[發明專利]一種凍土自動觀測儀及使用方法

在審

• 申請號: 202110055883.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112683941A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 劉素清;吳建賓;韓玉鳳;李銅
• 申請（專利權）人: 中環天儀（天津）氣象儀器有限公司
• 主分類號: G01N25/04
• 分類號: G01N25/04
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 楊舒文

1.一種凍土自動觀測儀，包括數據采集模塊（1），其特怔在于：還包括測溫單元（2）、航空插座Ⅰ（3）、套管（4）、外殼（5）和襯板（6）；

所述的套管（4）由內套管（4-1）、外套管（4-2）組成；

所述外殼（5）由上殼體（5-1）、中殼體（5-2）、下殼體（5-3）組成；

所述的測溫單元（2）由0位單元(2-1)、1-50cm單元（2-2）、51-100cm單元（2-3）和101-150cm單元（2-4）、航空插頭（2-5）、航空插座Ⅱ（2-6）、連接桿（2-7）、連接桿堵頭（2-8）和一對半圓固定裝置（2-9）組成，所述0位單元(2-1)、1-50cm單元（2-2）、51-100cm單元（2-3）和101-150cm單元（2-4）均為長方形體，在0位單元(2-1)上焊接一個高精度溫度傳感器（2-10），在1-50cm單元（2-2）、51-100cm單元（2-3）和101-150cm單元（2-4）上分別以1cm間距焊接50個高精度溫度傳感器（2-10），所述0位單元（2-1）一端依次通過航空插頭（2-5）、航空插座Ⅱ（2-6）、連接桿（2-7）和連接桿堵頭（2-8）連接，所述0位單元（2-1）另一端依次通過1-50cm單元（2-2）、51-100cm單元（2-3）與101-150cm單元（2-4）連接，在每個單元上間隔的設置至少一對半圓固定裝置（2-9），所述測溫單元（2）插入內套管（4-1）內，航空插座Ⅱ（2-6）插入內套管（4-1）管口Ⅰ（4-1-1）內，數對半圓固定裝置（2-9）的兩側弧面（2-9-2）分別與內套管（4-1）內壁接觸配合，將測溫單元（2）固定在內套管（4-1）內；

所述內套管（4-1）插入外套管（4-2）內，內套管（4-1）的連接桿堵頭（2-8）一端插入外套管（4-2）管口Ⅱ（4-2-1）內，將內套管（4-1）固定在外套管（4-2）內；

所述外套管（4-2）與下殼體（5-3）一端卡接在一起，所述襯板（6）一端與下殼體（5-3）另一端固定，所述數據采集模塊（1）固定在襯板（6）另一端上，所述中殼體（5-2）的一端旋轉擰到下殼體（5-3）另一端上，將數據采集模塊（1）套裝在中殼體（5-2）內，所述上殼體（5-1）旋轉擰在中殼體（5-2）的另一端上，所述航空插座Ⅰ（3）安裝到下殼體（5-3）上；

電路連接為，航空插座Ⅰ（3）1端口接數據采集器模塊（1）V口上，2端口接數據采集器模塊（1）G口上，3端口接數據采集器模塊（1）Rx+口上，4端口接數據采集器模塊（1）Rx-口上，5端口接數據采集器模塊（1）Tx+口上，6端口接數據采集器模塊（1）Tx-口上，7端口連接下殼體（5-3）接地點上；

測溫單元（2）的0位單元(2-1)一端的正極、信號端、負極對應連接采集器P2端口的5V、信號端、G口，另一端正極、信號端、負極對應連接1-50cm單元（2-2）一端的正極、信號端、負極，1-50cm單元（2-2）另一端的正極、信號端、負極對應連接51-100cm單元（2-3）一端的正極、信號端、負極上，51-100cm單元（2-3）另一端的正極、信號端、負極對應連接101-150cm單元（2-4）一端的正極、信號端、負極上。

2.一種采用權利要求1所述的凍土自動觀測儀的使用方法，其特證在于，步驟如下：

一、將凍土自動觀測儀的航空插座Ⅰ（3）與上位機電腦的航空插頭連接，安裝凍土自動觀測儀，采用“鉆孔法”在地上鉆出直徑與凍土自動觀測儀相近，深度與外套管（4-2）尺寸一致的孔洞，外套管（4-2）為φ40，保證鉆孔必須≥φ40的孔，將外套管（4-2）豎直安裝到孔洞中，在外套管（4-2）與孔洞的間隙中灌入足量的細土、夯實，以防止外套管（4-2）下沉；外套管（4-2）0cm刻度線與地面平齊，外套管（4-2）與土壤緊密貼合，能夠很好地保證測量數據的穩定性，使得數據更具有連續性、可靠性和準確性，數據通過上位機軟件顯示并保存；

二、數據采集器模塊（1）每隔60秒，向測溫單元（2）發送命令，開始溫度采集，溫度采集完成后，數據采集模塊根據事先匹配好的ROM值輪詢測溫單元的溫度數據，這樣能最大程度地節約總線通訊時間，使得該系統可以在規定時間內完成采樣，氣象規定采樣時間至少1分鐘；

在初始狀態下，如果測溫單元（2）單點采樣溫度低于0度，該點被初始化為凍結狀態，否則該點初始化為融化狀態；

凍融狀態的轉化由兩方面參數共同確定，在凍結狀態下，如果出現溫度高于一定閾值1該點狀態由凍結轉為融化，如果溫度在0攝氏度到閾值1之間，累計溫度將起作用，累計溫度超過一定閾值時，該點也將由凍結轉為融化；

在融化狀態下，如果出現溫度低于一定閾值2，該點狀態由融化轉為凍結，如果溫度在0攝氏度到閾值2之間，累計溫度將起作用，累計溫度超過一定閾值時，該點也將由融化轉為凍結；

根據水凝結成冰或冰融化成水的溫度變化特性，通過閾值提取“凍點/融點”，從而得到凍土的上下限及深度數據，并采用高度集成化的微處理技術，提高數據采集、處理、存儲、傳輸的可靠性。