В практике научных исследований возникает необходимость изучения распределения температур и динамики изменения температуры во времени и пространстве в грунтах, льду и снежном покрове. В связи с этим возникает необходимость в создании прибора для дистанционного измерения температур временной динамики изменения температур и пространственного распределения температур. Промышленность в настоящее время такие приборы не выпускает. В данной статье предлагается устройство для измерения пространственного распределения температур во льдах, в грунтах и снежном покрове, совмещенное с персональным компьютером. Для данного устройства возможна организация дистанционных измерений с использование спутниковой связи. Подобное устройство возможно к использованию при организации долговременных наблюдений при исследованиях в арктической и приарктической зонах.
Установка для измерения температуры мерзлых пород состоит из: 20 термодатчиков DS18S20, Arduino UNO, ПК. Термодатчики расположены на расстоянии 10 см друг от друга по всей длине линейки из оргстекла. Для преобразования сигнала с датчиков применяется Arduino UNO, который в дальнейшем передает сигнал на ПК. Термодатчики соединены с Arduino при помощи трех проводов: общий, данные и положительного полюса питания. Для работы с датчиком в программу Arduino IDE были добавлены библиотеки: OneWire и DallasTemperature.
Рис. 1. Блок-схема установки
Для измерения данных несколькими датчиками одновременно, необходимо подключить их параллельно.
Апробирование этого устройства происходило на площадке расположенной в 10 метрах от здания, сигнал входил в здание и регистрировался на ПК. Устройство позволяло снимать показания на удалении, через интернет.
Рис. 2. Данные изменения температурной зависимости за 36 часов
Рис. 3. Пример временной динамики температуры в грунте на разных глубинах
Рис. 4. Пример временной динамики температуры в снежном слое
На рисунке 2. представлены данные изменения температурной зависимости за 36 часов. Данные графики показывают, как градиент температур становится линейным с течением времени. Нелинейность изначально обусловлена перемешиванием грунтов разных слоев, при закапывании датчиков.
На рисунках 3 и 4 показана зависимость температуры от времени измерения, начиная со времени установки измерительных датчиков, с 15 часов 17 декабря, и оканчивается в 02 часа 18 декабря, снятие данных происходило ежечасно.