CN101916504B - 分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统，在信号传输线的地下部分并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器，在该部分的信号线上每隔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，所述信号传输线的地面部分串联有多个数字传送中继转发模块，还设置有数据采集模块和计算机；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通过信号传输线发送给数据采集模块，所述的数据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。本发明测试引线少，易调试，成本低，能真实反映土壤层温度。

Description

分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统

技术领域

本发明涉及一种温度测量和有线传输采集系统。特别是涉及一种能真实反映土壤层温度的分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统。

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，又因为要求测温达到0.1度的精度，不仅需要标定，还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、考虑到构成的传感器网的测温精度应该为0.1度，因此分辨率应该达到0.05度的标值。上述传感器，例如PT1000要达到这个要求，调试是困难的。

4、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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种测试引线少、调试方便、结构简单成本低，能够真实反映土壤层温度的分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统。

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有线传输采集系统，包括有信号传输线，在信号传输线的地下部分并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器，在该部分的信号线上每隔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，所述信号传输线的地面部分串联有多个数字传送中继转发模块，还设置有数据采集模块和计算机；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通过信号传输线发送给数据采集模块，所述的数据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30米串联一个可靠的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和数字驱动传送单元，所述的测温网络转发接口与数字驱动传送单元相互连接，所述的数字传送中继转发模块内嵌入有由控制器控制的可靠的抗强电磁场数字传送算法单元，所述的数字驱动传送单元将各点的温度值发送给数据采集模块。

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有线传输采集系统，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，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是本发明数据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

2：数字传送中继转发模块   2-1：测温网络转发接口

2-2：控制器               2-3：数字驱动传送单元

2-4：数字传送算法单元     3：数据采集模块

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有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有线传输采集系统，包括有信号传输线5，在信号传输线5的地下部分并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器1，在该部分的信号线上每隔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2，其中所述的n为大于1的整数，所述信号传输线5的地面部分串联有多个数字传送中继转发模块2，还设置有数据采集模块3和计算机4；其中，所述的各数字传送中继转发模块2将从温度传感器1所接收的温度值通过信号传输线5发送给数据采集模块3，所述的数据采集模块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上并联有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2。信号传输线5的地上部分，也每隔30米串联一个可靠的数字传送中继转发模块2。

如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，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。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，通过片内A/D编程将测温传感器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，即可以分别在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，装有温度补偿算法和非标定算法，在控制器芯片控制下读取A/D转换模块1-4传送的温度信息字节中的内容，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，具有每个温度传感器1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接口。

如图3所示，所述的数字传送中继转发模块2包括有控制器2-2，分别连接控制器2-2的测温网络转发接口2-1和信噪比小于1的可靠的数字驱动传送单元2-3，所述的测温网络转发接口2-1与数字驱动传送单元2-3相互连接，所述的数字传送中继转发模块2内嵌入有由控制器2-2控制的信噪比小于1的可靠的抗强电磁场数字传送算法单元2-4，所述的数字驱动传送单元2-3将各点的温度值发送给数据采集模块3。所述的数字传送中继转发模块2体积小整个模块尺寸为3×6mm，便于工装成缆。

如图4所示，所述的数据采集模块3信噪比小于1，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安放在监控室内，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 (6)

1.一种分布串列式地层精细温度测量和有线传输采集系统，包括有信号传输线(5)，其特征在于，在信号传输线(5)的地下部分并联有多个采集浅层地热能资源层温的温度传感器(1)，在该部分的信号线上每隔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(2)，其中所述的n为大于1的整数，所述信号传输线(5)的地面部分串联有多个数字传送中继转发模块(2)，还设置有数据采集模块(3)和计算机(4)；其中，所述的各数字传送中继转发模块(2)将从温度传感器(1)所接收的温度值通过信号传输线(5)发送给数据采集模块(3)，所述的数据采集模块(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；

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)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接口。

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有线传输采集系统，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有线传输采集系统，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(2)。

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有线传输采集系统，其特征在于，信号传输线(5)的地上部分，每隔30米串联一个可靠的数字传送中继转发模块(2)。

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有线传输采集系统，其特征在于，所述的数字传送中继转发模块(2)包括有控制器(2-2)，分别连接控制器(2-2)的测温网络转发接口(2-1)和数字驱动传送单元(2-3)，所述的测温网络转发接口(2-1)与数字驱动传送单元(2-3)相互连接，所述的数字传送中继转发模块(2)内嵌入有由控制器(2-2)控制的可靠的抗强电磁场数字传送算法单元(2-4)，所述的数字驱动传送单元(2-3)将各点的温度值发送给数据采集模块(3)。

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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