УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУР В ПРОТЯЖЕННОМ ОБЪЕКТЕ

Полезная модель относится к устройствам мониторинга температур в протяженном объекте, в частности, в различных скважинах в почве, в том числе, в мерзлых почвах, а также, в резервуарах для неагрессивных жидкостей.
Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее RC-генератор с включенным в частотно-задающую цепь и последовательно соединенными терморезистором и эталонным резистором, подключенный к регистратору, диод, подключенный параллельно терморезистору, а регистратор выполнен в виде селектора импульсов, двух измерителей длительности импульсов и последовательно соединенных сумматора, перемножителя и индикатора, при этом выходы селектора импульсов через соответствующие измерители длительности импульсов подключены к соответствующим входам сумматора (RU 1663452). Данное устройство не предназначено для автоматического выявления опасных температур, и для передачи информации на центральный пункт сбора информации.
Известно устройство для каротажа скважины, при котором осуществляют мониторинг температуры, и которое содержит устройство сбора информации, устанавливаемое на поверхности земли и подвеску, состоящую из датчиков температуры, контроллера и памяти, опускаемую в скважину (WO 02/25317).
Однако это устройство не предназначено для измерения температуры в условиях вечной мерзлоты, и, кроме того, это устройство обладает избыточностью аппаратуры, т.к. для каждого датчика температуры в подвеске предусмотрен свой контроллер, который осуществляет обработку полученной информации.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является Устройство для мониторинга температуры в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры,
размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, предназначенный для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры в форму удобную для работы управляющего микроконтроллера, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, осуществляющее анализ полученных данных и выявление опасных температурных полей протяженного объекта, блок задания начальных параметров, аккумуляторную батарею питания и интерфейс передачи данных, при этом вход упомянутого преобразователя сигналов соединен с выходом термоподвески, а выход упомянутого преобразователя соединен со входом управляющего микроконтроллера, вход-выход энергонезависимого запоминающего устройства соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом упомянутого решающего устройства, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом блока задания начальных параметров, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера, четвертый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом интерфейса передачи данных, второй вход-выход которого является входом-выходом упомянутого устройства для мониторинга температуры, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом часов реального времени, выход аккумуляторной батареи питания соединен с соответствующим входом питания управляющего микроконтроллера (RU33156U1).
Данное устройство обеспечивает автоматический мониторинг температуры в различных условиях, в том числе и мерзлотных, а также сокращение аппаратурных затрат и обеспечение накопления и долгого хранения измеренных температур. Недостатком является отсутствие защиты от попадания окружающего воздуха в скважину, в результате чего искажается температурное поле скважины за счет конвекции и может произойти ее перемерзание. Кроме того, конструкция данного устройства не позволяет в случае необходимости извлекать термоподвеску из скважины в случае ее перемерзания.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание этой
полезно модели, является исключение возможности попадания окружающего воздуха в скважину, в результате чего снижается вероятность перемерзания скважины или искажения температурного поля скважины за счет конвекции.
Указанный технический результат достигается за счет того, что Устройство для мониторинга температуры в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, предназначенный для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры в форму удобную для работы управляющего микроконтроллера, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, осуществляющее анализ полученных данных и выявление опасных температурных полей протяженного объекта, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания, обеспечивающий работу устройства в автономном режиме при температуре окружающего воздуха от -50 до+70 °С и интерфейс передачи данных, при этом вход упомянутого преобразователя сигналов соединен с выходом термоподвески, а выход упомянутого преобразователя соединен со входом управляющего микроконтроллера, вход-выход энергонезависимого запоминающего устройства соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом упомянутого решающего устройства, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом блока задания начальных параметров, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера, четвертый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом интерфейса передачи данных, второй вход-выход которого является входом-выходом упомянутого устройства для мониторинга температуры, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом часов реального времени, выход встроенного источника питания соединен с соответствующим входом питания управляющего микроконтроллера, отличающееся тем, что снабжено уплотнением для исключения попадания окружающего воздуха в скважину.
Упомянутый интерфейс осуществляет передачу данных по беспроводному каналу.
В другом частном варианте упомянутый интерфейс осуществляет передачу данных по проводному каналу.
Еще в одном частном варианте упомянутый кожух выполнен в виде полимерной толстостенной оболочки самонесущего кабеля, из которой возможно извлекать устройство в целях, например, его периодической поверки.
Протяженный объект может представлять собой скважину, либо резервуар с неагрессивной жидкостью.
На фиг.1, показана структурная схема заявленного устройства.
Устройство состоит из двух основных частей: термоподвески 1 и специализированного вторичного блока - вычислителя. Термоподвеска 1 представляет собой цепочку последовательно расположенных датчиков температуры, помещенную в полимерную толстостенную оболочку самонесущего кабеля.
Вычислитель состоит из преобразователя сигналов 2, предназначенного для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры термоподвески 1, энергонезависимого запоминающего устройства 3, управляющего микроконтроллера 4, часов реального времени 5, решающего устройства 6, предназначенного для осуществления анализа полученных данных и выявления опасных температурных полей протяженного объекта, блока задания начальных параметров 7, интерфейса передачи данных 8, встроенного источника питания 9.
Заявленное устройство осуществляет в автоматическом режиме измерение температуры в протяженном объекте на разных глубинах с определенным шагом при помощи опущенной в него термоподвески, а также анализ температурного распределения вдоль объекта, который выполняется решающим устройством 6 с целью выявления аварийных для объекта ситуаций. Уплотнение термоподвески исключающет попадание окружающего воздуха в скважину и снижает вероятность ее перемерзания.
В качестве протяженного объекта могут быть любые скважины в различных
почвах, в том числе и мерзлых, а также могут быть различные резервуары с неагрессивными жидкостями, например, водой.
С помощью блока задания начальных параметров устанавливаются начальные значения для решающего блока 6 и управляющего микроконтроллера 4.
Термоподвеска с уплотнением (на чертеже не показано) размещается в скважине или резервуаре. Датчики температуры измеряют температуру в скважине или в резервуаре. Замеры с датчиков температуры, расположенных в термоподвеске 1, поступают на преобразователь сигналов 2, где происходит их нормировка и преобразование с учетом калибровочных данных. Далее распределения температуры, вместе с отметкой времени, предоставленной блоком часов реального времени 5, записываются микроконтроллером 4 в энергонезависимое запоминающее устройство 3. Решающий блок 6 подвергает поступающие данные распределения температуры многопараметрическому анализу в соответствии с заложенными в него конфигурационными данными с целью выявления аварийных ситуаций. После этого данные с решающего блока 6 поступают на интерфейс 6.
Заявленное устройство может работать в двух режимах:
1. В режиме on-line, когда оно включено в проводную или беспроводную (радио) постоянно действующую измерительную сеть мониторинга, и данные со множества аналогичных устройств мониторинга температуры поступают на центральную станцию, где они подвергаются повторному анализу.
2. В автономном режиме. При работе в этом режиме питание заявленного устройства осуществляется от встроенного источника питания 9, а само устройство программируется на замеры температурных распределений через заданные, устанавливаемые, интервалы времени. Считывание данных с интерфейса 8 в автономном режиме обеспечивается обходчиком при помощи переносного компьютера и соответствующей программы.
Решающий блок работает следующим образом.
Данные распределения температуры, попав в решающий блок с преобразователя 2, подвергаются сравнению с табличными данными и
предыдущими замерами. В результате сравнений выявляются распределения температуры, которые с заданной вероятностью являются опасными для конструкций свайных полей. Также решающий блок анализирует временные ряды температурных полей, выявляя опасные тренды и строя временной прогноз возникновения опасных ситуаций. Если в результате работы решающего блока 6 выявлена опасная ситуация или неблагоприятный прогноз, то эта информация запоминается в запоминающем устройстве 3, а также передается через интерфейс 8 передачи данных для оповещения соответствующих служб.