[发明专利]一种寒区路基未冻水实时监测系统及方法

权利要求书

1.一种寒区路基未冻水实时监测系统，其特征在于：它包括路基探测系统(1)、连接路基探测系统(1)的数据传输系统(2)和监测管理系统(3)；所述的路基探测系统(1)包括间隔布设在路基冻土层中的多个核磁共振传感器(12)和分别设在每个核磁共振传感器(12)外围的多个冻土温度传感器(11)，路基坡体表面上设有与核磁共振传感器(12)和冻土温度传感器(11)信号线相连的数据采集器(13)；所述核磁共振传感器(12)负责提供产生核磁共振现象的场所和条件、激发并接收回波信号，所述的冻土温度传感器(11)负责探测核磁共振传感器(12)外围共振区域范围内冻土实时温度，所述的数据采集器(13)负责采集核磁共振传感器(12)接收的回波信号以及冻土温度传感器(11)探测的温度数据；

所述核磁共振传感器(12)包括防水护套(125)、设在防水护套(125)中部的支撑杆(122)，所述支撑杆(122)上设有经射频信号线(124)与数据采集器(13)相连的射频线圈(123)，所述射频线圈(123)的上下两端对称设有永磁体(121)，数据采集器(13)通过射频信号线(124)发射交变电流使射频线圈(123)产生激励射频信号，激发冻土层中的氢质子，同时接收冻土层回波信号；

所述数据传输系统(2)包括设在路基坡体表面与数据采集器(13)通过数据线连接的无线通信仪(21)、设在地面的路基监测分站(22)和寒区监测环网(23)，无线通信仪(21)通过无线网络与路基监测分站(21)无线连接，路基监测分站(22)通过寒区监测环网(23)与监测管理系统(3)连接，数据采集器(13)通过射频信号线(21)接收回波信号，并将数据采集器(13)中的数据信息回传至监测管理系统(3)；

所述监测管理系统(3)包括数据存储器(31)、数据处理器(32)和人机交互平台(33)，所述数据存储器(31)接受并存储来自寒区监测环网(23)的数据；所述数据处理器(32)将处理的数据结果输入数据存储器(31)中，数据处理器(32)负责调取数据存储器(31)中的数据，并计算路基冻土层的实时未冻结率，计算结果于人机交互平台(33)上动态显示，以便工作人员通过人机交互平台(33)所显示结果做出预警判断。

2.根据权利要求1所述的一种寒区路基未冻水实时监测系统，其特征在于：所述设在核磁共振传感器(12)外围的多个冻土温度传感器(11)为2-4个。

3.根据权利要求1所述的一种寒区路基未冻水实时监测系统，其特征在于：所述冻土温度传感器(11)负责探测核磁共振传感器(12)外围共振区域范围的直线距离为5cm。

4.根据权利要求1所述的一种寒区路基未冻水实时监测系统，其特征在于：所述间隔布设在路基冻土层中的多个核磁共振传感器(12)沿路基坡体斜面埋设的间隔距离为0.8-1m，沿路基坡体走向埋设的间隔距离为1.5-2m。

5.一种使用权利要求1所述寒区路基未冻水实时监测系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

a.工作人员通过监测管理系统(3)向路基探测系统(1)下达监测命令；

b.路基探测系统(1)接受到监测命令后开始工作，核磁共振传感器(12)现场原位测定核磁信号强度，冻土温度传感器(11)现场原位测定冻土实时温度；

c.取核磁共振传感器(12)外围共振区域内的土样，利用低场核磁共振设备测定冻土试样在0℃-40℃升温区间的核磁信号强度；

d.将冻土试样升温区间核磁信息、现场实测核磁信息及冻土温度数据上传至监测管理系统(3)中的数据存储器(31)；

e.利用数据处理器(32)调取数据存储器(31)中的数据信息，进行数据解释；

f.通过据处理器(32)将数据解释结果传输到人机交互平台(33)显示，实现对寒区路基冻土未冻结率的实时监测。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：步骤e中，所述数据解释包括实验室数据和传感器数据，

实验室数据：

①将升温区0℃、3℃、5℃、12℃、24℃、30℃、35℃、40℃核磁信号强度峰值进行线性拟合，得到顺磁线性回归线；

②将回归线反向延长至负温区，根据回归线表达式求出负温区内的理论核磁信号强度峰值；

传感器数据：

①根据实时温度确定横轴坐标x、现场实测信号确定纵轴坐标y；过该点a(x，y)作横轴的垂线，并交回归线于一点b，该点即为同温度下回归线所示信号强度；

②将现场实测信号a点到信号强度基数的距离A与b点到信号强度基数的距离B作商，得出某一温度点下冻土的未冻结率。