冻土区斜坡温度监测系统设计

摘要

在原油输送过程中,管道经由多年冻土区,输油管道中原油温度会影响管道周围多年冻土区土壤的温度场,引起复杂的地质灾害问题,如冻胀、融沉、水土流失、边坡失稳等,对管道安全造成威胁,严重影响原油的运输。其中,不稳定斜坡是冻土区管道面临的最大威胁,极有可能造成斜坡底部管道发生屈曲褶皱变形。
　　本课题通过对冻土区斜坡失稳机理、形成过程及斜坡监测技术的研究,研发了一套冻土区斜坡温度监测系统。通过对斜坡温度的实时监测,进行远程跟踪斜坡温度场情况,为研究冻土区的安全监测提供可靠数据支持。
　　本温度监测系统在设计时,根据所测当地冻土区实际情况,从高精度、低功耗、数据无线传输三方面出发,将系统分为两大部分:上位机及下位机。系统设计时围绕低成本、模块化思想,其中下位机设计为本课题重点,它由四大模块组成:GSM模块、主控板模块、数据采集模块、传感器及调理电路模块。根据系统需求,选择线性度、精度及稳定性较好的铂电阻PT100温度传感器作为测量元件,运用恒流源做为信号获取电路,通过调理电路对铂电阻的导线及非线性引起的误差进行补偿,增加其测量精度。在主控板模块及数据采集模块硬件选择时,遵循低成本、普遍性、高性能、低功耗原则。在各芯片连接电路设计时,遵循准确性、简化性、兼容性原则。PCB板设计时,重点考虑其电磁兼容性和散热性。软件设计方面,采用功能模块化,遵循可靠性、可扩展性、标准化及简单性原则。

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第一章 绪论

1.1 本课题研究背景

1.2 漠大管道沿线冻土环境分析

1.3 冻土区输油管道工程研究现状

1.4 冻土区斜坡稳定性国内外研究现状

第二章 系统架构及测试元件选择

2.1 系统设计原则

2.2 系统总体结构

2.3 测温方法的分类及特点

2.4 常用测温传感器的工作原理及特点

2.5铂热电阻温度传感器

2.6 本项目所选铂电阻温度传感器技术性能指标

2.7 本章小结

第三章 铂电阻温度传感器非线性的补偿方法及电路实现

3.1 铂电阻温度传感器测量误差分析

3.2 铂电阻非线性补偿方法

3.3 铂电阻补偿电路的设计

3.4 本章小结

第四章 系统硬件设计

4.1 系统元器件选用原则

4.2 系统各功能模块结构设计

4.3 主控板电路设计

4.4采集模块电路设计

4.5 主控板及采集模块的PCB板设计

4.6 GSM模块

4.7 本章小结

第五章 系统软件设计

5.1 主控板与采集模块通信协议

5.2 主控板程序结构

5.3 采集模块程序结构

5.4 GSM模块程序结构

5.5 上位机软件结构设计

5.6本章小结

第六章 冻土区斜坡温度监测系统实验

6.1 实验地点选择

6.2 铂电阻温度传感器的封装

6.3 监测设备及传感器布设

6.4 监测系统数据分析

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

附录：

致谢