Система и способ мониторинга температур протяженного объекта Российский патент 2025 года по МПК G01K7/14 E21B47/12 

Изобретение относится к системам и способам мониторинга температур протяженных объектов, в частности в различных скважинах в грунте, в том числе в мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтах, в строительстве, на любых сложных нелинейных объектах, а также в резервуарах для неагрессивных жидкостей.

Известна система централизованного мониторинга и управления оборудованием удаленных объектов [1], содержащая датчики состояния объектов, приемно-контрольные приборы, пульт контроля управления и отображения информации на объекте, исполнительные устройства, пульт централизованного мониторинга, содержащего компьютер опроса, сбора и обработки информации, а также устройства приема и передачи сообщений на пульт централизованного мониторинга, содержащие информационную сеть. Приемно-контрольные приборы в ней выполнены в виде контроллеров опроса датчиков, устройства приема и передачи сообщений на пульт централизованного мониторинга содержат преобразователи интерфейсов, один из которых установлен на каждом объекте и связан с пультом контроля управления и отображения информации этого объекта, а другой преобразователь установлен на пульте централизованного мониторинга и связан непосредственно с компьютером опроса, сбора и обработки информации, снабженным устройством отображения и управления объектами.

Недостатками известной системы мониторинга являются ее усложненность, дороговизна и небольшая надежность.

Известно устройство для мониторинга температур в протяженном объекте [2], содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, 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, решающее устройство, осуществляющее анализ полученных данных и выявление опасных температурных полей протяженного объекта, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания, обеспечивающий работу устройства в автономном режиме при температуре окружающего воздуха от -50 до +70°С, и интерфейс передачи данных.

Недостатками известного устройства мониторинга температур являются:

- большое время термической реакции из-за наличия полимерной толстостенной оболочки, в которой расположена термоподвеска;

- узкая область применения;

- низкая герметичность термоподвески;

- сложность устройства мониторинга температур;

- низкая надежность.

Наиболее близким к предлагаемому способу мониторинга температур протяженных объектов является способ мониторинга температур протяженных объектов, заключающийся в установке запрограммированных температурных датчиков в протяженных объектах, измерении изменения температур, приема и оценки данных с помощью компьютера, оценки и сбора информации с помощью контроллера калибруют температурные датчики, размещенные последовательно и образующие термокосы, записывают в них калибровочные коэффициенты, прошивают их индивидуальные обозначения, с помощью температурных датчиков преобразуют электрические аналоговые сигналы, полученные от чувствительных элементов, в цифровые сигналы, с помощью интегрированного в температурные датчики интерфейса передают сигналы в контроллеры, осуществляющие функции управления, отображения информации, передачу цифровых сигналов по сети Ethernet в сетевой концентратор, объединяющий контроллеры, а также с помощью сетевого концентратора осуществляют передачу цифровых сигналов по сети Internet или по беспроводному каналу с помощью приемопередающего устройства в компьютер оценки и сбора информации.

Недостатком способа-прототипа является невысокая надежность и достоверность определения температур, а также отсутствие автоматизации процесса сбора и систематизации данных.

Задача изобретения - повышение точности измерения и надежности, автоматизация процесса сбора и систематизации данных

Поставленная задача достигается тем, что в системе мониторинга температур протяженных объектов, содержащей температурные датчики, средство сбора данных, поступающих от протяженного объекта, средство передачи данных, компьютер оценки информации, расположенный дистанционно относительно протяженного объекта, сети Ethernet и Internet, температурные датчики, каждый из которых размещен в отдельном защитном корпусе и снабжен интегрированным в него интерфейсом, соединены между собой гибким кабелем и образующие термокосу, каждая из которых снабжена средством сбора данных температурных датчиков, при этом выходы каждой термокосы соединены с разъемом для термокосы средства сбора данных, согласно изобретению каждое средство сбора данных выполнено в виде логгера, выполненного в корпусе из нержавеющей стали, размещенного совместно с термокосой в термометрической скважине, соединенного радиочастотным кабелем с антенной, закрепленной на оголовке, закрывающем и обеспечивающем защиту термометрической скважины, дополнительно введены средство беспроводной передачи данных и сервер обработки и хранения, при этом средство передачи данных, принимающее сигнал антенн, соединенных с логгерами, соединено с сервером обработки и хранения данных, который соединен с компьютером оценки информации. В системе мониторинга температур протяженных объектов средство передачи данных может быть выполнено в виде базовой станции Lorawan, базовой станция оператора связи либо в виде шкафа сбора и передачи данных.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе мониторинга температур протяженных объектов, заключающемся в установке запрограммированных температурных датчиков в термометрические скважины, измерении изменения температур, оценке данных с помощью компьютера, согласно изобретению в каждую термометрическую скважину помещают датчики термокосы и логгер, закрывают термометрическую скважину оголовком с мачтой, обеспечивая защиту скважины, закрепляют антенну на оголовке, соединяя ее с логгером, с помощью беспроводного канала передают данные на средство передачи данных и далее на сервер обработки и хранения данных, при этом оценку информации осуществляют с помощью компьютера оценки информации, подключенного через Web-интерфейс, при этом пакет данных формируют из заголовка и непосредственно передаваемых данных, включая в заголовок тип прибора и его серийный номер, входящие в идентификатор прибора, причем данные передают сессиями, включающими в себя один или несколько пакетов, разделенными минимальным периодом времени, пакеты разделяют на информационные и на периодические данные с термокосы.

Достигаемый технический результат - система позволяет централизовать разрозненные данные по территориальному признаку в единую базу данных, структурировать и систематизировать получаемую информацию и обеспечивать удаленный избирательный доступ данным для большого количества пользователей.

На фигуре представлена система мониторинга температур протяженных объектов, содержащая многозонные температурные 2 (термокосы), состоящие из датчиков 1, средство сбора данных 3 (логгер ЛЦД с различными технологиями беспроводной передачи данных и автономным питанием, работающий в течение нескольких лет от одного элемента питания), поступающих от протяженного объекта, средство передачи данных 4 (базовая станция Lorawan, базовая станция оператора связи, ШСПД и другие в зависимости от применяемой технологии беспроводной передачи данных), сервер обработки и хранения данных 5, компьютер оценки информации 6 (для подключения к WEB-интерфейсу программы на сервер обработки и хранения данных).

Заявленные система и способ мониторинга температур протяженных объектов работают следующим образом. Система мониторинга температур осуществляет в автоматическом режиме измерение температуры протяженных объектов на разных глубинах с определенным шагом при помощи опущенных в них термокос 2, а также анализ температурного распределения вдоль объекта, который выполняется логгером (средством сбора данных) 3 с целью выявления аварийных для объекта ситуаций. В качестве протяженных объектов могут быть любые скважины в различных грунтах, в том числе мерзлых, промерзающих и протаивающих, в строительстве, на любых сложных нелинейных объектах, а также в резервуарах для неагрессивных жидкостей.

Температурные датчики 1 производят замеры температуры, перевод аналогового сигнала в цифровой сигнал и с помощью интегрированного в температурные датчики 1 с однонаправленного интерфейса передают результаты измерений в логгер 3. Для обеспечения точности измерений датчики подвергаются калибровке, в процессе которой определяются поправочные коэффициенты, которые записываются вместе с порядковым номером датчика 1 в термокосе 2 в память датчиков 1. Надежность системы достигается за счет конструкции термокосы, в которой каждый датчик помещен в защитный корпус из нержавеющей стали, и конструкции логгера, где корпус так же состоит из нержавеющей стали и обеспечивает защиту от воды и пыли. Так же для надежной и простой эксплуатации логгер 3 и термокоса 2 размещаются совместно в термометрической скважине, в которой обеспечивается оптимальная температура для функционирования логгера. Для удобной установки применяется элемент крепления. Так же термометрическая скважина оснащается оголовком с мачтой, который обеспечивает защиту скважины от попадания осадков и место для установки антенны логгера 3.

Для автоматической работы системы проводится первичная настройка оборудования, после которой логгер с заданной периодичностью считывает результаты измерений температуры с датчиков 1 термокосы 2 и записывает во внутреннюю энергонезависимую помять. Далее по запросу или с заданной периодичностью, в зависимости от исполнения логгера, передает данные по беспроводному каналу связи на средство сбора и передачи данных. Далее данные передаются на сервер, в котором установлено ПО «ГеоМет», доступ в данным в виде таблиц и графиков осуществляется с компьютера через Web-интерфейс. Так же для простоты используется унифицированная структура пакета передаваемых данных для всех исполнений логгеров. Пакет данных состоит из заголовка и непосредственно передаваемых данных (значения температуры, давления и т.д.). Заголовок пакета начинается с идентификатора прибора (D000SN00000), где D000 - тип прибора, SN00000 - серийный номер. Далее в заголовке идет информация о приборе, содержание которой определяется типом прибора.

Источники информации

1. Патент №82361, G08B 25/01, опубл. 2008 г.

2. Патент №75692, G01K 7/14, опубл. 2008 г.

3. Патент №2459954, Е21В 47/12, опубл. 27.08.2012 г.

Изобретение относится к системам и способам мониторинга температур протяженных объектов, в частности в различных скважинах в грунте, в том числе в мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтах. Технический результат заключается в повышении точности и надежности измерения температур протяженных объектов. Технический результат достигается тем, что в системе мониторинга температур протяженных объектов, содержащей температурные датчики, каждый из которых размещен в отдельном защитном корпусе и снабжен интегрированным в него интерфейсом, соединены между собой гибким кабелем и образуют термокосу, каждая из которых снабжена средством сбора данных температурных датчиков, при этом выходы каждой термокосы соединены с разъемом для термокосы средства сбора данных, согласно изобретению каждое средство сбора данных выполнено в виде логгера, выполненного в корпусе из нержавеющей стали, размещенного совместно с термокосой в термометрической скважине, соединенного радиочастотным кабелем с антенной, закрепленной на оголовке, закрывающем и обеспечивающем защиту термометрической скважины. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга температур протяженных объектов, содержащая температурные датчики, средство сбора данных, поступающих от протяженного объекта, средство передачи данных, компьютер оценки информации, расположенный дистанционно относительно протяженного объекта, сети Ethernet и Internet, температурные датчики, каждый из которых размещен в отдельном защитном корпусе и снабжен интегрированным в него интерфейсом, соединены между собой гибким кабелем и образуют термокосу, каждая из которых снабжена средством сбора данных температурных датчиков, при этом выходы каждой термокосы соединены с разъемом для термокосы средства сбора данных, отличающаяся тем, что каждое средство сбора данных выполнено в виде логгера, выполненного в корпусе из нержавеющей стали, размещенного совместно с термокосой в термометрической скважине, соединенного радиочастотным кабелем с антенной, закрепленной на оголовке, закрывающем и обеспечивающем защиту термометрической скважины, дополнительно введены средство беспроводной передачи данных и сервер обработки и хранения, при этом средство передачи данных, принимающее сигнал антенн, соединенных с логгерами, соединено с сервером обработки и хранения данных, который соединен с компьютером оценки информации.

2. Система мониторинга температур протяженных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что средство передачи данных выполнено в виде базовой станции Lorawan.

3. Система мониторинга температур протяженных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что средство передачи данных выполнено в виде базовой станции оператора связи.

4. Система мониторинга температур протяженных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что средство передачи данных выполнено в виде шкафа сбора и передачи данных (ШСПД).

5. Способ мониторинга температур протяженных объектов, заключающийся в установке запрограммированных температурных датчиков в термометрические скважины, измерении изменения температур, оценке данных с помощью компьютера, отличающийся тем, что в каждую термометрическую скважину помещают датчики термокосы и логгер, закрывают термометрическую скважину оголовком с мачтой, обеспечивая защиту скважины, закрепляют антенну на оголовке, соединяя ее с логгером, с помощью беспроводного канала передают данные на средство передачи данных и далее на сервер обработки и хранения данных, при этом оценку информации осуществляют с помощью компьютера оценки информации, подключенного через Web-интерфейс, при этом пакет данных формируют из заголовка и непосредственно передаваемых данных, включая в заголовок тип прибора и его серийный номер, входящие в идентификатор прибора, причем данные передают сессиями, включающими в себя один или несколько пакетов, разделенными минимальным периодом времени, пакеты разделяют на информационные и на периодические данные с термокосы.