基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统。系统埋设于地下，每个渗流测量传感器经各自的渗流测量处理终端接渗流信息集汇发送器，渗流信息集汇发送器和发送端天线接；渗流测量传感器中，细管漏斗结构为中间细管和连接在细管两端的两个漏斗，漏斗的小端固接到细管的端部并和细管相通，漏斗的大端端面设有多孔陶瓷片，细管内部的中央布置有可控加热棒，细管内部的两端部均布置有一温度传感器，细管内部的中部插装有水探测针。本发明专利技术对岩土中由各种原因引发的岩土渗流进行精确测量其方向和渗流量大小，为一种实时观测岩土中渗流量的新仪器，为滑坡、泥石流等灾害的发生提供前兆信息。

A Real-time Measuring Instrument System for Geotechnical Seepage Based on Heat Conduction

The invention discloses a real-time measuring instrument system for geotechnical seepage based on heat conduction. The system is buried underground, and each seepage measurement sensor is connected with seepage information collector and transmitter through its own seepage measurement processing terminal, seepage information collector and transmitter antenna connection; in seepage measurement sensor, the structure of the slim pipe funnel is a middle slim pipe and two funnels connected at both ends of the slim pipe, the small end of the funnel is fixed to the end of the slim pipe and communicates with the large end of the funnel. A porous ceramic sheet is arranged on the end surface, a controllable heating rod is arranged in the central part of the thin tube, a temperature sensor is arranged at both ends of the inner part of the thin tube, and a water probe is inserted in the middle part of the inner part of the thin tube. The invention accurately measures the direction and seepage flow of the seepage flow of rock and soil caused by various reasons, is a new instrument for real-time observation of seepage flow in rock and soil, and provides precursory information for the occurrence of landslides, debris flows and other disasters.

【技术实现步骤摘要】
基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统
本专利技术涉及一种渗流测量仪，特别是涉及一种地下岩土中渗流量的热导式测量方法及测量系统。
技术介绍
岩土渗流是指岩土空隙中运动的地下水。岩土渗流是形成的滑坡、泥石流、垮坝、基坑塌陷等岩土灾变危害的重要因素，岩土灾变危害每年都会造成巨大的人员伤亡和经济损失。由于岩土自身特殊的物理性质，岩土渗流具有流速低、流量小的特点，岩土渗流的测量很难。现岩土渗流测量方法有：①孔隙水压力的测量方法；②岩土电阻率测量方法；③分布式光纤温度测量方法；④声呐传播速度测量方法。孔隙水压力测量方法是运用岩土中压力与渗流的关系换算出渗流，其测量值与具体土的构成有关，因此误差较大。岩土电阻率测量是根据含水岩土与电阻率的关系来测量，岩土含水量不能反映渗流大小，尤其是岩土中含水量达到饱和时岩土电阻率不再变化，而通常渗流形成的岩土的含水量是处于饱和状态。分布式光纤测温方法是将测温光纤放入岩土中，并对光纤附近的岩土进行加热，在有渗流时光纤测得的温度场与渗流场有相关性，这种方法因岩土加热的功率较大，不适合长期实时测量，且光纤测量系统的价格昂贵也不宜长期放置野外。根据声呐传播速度对渗流进行测量的设备整体价格昂贵，也不适合在野外长期实时监测中使用。可见，现有方法和设备，不能以实时、自动、远程实现岩土渗流的精确测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统，能在野外实现实时、长期、自动、远程对岩土中渗流进行测量，既可以满足岩土体防灾减灾需求，又能用于建筑、水利方面的工程需求。本专利技术采用的技术方案：本专利技术系统包括现场测量仪器，现场测量仪器包括多个渗流测量传感器、多个渗流测量处理终端、渗流信息集汇发送器和发送端天线，每个渗流测量传感器均连接有一个渗流测量处理终端，各个渗流测量处理终端电连接到渗流信息集汇发送器，渗流信息集汇发送器和发送端天线连接，使用时渗流测量传感器与渗流测量处理终端组成使用并埋设于地下；所述的渗流测量传感器包括细管漏斗结构和安装在细管漏斗结构中的水探测针、多孔陶瓷片、温度传感器和可控加热棒，细管漏斗结构为中间细管和连接在细管两端的两个漏斗，漏斗的小端固接到细管的端部并和细管相通，漏斗的大端端面设有多孔陶瓷片，多孔陶瓷片仅容许水渗透过，不容许水以外的土体物质透过，细管内部的中央布置有可控加热棒，细管内部的两端部均布置有一温度传感器，细管内部的中部插装有水探测针，从而形成传感器。所述的渗流测量处理终端经485总线连接到渗流信息集汇发送器。所述的渗流测量处理终端包括温度传感器接入电路、恒流源电路、信号放大电路、A/D转换电路、MCU单片机、可控加热电路、485总线驱动电路、水探测电路；温度传感器均连接到温度传感器接入电路，恒流源电路连接到温度传感器接入电路进行供电，温度传感器接入电路输出端依次经信号放大电路、A/D转换电路连接到MCU单片机，MCU单片机经485总线驱动电路连接485总线，485总线连接到渗流信息集汇发送器，MCU单片机分别和可控加热电路、水探测电路连接，可控加热电路、水探测电路分别和可控加热棒、水探测针连接。还包括远方测量仪器，远方测量仪器包括接收端天线、远程接收装置和PC机，接收端天线和现场测量仪器的发送端天线无线通信连接，接收端天线和远程接收装置的输入端连接，远程接收装置的输出端和PC机连接。所述的现场测量仪器和远方测量仪器之间通过发送端天线和接收端天线无线通信连接，两者通过GPRS(GeneralPacketRadioService)或GSM(GlobalSystemforMobilecommunications)、CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)、TD-LTE(TimeDivisionLongTermEvolution)或FDD-LTE(FrequencyDivisionDuplexingLongTermEvolution)等无线通讯制式中的任何一种制式实现连接。所述的细管侧壁设有用于可控加热棒和温度传感器输出线引出的分支管，分支管填埋封闭。所述的渗流信息集汇发送器和发送端天线置于地表。所述的温度传感器可以为使用所有满足测量精度的各种温度传感器。所述的可控加热棒采用微型陶瓷加热棒。通过检测渗流测量传感器中两个温度测量值之差处理获得岩土渗流数据。包括有多个渗流测量传感器，多个渗流测量传感器的细管轴线相互间具有夹角，非平心布置，测量时根据多个渗流测量传感器的温度测量值共同分析得出真实的渗流方向和渗流量。本专利技术的有益效果是：本专利技术可以对岩土中由各种原因引发的岩土渗流进行精确测量其方向和渗流量大小，实现目前其他方法无法实现的对渗流的直接测量，成为一种实时观测岩土中渗流量的新仪器，为滑坡、泥石流等灾害的发生提供前兆信息；也可作为建筑工程、水利工程中测量渗流的设备。附图说明图1是岩土中渗流测量的系统构成示意图；图2是渗流测量处理终端电路框图；图3是渗流测量传感器结构与组成图；图4是渗流量和温度值关系曲线图。附图中各部件的标记如下：1、渗流测量传感器；2、渗流测量处理终端；3、渗流信息集汇发送器；4、发送端天线；5、接收端天线；6、远程接收装置；7、PC机；8、485总线；9、地表；10、水探测针；11和11’、多孔陶瓷片；12和12’、温度传感器；13、可控加热棒。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，具体实施将测量仪器系统局部埋设于地下，具体实施主要由现场测量仪器和远方测量仪器组成，两者通过无线通讯连接，其中：现场测量仪器主要由渗流测量传感器、渗流测量处理终端2、渗流信息集汇发送器3组成；远方测量仪器主要由远程接收装置9、PC上位机7组成。如图1所示，现场测量仪器中，每个渗流测量传感器1均连接有一个渗流测量处理终端2，各个渗流测量处理终端2经485总线8电连接到渗流信息集汇发送器3，渗流信息集汇发送器3和发送端天线4连接，渗流信息集汇发送器3和发送端天线4置于地表9。如图1所示，远方测量仪器中，接收端天线5和现场测量仪器的发送端天线4无线通信连接，接收端天线5和远程接收装置6的输入端连接，远程接收装置6的输出端和PC机7连接。如图3所示，渗流测量传感器1包括细管漏斗结构和安装在细管漏斗结构中的水探测针10、多孔陶瓷片11和11’、温度传感器12和12’和可控加热棒13，细管漏斗结构为中间细管和连接在细管两端的两个漏斗，漏斗的小端直接密封固接到细管的端部并和细管相通，漏斗的大端端面设有多孔陶瓷片11和11’，通过多孔陶瓷片封盖漏斗的大端端面，多孔陶瓷片11和11’仅容许水渗透过，不容许水以外的土体物质透过，细管内部的中央布置有可控加热棒13，细管内部的两端部均布置有一温度传感器12和12’，细管内部的中部插装有水探测针10，从而形成传感器。如图2所示，渗流测量处理终端2包括温度传感器接入电路、恒流源电路、信号放大电路、A/D转换电路、MCU单片机、可控加热电路、485总线驱动电路、水探测电路；温度传感器12和12’均连接到温度传感器接入电路，恒流源电路连接到温度传感器接入电路进行供电，温度传感器接入电路输出端依次经信号放大电路、A/D转换电路连接到MCU单片机，MCU单片机经485总线驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统，其特征在于：系统包括远方测量仪器和现场测量仪器；现场测量仪器包括多个渗流测量传感器(1)、多个渗流测量处理终端(2)、渗流信息集汇发送器(3)和发送端天线(4)，每个渗流测量传感器(1)均连接有一个渗流测量处理终端(2)，各个渗流测量处理终端(2)经485总线(8)电连接到渗流信息集汇发送器(3)，渗流信息集汇发送器(3)和发送端天线(4)连接，使用时渗流测量传感器与渗流测量处理终端组成使用并埋设于地下；远方测量仪器包括接收端天线(5)、远程接收装置(6)和PC机(7)，接收端天线(5)和现场测量仪器的发送端天线(4)无线通信连接，接收端天线(5)和远程接收装置(6)的输入端连接，远程接收装置(6)的输出端和PC机(7)连接；所述的渗流测量传感器(1)包括细管漏斗结构和安装在细管漏斗结构中的水探测针(10)、多孔陶瓷片(11和11’)、温度传感器(12和12’)和可控加热棒(13)，细管漏斗结构为中间细管和连接在细管两端的两个漏斗，漏斗的小端固接到细管的端部并和细管相通，漏斗的大端端面设有多孔陶瓷片(11和11’)，多孔陶瓷片(11和11’)仅容许水渗透过，不容许水以外的土体物质透过，细管内部的中央布置有可控加热棒(13)，细管内部的两端部均布置有一温度传感器(12和12’)，细管内部的中部插装有水探测针(10)，从而形成传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统，其特征在于：系统包括远方测量仪器和现场测量仪器；现场测量仪器包括多个渗流测量传感器(1)、多个渗流测量处理终端(2)、渗流信息集汇发送器(3)和发送端天线(4)，每个渗流测量传感器(1)均连接有一个渗流测量处理终端(2)，各个渗流测量处理终端(2)经485总线(8)电连接到渗流信息集汇发送器(3)，渗流信息集汇发送器(3)和发送端天线(4)连接，使用时渗流测量传感器与渗流测量处理终端组成使用并埋设于地下；远方测量仪器包括接收端天线(5)、远程接收装置(6)和PC机(7)，接收端天线(5)和现场测量仪器的发送端天线(4)无线通信连接，接收端天线(5)和远程接收装置(6)的输入端连接，远程接收装置(6)的输出端和PC机(7)连接；所述的渗流测量传感器(1)包括细管漏斗结构和安装在细管漏斗结构中的水探测针(10)、多孔陶瓷片(11和11’)、温度传感器(12和12’)和可控加热棒(13)，细管漏斗结构为中间细管和连接在细管两端的两个漏斗，漏斗的小端固接到细管的端部并和细管相通，漏斗的大端端面设有多孔陶瓷片(11和11’)，多孔陶瓷片(11和11’)仅容许水渗透过，不容许水以外的土体物质透过，细管内部的中央布置有可控加热棒(13)，细管内部的两端部均布置有一温度传感器(12和12’)，细管内部的中部插装有水探测针(10)，从而形成传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于热传导的岩土渗流实时测量仪器系统，其特征在于：所述的渗流测量处理终端(2)包括温度传感器接入电路、恒流源电路、信号放大电路、A/D转换电路、MCU单片机、可控加热电路、485总线驱动电路、水探测电路；温度传感器(12和12’)均连接到温度传感器接入电路，恒流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青，张超，王燕杰，童仁园，施阁，孙叶青，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33