CN111579112A - 一种可远程检测的石英温度计和测温系统及远程检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可远程检测的石英温度计，包括传感器部分、电缆和主机，传感器部分包括控制模块、加热模块、石英晶体和测温模块，控制模块通过电缆接收主机发送的检测信号，控制加热模块启停；加热模块设置在石英晶体周边，实现对石英晶体加热；测温模块采集石英晶体的频率信号变化，通过电缆传输至主机；主机向传感器部分发送远程检测的检测信号，并完成温度数据采集。还公开一种包括上述石英温度计的测温系统及其远程检测方法。本发明通过在石英晶体周边设置加热模块，实现在其不移动、不破坏观测环境的前提下，定期完成温度计的远程检测，大大提高了井下石英温度计持续观测数据的可靠性，对推动地震监测预报技术水平提高具有极其重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及远程温度测量技术领域，特别是涉及一种可远程检测的石英温度计和测温系统及远程检测方法。
背景技术
石英温度计利用石英晶体的压电效应特性，当被测温度发生变化时，测温晶体和振荡电路扣成的温度传感器所产生的振荡频率也发生变化，达到测温的目的。该石英温度计的测温范围为0～100℃，具有高稳定性(可连续工作不间断达5年以上)、高精度(精度在0.02℃)和高灵敏度(可以测出0.0001℃的温度微小变化)的特点。还由于石英温度计的传输量为频率量，其信号的长距离传输衰减不会影响测量精度，在信号输出功率一定的情况下，可测量井下1000米的井水温度。所以被应用于地震行业中对井下几百至1000米的地下水温度进行观测，以反映地壳中温度的异常变化。
为了保证石英温度计检测数据的可靠性，准确识别地下水温度的动态异常，需要对石英温度计进行定期检测，排除因观测仪器的误差导致的监测结果不准确。目前对石英温度计的检测，仍以现场检测为主，这样需要定期将石英温度计从观测井孔中取出。但该方法会导致观测数据的连续性间断，并且观测环境的破坏，最终影响观测数据的科学性和可靠性，对推动地震监测预报技术水平产生影响。
现有技术中对温度传感器的远程校准技术也有报道，如温度传感器远程校准技术初探[J]，吕国义、何萌、林恬，《中国计量》2010,05:82-4。该文献中公开对温度传感器远程校准系统由现场(主要负责校准数据的采集及校准过程的实施)、网络(数据传输)及远程方(远程访问校准数据) 三方组成。这种技术需要将被测温度计与标准温度计统一放置在现场的恒温源中，数据通过数据采集系统自动采集，再由网络传输至远程监控计算机上，远程监控计算机负责对远程校准系统的监控。但该温度传感器远程校准技术的缺点是：温度传感器远程检测需要有恒温源和标准温度计，不利于在野外实施。
由此可见，上述现有的石英温度计进行地下水温度观测时，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可远程检测的石英温度计和测温系统及远程检测方法，使其能在检测过程不移动、不破坏观测环境的前提下，定期实现远程检测，直接判断其工作状态，为石英温度计在井下持续观测数年并确保数据可靠性提供可靠保障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可远程检测的石英温度计，使其能在检测过程不移动、不破坏观测环境的前提下，定期实现远程检测，直接判断其工作状态，为石英温度计在井下持续观测数年并确保数据可靠性提供可靠保障，从而克服现有的石英温度计的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可远程检测的石英温度计，包括传感器部分、电缆和主机，所述传感器部分与所述主机通过所述电缆连接，其中，
所述传感器部分包括控制模块、加热模块、石英晶体和测温模块，所述控制模块通过所述电缆接收所述主机发送的检测信号，控制所述加热模块启停；所述加热模块设置在所述石英晶体周边，用于实现对所述石英晶体的加热；所述测温模块采集所述石英晶体感测温度变化产生的频率信号变化，并通过所述电缆传输至所述主机；
所述主机，用于向所述传感器部分发送远程检测的检测信号，并根据所述传感器部分传送的频率信号变化完成温度数据采集，实现对所述传感器部分的远程检测。
进一步改进，所述主机包括信号采集模块、显示模块、存储模块、通讯模块、主机控制模块和传感器控制模块，所述信号采集模块接收所述传感器部分传送的频率信号变化，转换成温度数据后通过所述显示模块展示，并通过所述存储模块存储和通过所述通讯模块传输至远程监测终端；所述传感器控制模块用于接收所述主机控制模块发送的检测信号，并将所述检测信号通过所述电缆传输至所述传感器部分的控制模块。
进一步改进，所述主机还包括供电隔离模块，用于对所述主机各模块供电，以及通过所述传感器控制模块和所述电缆向所述传感器部分采用隔离供电方式供电。
进一步改进，所述主机还包括设置在所述信号采集模块前端的信号整形模块，用于对所述传感器部分传送的频率信号变化进行信号整形。
进一步改进，所述加热模块采用电热丝加热电路。
本发明还提供一种包括上述可远程检测的石英温度计的测温系统，还包括与所述主机无线通讯连接的远程监测终端，所述远程监测终端，用于接收由所述主机发送的温度检测结果，以及向所述主机发送定期远程检测的信号指令。
本发明还提供一种石英温度计的远程检测方法，所述方法为：在石英晶体周边设置加热模块，远程检测时，控制所述加热模块启动，同时采集所述石英晶体的温度变化，并将采集到的所述石英晶体的温度变化值与标准石英晶体温度变化值比较，判断所述石英温度计工作状态是否正常，完成对所述石英温度计的远程检测。
进一步改进，所述加热模块采用设置在所述石英晶体周边的电热丝加热电路。
进一步改进，所述标准石英晶体温度变化值采用待测石英晶体的初始温度变化值。
进一步改进，所述方法还包括对所述石英温度计的稳定性检测步骤，所述稳定性检测步骤为：在相同的间隔周期内，重复控制所述加热模块启停，同时实时采集所述石英晶体的温度变化，根据得到的温度变化曲线判断所述石英温度计的检测稳定性。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明可远程检测的石英温度计通过在石英晶体周边设置加热模块，需要检测传感器状态时控制加热模块启动，加热模块对石英晶体进行升温，同时采集石英晶体的频率信号变化，得到石英晶体的升温曲线，通过升温曲线幅度及升温时间等信息，定性或半定量的判断该石英温度计的工作状态是否正常，完成石英温度计的定期检测工作。该检测工作对温度计的观测环境几乎没有影响，对观测数据的连续性也影响极小，在定期检测后可以及时恢复正常观测状态，从而大大提高了井下石英温度计持续观测数据的可靠性。
本发明可远程检测的石英温度计硬件结构简单，成本低，检测流程简单，重复性强，判断方法简单明确，可直观的判断传感器工作状态。
还有，本发明通过提高观测数据的可靠性，在对地下水温度动态异常识别时，能很好地区分观测仪器引入的异常动态，对推动地震监测预报技术水平的提高，具有极其重要的意义。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明测温系统的结构示意图。
图2是本发明中主机的结构示意图。
图3是本发明主机中传感器控制模块的部分电路示意图。
图4是本发明中传感器部分的结构示意图。
图5是本发明传感器部分中控制模块和加热模块的部分电路示意图。
图6是本发明石英温度计远程检测的稳定性检测数据曲线图。
图7是本发明测温系统远程检测和数据采集工作流程图。
具体实施方式
本实施例以地震前兆研究中对地下水温度检测用石英温度计进行改进为例，对本发明可远程检测的石英温度计和测温系统进行详细说明，以识别地下水温度观测动态异常来源，区分观测仪器引入的异常动态，又能避免现场检测时导致的观测数据不连续或观测井、观测环境被破坏等问题，确保地下水温度观测的科学性和数据的可靠性，促进地热前兆观测技术的发展。其具体的实施例如下。
参照附图1所示，本实施例用于地下水温度检测的测温系统，包括传感器部分1、电缆2、主机3和远程监测终端4。
本实施例中该传感器部分1设置在井下，用于实时持续的测量井下地下水的温度。该传感器部分1通过电缆2与主机3连接。该主机3设置在地面上的实地井房中，用于接收远程监测终端4发送的远程检测信号，并向传感器部分1发送检测信号，再根据传感器部分1传送的频率信号变化完成温度数据采集。该主机3通过无线方式与远程监测终端4连接，如采用互联网实现远距离信号传输。当然，该主机3也可根据实际情况通过有线方式与远程监测终端4连接。
该远程监测终端4，用于向主机3发送定期远程检测的信号指令，并实时接收由主机3传送的温度检测结果，实现对地下水温度的实时观测和传感器部分1的远程检测。
参照附图2和3所示，该主机2包括信号整形模块、信号采集模块、显示模块、存储模块、通讯模块、主机控制模块和传感器控制模块。该信号整形模块和信号采集模块用于对该传感器部分1传送的频率信号变化进行信号整形，并采用等精度测频技术采集频率信号，使其转换成温度数据后通过该显示模块展示，并通过该存储模块存储，以及通过通讯模块传输至远程监测终端4。该主机控制模块采用基于WINCE系统的控制平台，负责数据的存储、展示、传输控制功能。该传感器控制模块用于接收该主机控制模块发送的检测信号，并将该检测信号通过电缆2传输至传感器部分1，由传感器部分完成定期检测。
本实施例中该传感器控制模块的具体电路图如附图3所示，当石英温度计需要远程检测时，PA4和GATE端同时置为高电压状态，此时三极管Q1 导通，继电器G1开关置于12V位置，该12V电压通过电缆2传输至传感器部分。
参照附图4和5所述，本实施例中该传感器部分1包括控制模块、加热模块、石英晶体和测温模块。该控制模块通过电缆2接收主机3发送的检测信号，并控制该加热模块启停。该加热模块设置在该石英晶体周边，实现对该石英晶体的加热，促使石英晶体频率随之变化。
本实施例中该传感器部分1的控制模块和加热模块具体电路图如附图5 所示，当石英温度计开始远程检测时，VCC为从主机3传输至传感器部分1 的12V信号，此时继电器G1导通，Rx为均匀布置在石英晶体周边的电热丝，此时Rx通电，为石英晶体加热，则石英晶体周边温度随之提升，石英晶体频率随之变化。该测温模块采集该石英晶体感测温度变化产生的频率信号变化，并通过电缆2传输至主机3，由主机3实现温度数据的采集。
该主机3还包括供电隔离模块，用于对主机各模块供电，以及通过该传感器控制模块和电缆2向传感器部分1采用隔离供电方式供电，保证传感器部分测温工作的高稳定、高灵敏度特性。
则上述传感器部分1、电缆2、主机3形成了可远程检测的石英温度计，其检测方法为：
在石英晶体周边设置加热模块，远程检测时，控制该加热模块启动，同时采集该石英晶体的温度变化，并将采集到的该石英晶体的温度变化值与标准石英晶体温度变化值比较，通过升温曲线幅度及升温时间等信息，定性或半定量的判断待测石英温度计是否存在异常，实现对该石英温度计的远程检测。
该标准石英晶体温度变化值可采用待测石英晶体的初始温度变化值。也就是说，将该石英晶体最初定位至井下位置时的升温曲线作为后期检测该石英晶体有无异常情况的参照标准，完成后续持续观测数年间的定期检测判断，避免现有技术中需将石英温度计从井下取出，导致观测数据间断，观测环境发生变化的弊端。
该石英温度计远程检测的方法还可以对该石英温度计的稳定性进行检测，该稳定性检测步骤为：在相同的间隔周期内，重复控制该加热模块启停，同时实时采集该石英晶体的温度变化，根据得到的不同温度变化曲线，判断该石英温度计的检测稳定性。如附图6所示。
从附图6可看出，石英温度计多次升温，相应的温度曲线测值幅度一致、升温时间一致、曲线形态一致，由此可以得出该待测石英温度计检测稳定性良好，可以正常工作。
参照附图7所示，利用上述石英温度计远程检测方法，该测温系统对井下石英温度计的定期检测工作流程为：
(1)远程检测流程：
用户通过远程监测终端4发送石英温度计检测指令，检测指令通过互联网传输至主机3，主机3的通讯模块接收检测指令，检测指令再通过控制模块控制，将通过IO口使PA4设为高电压状态，传感器控制模块将12V信号通过电缆2发送至传感器部分1的控制模块，该传感器部分1的控制模块控制加热模块启动，加热模块中的继电器开始工作，为电热阻丝Rx供电，石英晶体周边温度被提升，石英晶体感知温度变化产生频率信号改变。
(2)数据采集流程：
传感器部分1的测温模块采集石英晶体的频率信号变化，并通过电缆2 中传输至主机3，主机3中的信号整形模块与信号采集模块通过对信号进行整形和采集，并传输至通讯模块，通讯模块再由时间晶振精确控制的10秒钟范围内采集频率信号，并将其转换为温度值，传送至远程监测终端4，由远程监控终端4向用户展示，完成该测温系统对井下石英温度计的定期检测工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可远程检测的石英温度计，其特征在于，包括传感器部分、电缆和主机，所述传感器部分与所述主机通过所述电缆连接，其中，
所述传感器部分包括控制模块、加热模块、石英晶体和测温模块，所述控制模块通过所述电缆接收所述主机发送的检测信号，控制所述加热模块启停；所述加热模块设置在所述石英晶体周边，用于实现对所述石英晶体的加热；所述测温模块采集所述石英晶体感测温度变化产生的频率信号变化，并通过所述电缆传输至所述主机；
所述主机，用于向所述传感器部分发送远程检测的检测信号，并根据所述传感器部分传送的频率信号变化完成温度数据采集，实现对所述传感器部分的远程检测。
2.根据权利要求1所述的可远程检测的石英温度计，其特征在于，所述主机包括信号采集模块、显示模块、存储模块、通讯模块、主机控制模块和传感器控制模块，所述信号采集模块接收所述传感器部分传送的频率信号变化，转换成温度数据后通过所述显示模块展示，并通过所述存储模块存储和通过所述通讯模块传输至远程监测终端；所述传感器控制模块用于接收所述主机控制模块发送的检测信号，并将所述检测信号通过所述电缆传输至所述传感器部分的控制模块。
3.根据权利要求2所述的可远程检测的石英温度计，其特征在于，所述主机还包括供电隔离模块，用于对所述主机各模块供电，以及通过所述传感器控制模块和所述电缆向所述传感器部分采用隔离供电方式供电。
4.根据权利要求2所述的可远程检测的石英温度计，其特征在于，所述主机还包括设置在所述信号采集模块前端的信号整形模块，用于对所述传感器部分传送的频率信号变化进行信号整形。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可远程检测的石英温度计，其特征在于，所述加热模块采用电热丝加热电路。
6.一种包括权利要求1至5任一项所述的可远程检测的石英温度计的测温系统，其特征在于，还包括与所述主机无线通讯连接的远程监测终端，所述远程监测终端，用于接收由所述主机发送的温度检测结果，以及向所述主机发送定期远程检测的信号指令。
7.一种石英温度计的远程检测方法，其特征在于，所述方法为：在石英晶体周边设置加热模块，远程检测时，控制所述加热模块启动，同时采集所述石英晶体的温度变化，并将采集到的所述石英晶体的温度变化值与标准石英晶体温度变化值比较，判断所述石英温度计工作状态是否正常，完成对所述石英温度计的远程检测。
8.根据权利要求7所述的石英温度计的远程检测方法，其特征在于，所述加热模块采用设置在所述石英晶体周边的电热丝加热电路。
9.根据权利要求7所述的石英温度计的远程检测方法，其特征在于，所述标准石英晶体温度变化值采用待测石英晶体的初始温度变化值。
10.根据权利要求7所述的石英温度计的远程检测方法，其特征在于，所述方法还包括对所述石英温度计的稳定性检测步骤，所述稳定性检测步骤为：在相同的间隔周期内，重复控制所述加热模块启停，同时实时采集所述石英晶体的温度变化，根据得到的温度变化曲线判断所述石英温度计的检测稳定性。
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