率发接放大模块3-2、命令发送模块3-3和数据收发接口模块3-4，所述的功率发接放大模块3-2还分别连接串列接发模块3-1及数据收发接口模块3-4，所述的数据收发接口模块3-4与计算机进行双向通讯。所述的数据采集模块3设置在监控室内，通过串口将采集的数据传送给计算机4，计算机对整个各个点的地层温度进行显示和对温度值进行分析。

Claims (8)

1.一种分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，包括有信号传输线(5)，其特征在于，设置在地下的信号传输线(5)上并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器(1)，在该信号传输线(5)上每隔n个相并联的温度传感器(1)串联一个可靠的数字传送中继转发模块(2A)，其中所述的n为大于1的整数，在该信号传输线(5)的地面部分每隔50米设置一个可靠的无线数字传送中继转发模块(2B)，在监测室内设置有可靠的无线数字采集模块(3)和计算机(4)，其中，所述的各数字传送中继转发模块(2A)将从温度传感器(1)所接收的温度值发送给无线数字传送中继转发模块(2B)，所述的无线数字传送中继转发模块(2B)再将所接收的信号无线发送给无线数字采集模块(3)，所述的无线数字采集模块(3)通过串口将采集的数据传送给计算机(4)，计算机(4)对所有各个点的地层温度进行显示和对温度值进行分析。

2.根据权利要求1所述的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，其特征在于，所述的信号传输线(5)上并联24个温度传感器(1)，每个温度传感器(1)间隔为5米。

3.根据权利要求2所述的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，其特征在于，信号传输线(5)的地下部分，每隔30米串联一个可靠的数字传送中继转发模块(2A)。

4.根据权利要求1所述的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，其特征在于，信号传输线(5)的地上部分，每隔50米设置一个可靠的无线数字传送中继转发模块(2B)。

5.根据权利要求1所述的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，其特征在于，所述的温度传感器(1)包括有3个测温传感器(1-1)、ROM只读存储器(1-2)、传感器网络接口(1-3)、A/D转换模块(1-4)和控制器芯片(1-5)，其中，

所述的3个测温传感器(1-1)，与A/D转换模块(1-4)连接，用于采集浅层地热能资源层温；

所述的A/D转换模块(1-4)，将测温传感器(1-1)采集的信号通过A/D编程以9～13位的数字值读数方式传送给控制器芯片(1-5)；

所述的控制器芯片(1-5)，将A/D转换模块(1-4)传送的数字值内容，相应地转化为对应的温度值，并通过传感器网络的接口(1-3)传送至中继转发模块(2)，所述的控制器芯片(1-5)还分别控制测温传感器(1-1)、ROM只读存储器(1-2)、传感器网络的接口(1-3)和A/D转换模块(1-4)；

所述的ROM只读存储器(1-2)与控制器芯片(1-5)相连，存有每个温度传感器(1)所具有唯一的32位长序地址列号；

所述的传感器网络接口(1-3)是由n个芯片构成的传感器网络的接口。

6.根据权利要求1所述的分布串列式地层精细温度测量和无线传输采集系统，其特征在于，所述的数字传送中继转发模块(2A)包括有控制器(2A-2)，分别连接控制器(2A-2)的测温网络转发接口(2A-1)、数字驱动传送单元(2A-3)和数字传送算法单元(2A-4)，所述的测温网络转发接口(2A-1)与数字驱动传送单元(2A-3)相互连接。

7.根据权利要求1所述的分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统，其特征在于，所述的无线数字传送中继转发模块(2B)包括有控制器(2B-2)，分别连接控制器(2B-2)的测温网络转发接口(2B-1)、数字驱动传送单元(2B-3)和数字传送算法单元(2B-4)，所述的测温网络转发接口(2B-1)与数字驱动传送单元(2B-3)相互连接。

8.根据权利要求1所述的分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统，其特征在于，所述的数据采集模块(3)包括有数据采集控制器(3-5)，分别与数据采集控制器(3-5)相连的串列接发模块(3-1)、功率发接放大模块(3-2)、命令发送模块(3-3)和数据收发接口模块(3-4)，所述的功率发接放大模块(3-2)还分别连接串列接发模块(3-1)及数据收发接口模块(3-4)，所述的数据收发接口模块(3-4)与计算机进行双向通讯。

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