數(shù)字型電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器與系統(tǒng)設(shè)計及其在黃河和南極中山站冰情監(jiān)測中的應(yīng)用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、基于空氣、冰與水的物理特性差異實現(xiàn)冰情自動檢測是由太原理工大學(xué)測控技術(shù)研所冰情檢測課題組提出并在南極成功獲得應(yīng)用的新型冰情檢測方法。從這一基本原理出發(fā),采用基于空氣、冰與水的介電特性差異實現(xiàn)對海冰厚度的觀測是對這一新方法的拓展和創(chuàng)新。在本論文研究過程中,通過對空氣層、冰層和冰下水層電容值進行分層測量,作者于2011年設(shè)計了一種可以實現(xiàn)對冰層厚度與水位高度自動檢測的電容感應(yīng)式冰情檢測傳感器,該傳感器于2011-2012冬季在黃河萬家寨水利

2、樞紐進行了整個冬季的連續(xù)現(xiàn)場冰情監(jiān)測試驗,通過對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的分析后發(fā)現(xiàn),盡管設(shè)備檢測冰層厚度的基本功能已經(jīng)實現(xiàn),但由于傳感器本身的結(jié)構(gòu),采集和處理電路的設(shè)計以及數(shù)據(jù)的后續(xù)發(fā)送和處理等方面存在著這樣或者那樣的不足,極大地影響了對野外環(huán)境現(xiàn)場冰情檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和實時性。為此,我們結(jié)合實際工程現(xiàn)場對河冰和海冰數(shù)據(jù)采集的要求,重新設(shè)計、研制了數(shù)字型電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器及系統(tǒng)并實地應(yīng)用于黃河萬家寨水利樞紐和南極中山站冰水情監(jiān)測中。本文所設(shè)

3、計的數(shù)字型電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器不僅在數(shù)據(jù)采集原理上不同于其他傳感器,而且對傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形都進行了重大改進,對采集和處理電路進行了優(yōu)化;同時,還對數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和后續(xù)處理程序都做了進一步的改進,從而提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性和可靠性。
   本研究主要內(nèi)容包括:首先,通過查詢大量相關(guān)文獻資料,對當(dāng)今國內(nèi)外現(xiàn)有冰水情檢測方法進行研究分析,對比其優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上提出了基于空氣、冰和水不同的電容特性的冰水情檢測系統(tǒng)。

4、其次,對被測介質(zhì)—空氣、冰和水的電容特性進行研究,根據(jù)空氣、冰和水不同的電容特性對數(shù)據(jù)采集部分的數(shù)字型電容感應(yīng)式冰層傳感器進行機理分析,這是冰層厚度傳感器設(shè)計的理論基礎(chǔ),它是電容感應(yīng)式冰情檢查系統(tǒng)的核心部分。然后,通過實驗對已設(shè)計出的不同類型量程的傳感器進行可行性研究。根據(jù)具體實際工程需要成功研制了不同量程數(shù)字型電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器及其系統(tǒng),主要包括:數(shù)據(jù)采集部分的數(shù)字型冰層厚度傳感器硬件電路和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計以及傳感器部分的封裝加工;

5、數(shù)據(jù)處理部分的硬件電路設(shè)計和主子程序編譯;數(shù)據(jù)發(fā)送部分的A-GPRS1090I的無線采集模塊和GPS數(shù)據(jù)透傳模塊的硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)置;數(shù)據(jù)接收部分的上位機接收處理軟件的設(shè)計等。最后,介紹了現(xiàn)場安裝情況,并分別對數(shù)字型電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器及其系統(tǒng)在黃河萬家寨水利樞紐和南極中山站的應(yīng)用及其采集數(shù)據(jù)的情況進行了分析研究。在導(dǎo)師和冰情檢測課題小組的協(xié)助下,通過將近兩年的努力,完成了最初預(yù)定的各項研究目標(biāo),成功的應(yīng)用于南極第28次科考,并

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