CN109141784A - 钢管混凝土拱桥的温度监控*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管混凝土拱桥的温度监控***，包括前端采集子***、后端监控子***和位于拱桥外部的加热盒，前端采集子***与后端监控子***进行无线通信，前端采集子***包括第一金属线、第二金属线、电压测量模块、温度测量模块、通信模块和控制模块，后端监控子***包括接收模块和处理模块；第一金属线和第二金属线的两端分别拧成热接头和冷接头，热接头位于混凝土中，热接头位于拱桥外部的加热盒中，温度测量模块位于加热盒，第一金属线电连接电压测量模块；电压测量模块的输出端电连接控制模块，温度测量模块电连接控制模块，控制模块电连接通信模块，接收模块电连接处理模块。本发明对混凝土内部温度进行监控，监测拱桥内部温度更准确。

Description

钢管混凝土拱桥的温度监控***

技术领域

本发明涉及桥梁建筑监测技术领域，具体涉及钢管混凝土拱桥的温度监控***。

背景技术

钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度，钢管混凝土技术解决了拱桥高强度材料应用和施工两大难题。拱桥在受到风吹、日晒和雨淋等作用时，拱桥内部的混凝土会因温度应力而产生裂纹，如不及时获知该裂纹情况容易导致拱桥发严重裂损事故。温度应力是物体由于温度升降不能自由伸缩或物体内各部分的温度不同而产生的应力。在混凝土施工过程中，混凝土温度应力常常会导致温度裂缝，从而影响整体的结构和耐久性，所以对拱桥温度的监测然后根据温度作出修复对策显得尤为重要。

现有专利CN102681567B公开了一种混凝土坝混凝土温度远程监控***，手持式数字测温仪采集混凝土温度、序列号和检测时间，并传送至数据集成与无线发送装置；数据集成及无线发送装置获取当前位置坐标，将混凝土温度、序列号、检测时间和当前位置坐标以IP数据包的形式传输至数据库及应用服务器***；数据库及应用服务器***判断混凝土温度是否符合设计标准，当不符合设计标准时，数据库及应用服务器***通过网络自动向温度实时监控IE客户端发出报警信息，并通过警报无线传输模块向移动报警接收终端发送报警短信，移动报警接收终端接收报警信息，对混凝土温度进行及时调整和控制。实现了混凝土温度的自动化采集与远程监控，避免人为更改。

在使用上述***进行温度监控时，由于只是测量到浇筑混凝土时的温度，在混凝土凝固后，拱桥内部温度变化很难测量到；如果将温度传感器直接埋入混凝土中，温度传感器溶液被压碎，同时埋在混凝土中的温度传感器还容易让混凝土压不实形成安全隐患。

发明内容

本发明意在提供一种钢管混凝土拱桥的温度监控***，以解决拱桥的混凝土浇筑后检测内部温度较困难的问题。

本方案中的钢管混凝土拱桥的温度监控***，包括前端采集子***和后端监控子***，所述前端采集子***与后端监控子***进行无线通信，还包括位于拱桥外部的加热盒，所述前端采集子***包括第一金属线、第二金属线、电压测量模块、温度测量模块、通信模块和控制模块，所述后端监控子***包括接收模块和处理模块；

所述第一金属线和第二金属线的一端拧成热接头，所述第一金属线和第二金属线的另一端拧成冷接头，所述冷接头位于拱桥内部的混凝土中，所述热接头位于拱桥外部的加热盒中，所述温度测量模块位于加热盒，所述第一金属线中部断开形成连接热接头的第一端子和连接冷接头的第二端子，所述第一端子电连接电压测量模块的正极，所述第二端子电连接电压测量模块的负极；

所述电压测量模块的输出端电连接控制模块，所述电压测量模块测量第一金属线和第二金属线间的电压差并发送至控制模块，所述温度测量模块电连接控制模块，所述温度测量模块测量加热盒中的温度值并发送至控制模块，所述控制模块电连接通信模块，所述控制模块获取电压差值和温度值，所述控制模块控制通信模块将电压差值和温度值发送至接收模块，所述接收模块电连接处理模块，所述接收模块将电压差值和温度值发送至处理模块，所述处理模块根据电压差值和温度值得到温度值。

本方案的工作原理及有益效果是：在进行钢管混凝土拱桥的温度检测前，先将冷接头埋入混凝土中；在进行拱桥的温度监测时，热接头位于加热盒中，冷接头一端的温度一直低于热接头一端的温度，因第一金属线、第二金属线和电压测量模块形成闭合回路，闭合回路的第一金属线和第二金属线中因塞贝克效应产生电压差，电压测量模块测量得到闭合回路的电压差值并发送至控制模块，同时，温度测量模块测量加热盒中的温度值并发送至控制模块，控制模块将温度值和电压差值通过通信模块发送至接收模块，处理模块从接收模块获取温度值和电压差值并计算得到混凝土中的温度；只要混凝土中的温度产生变化且加热盒中的温度始终低于混凝土的温度，处理模块会连续地得到混凝土中的温度，由此进行混凝土温度的监测，方便后端监测子***获得温度后分析温度应力。

因现有技术中混凝土内会通过加入钢筋来增加强度，而第一金属线和第二金属线拧成的热接头和冷接头直径远小于钢筋直径，第一金属线和第二金属线在混凝土中具有钢筋类似作用，从而第一金属线和第二金属线不会影响混凝土的强度。

与现有技术相比，本方案在拱桥浇筑完成后对混凝土的内部温度进行监控，同时，拱桥内部温度的监控无需拆开拱桥且不会影响拱桥内部的结构，还能增加混凝土的强度，当在不需要监测混凝土的温度时，只需剪断露出拱桥的第一金属线和第二金属线，取走拱桥外的加热盒即可，使用方便简单，监测拱桥内部温度更准确。

进一步，所述加热盒包括测量腔和存储有清水的储液腔，所述测量腔的内底上开设有泄孔，所述储液腔内壁中设有通过电源供电的加热电阻，所述储液腔的外壁上固设有隔热层，所述储液腔与测量腔之间固设有隔热板，所述隔热板朝向测量腔一侧上设有连通储液腔的喷嘴，所述喷嘴上设有定时打开的电磁阀，所述电磁阀电连接控制模块。

在监测混凝土内部温度过程中，加热电阻给清水加热，隔热板避免内部加热后的热量向储液腔外传递导致清水中清水温度降低，保持清水的温度以保证热接头处的温度一直高于混凝土中的温度，电磁阀定时打开，储液腔中的热水通过喷嘴喷洒到测量腔中，提高测量腔中的温度，热水从泄孔流出测量腔，避免热水积累在测量腔中过于潮湿而导致温度测量模块损坏，保持测量腔内的温度一直大于混凝土内的温度。

进一步，所述测量腔靠近隔热板处的内壁上固设有位于喷嘴上方的隔水囊，所述隔水囊上开设有多个通孔，所述温度测量模块位于隔水囊中。

隔水囊避免温度测量模块直接接触到热水，避免温度测量模块接触清水而损坏，同时通孔能保证温度测量模块测量到测量腔内的温度。

进一步，所述测量腔的内壁上转动配合有转轴，所述转轴上固设有扇叶，所述转轴穿过测量腔的内壁，所述转轴由位于测量腔外的电机带动进行转动。

电机带动扇叶转动，扇叶搅动气流流动，加速测量腔内的水分蒸发，避免测量腔内热水堆积时间太长导致温度测量模块损坏。

进一步，所述后端监控子***还包括与处理模块电连接的标签模块和数据库模块，所述标签模块用于生成时间标签并发送至处理模块，所述处理模块将时间标签添加到温度值上，所述处理模块将添加时间标签后的温度值存储至数据库模块。

当处理模块根据电压差值和温度值获取温度值后，标签模块生产时间标签，时间标签可以是字母和多位数字组成，如A1602031208，时间标签和温度值一同存储到数据库模块中，由时间标签来区分连续采集到的不同温度值，便于从后端监控子***根据不同时段的温度值分析拱桥的温度应力。

进一步，所述前端采集子***设置多个，每个所述前端采集子***的控制模块设有唯一标识符，所述前端采集子***均匀分布在拱桥上。

对拱桥不同部位的混凝土温度进行监测，并由唯一标识符区分温度值，便于根据拱桥不同部位的温度分析拱桥不同部位的温度应力。

附图说明

图1为本发明钢管混凝土拱桥的温度监控***实施例一的示意性框图；

图2为本发明钢管混凝土拱桥的温度监控***实施例一中加热盒的结构示意图；

图3为实施例一中第一金属线和第二金属线的电路连接示意图；

图4为本发明钢管混凝土拱桥的温度监控***实施例二中温度感应筒的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明。

说明书附图中的附图标记包括：加热盒1、测量腔2、储液腔3、电压测量模块4、隔热层5、电机6、扇叶7、温度测量模块8、隔水囊9、电磁阀10、喷嘴11、泄孔12、混凝土13、第二金属线14、第一金属线15、活塞板16、感应腔17、温度感应筒18、导气管19、气囊20、按压开关21、开关盒22、压缩腔23。

实施例一

钢管混凝土拱桥的温度监控***，如图1、图2和图3所示：包括前端采集子***和后端监控子***，前端采集子***与后端监控子***进行无线通信，温度监控***还包括位于拱桥外部的加热盒1，前端采集子***包括第一金属线15、第二金属线14、电压测量模块4、温度测量模块8、通信模块和控制模块，电压测量模块4可用现有的毫伏表，温度测量模块8可用现有的温度感应芯片，通信模块可用现有的3G通信芯片，控制模块可用现有的C8051F040单片机，后端监控子***包括接收模块、处理模块、标签模块和数据库模块，接收模块可用现有的3G接收芯片，处理模块可用现有的处理芯片，数据库模块可用现有的硬盘存储设备。

第一金属线15和第二金属线14采用不同的金属制成，例如第一金属线15采用镍制成，第二金属线14采用铜制成，第一金属线15和第二金属线14的一端拧成热接头，热接头位于拱桥外部的加热盒1中，第一金属线15和第二金属线14的另一端拧成冷接头，冷接头位于拱桥内部的混凝土13中，温度测量模块8位于加热盒1中，第一金属线15中部断开形成连接热接头的第一端子和连接冷接头的第二端子，第一端子电连接电压测量模块4的正极，第二端子电连接电压测量模块4的负极。

加热盒1上焊接有连接片，连接片上开设有螺纹孔，加热盒1通过螺栓固定到拱桥上，加热盒1包括测量腔2和存储有清水的储液腔3，测量腔2位于储液腔3的下方，储液腔3与测量腔2之间焊接有隔热板，测量腔2的内底上开设有泄孔12，储液腔3内壁中铺设有给清水加热的加热电阻，加热电阻由电源进线供电，储液腔3的外壁上粘接有隔热层5，隔热板朝向测量腔2一侧上焊接有连通储液腔3的喷嘴11，喷嘴11上安装有定时打开的电磁阀10，电磁阀10为常开，电磁阀10电连接控制模块，控制模块根据预设时长控制电磁阀10打开或关闭，预设时长可设置成30分钟。

测量腔2靠近隔热板处的内壁上粘接有位于喷嘴11上方的隔水囊9，隔水囊9上开设有多个通孔，隔水囊9成网状，温度测量模块8位于隔水囊9中，测量腔2的内壁上转动配合有转轴，转轴上焊接有扇叶7，扇叶7为三片，转轴穿过测量腔2的内壁，转轴由位于测量腔2外的电机6带动进行转动，电机6的电源采用现有的太阳能供电，太阳能供电技术为现有技术，在此不再赘述。

电压测量模块4的输出端电连接控制模块，电压测量模块4测量第一金属线15和第二金属线14间的电压差并发送至控制模块，温度测量模块8电连接控制模块，温度测量模块8测量加热盒1中的温度值并发送至控制模块，控制模块电连接通信模块，控制模块获取电压差值和温度值，控制模块控制通信模块将电压差值和温度值发送至接收模块，接收模块电连接处理模块，接收模块将电压差值和温度值发送至处理模块，处理模块根据电压差值和温度值得到温度值，标签模块电连接处理模块，标签模块用于生成时间标签并发送至处理模块，处理模块将时间标签添加到温度值上，数据库模块电连接处理模块，处理模块将添加时间标签后的温度值存储至数据库模块。

为了准确测量拱桥各个部分的温度以分析拱桥不同部分的温度效应，前端采集子***设置多个，每个前端采集子***的控制模块设有唯一标识符，例如可使用字母作为标识符，前端采集子***均匀分布在拱桥上。

具体测量混凝土13的温度前，先将加热盒1通过螺栓固定到拱桥上，并在加热盒1的储液腔3中填充满清水，再将冷接头埋入混凝土13中。

在进行拱桥的温度监测时，热接头位于加热盒1中，冷接头一端的温度一直低于热接头一端的温度，因第一金属线15、第二金属线14和电压测量模块4形成闭合回路，闭合回路的第一金属线15和第二金属线14中因塞贝克效应产生电压差，同时从塞贝克效应可知电流从热接头的第一金属线15流向第二金属线14，即从电压测量模块4的正极流向负极，电压测量模块4测量得到闭合回路的电压差值并发送至控制模块，同时，温度测量模块8测量加热盒1中的温度值并发送至控制模块，控制模块将温度值和电压差值通过通信模块发送至接收模块，处理模块从接收模块获取温度值和电压差值并计算得到混凝土13中的温度，同时，标签模块生产时间标签，时间标签可以是字母和多位数字组成，如A1602031208，时间标签和温度值一同存储到数据库模块中，由时间标签来区分连续采集到的不同温度值，便于从后端监控子***根据不同时段的温度值分析拱桥的温度应力。

只要混凝土13中的温度产生变化且加热盒1中的温度始终大于混凝土13的温度，处理模块会连续地得到混凝土13中的温度，由此进行混凝土13温度的监测，方便后端监测子***获得温度后分析温度应力。

在处理模块根据电压差值和温度值获取混凝土13内的温度时，根据塞贝克效应可知，热接头电压V_H和冷接头电压V_C是由两个结的温度差产生的，也就是说第一金属线15和第二金属线14间的电压差V_压差是温差的函数。比例因数α对应于电压差与温差之比，比例因数α称为Seebeck系数，即α＝V_压差/(t_H-t_L)。本实施例先通过试验测量到比例因数α，再测量加热盒1中的温度T_H，电压测量模块4测量得到V_压差，再变换公式得到混凝土13的温度t_L＝t_H-(V_压差/α)，处理模块根据该公式得到混凝土13内部温度。

试验时选取两个温度不同的杯子，如热杯和冷杯，并将冷接头放入冷杯中，热接头放入热杯中，分别测量温度差和电压差得到比例因数α。

因现有技术中混凝土13内会通过加入钢筋来增加强度，而第一金属线15和第二金属线14拧成的热接头和冷接头直径远小于钢筋直径，第一金属线15和第二金属线14在混凝土13中具有钢筋类似作用，从而第一金属线15和第二金属线14不会影响混凝土13的强度。

实施例二

与实施例一的区别在于，如图4所示，在混凝土13埋设温度感应筒18，温度感应筒18为钢制的且直径为3cm，长度为10cm，钢制的温度感应筒18的尺寸较小，同时温度感应筒18不会对混凝土13的产生不良影响，温度感应筒18内气密性配合有活塞板16，活塞板16将温度感应筒18分隔成感应腔17和压缩腔23，感应腔17中填充有压缩空气，压缩腔23的内壁上气密性连接有钢制的导气管19，导气管19的直径0.5cm，避免导气管19的直径太大而影响混凝土13的特性，导气管19延伸出混凝土13的端部上气密性连接有气囊20，压缩腔23、导气管19和气囊20中填充有空气，气囊20位于测量腔2外壁的开关盒22中，开关盒22焊接在测量腔2外侧壁上，开关盒22中安装有能被气囊20挤压到的按压开关21，按压开关21电连接在加热电阻与电源之间的线路上，按压开关21用来使加热电阻接通和断开电源。

在混凝土13内部温度升高过程中，感应腔17内的压缩空气受热膨胀，压缩空气受热膨胀后推动活塞板16向压缩腔23一侧移动，活塞板16将压缩腔23中的空气挤压到气囊20，气囊20膨胀抵压到按压开关21，让加热电阻接通电源，此时进行混凝土13内部温度检测，在温度上升到一定后检测，减少一直检测温度值得到的数据量，同时节省电能，本实施例的装置可在试验拱桥的钢管混凝土浇筑工艺时使用温度感应筒18，提高浇筑工艺技术得到拱桥的闹固性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.钢管混凝土拱桥的温度监控***，包括前端采集子***和后端监控子***，所述前端采集子***与后端监控子***进行无线通信，其特征在于：还包括位于拱桥外部的加热盒，所述前端采集子***包括第一金属线、第二金属线、电压测量模块、温度测量模块、通信模块和控制模块，所述后端监控子***包括接收模块和处理模块；

所述第一金属线和第二金属线的一端拧成热接头，所述第一金属线和第二金属线的另一端拧成冷接头，所述冷接头位于拱桥内部的混凝土中，所述热接头位于拱桥外部的加热盒中，所述温度测量模块位于加热盒，所述第一金属线中部断开形成连接热接头的第一端子和连接冷接头的第二端子，所述第一端子电连接电压测量模块的正极，所述第二端子电连接电压测量模块的负极；

所述电压测量模块的输出端电连接控制模块，所述电压测量模块测量第一金属线和第二金属线间的电压差并发送至控制模块，所述温度测量模块电连接控制模块，所述温度测量模块测量加热盒中的温度值并发送至控制模块，所述控制模块电连接通信模块，所述控制模块获取电压差值和温度值，所述控制模块控制通信模块将电压差值和温度值发送至接收模块，所述接收模块电连接处理模块，所述接收模块将电压差值和温度值发送至处理模块，所述处理模块根据电压差值和温度值得到温度值。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱桥的温度监控***，其特征在于：所述加热盒包括测量腔和存储有清水的储液腔，所述测量腔的内底上开设有泄孔，所述储液腔内壁中设有通过电源供电的加热电阻，所述储液腔的外壁上固设有隔热层，所述储液腔与测量腔之间固设有隔热板，所述隔热板朝向测量腔一侧上设有连通储液腔的喷嘴，所述喷嘴上设有定时打开的电磁阀，所述电磁阀电连接控制模块。

3.根据权利要求2所述的钢管混凝土拱桥的温度监控***，其特征在于：所述测量腔靠近隔热板处的内壁上固设有位于喷嘴上方的隔水囊，所述隔水囊上开设有多个通孔，所述温度测量模块位于隔水囊中。

4.根据权利要求2所述的钢管混凝土拱桥的温度监控***，其特征在于：所述测量腔的内壁上转动配合有转轴，所述转轴上固设有扇叶，所述转轴穿过测量腔的内壁，所述转轴由位于测量腔外的电机带动进行转动。

5.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱桥的温度监控***，其特征在于：所述后端监控子***还包括与处理模块电连接的标签模块和数据库模块，所述标签模块用于生成时间标签并发送至处理模块，所述处理模块将时间标签添加到温度值上，所述处理模块将添加时间标签后的温度值存储至数据库模块。

6.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱桥的温度监控***，其特征在于：所述前端采集子***设置多个，每个所述前端采集子***的控制模块设有唯一标识符，所述前端采集子***均匀分布在拱桥上。