北麓河站现有各类在用仪器200余件套,除了少部分用于实验室测试分析以外,绝大部分设备用于北麓河站的野外监测。目前运行的各类野外自动化监测设备共276台/套、人工辅助监测点位146个,其中自动化监测设备概要信息详见表1。
表1 北麓河站野外监测设备信息概览表
类别 |
综合气象站 |
涡动系统 |
冻土环境 |
活动层 |
数量 /套 |
4 |
1 |
34 |
15 |
类别 |
青藏铁路工程 |
青藏公路工程 |
工程力学 |
桩基监测场地 |
数量 /套 |
88 |
79 |
2 |
22 |
类别 |
宽幅试验路基 |
铁路试验路基 |
热管试验场地 |
|
数量 /套 |
11 |
17 |
3 |
|
(1) 综合气象站包括2m、5m和10m三层风温湿、1个四分量辐射、1个积雪厚度、1个地标红外温度、1个雨量计、多层土壤温度和水分、两层热流、一套深层地温;
(2)涡动系统包括常规三维风温湿、CO
2和CH
4的综合监测;
(3)冻土环境监测设备主要用于多年冻土不同深度的地温监测;
(4)活动层主要包括浅层的热流、水分和温度;
(5)工程力学监测指标包括沉降变形、地温和水分;
(6)桩基场地的监测指标包括地温、应力、变形;
(7)热管试验场地主要监测地温及热管壁温;
(8)青藏铁路、青藏公路、宽幅试验路基和铁路试验路基的监测内容包括地温、水分、变形及附面层的温湿度。
北麓河站各野外监测设备除了分布于北麓河站综合监测场之外,有超过一半的设备布设于格尔木到安多之间的青藏工程走廊带内。其中涡动场地、工程力学、桩基监测场地、热管试验场地、宽幅试验路基、铁路试验路基均位于北麓河站综合监测场内,综合气象站、活动层监测场地分别位于昆仑山北坡、北麓河站、开心岭和唐古拉山。
为了配合采集样品的简单测试,北麓河站还配备了部分需求量较大的检测设备,包括导热系数测定仪、热参数分析仪、分光光度计、离心机、干燥机、高精度电子天平、探地雷达、土壤碳通量测量系统及积雪特性测量系统。除了以上自动监测设备外,野外146个人工监测点还另外配备了三维激光测量系统1套、机器人全站仪2套、普通全站仪2套、水准仪2套、便携式地温巡检仪4套。其中全站仪、水准仪和便携式地温巡检仪因使用频率高、野外工作环境恶劣,北麓河站除了开展日常的维护,为了确保观测数据的质量,还予以定期更换。
北麓河站的监测设备涵盖了国内外关于冻土工程、环境监测方面的全部主流仪器,监测点位包括北麓河站及青藏工程走廊带内的其它典型位置。青藏工程走廊带内气候环境恶劣、自然和人为损坏严重,设备损耗大,为了确保观测数据的质量,北麓河站对所有野外设备及室内检测设备均开展了不同周期的设备自检、送检,对于不能满足测量精度、稳定性不能达标的设备,一部分在设计寿命内的设备通过维修、维护后继续投入使用,另一部分损坏严重或超过设计寿命的,北麓河站则根据设备档案及时更换相关设备。除了对设备自身的维护,设备的供电和防护系统经常因为环境和人为因素被破坏,包括太阳能板、蓄电池、充电控制器、设备防护箱、公路及铁路变形点。针对这些容易破坏的附属耗材,北麓河站在每一次的月度例行观测时,都要带上相关备品和工具,以便在沿途发现问题后即时更换。下表为北麓河站主要监测设备及室内检测设备的基本信息、使用及维护状况。
北麓河站仪器设备一览
①LI-7700甲烷分析仪
|
LI-7700甲烷分析仪
LI-7700开路式CH4、CO2、H2O通量分析系统是美国LI-COR公司研发生产的温室气体通量观测系统,特别适用于有供电限制的偏远地区。系统由CH4、CO2、H2O、和能量等基本通量监测设备组成。可测土壤热通量、二氧化碳浓度、气压、空气湿度、风向、二氧化碳通量、0-140厘米分层土壤温湿度等。
技术参数
分辨率(RMS噪音) |
5 ppb @ 10 Hz,2000 ppb CH4 |
测量范围 |
0~25 μmol/mol @ -25℃, 0~40 μmol/mol @ 25℃ |
数据通讯 |
Ethernet (可达40 Hz) |
测量原理 |
波长调制光谱技术(WMS) |
线性度 |
<1%; 取决于校准标准 |
操作环境 |
-25~50℃ |
电源 |
10.5~30 V DC |
耗电量 |
8 W(测量期间), 16 W(清洁期间) |
传感器尺寸 |
直径14.33 cm, 高82.8 cm |
光路尺寸 |
0.5 m 物理光程长度, 30 m 测量光程长度 |
重量 |
5.2 kg |
用户界面 |
Windows®软件,通过Ethernet进行操作 |
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②自动气象站
|
自动气象站
自动气象站是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备,主要是依据传感器对外界气象要素的变化而产生不同的电量变化,经由系统CPU的处理得到需要的气象要素值,自动气象站观测项目主要包括大气压、水气压、空气温度、相对湿度、太阳辐射、风向、风速、雨量等要素,经扩充后还可测量土壤水分、土壤热通量、活动层地温等。
技术参数
测量分辨率 |
0.33 µV |
A/D转换 |
16bit |
扫描频率 |
100Hz |
模拟通道 |
28个单端(14个差分) |
模拟电压范围 |
±5Vdc |
模拟电压精度 |
±(读数*0.04%+偏移量),0℃~40℃ |
耗电量 |
2mA(睡眠模式),3mA(1Hz 采样频率时),10mA(100Hz采样频率时) |
开关激发通道 |
4个电压,3个电流 |
脉冲通道 |
4个 |
控制口 |
3个(用于SDM),8个I/O |
气象塔高 |
10m |
监测要素 |
空气温-湿度、风速-风向、水气压(2m、10m);大气压、降雨量、太阳辐射、活动层水分、土壤热通量、冻土地温 |
监测频率 |
冻土地温6小时/次;其余要素0.5小时/次 |
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③机器人全站仪
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机器人全站仪-S9 HP
Trimble S9 HP机器人全站仪集成了最好的外业技术、最高等级精度和专业工程特性,具有最佳的性能和精度。您可以把扫描、影像和测量组合到单一解决方案中,或者通过长测程精细锁,FineLock™和Trimble DR高精(HP) EDM等选项,专注于最高精度等级的测量,用于高精度要求的工程应用中,内业数据处理时您可以信靠强大的Trimble Business Center和Trimble 4D办公软件,让它们帮助您处理和分析数据。
产品特性
1、 |
具有0.5”或 1”角精度 |
2、 |
Trimble DR Plus 或 HP EDM,可提供最佳的速度、精度和可靠性 |
3、 |
具有Trimble VISION 和 SureScan 技术选项 |
4、 |
Locate2Protect 实时设备管理 |
5、 |
直观的 Trimble Access 外业软件 |
6、 |
Trimble Business Center 内业软件, 用于快速数据处理 |
7、 |
Trimble 4D Control,用于监测管理 |
|
④电子天平
|
UTP313型电子天平
UTP313型电子天平采用高稳定性传感器和单片微机组成的智能化天平,解决了用电阻应变传感器带来的蠕动、线性等问题,具有去皮重、自校、记忆、计数、故障显示、单位转换、交流直流两用等功能。称量准确、快速稳定、操作简单、功能齐全。
技术指标
产品供电 |
220V |
传感器 |
电子平衡传感器 |
称台尺寸 |
Φ80mm |
分度值 |
0.001g |
称重范围 |
0.005~500g |
尺寸 |
320mm*200mm*165mm |
线性误差 |
±0.003g |
操作温度 |
5~35℃ |
预热时间 |
180S |
稳定时间 |
≤8S |
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⑤便携式热特性分析仪
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便携式热特性分析仪
斯洛伐克 ISOMET2114便携式热特性分析仪能够直接测量导热性和体积热容,其测量对象非常广泛,可测土壤、绝缘材料、塑料、玻璃和矿物质等。它可配置不同的传感器来测量不同材料的物理热特性。
技术参数
导热系数测量精度 |
测量范围在0.015~0.70 W/m.K时:读数的5%+0.001 W/m.K;测量范围在0.70~6.0 W/m.K时:读数的10% |
容积热容量测量精度 |
测量范围在4.0.104~ 3.0.106 J/m3.K时:读数的15%+1.103 J/m3.K |
温度测量精度 |
测量范围在-20~+70℃时:1℃ |
导热系数测量重复性 |
读数的3%+0.001 W/m.K |
容积热容量测量重复性 |
读数的3%+1.1 03 J/m3.K |
通讯端口 |
USB或RS-232 |
内存 |
2GB(大于1000组数据) |
工作温度 |
0~+40℃ |
存储温度 |
-25~+60℃ |
供电 |
内置可充电电池(4节AA镍氢电池),交流电适配器(100~240VAC/12VDC) |
防护等级 |
IP42(手持读数表),IP67便携箱) |
重量 |
0.5公斤(手持读数表),5公斤(标准部件带1个针式探头、1个表面式探头和便携箱) |
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⑥三维激光测量系统
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三维激光测量系统
徕卡 ScanStation C10 是体现了最新三维激光扫描技术的代表产品,完全一体化设计。该仪器已经成为便携式的高端测绘设备:全景测量;高速;高精度;远距离扫描;图形化的控制界面;功能强大的视频/照相采集;一体的数据存储;热拔插内置电池;双轴补偿器等。
技术指标
类型 |
脉冲式 |
激光颜色 |
绿色,波长532nm |
激光等级 |
3R(IEC 60825-1) |
扫描范围 |
300 m @ 90%; 134 m @ 18% 反射率 (最近扫描范围 0.1 m) |
扫描速度 |
最高速度5万点/秒 |
扫描光斑直径 |
0-50m范围:4.5mm |
扫描点间距 |
可自定义水平和垂直方向间距;最小可小于1mm |
单次测量点位精度 |
6mm |
单次测量距离精度 |
4mm |
角度精度(水平/垂直) |
60 μrad / 60 μrad (12” / 12”) |
模型表面精度 |
2mm |
标靶扫描精度 |
2mm |
动态双轴补偿范围 |
+/-5’ |
动态双轴补偿精度 |
1.5” |
动态双轴补偿分辨率 |
1” |
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⑦干燥箱
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干燥箱101-4B
干燥箱是一种常用的仪器设备,主要用来干燥样品,也可以提供实验所需的温度环境。干燥箱应用于化工,电子,铸造,汽车,食品,机械等各个行业。 一般分为镀锌钢板和不锈钢内胆的,指针的和数显的,自然对流和鼓风循环的,常规烘箱和真空类型的。电热鼓风干燥箱(热空气消毒箱)是供工矿企业,化验室,科研单位等作干燥、烘培熔蜡、灭菌作用
技术参数
额定功率KW |
8+1% |
电压V |
380/220 |
频率HZ |
50 |
相数N |
3 |
工作温度范围℃ |
50-300 |
温度波动度℃ |
≤±1 |
温度均匀度℃ |
±7.5 |
工作室尺寸 (D×W×H)mm |
800×800×1000 |
外形尺寸 (D×W×H)mm |
1080×1240×1420 |
毛重kg |
385 |
特点 |
内胆为不锈钢,其他与101A型干燥箱相同。 |
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⑧水准仪
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DSZ1水准仪
主要用于国家二、三等水准测量,建筑工程测量,变形及沉降监测,矿山测量,大型机器及工业设备安装,工具加工测量和工程测量,矿山测量等,可大大提高作业效率和测量精度,正常工作时,与高质量铟钢标尺一同使用。
技术参数
每公里往返测量高差标准偏差 |
≤0.7mm |
望远镜 |
正像 |
放大率 |
38x |
物镜口径 |
50mm |
最短视距 |
1.6m |
乘常数 |
100 |
加常数 |
0 |
补偿器工作范围 |
15’ |
安平精度 |
±0.3″ |
圆水准器灵敏度 |
20′/2mm |
安平时间 |
≤2s |
工作温度 |
-30℃~ +50℃ |
防水等级 |
IP55 |
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⑨地温巡检仪
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地温巡检仪
北麓河站自主研制设备,主要用于青藏高原冻土地温人工监测工作,该设备具有操作简单、测量精度高、维护方便、待机时间长等优点,设备设有4个37针DB母头,能同时测量128针地温数据,采用12V超薄型锂电池供电。该设备的使用有效降低成套仪器设备的资金投入,对课题经费少、监测周期短的科研人员带来很大便利。
技术指标
测量分辨率 |
0.33 µV |
A/D转换 |
16bit |
扫描频率 |
100Hz |
模拟通道 |
28个单端(14个差分) |
模拟电压范围 |
±5Vdc |
模拟电压精度 |
±(读数*0.04%+偏移量),0℃~40℃ |
耗电量 |
2mA(睡眠模式),3mA(1Hz 采样频率时),10mA(100Hz采样频率时) |
开关激发通道 |
4个电压,3个电流 |
脉冲通道 |
4个 |
控制口 |
3个(用于SDM),8个I/O |
供电电压 |
12V |
重量 |
3.5kg |
尺寸 |
300mm*400mm*150mm |
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⑩探地雷达
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探地雷达Pulse -100
探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)又称透地雷达,地质雷达,是用频率介于10^6-10^9Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种无损探测方法。可广泛应用于地质断层分析,基岩深度测量,地下水位及污染带,矿藏分布调查,地下管线及其它埋设物探查,混凝土结构测试,考古及冰川应用。
技术参数
电源 |
12DC/1.3A |
频率 |
200Hz |
采样间隔 |
28个单端(14个差分) |
等时间采样率 |
100ps-20000ps,步进2ps |
硬件拷贝输出 |
PC兼容的打印机 |
微机 |
XT-Pentium-P6及以上机型 |
外触发 |
光触发 |
控制及数据输出 |
RS232串口(可选择并口) |
数据存储 |
硬盘及其它PC存储媒体 |
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⑪系统远传数采仪
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系统远传数采仪 RTM8000
北麓河站合作研发系统,远程自动监测系统是一套由多台现场监测站和监测中心组成的多点综合数据采集系统。系统由现场监测站(安装有RTT系列远传数采终端的现场系统,以下简称测站)、监测中心两大部分组成。测站自动采集各种监测数据,并通过无线网络自动传输给监测中心,在中心完成数据的整理、存储、检索和分析.
技术参数
电阻测量范围 |
500Ω~10K |
电阻测量精度 |
±0.25Ω(500~1K) 0.05%(1K~10K) |
电压测量范围 |
±2V |
电压测量精度 |
±0.05mV |
有线通信 |
9600bps的485通信传输距离可以达到500m |
远程无线通信 |
设备内置GSM/EDGE远程通信模块实现远程传输 |
设备防护等级 |
IP67 (不包括电缆接头和监控插头) |
工作环境温度 |
-30℃~80℃ |
工作环境湿度 |
5%~85%RH(无结露) |
工作环境湿度 |
5%~85%RH(无结露) |
内部电池寿命 |
500次采集(电池满配) 或6年;10000次采集(有外供电情况) |
内部电池待机时间 |
6年 |
外供电电压范围 |
6~24V DC |
功耗 |
10uA(静耗)、150mA(12V外供电)、200mA(内部电池) |
外形尺寸 |
长240mm 高160mm 厚100mm(不含插头把手) |
重量 |
约4.5Kg(含电池) |
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