Устройство для мониторинга температур в протяженном объекте

Устройство для мониторинга темнератур в нротяженном 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 также устройство мониторинга температуры в сваях в условиях вечной мерзлоты, описанное в авторском свидетельстве № 1385715. Это устройство содержит термоподвеску, опускаемую в скважину и состоящую из датчиков температуры. Данное устройство взято в качестве прототипа.
Однако это устройство имеет также свой недостаток - оно не предназначено для автоматического выявления опасных температур, а также не может передавать информацию на центральный пункт сбора информации.
Известно устройство контроля температуры в буровых скважинах, описанное в патенте РФ 2053358. Это устройство содержит датчики температуры, аналого-цифровые преобразователи, ОЗУ, ПЗУ, микропроцессор, задающий генератор.
Однако это устройство предназначено для измерения температуры только в процессе бурения скважины и не предназначено для измерения температуры уже после бурения.
Известно также устройство мониторинга температуры в скважинах, описанное в заявке WO 02/25317. Это устройство содержит устройство сбора информации, устанавливаемое на поверхности земли и подвеску, состоящую из датчиков температуры, контроллера и памяти, опускаемую в скважину.
Однако это устройство не предназначено для измерения температуры в условиях вечной мерзлоты, и кроме того, это устройство обладает избыточностью аппаратуры, т.к. для каждого
Е 21 В 47/12
датчика температуры в подвеске предусмотрен свой контроллер, который осуществляет обработку полученной информации.
Таким образом, техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение автоматического мониторинга температуры в различных условиях, в том числе и мерзлотных, а также сокращение аппаратурных затрат и обеспечение накопления и долго хранения измеренных температур.
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 небольщого диаметра, дополнительно содержит 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, рещающее 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 рещающего устройства, второй входвыход которого соединен с первьм 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.
В частном варианте выполнения заявленного устройства 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 самонесутцего кабеля.
Еще в одном частном варианте протяженный объект представляет собой скважину.
Еще в одном частном варианте протяженный объект представляет собой резервуар с неагрессивной жидкостью.
Заявленная полезная модель поясняется следующими чертежами: фиг. 1, на которой показана структурная схема заявленного устройства; фиг. 2, на которой показан график распределения температур в зависимости от уровня погружения датчика термоподвески; фиг. 3, на которой представлена таблица распределения температуры и уровня.
Как видно из чертежа фиг. 1, заявленное устройство состоит из двух основных частей термоподвески 1 и специализированного вторичного блока - вычислителя. Эти части располагаются в одном корпусе.
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 вьивления опасных температурных полей протяженного объекта, блока
задания начальных параметров 7, интерфейса передачи данных 8, аккумуляторной батареи питания 9.
Заявленное устройство осуществляет в автоматическое измерение температуры в протяженном объекте на разных глубинах с определенным шагом при помощи опущенной в неё термоподвески, а также анализ температурного распределения вдоль объекта, который выполняется решающим устройством 6 с целью выявления аварийных для объекта ситуаций.
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.
Заявленное устройство работает следующим образом.
С помощью блока задания начальных параметров устанавливаются начальные значения для рещающего блока 6 и управляющего микроконтроллера 4.
Термоподвеска опускается в скважину или резервуар. Датчики температуры измеряют температуру в скважине или в резервуаре. На чертеже фиг. 2 показан график распределения значений измеренных температур от уровня объекта, а на чертеже фиг. 3 показана таблица, в которой приведены значения, показанные на графике.
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, записьшаются микроконтроллером 4 в энергонезависимое запоминающее устройство 3. Решающий блок 6 подвергает поступающие распределения температуры многопараметрическому анализу в соответствии с заложенными в него конфигурационными данньми с целью выявления аварийных ситуаций. После этого данные с решающего блока 6 поступают на интерфейс 6.
1.в режиме on-line, когда оно включено в проводную нли 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 аккумуляторной батареи 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.
Заявленное устройство переходит в этот режим, когда пропадает внешнее питание, или если устройство намеренно используется на удаленных объектах, на которых нет сетевого электропитания. В этом случае устройство накапливает архив данных в своей энергонезависимой памяти.
Рещающий блок работает следующим образом.
Распределения температуры, например, значения, которые показаны на чертежах фиг. 2, 3, попав в рещающий блок с преобразователя 2, подвергаются сравнению с табличньми данными и предыдущими замерами. В результате сравнений выявляются распределения температуры, которые с заданной вероятностью являются опасными для конструкций свайных полей. Также рещающий 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.
Анализ полученного температурного поля, осуществляемый рещающим блоком, сводится к следующим действиям:
1)Оценка полученного распределения температуры с использованием методик распознавания образов на основе известных критериев, например, Байеса, основанного на минимизации среднего риска. При этом в качестве опорных значений используются табличные распределения, полученные, в том числе, с помощью математического моделирования и предыдущего опыта безаварийной эксплуатации объекта.
2)Оценка полученного температурного поля в совокупности с предыдущими измерениями для регрессионного анализа и прогноза состояния контролируемого объекта.
Следует также отметить, что часть работы по математической обработке данных может выполняться и компьютерной системой центральной станции, в которую передаются данные от устройств мониторинга.