專利名稱：一種實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人民生活水平極大提高，能源消耗也急劇增加。在新能源中，地?zé)崮堋L(fēng)能、太陽能和潮汐能等，都是清潔、可再生的新能源。其中，在地?zé)崮芾玫难芯款I(lǐng)域中，地源熱泵(Ground Source Heat Pump7GSHP)技術(shù)具有很廣闊的前景和發(fā)展?jié)摿?。由于地源熱泵系統(tǒng)的整體性能與當(dāng)?shù)貛r土體的熱物性參數(shù)密切相關(guān)，因此，研究并獲取巖土體的熱物性參數(shù)是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的前提，也是當(dāng)前淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)推廣的難點(diǎn)。巖土體的熱物性參數(shù)包括導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和熱擴(kuò)散系數(shù)等，而導(dǎo)熱系數(shù)是衡量地層換熱能力的重要參數(shù)，即衡量地層特傳導(dǎo)特性的重要參數(shù)，其主要取決于地層的成分、密度、溫度和含水量等，而地層的成分、密度、溫度和含水量等又與巖土體的電特性密切相關(guān)。為了研究巖土體的熱物性參數(shù)，需要通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)同步測(cè)量砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)和其電性參數(shù)。然而，目前并不存在可以實(shí)時(shí)同步測(cè)量砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)和電性參數(shù)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，用以解決目前并不存在專門室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用的可實(shí)時(shí)探測(cè)砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)和電性參數(shù)的裝置的問題，其技術(shù)方案如下一種實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括主機(jī)、分別與所述主機(jī)相連的電控加熱測(cè)量裝置和開關(guān)陣列；所述主機(jī)包括互相連接的處理器和測(cè)控單元；所述電控加熱測(cè)量裝置包括加熱棒和溫度傳感器；所述開關(guān)陣列包括至少四個(gè)電極開關(guān)，所述開關(guān)陣列中的所有電極開關(guān)級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述電極開關(guān)包括電極、開關(guān)和開關(guān)測(cè)控裝置，其中，所述開關(guān)測(cè)控裝置與所述開關(guān)連接，所述開關(guān)與所述電極連接；所述處理器向所述電控加熱測(cè)量裝置發(fā)送第一控制指令，控制所述電控加熱測(cè)量裝置利用所述加熱棒對(duì)砂土介質(zhì)進(jìn)行加熱，并且，所述處理器向所述開關(guān)陣列發(fā)送第二控制指令，控制所述開關(guān)測(cè)控裝置改變與其連接的開關(guān)的狀態(tài)以響應(yīng)改變與該開關(guān)連接的電極的電氣參數(shù)；所述溫度傳感器測(cè)量砂土介質(zhì)的溫度，所述處理器根據(jù)加熱時(shí)間和與所述加熱時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算砂土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)；
所述測(cè)控單元測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)；所述開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)。所述處于供電狀態(tài)的電極包括處于第一供電狀態(tài)的第一電極和處于第二供電狀態(tài)的第二電極；所述處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)包括通過所述第一電極與所述第二電極供出的全時(shí)域供電電流，供電電流為正負(fù)雙向方波供電；所述處于測(cè)量狀態(tài)的電極包括處于第一測(cè)量狀態(tài)的第三電極和處于第二測(cè)量狀態(tài)的第四電極；所述處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)包括所述第三電極和所述第四電極間的全時(shí)域測(cè)量電壓。所述主機(jī)與所述開關(guān)陣列通過一根多芯電纜連接，其中所述多芯電纜中至少包括4根控制流與數(shù)據(jù)傳輸線和2根高壓供電線。
所述開關(guān)測(cè)控裝置包括控制器，分別和所述控制器相連的數(shù)據(jù)采集裝置、供電輸出控制單元和傳輸接口；所述控制器通過所述傳輸接口接收所述處理器發(fā)送的第二控制指令，并根據(jù)所述控制指令獲取電極的狀態(tài)如果所述電極的狀態(tài)為供電狀態(tài)，則向所述供電輸出控制單元發(fā)送供電控制指令，供電輸出控制單元控制與其自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置連接的開關(guān)閉合，以使與該開關(guān)連接的電極和一根所述高壓供電線接通，所述主機(jī)測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)；如果所述電極的狀態(tài)為測(cè)量狀態(tài)，則向所述數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送測(cè)量控制指令，控制與自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置連接的開關(guān)閉合，以使與該開關(guān)連接的電極與所述數(shù)據(jù)采集裝置接通，所述數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)。可選的，所述主機(jī)還包括與所述處理器相連，實(shí)時(shí)顯示所述砂土介質(zhì)的溫度和所述電極的電氣參數(shù)的顯示單元?？蛇x的，所述主機(jī)還包括與所述處理器相連，存儲(chǔ)所述砂土介質(zhì)的溫度和所述電極的電氣參數(shù)的存儲(chǔ)器。可選的，所述主機(jī)還包括與所述處理器相連，檢測(cè)所述電控加熱測(cè)量裝置和開關(guān)陣列中各個(gè)電極開關(guān)是否正常工作的檢測(cè)單元。優(yōu)選地，所述開關(guān)陣列包括12個(gè)電極開關(guān)單元，每個(gè)所述電極開關(guān)單元包括12個(gè)極距為4cm的電極開關(guān)。優(yōu)選地，所述開關(guān)陣列為O. 6mXO. 6mXO. 08m的密封開關(guān)陣列。本發(fā)明提供了一種專門的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，該探測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)測(cè)量在加熱過程中砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)以及電性參數(shù)，通過砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)、電性參數(shù)以及二者的相關(guān)性可反映砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性。本發(fā)明提供的探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高、故障率低，且易于操作。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖I為本發(fā)明實(shí)施例一提供的實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)中電極開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的電極開關(guān)中開關(guān)測(cè)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一本發(fā)明實(shí)施例提供了一種專門的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用的砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，圖I為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)可以包括主機(jī)1，分別和主機(jī)I相連的開關(guān)陣列2和電控加熱測(cè)量裝置3，其中電控加熱測(cè)量裝置3包括加熱棒和溫度傳感器。主機(jī)包括互相連接的處理器11和測(cè)控單元12。開關(guān)陣列2放置于待測(cè)量的砂土介質(zhì)上，開關(guān)陣列2包括至少四個(gè)電極開關(guān)，開關(guān)陣列中的所有電極開關(guān)順序級(jí)聯(lián)，每個(gè)電極開關(guān)包括開關(guān)測(cè)控裝置21、開關(guān)22和電極23，圖2為電極開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，開關(guān)測(cè)控裝置21與開關(guān)22連接，開關(guān)22與電極23連接。此外，在本實(shí)施例中，主機(jī)I與12V電源相連，電源用于向主機(jī)I供電，且測(cè)量時(shí)通 過供電電極向外供電。在本實(shí)施例中，主機(jī)I的處理器11向電控加熱測(cè)量裝置3發(fā)送第一控制指令，電控加熱測(cè)量裝置3根據(jù)第一控制指令控制加熱棒對(duì)砂土介質(zhì)進(jìn)行加熱，溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量砂土介質(zhì)的溫度，主機(jī)I的處理器11根據(jù)加熱時(shí)間和與加熱時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算砂土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)。并且，主機(jī)I的處理器11向開關(guān)陣列2發(fā)送控制指令，開關(guān)陣列2中的每個(gè)開關(guān)測(cè)控裝置根據(jù)控制指令改變與其連接的開關(guān)的狀態(tài)以響應(yīng)改變與該開關(guān)連接的電極的電氣參數(shù)。主機(jī)的測(cè)控單元測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)，開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)。在本實(shí)施例中，電控加熱測(cè)量裝置3根據(jù)第一控制指令控制加熱棒利用恒流方式進(jìn)行電控加熱，處理器11下發(fā)第二控制指令至開關(guān)陣列2中所有的電極開關(guān)，每個(gè)電極開關(guān)中的開關(guān)測(cè)控裝置根據(jù)第二控制指令控制與其連接的開關(guān)的狀態(tài)，從而進(jìn)一步控制與該開關(guān)連接的電極的狀態(tài)，其中，電極的狀態(tài)包括第一供電狀態(tài)、第二供電狀態(tài)、第一測(cè)量狀態(tài)、第二測(cè)量狀態(tài)和空閑狀態(tài)。此外，用戶通過主機(jī)可以設(shè)定測(cè)量方式、開關(guān)陣列中電極的狀態(tài)，供電時(shí)間、測(cè)量次數(shù)等，主機(jī)的處理器下發(fā)控制指令至開關(guān)陣列，該控制指令包含有數(shù)據(jù)測(cè)量方式、電極狀態(tài)等信息，開關(guān)陣列的開關(guān)測(cè)控裝置根據(jù)接收的第二指令控制開關(guān)的狀態(tài)，進(jìn)而控制電極的狀態(tài)，開關(guān)測(cè)控裝置和主機(jī)的測(cè)控單元按設(shè)定的測(cè)量方式、測(cè)量次數(shù)等進(jìn)行測(cè)量。本實(shí)施中的測(cè)量方式可以包括全測(cè)量方式、十字交叉測(cè)量方式和垂直剖面測(cè)量方式。
本實(shí)施例中處于供電狀態(tài)的電極包括處于第一供電狀態(tài)的第一電極和處于第二供電狀態(tài)的第二電極，處于測(cè)量狀態(tài)的電極包括處于第一測(cè)量狀態(tài)的第三電極和處于第二測(cè)量狀態(tài)的第四電極，測(cè)量時(shí)，四個(gè)電極須同時(shí)工作。處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)包括通過第一電極與第二電極供出的全時(shí)域供電電流，其中，供電電流為正負(fù)雙向方波的供電電流，其占空比為I :1，且第一電極與第二電極的供電時(shí)間Is, 2s, 4s, 8s, 16s, 32s, 64s,128s分檔可選；處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)包括第三電極和第四電極間的全時(shí)域測(cè)量電壓。主機(jī)與開關(guān)陣列可通過一根多芯電纜連接，其中，該多芯電纜至少包括4芯控制流與數(shù)據(jù)傳輸線和2芯高壓供電線。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)陣列中一個(gè)電極開關(guān)的開關(guān)測(cè)控裝置21的一結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中的開關(guān)測(cè)控裝置21可以包括控制器211，分別和控制器211相連的傳輸接口 212、供電輸出控制單元213、數(shù)據(jù)采集裝置214。
其中，控制器211通過傳輸接口 212接收處理器11發(fā)送的第二控制指令，并根據(jù)第二控制指令獲取電極23的狀態(tài)如果電極23的狀態(tài)為供電狀態(tài)，則控制器211向供電輸出控制單元213發(fā)送供電控制指令，供電輸出控制單元213控制與其自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置21連接的開關(guān)22閉合，以使與該開關(guān)22連接的電極23和一根高壓供電線接通，主機(jī)I測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極23的電氣參數(shù),具體地如果電極的狀態(tài)為第一供電狀態(tài)，則控制器211向供電輸出控制單元213發(fā)送第一供電控制指令，供電輸出控制單元213控制與其自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置21連接的開關(guān)22閉合，以使與該開關(guān)22連接的電極23和一根高壓供電線接通，此時(shí)，電極23的狀態(tài)即為第一供電狀態(tài)，該電極23即為第一電極，需要說明的是，在測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，開關(guān)陣列中使用兩個(gè)電極供電，兩個(gè)電極測(cè)量，也即，當(dāng)電極23為第一供電狀態(tài)時(shí)，開關(guān)陣列中必定存在另一個(gè)處于第二供電狀態(tài)的第二電極，主機(jī)的測(cè)控單元12測(cè)量流經(jīng)第一電極和第二電極的電流。相應(yīng)的，如果電極的狀態(tài)為第二供電狀態(tài)，則控制器211向供電輸出控制單元213發(fā)送第二供電控制指令，供電輸出控制單元213控制與其自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置21連接的開關(guān)22閉合，以使與該開關(guān)22連接的電極23和一根高壓供電線接通，此時(shí)，電極23的狀態(tài)即為第二供電狀態(tài)，該電極23即為第二電極。如果電極23的狀態(tài)為測(cè)量狀態(tài)，則控制器211向數(shù)據(jù)采集裝置214發(fā)送測(cè)量控制指令，控制與自身所在的智能控制裝置21連接的開關(guān)22閉合，以使與該開關(guān)22連接的電極23與數(shù)據(jù)采集裝置214接通，數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)，具體地如果電極23的狀態(tài)為第一測(cè)量狀態(tài)，則控制器211向數(shù)據(jù)采集裝置214發(fā)送第一測(cè)量控制指令，控制與自身所在的智能控制裝置21連接的開關(guān)22閉合，以使與該開關(guān)22連接的電極23與數(shù)據(jù)采集裝置214接通，此時(shí)，電極23的狀態(tài)即為第一測(cè)量狀態(tài)，該電極23即為第三電極，數(shù)據(jù)采集裝置214測(cè)量該處于第一測(cè)量狀態(tài)的電極23與處于第二測(cè)量狀態(tài)的第四電極間的電動(dòng)勢(shì)。相應(yīng)的，如果電極23的狀態(tài)為第二測(cè)量狀態(tài)，則控制器211向數(shù)據(jù)采集裝置214發(fā)送第二測(cè)量控制指令，控制與自身所在的智能控制裝置21連接的開關(guān)22閉合，以使與該開關(guān)22連接的電極23與數(shù)據(jù)采集裝置214接通，此時(shí)，電極23的狀態(tài)即為第二測(cè)量狀態(tài)，該電極23即為第四電極，由處于第一測(cè)量狀態(tài)的第三電極所在的電極開關(guān)的數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量處于第一測(cè)量狀態(tài)的第三電極與處于第二測(cè)量狀態(tài)的第四電極23間的電動(dòng)勢(shì)。在本實(shí)施例中，設(shè)定由第三電極所在的電極開關(guān)的數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量第三電極和第四電極間的電動(dòng)勢(shì)，即第三電極和第四電極間的全時(shí)域測(cè)量電壓。當(dāng)然本實(shí)施例并不限定于此，也可由第四電極所在的電極開關(guān)的數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量第三電極和第四電極間的電動(dòng)勢(shì)，只要通過數(shù)據(jù)采集裝置能夠測(cè)量出兩個(gè)電極的電動(dòng)勢(shì)都是本發(fā)明保護(hù)的范圍。當(dāng)測(cè)量完一組數(shù)據(jù)時(shí)，按設(shè)定的測(cè)量方式改變第一電極、第二電極、第三電極和第四電極的位置，位置的改變是根據(jù)處理器的控制命令改變開關(guān)陣列中電極的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的，即通過主機(jī)可設(shè)置供電電極和測(cè)量電極的位置。此外，主機(jī)I的處理器11還可根據(jù)全時(shí)域供電電壓與全時(shí)域供電電流，獲取各測(cè)點(diǎn)的電阻率、頻散率以及二次場(chǎng)電位衰減特征等多個(gè)電性參數(shù)。通過本發(fā)明提供的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，可同時(shí)測(cè)量在加 熱過程中砂土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)以及電極的電氣參數(shù)，通過砂土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)、電極的電氣參數(shù)以及二者的相關(guān)性可反映砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性。本發(fā)明提供的探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高、故障率低，且易于操作。實(shí)施例二本發(fā)明實(shí)施例二提供了一種實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，圖4為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)同樣包括相連接的主機(jī)I及開關(guān)陣列2，與實(shí)施例一不同的是，本實(shí)施例二提供的系統(tǒng)中，主機(jī)I除了包括處理器11和測(cè)控單元12之外，還包括分別和處理器11相連的檢測(cè)單元13、顯示單元14和存儲(chǔ)器15。本實(shí)施例中的開關(guān)陣列2包括12個(gè)電極開關(guān)單元，每個(gè)電極開關(guān)單元包括12個(gè)電極開關(guān)，開關(guān)陣列中的所有電極開關(guān)串聯(lián)，與實(shí)施例一相同，每個(gè)電極開關(guān)均包括開關(guān)測(cè)控裝置21、開關(guān)22和電極23，開關(guān)測(cè)控裝置21與開關(guān)22連接，開關(guān)22與電極23連接。此外，在本實(shí)施例中，主機(jī)I與12V電源相連，電源用于向主機(jī)I供電，且測(cè)量時(shí)通過供電電極向外供電。主機(jī)I的檢測(cè)單元13檢測(cè)開關(guān)陣列中的電極開關(guān)是否正常工作，同時(shí)，檢測(cè)單元13還用于檢測(cè)電控加熱測(cè)量裝置3是否正常工作，如果電控加熱測(cè)量裝置3和開關(guān)陣列2中的電極開關(guān)全部正常，則處理器11向電控加熱測(cè)量裝置3發(fā)送第一控制指令，控制加熱棒對(duì)待測(cè)量砂土介質(zhì)進(jìn)行加熱，同時(shí)，溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量砂土介質(zhì)的溫度，并將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至主機(jī)I的處理器11，處理器11根據(jù)加熱棒的加熱時(shí)間和在加熱時(shí)間內(nèi)砂土介質(zhì)的溫度計(jì)算砂土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，顯示單元14可實(shí)時(shí)顯示砂土介質(zhì)的溫度和導(dǎo)熱系數(shù)。并且，砂土介質(zhì)的溫度和導(dǎo)熱系數(shù)可存儲(chǔ)與主機(jī)I的存儲(chǔ)器15中。在電控加熱測(cè)量裝置3對(duì)待測(cè)量砂土介質(zhì)進(jìn)行加熱的同時(shí)，處理器11向開關(guān)陣列2發(fā)送第二控制指令，開關(guān)測(cè)控裝置根據(jù)第二控制指令改變與其連接的開關(guān)的狀態(tài)以響應(yīng)改變與該開關(guān)連接的電極的電氣參數(shù)。主機(jī)的測(cè)控單元測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的全時(shí)域供電電流，開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的全時(shí)域測(cè)量電壓。主機(jī)I的處理器11根據(jù)全時(shí)域供電電流和全時(shí)域測(cè)量電壓計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的電阻率、頻散率以及二次場(chǎng)電位衰減特征等多個(gè)電性參數(shù)。主機(jī)I的顯示單元14可實(shí)時(shí)顯示全時(shí)域供電電流、全時(shí)域測(cè)量電壓、電阻率、頻散率以及二次場(chǎng)電位衰減特征等多個(gè)電性參數(shù)。并且，上述電性參數(shù)可存儲(chǔ)于主機(jī)I的存儲(chǔ)器15中。通過上述獲取的導(dǎo)熱系數(shù)和電阻率等參數(shù)可以得知砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)與電性參數(shù)的關(guān)系。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例二中，主機(jī)的測(cè)控單元與開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量電極的電極參數(shù)的過程與實(shí)施例一相同，在此不作贅述，詳情可參見實(shí)施例一。在本實(shí)施例中，主機(jī)與開關(guān)陣列通過一根9芯電纜連接，其中，9芯電纜中4芯為控制流與數(shù)據(jù)傳輸線，用于傳輸處理器下發(fā)的控制命令和開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量的電極參數(shù)，2芯為高壓供電線，用于與供電電極接通向外供電，2芯為開關(guān)陣列的工作電源線，用于使開關(guān)陣列中每個(gè)電極開關(guān)正常工作，I芯為公共地線。在本實(shí)施例中，由12個(gè)極距為4cm的電極開關(guān)組成一個(gè)電極開關(guān)單元，由12個(gè)電極開關(guān)單元級(jí)聯(lián)組成O. 6mXO. 6mXO. 08m的密封開關(guān)陣列。其中，電極開關(guān)中的電極為長6cm直徑為3mm的不銹鋼電極?！ねㄟ^本發(fā)明提供的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，可同時(shí)獲取砂土介質(zhì)的熱物性參數(shù)和電性參數(shù)，通過電特性參數(shù)、熱物性參數(shù)以及電特性參數(shù)和熱物性參數(shù)的相關(guān)性，可更好的研究砂土介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性。本發(fā)明提供的探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高、故障率低，且易于操作。本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。最后，還需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。為了描述的方便，描述以上裝置時(shí)以功能分為各種單元分別描述。當(dāng)然，在實(shí)施本申請(qǐng)時(shí)可以把各單元的功能在同一個(gè)或多個(gè)軟件和/或硬件中實(shí)現(xiàn)。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括主機(jī)、分別與所述主機(jī)相連的電控加熱測(cè)量裝置和開關(guān)陣列； 所述主機(jī)包括互相連接的處理器和測(cè)控單元； 所述電控加熱測(cè)量裝置包括加熱棒和溫度傳感器； 所述開關(guān)陣列包括至少四個(gè)電極開關(guān)，所述開關(guān)陣列中的所有電極開關(guān)級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述電極開關(guān)包括電極、開關(guān)和開關(guān)測(cè)控裝置，其中，所述開關(guān)測(cè)控裝置與所述開關(guān)連接，所述開關(guān)與所述電極連接； 所述處理器向所述電控加熱測(cè)量裝置發(fā)送第一控制指令，控制所述電控加熱測(cè)量裝置利用所述加熱棒對(duì)砂土介質(zhì)進(jìn)行加熱，并且，所述處理器向所述開關(guān)陣列發(fā)送第二控制指令，控制所述開關(guān)測(cè)控裝置改變與其連接的開關(guān)的狀態(tài)以響應(yīng)改變與該開關(guān)連接的電極的電氣參數(shù)； 所述溫度傳感器測(cè)量砂土介質(zhì)的溫度，所述處理器根據(jù)加熱時(shí)間和與所述加熱時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算砂土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)； 所述測(cè)控單元測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)； 所述開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處于供電狀態(tài)的電極包括處于第一供電狀態(tài)的第一電極和處于第二供電狀態(tài)的第二電極； 所述處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)包括通過所述第一電極與所述第二電極供出的全時(shí)域供電電流，所述全時(shí)域供電電流為正負(fù)雙向方波供電電流； 所述處于測(cè)量狀態(tài)的電極包括處于第一測(cè)量狀態(tài)的第三電極和處于第二測(cè)量狀態(tài)的第四電極； 所述處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)包括所述第三電極和所述第四電極間的全時(shí)域測(cè)量電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特性在于，所述主機(jī)與所述開關(guān)陣列通過ー根多芯電纜連接，其中 所述多芯電纜中至少包括4根控制流與數(shù)據(jù)傳輸線和2根高壓供電線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述開關(guān)測(cè)控裝置包括控制器，分別和所述控制器相連的數(shù)據(jù)采集裝置供電輸出控制單元和傳輸接ロ； 所述控制器通過所述傳輸接ロ接收所述處理器發(fā)送的第二控制指令，并根據(jù)所述控制指令獲取電極的狀態(tài) 如果所述電極的狀態(tài)為供電狀態(tài)，則向所述供電輸出控制單元發(fā)送供電控制指令，供電輸出控制單元控制與其自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置連接的開關(guān)閉合，以使與該開關(guān)連接的電極和一根所述高壓供電線接通，所述主機(jī)測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)； 如果所述電極的狀態(tài)為測(cè)量狀態(tài)，則向所述數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送測(cè)量控制指令，控制與自身所在的開關(guān)測(cè)控裝置連接的開關(guān)閉合，以使與該開關(guān)連接的電極與所述數(shù)據(jù)采集裝置接通，所述數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)還包括與所述處理器相連，實(shí)時(shí)顯示所述砂土介質(zhì)的溫度和所述電極的電氣參數(shù)的顯示單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)還包括與所述處理器相連，存儲(chǔ)所述砂土介質(zhì)的溫度和所述電極的電氣參數(shù)的存儲(chǔ)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)還包括與所述處理器相連，檢測(cè)所述電控加熱測(cè)量裝置和開關(guān)陣列中各個(gè)電極開關(guān)是否正常工作的檢測(cè)單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)陣列包括12個(gè)電極開關(guān)單元，每個(gè)所述電極開關(guān)單元包括12個(gè)極距為4cm的電極開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)陣列為0.6mX0. 6mX0. 08m的密封開關(guān)陣列。
全文摘要
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N實(shí)驗(yàn)用砂土介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性探測(cè)系統(tǒng)，包括主機(jī)、電控加熱測(cè)量裝置及開關(guān)陣列。電控加熱測(cè)量裝置包括加熱棒和溫度傳感器，主機(jī)包括處理器和測(cè)控單元，開關(guān)陣列包括至少四個(gè)電極開關(guān)，每個(gè)電極開關(guān)包括電極、開關(guān)和開關(guān)測(cè)控裝置，處理器向電控加熱測(cè)量裝置發(fā)送第一控制指令，控制加熱棒對(duì)砂土介質(zhì)加熱，并且處理器向開關(guān)陣列發(fā)送第二控制指令，開關(guān)測(cè)控裝置根據(jù)第二控制指令改變與其連接的開關(guān)的狀態(tài)以響應(yīng)改變與該開關(guān)連接的電極的電氣參數(shù)，溫度傳感器測(cè)量砂土介質(zhì)的溫度，測(cè)控單元測(cè)量處于供電狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)，開關(guān)測(cè)控裝置測(cè)量處于測(cè)量狀態(tài)的電極的電氣參數(shù)。本申請(qǐng)?zhí)峁┑奶綔y(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、測(cè)量精度高且故障率低。
文檔編號(hào)G01N25/18GK102818818SQ201210299050
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者杜立志 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)