[发明专利]能量桩桩身温度分布测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度测量领域，尤其涉及一种能量桩桩身温度分布测量装置和方法。 

背景技术

地源热泵是利用地球表面浅层水源和土壤源中吸收的太阳能和地热能，并采用热泵原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统，具有可再生性，高效节能，污染小，保护生态环境，维护简单等优点，因而得到广泛的应用。 

近年来，基于对地下空间利用的考虑，工程技术人员将地源热泵与建筑桩基础结合起来，提出一种能量桩(energy piles)的技术方案。通过在桩基础中埋设各种形状的换热器装置，进行浅层地温地热能转换，在满足常规桩基力学功能的同时还能通过桩体实现与浅层地能的热交换，起到桩基和地源热泵预成孔直接敷设埋管换热器的双重作用。 

现浇混凝土大直径管桩(Large Diameter Pipe Pile by using Cast-in-place Concrete，PCC桩)是河海大学开发的一种地基加固技术，具有施工适用性强、施工质量易于控制、桩基检测方便、加固深度可达25m以上、造价低、承载力高、地基的稳定性增加和地基沉降降低等显著特点。 

现有技术中，能量桩特别是PCC能量桩，对其桩身温度变化的研究还相对较少。目前多采用温度传感器来监测桩身温度，存在易受潮、受电磁干扰、数据引线过多、容易损坏造成监测数据缺失等不足，不能全面获取桩身温度特征，难以实现能量桩的优化设计和施工。因此采用新的技术和方法来研究PCC能量桩桩身温度对于推广和使用PCC能量桩具有重要意义。 

发明内容

有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明公开了一种能量管桩桩身温度测量装置和方法，其通过是在能量桩外边缘布设光纤传感器，利用拉曼光时域反射技术(简称ROTDR)，可以分布式测得能量桩桩身温度分布，具有测量精度高、漂移小和防水性好等特点。 

本发明提供了一种能量桩桩身温度分布测量装置，其包括：能量桩，具有内设液腔的桩身、封闭的桩底、带有开口的桩顶；光纤，用于均匀布设在该桩身 表面；水循环系统，用于通过循环水管插入该桩顶，对该能量桩桩身内部进行水循环加热；温度传感器，用于布设在该液腔内部以测量该能量桩的温度。 

优选地，利用拉曼散射光原理的时域反射技术测量该光纤上各点的温度。 

优选地，该光纤为单模光纤，且呈螺旋状等间距布设在该能量桩的表面。 

优选地，还包括保护套管，用于套装布设在该桩顶的光纤引线。 

优选地，还包括电控柜，用于控制水循环系统开始和停止水循环，具体为快速加热能量桩到预设温度然后收回循环水。 

优选地，还包括光纤数据采集仪，连接该光纤，用于实时读取该桩身温度分布。 

优选地，还包括温度计显示器，连接该温度传感器，用于显示该能量桩温度。 

本发明还提供了一种能量桩桩身温度分布测量方法，其包括以下步骤：提供一能量桩，具有内设液腔的桩身、封闭的桩底、带有开口的桩顶；将光纤均匀布设在该能量桩桩身表面；在该桩顶将该光纤引线用保护管进行套装保护；用电控柜控制水循环系统对该能量桩进行加热，用布设在该液腔的温度传感器测量该桩身内部温度，待该桩身内部温度达到预设温度后，停止水循环；用光纤数据采集仪读出该能量桩桩身温度随时间的变化数据。 

优选地，在用电控柜控制水循环系统对该能量桩进行加热步骤之前，用光纤数据采集仪对已经布设好的该光纤进行通路测试。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一种PCC能量桩桩身温度分布式测量方法，并对光纤数据采集仪测出的数据进行处理，最后应用MATLAB软件生成能量桩温度场变化云图，它填补了PCC能量桩桩身温度现存技术中存在的空白，实现高效、便捷及真正意义上的连续性测量桩身温度，并应用MATLAB软件生成的能量桩温度场变化云图，因此可以更直观的显示能量桩温度场变化情况，对研究能量桩的热力学特性具有重要作用。该系统非但不影响PCC能量桩的桩身强度，并且显著提高了光纤传感器的存活率和桩身温度的测量精度；还具有防水防潮、施工工艺简单等优点。 

附图说明

图1为本发明能量桩桩身温度分布测量装置示意图； 

图2为本发明图1中能量桩桩身光纤分布示意图； 

图3为本发明能量桩桩身温度分布测量方法流程图。 

附图标记说明： 

101：槽              102,202：光纤          103，203：能量桩