Автономный логгер температуры вечномерзлых грунтов

Неделько Александр Юрьевич - ведущий инженер ОАО НПП «Эталон»

В настоящее время, в связи с глобальным потеплением климата планеты, и связанным с ним отступлением южной границы вечномерзлых пород, задача мониторинга температуры грунтов приобретает повышенную актуальность.

Опасное изменение температуры грунтов происходит как в связи с глобальными климатическими процессами, так и в результате воздействия технических объектов. Таким образом, надежность и безопасность строительства и функционирования объектов нефтегазового комплекса, зданий и сооружений, объектов транспортной инфраструктуры, расположенных в северных районах России, во многом определяется эффективностью систем мониторинга температуры грунтов.

При геотехническом мониторинге проводятся измерения температуры грунтов в термометрических скважинах, определяются глубины сезонного оттаивания, определяются физические и механические свойства образцов мерзлых грунтов. Для проведения измерений температуры грунтов в термометрических скважинах используются многозонные датчики температуры (смонтированные в единое изделие датчики и соединительный кабель – далее термокосы), например, такие как термокосы серии МЦДТ 0922 .

Для оперативного проведения замеров температуры существуют портативные контроллеры, например ПКЦД-1/100, при их использовании производится периодический обход термометрических скважин и сбор данных, для осуществления непрерывного мониторинга используются стационарные контроллеры, например СКЦД-6/200.

При проведении мониторинга температуры труднодоступных, удаленных объектов, возникает необходимость в другом классе приборов – автономных логгерах температуры. Функционирование таких приборов осуществляется от встроенного элемента питания с расширенным диапазоном допустимых температур эксплуатации. В качестве примера рассмотрим логгер цифровых датчиков температуры ЛЦД-1/100 (далее – логгер) производства ОАО НПП "Эталон".

Логгер цифровых датчиков ЛЦД-1/100 предназначен для автономного считывания результатов измерения температуры с датчиков температуры многозонных цифровых МЦДТ с заданной периодичностью, и может применяться для проведения измерений с целью определения распределения температуры грунтов, трубопроводов, а также других протяженных объектов.

Компактные размеры (диаметр 25 мм, длина 195 мм) позволяют устанавливать логгер непосредственно в термометрическую скважину. Диапазон температур окружающего воздуха при долговременной эксплуатации логгера от -40 до +40 градусов, 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, в отверстия которого можно вставить тросик диаметром 2-3 мм и фиксировать при помощи гаек М8, 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 следует предусмотреть дополнительное крепление.

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

Логгер сохраняет данные на карту памяти формата microSD, предварительно 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.

Каждый логгер работает с файлом данных, размещенном в корневом каталоге карты памяти, с уникальным именем следующего формата: 00001P08, где 00001 — серийный номер логгера, P — символ периода измерений, 08 — период измерений в часах.

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. Т.к. 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.

Логгер имеет 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 может осуществляться на месте установки логгера, без использования каких либо инструментов.

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. Для большего удобства идентификации данных допускается внесение в текст файла логгера текстовых комментариев. Для предотвращения утери информации возможна организация физического архива данных путем хранения непосредственно карт памяти, стоимость которых незначительна.

В настоящее время логгеры проходят опытную эксплуатацию в реальных условиях на объектах нефтегазового комплекса и РЖД.