为了服务青藏高原铁路建设需要,本文在分析青藏高原冻土水热物理特性基础上,研究了冻土测试专用热敏电阻的非线性特性,通过实验逐点测试传感器温度值并进行分段拟合,得到热敏电阻的阻温关系曲线。结合青藏高原恶劣自然环境,设计了一种适应于青藏高原不同深度冻土温度监测系统。引入四线制方法,巧妙地设计了64通道温度监测电路,实现了不同深度冻土温度监测功能。根据测试精度要求,提出一种温度校正方法,解决了热敏电阻测量不稳定,信号畸变等问题。经过系统性能分析与实验室测试,结果表明系统能够满足不同深度冻土温度监测精度要求,功耗较低,具有良好的工作性能。
针对影响青藏铁路安全行车的冻土温度特性及其测试问题,对比国内外的冻土研究方法,设计含上位机系统和下位机系统青藏铁路冻土地温自动检测系统。选择高精度热敏电阻为温度传感器,设计与布置测试点的深度和间隔,通过下位机定时的地温数据测试、保存与发送,实现地温数据的采集,并采用上位机的接收数据、处理与分析功能,完成地温参数变化的描述与分析,可为冻土面的铁路工程设计提供数据依据。同时,以青藏铁路某两断面地温检测为示例,将系统应用于地温断面的数据采集与分析中,描述冻土的状态对该段青藏铁路的影响。自动检测系统将为青藏铁路的安全与长期稳定运营提供重要的冻土变化信息。
针对青藏铁路格拉段的自然环境特点,研发基于热敏电阻的高精度地温自动检测系统。检测系统由数据采集设备、手持数据转储设备、无线数据传输设备和管理计算机4部分组成。检测系统采用恒流源电路和比值法测量电阻提高数据采集的精度,利用差动放大屏蔽导线电阻和多路开关导通内阻的影响,通过休眠状态的设计和电源管理实现系统的低功耗运行。该系统安装在青藏铁路沿线的10个冻土地温观测断面中,并于2006年8月开始运行,采集的数据量大、精确,实现了自动化检测。检测系统的核心采集模块通用性很好,可以方便地移植到其他应用领域。
214国道冻土研究站的地温测量,采用的温度传感器是自行研制加工的热敏电阻温度计。该种热敏电阻温度计采用新方法加工,提高了分辨率,消除了电磁干扰,以及周围温度变化对探头和导线的影响,减小了系统误差;同时解决了在土体冻胀(或承压)时对土中测温探头挤压致使探头破坏的问题。它是室内大型模拟实验和现场测温以及受力土体测温的良好元件。