Начинается...

Приборы для автономного мониторинга температуры

Приборы для автономного мониторинга температуры

А. Ю. НЕДЕЛЬКО – ведущий инженер ОАО НПП «Эталон», г. Омск

В статье приводится описание логгеров с батарейным питанием, собирающих данные с цифровых датчиков температуры, с радио и microSD интерфейсами передачи данных.

При проведении мониторинга температуры труднодоступных, удаленных от промышленной инфраструктуры объектов возникает потребность в приборах, способных автономно, в течение длительного периода времени, собирать и сохранять данные о температуре – автономных логгерах температуры. Функционирование таких приборов обычно осуществляется от встроенного элемента питания с расширенным диапазоном допустимых температур эксплуатации, сохранение данных в энергонезависимой памяти. Рассмотрим логгер цифровых датчиков температуры ЛЦД-1/100 (далее – логгер) разработанный ОАО НПП «Эталон».

Логгер предназначен для автономного считывания результатов измерения температуры с датчиков температуры многозонных цифровых МЦДТ (далее – термокоса) с заданной периодичностью, и может применяться для проведения измерений с целью определения распределения температуры грунтов, трубопроводов, а также других протяженных объектов. Логгер выпускается в двух исполнениях:

ЛЦД-1/100-СД – обеспечивает сохранение результатов измерения температуры на карту памяти формата microSD, передача данных на ПК посредством карт-ридера;

ЛЦД-1/100-РМ – обеспечивает сохранение результатов измерения температуры в энергонезависимой памяти, передача данных на ПК посредством радиоканала. ЛЦД-1/100-РМ относится к радиоэлектронным средствам (РЭС), не подлежащим регистрации (полоса радиочастот 433,075-434,79 МГц, мощность передатчика не более 10 мВт), согласно п. 22 Приложения к перечню РЭС подлежащих регистрации Постановления Правительства РФ от 12.10.2004 г № 539.

ЛЦД-1/100 без защитного кожуха

Рис. 1. ЛЦД-1/100 без защитного кожуха
1 – разъем для подключения термокосы; 2 – серийный номер логгера10 – антенна; 3 – прокладка11 – фидер антенны; 4 – кнопка «TEST»12 – антенный разъем ЛЦД-1/100-СД ЛЦД-1/100-РМ; 5 – светодиод13 – кабель для подключения термокосы; 6 – защитная крышка платы14 – фидер логгера; 7 – батарейный отсек15 – кабельный ввод; 8 – крышка батарейного отсека; 9 – разъем для карты памяти

Компактные размеры (диаметр 25 мм, длина 210 мм) позволяют устанавливать логгер непосредственно в термометрическую скважину. Диапазон температур окружающего воздуха при долговременной эксплуатации логгера от -40°С до +40°С, при эксплуатации в более жестких климатических условиях логгер размещается в термометрической скважине ниже уровня грунта на 0,5 – 1 м, где температурные условия значительно мягче. Крепление логгера осуществляется за хвостовик на кожухе, либо любым другим удобным способом за корпус логгера. Термокосы массой до 3 кг могут удерживаться в разъеме логгера только за счет встроенного фиксатора, для термокос большей массы предусмотрено дополнительное крепление.

Логгер работает от литиевого элемента питания типоразмера АА, расчетное время работы логгера без замены элемента питания, при условии соблюдения допустимых температур эксплуатации, приведено на рис. 2.

Расчетное время работы логгера ЛЦД-1/100   Расчетное время работы логгера ЛЦД-1/100

Рис. 2. Расчетное время работы логгера ЛЦД-1/100

ЛЦД-1/100-СД сохраняет данные на карту памяти формата microSD, отформатированную в файловой системе FAT16, перенос данных на ПК осуществляется с помощью стандартного карт-ридера. Максимального размера файла, ограниченного в FAT16 2 Гбайт, достаточно для записи данных на протяжении 10 и более лет. При обращении к карте памяти логгер ищет в корневом каталоге файл с соответствующим его серийному номеру именем. Если файл существует, логгер проверяет имя файла на наличие флага обновления текущего времени и изменения периода измерений. Если файл не найден, логгер создает в корневом каталоге новый файл с уникальным именем, содержащим серийный номер логгера и текущий период измерений.

Данные в файле защищаются электронной подписью, рассчитываемой логгером по определенному алгоритму, при внесении изменений в данные выдается соответствующее предупреждение. Так как файл логгера имеет обычный текстовый формат, для просмотра и обработки данных могут использоваться не только специализированные программы, но и многие другие, поддерживающие данные в текстовом формате, например, Notepad, Word, Excel. Система хранения данных в виде файлов с именами, содержащими уникальный серийный номер логгера, позволяет организовывать архивы большого размера, и с определенностью знать, с какого прибора, с какой термокосы и в какой период времени собраны данные.

Файл данных ЛЦД-1/100-РМ расположен во внутренней энергонезависимой памяти логгера, передача данных на ПК осуществляется посредством радиоканала. Управление ЛЦД1/100-РМ осуществляется одновременно для группы логгеров, расположенных в пределах зоны уверенного приема в заданном частотном канале.

Каждый логгер имеет радиопозывной, состоящий из идентификационного кода типа приборов и уникального серийного номера логгера. Логгеры с определенной периодичностью сканируют радиоэфир в заданном частотном канале, при удачном приеме радиопозывного и следующей за ним команды логгер выполняет ее и передает подтверждение.

Радиопозывные группы логгеров и номер частотного канала сохраняются в текстовом конфигурационном файле. Обмен информацией по радиоканалу осуществляется посредством ПК, переходника USB/PM (рис. 3) и сервисного программного обеспечения (рис. 4). В мобильном варианте необходимое оборудование состоит из ноутбука с подключенным переходником USB/PM и выносной антенны с магнитным креплением, установленной на крыше транспортного средства. Загруженные на ПК данные сохраняются в файл в текстовом формате, аналогичном ЛЦД-1/100- СД.

Переходник USB/PM

Рис. 3. Переходник USB/PM

Сервисное программное обеспечение

Рис. 4. Сервисное программное обеспечение

Логгеры имеют встроенную систему диагностики неисправностей электроники, термокосы, карты памяти и элемента питания, которая позволяет убедиться нормальном функционировании прибора перед установкой на объекте. Замена термокосы, карты памяти или элемента питания, подключение антенны может осуществляться на месте установки логгера, без использования каких-либо инструментов.

Наиболее актуальная область применения логгеров – геотехнический мониторинг температуры грунтов в местах расположения объектов нефтегазового комплекса, зданий и сооружений, объектов транспортной инфраструктуры в северных районах России, так как надежность и безопасность их строительства и функционирования во многом определяется эффективностью систем мониторинга температуры грунтов.

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Попов А. П., Милованов В. И., Жмулин В. В., Рябов В. А., Бережной М. А. К вопросу о типовых технических решениях по основаниям и фундаментам для криолитозоны // Инженерная геология, 2008, сентябрь, с. 22–38.
  2. Корниенко С. Г. Изучение и мониторинг мерзлых грунтов с использованием данных космической съемки // Материалы 11-й Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформатика в нефтегазовой отрасли».
  3. Минкин Марк. Строительство нефтегазовых объектов на Севере // Материалы семинара «Вопросы проектирования фундаментов на особых грунтах. Новые геотехнические конструкции и методы их расчетов», 2010.

Скачать статью в формате pdf →