[發(fā)明專利]一種分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)及其測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010552170.6
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111624227B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧凱;施斌;張博;魏廣慶;向伏林;魏壯;曹鼎峰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué);蘇州南智傳感科技有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 馮尚杰

1.一種分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、將復(fù)合光纜埋設(shè)于待測土體中，所述復(fù)合光纜包括光纖及熱電阻材料層，用于對所述待測土體加熱的所述熱電阻材料層包覆所述光纖，所述光纖用于測試所述待測土體的溫度；

步驟S2、利用加熱控制模塊通過所述熱電阻材料層對所述待測土體加熱，所述熱電阻材料層的單位長度加熱功率為q，加熱時間為t；

利用光信號處理控制模塊采集所述待測土體位于深度h的所述待測土體的溫度T；

步驟S3、所述光信號處理控制模塊根據(jù)公式計算獲得所述深度h的所述待測土體的導(dǎo)熱系數(shù)λ：

所述待測土體的深度包括多個深度，所述光信號處理控制模塊同時獲得所述待測土體的所述多個深度的對應(yīng)位置的所述待測土體的所述導(dǎo)熱系數(shù)；

步驟S4、繪制所述導(dǎo)熱系數(shù)與所述深度的曲線圖；

在所述步驟S2中，包括：

步驟S21、利用所述加熱控制模塊以預(yù)設(shè)功率P₀通過所述熱電阻材料層對所述待測土體加熱，所述熱電阻材料層的電阻為R，實時記錄電壓值V；

步驟S22、根據(jù)所述電壓值V及所述電阻R計算實時功率P，并對比所述實時功率P與所述預(yù)設(shè)功率P₀的關(guān)系，如果P＞(1±0.05)P₀，結(jié)束；如果P≤(1±0.05)P₀，執(zhí)行步驟S23；

步驟S23、記錄所述待測土體的實時溫度Ti，計算所述待測土體不同監(jiān)控深度所述加熱時間t的k值，其中，對所述k值與所述加熱時間t進(jìn)行線性回歸，計算R²，其中，如果R²≥0.95，開始存儲所述實時溫度Ti為所述待測土體的所述溫度T，重復(fù)步驟S23，并執(zhí)行所述步驟S3；

如果R²＜0.95，停止存儲所述溫度T，重復(fù)步驟S23。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試方法，其特征在于，所述步驟S21之前，還包括：

步驟S20、利用所述光信號處理控制模塊采集所述待測土體的初始溫度，采集間隔為0.5min，采集時間t₁≥30min；判斷所述初始溫度的標(biāo)準(zhǔn)差σ，如果標(biāo)準(zhǔn)差σ≤0.5℃，存儲所述初始溫度，執(zhí)行步驟S21；

如果標(biāo)準(zhǔn)差σ＞0.5℃，重復(fù)所述步驟S20。

3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一權(quán)利要求所述的分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試方法，其特征在于，在步驟S4之后，還包括：

步驟S5、停止所述加熱控制模塊，所述光信號處理控制模塊采集冷卻過程中的所述待測土體的冷卻溫度，冷卻采集時間t2為30min，判斷所述冷卻溫度的標(biāo)準(zhǔn)差σ，如果標(biāo)準(zhǔn)差σ＞0.3℃，重復(fù)所述步驟S5；如果標(biāo)準(zhǔn)差σ≤0.3℃，結(jié)束。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試方法，其特征在于，所述多個深度的間隔為0.4m；所述步驟S23中，所述不同監(jiān)控深度的間隔為4-6m。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試方法，其特征在于，所述復(fù)合光纜垂直埋設(shè)于所述待測土體中，所述復(fù)合光纜呈U型布置，其包括下沉段及與所述下沉段相對布置的折返段。

6.一種分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)，用于利用如權(quán)利要求1所述的分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試方法測試待測土體的導(dǎo)熱系數(shù)，其特征在于，所述分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)包括：

復(fù)合光纜，所述復(fù)合光纜為內(nèi)加熱光纜，所述復(fù)合光纜包括光纖、熱電阻材料層和光纜保護(hù)層，所述熱電阻材料層和所述光纜保護(hù)層同心設(shè)置，所述光纖位于所述復(fù)合光纜的中心，所述熱電阻材料層位于所述光纖和所述光纜保護(hù)層之間；

加熱控制模塊，所述加熱控制模塊與所述熱電阻材料層電連接形成加熱電路，其用于通過加熱所述熱電阻材料層加熱所述待測土體；

光信號處理控制模塊，其與所述光纖連接形成一光路，光信號處理控制模塊用于通過所述光纖采集所述待測土體的溫度及計算所述待測土體的導(dǎo)熱系數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分布式土體導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電阻材料層的材料為銅、不銹鋼或碳纖維。