基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统，包括冷却子系统、第一分布式光纤温度传感器、第二分布式光纤温度传感器、第一OFDR光纤数据自动化采集装置、第二OFDR光纤数据自动化采集装置、路面基站信息显示与传输子系统、5G信号传输子系统和光纤数据处理与分析子系统。本发明专利技术利用OFDR光纤传感后数据的信息化处理，可以实时控制冷却循环水的通断、制冷器的开关；并且，由于大体积混凝土内部的冷却循环水的双向流向，可以使大体积混凝土降温达到精确控制的效果。凝土降温达到精确控制的效果。凝土降温达到精确控制的效果。

【技术实现步骤摘要】
基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统


[0001]本专利技术属于大体积混凝土智能温控
，具体涉及一种基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温系统和方法。

技术介绍

[0002]目前，对大体积混凝土是这样定义的：混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。大体积混凝土结构设计中通常要求不出现拉应力或出现很小的拉应力，但混凝土是脆性材料，其抗拉强度只有抗压强度的1/10左右。大体积混凝土拉伸变形能力也很小，工程试验资料统计表明：短期加载作用下，其极限拉伸变形值为(0.6～1.0)
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4m；长期加载时的极限拉伸变形也只有(1.2～2.0)
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4m。大体积混凝土在施工和运营阶段由于温度变化会产生很大的拉应力，要把这种由于温度变化而引起的拉应力控制在允许范围内颇不容易的，因此，大体积混凝土结构往往容易出现温度裂缝。另外，大体积混凝土结构断面尺寸比较大，一般都是超长、超宽、超厚。由于体积庞大，水泥在水化过程中将释放出大量的水化热，而混凝土自身的导热性能差，聚集在内部的大量水化热不易散发，导致大体积混凝土内部中心温度很高，此时混凝土弹性模量并不大，徐变较大，升温主要引起是压应力；随着时间推移出现了降温，混凝土弹性模量变得比较大，而徐变仍较小，当混凝土内部温度与外界温度相差较大，出现较大的温差(即温度梯度很陡时)，内外约束会造成大体积混凝土产生很大的温度应力，很容易造成大体积混凝土开裂。设计中，大体积混凝土配筋率偏低，像大坝、水工结构等大体积混凝土通常不配筋，或只在表面配置少量钢筋，温度裂缝产生的巨大拉应力主要靠混凝土承担，抗拉性能差的混凝土很容易产生裂缝。在土木建筑领域，承台、筏板等大体积混凝土基础虽然配置了钢筋，与大体积混凝土结构的巨大断面相比，配筋率是极低的，且钢筋分布不均匀。而大体积混凝土短期内产生水化热巨大，温度应力还是主要依靠混凝土来承担，土木建筑领域的大体积混凝土开裂问题依然严重，随着大体积混凝土强度等级提高，裂缝问题愈演愈烈。可见，大体积混凝土配筋率偏低，像大坝、水工结构等大体积混凝土通常不配筋，或只在表面配置少量钢筋，温度裂缝产生的巨大拉应力主要靠混凝土承担，抗拉性能差的混凝土很容易产生裂缝。在土木建筑领域，承台、筏板等大体积混凝土基础虽然配置了钢筋，与大体积混凝土结构的巨大断面相比，配筋率是极低的，且钢筋分布不均匀。而大体积混凝土短期内产生水化热巨大，温度应力还是主要依靠混凝土来承担，土木建筑领域的大体积混凝土开裂问题依然严重，随着大体积混凝土强度等级提高，裂缝问题愈演愈烈。
[0003]为了有效预防大体积混凝土结构危害性裂缝的产生，施工期间，在混凝土中预埋冷却水管，用循环冷却水带走混凝土硬化过程中产生的水化热，降低大体积混凝土的温升，是目前最为常用的一项关键混凝土温控防裂措施。然而现有大体积混凝土通水冷却技术目前存在以下一些问题：
[0004](1)冷却水管降温法主要是在大体积砼内布置脚手管，以水循环作为温控措施，后
在脚手管内灌注同标号砂浆。由于脚手管不能拐弯，通常纵横向贯穿设置，水经过大体积砼的流量纵横向均匀。而大体积砼的中心最需进行降温，均匀分部的水流难以提高大体积砼中心降温效率。
[0005](2)大体积砼的温控措施为水循环，但是何时、以何种水流量、何种温度的水流去进行温控，一直是困扰大家的难题。为了进行温控，大体积砼通常进行常流量、常温度水循环降温，即在前期温度未上升乃至后期温度上升至最大绝热温度时一以贯之，温控效率极低。
[0006](3)传统的温度监控方法是通过人工进行温度测量和采集，通过对数据的记录分析发现温度超标时再采取应对措施。这种方法存在记录不准确，无法实时掌控温度变化情况，无法对质量事件预警,缺乏异常工况分析处理能力等问题。
[0007](4)现有通水冷却控制系统精度不高、效率低，没有实现温控信息采集、传输、流量动态调节的闭环控制，调控工作没有实现智能化。

技术实现思路

[0008]解决的技术问题：本专利技术公开了一种基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温系统和方法，利用OFDR光纤传感后数据的信息化处理，可以实时控制冷却循环水的通断、制冷器的开关；并且，由于大体积混凝土内部的冷却循环水的双向流向，可以使大体积混凝土降温达到精确控制的效果。
[0009]技术方案：
[0010]一种基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统，所述智能温控系统包括冷却子系统、第一分布式光纤温度传感器、第二分布式光纤温度传感器、第一OFDR光纤数据自动化采集装置、第二OFDR光纤数据自动化采集装置、路面基站信息显示与传输子系统、5G信号传输子系统和光纤数据处理与分析子系统；
[0011]所述冷却子系统包括依次连接形成冷却水流通回路的第一水箱、第一冷却水流动通道、第二水箱、第二冷却水流动通道、双向冷却通道、第三冷却水流动通道；所述双向冷却通道分层铺设在大体积混凝土内；所述第一冷却水流动通道上设置有第一水泵，用于将第二水箱中的冷却水抽取至第一水箱；第二冷却水流动通道上设置有第二水泵，用于将第一水箱中的冷却水抽取至双向冷却通道；第三冷却水流动通道用于将双向冷却通道中的冷却水导通回第二水箱；第二水箱内设置有制冷器和搅拌装置，制冷器用于对第二水箱内的水进行冷却，搅拌装置用于搅拌第二水箱内的冷却水以均匀冷却水温度；
[0012]所述光纤数据处理与分析子系统位于远端控制室内，所述路面基站信息显示与传输子系统位于路面基站内，光纤数据处理与分析子系统与路面基站信息显示与传输子系统通过5G信号传输子系统建立通讯链路；
[0013]所述第一分布式光纤温度传感器以螺旋形式固定敷设在大体积混凝土竖向筋侧面，所述第二分布式光纤温度传感器以直线形式固定敷设在第二水箱内侧；所述第一OFDR光纤数据自动化采集装置对大体积混凝土竖向筋侧面的温度进行采集，所述第二OFDR光纤数据自动化采集装置对第二水箱内的冷却水的温度进行采集；所述第一OFDR光纤数据自动化采集装置和第二OFDR光纤数据自动化采集装置将采集到的温度数据发送至路面基站信息显示与传输子系统，经由路面基站信息显示与传输子系统发送至光纤数据处理与分析子
系统，所述光纤数据处理与分析子系统对温度数据进行分析，下发相应的控制指令至第一水泵、第二水泵、制冷器和搅拌装置，调整第一水泵、第二水泵、制冷器和搅拌装置的工作状态。
[0014]进一步地，所述智能温控系统包括MCC直流供电子系统，MCC直流供电子系统分别与OFDR光纤数据自动化采集装置、路面基站信息显示与传输子系统连接，提供正常工作所需电压。
[0015]进一步地，所述智能温控系统包括显示控制子系统，显示控制子系统位于远端控制室内，与光纤数据处理与分析子系统连接，用于对光纤数据处理与分析子系统接收到的温度数据进行去噪、平滑处理后以图表形式显示。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统，其特征在于，所述智能温控系统包括冷却子系统、第一分布式光纤温度传感器、第二分布式光纤温度传感器、第一OFDR光纤数据自动化采集装置、第二OFDR光纤数据自动化采集装置、路面基站信息显示与传输子系统、5G信号传输子系统和光纤数据处理与分析子系统；所述冷却子系统包括依次连接形成冷却水流通回路的第一水箱、第一冷却水流动通道、第二水箱、第二冷却水流动通道、双向冷却通道、第三冷却水流动通道；所述双向冷却通道分层铺设在大体积混凝土内；所述第一冷却水流动通道上设置有第一水泵，用于将第二水箱中的冷却水抽取至第一水箱；第二冷却水流动通道上设置有第二水泵，用于将第一水箱中的冷却水抽取至双向冷却通道；第三冷却水流动通道用于将双向冷却通道中的冷却水导通回第二水箱；第二水箱内设置有制冷器和搅拌装置，制冷器用于对第二水箱内的水进行冷却，搅拌装置用于搅拌第二水箱内的冷却水以均匀冷却水温度；所述光纤数据处理与分析子系统位于远端控制室内，所述路面基站信息显示与传输子系统位于路面基站内，光纤数据处理与分析子系统与路面基站信息显示与传输子系统通过5G信号传输子系统建立通讯链路；所述第一分布式光纤温度传感器以螺旋形式固定敷设在大体积混凝土竖向筋侧面，所述第二分布式光纤温度传感器以直线形式固定敷设在第二水箱内侧；所述第一OFDR光纤数据自动化采集装置对大体积混凝土竖向筋侧面的温度进行采集，所述第二OFDR光纤数据自动化采集装置对第二水箱内的冷却水的温度进行采集；所述第一OFDR光纤数据自动化采集装置和第二OFDR光纤数据自动化采集装置将采集到的温度数据发送至路面基站信息显示与传输子系统，经由路面基站信息显示与传输子系统发送至光纤数据处理与分析子系统，所述光纤数据处理与分析子系统对温度数据进行分析，下发相应的控制指令至第一水泵、第二水泵、制冷器和搅拌装置，调整第一水泵、第二水泵、制冷器和搅拌装置的工作状态。2.根据权利要求1所述的基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统，其特征在于，所述智能温控系统包括MCC直流供电子系统，MCC直流供电子系统分别与OFDR光纤数据自动化采集装置、路面基站信息显示与传输子系统连接，提供正常工作所需电压。3.根据权利要求1所述的基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统，其特征在于，所述智能温控系统包括显示控制子系统，显示控制子系统位于远端控制室内，与光纤数据处理与分析子系统连接，用于对光纤数据处理与分析子系统接收到的温度数据进行去噪、平滑处理后以图表形式显示。4.根据权利要求1所述的基于OFDR光纤传感的大体积混凝土智能温控系统，其特征在于，所述光纤数据处理与分析子系统对温度数据进行分析：当大体积混凝土竖向筋侧面的温度T1高于大气温度T0，且与大气温度T0之间的差值大于第一温差阈值时，启动第一水泵、第二水泵和搅拌装置，对大体积混凝土进行冷却，直至大体积混凝土竖向筋侧面的温度T1与大气温度T0之间的差值小于第二温...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鸿昇，许建明，孙发国，王文祥，裴爱根，张军，刘勇，蔡辉敏，刘向东，王祥，李斌，李方林，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：