基于空氣、水、冰電容差異的冰層厚度測量系統(tǒng).pdf

1、近年來極地冰川和內(nèi)陸高原冰川消融幅度比較大，另外，我國北方地區(qū)的大河、大江都存在著不同程度的凌汛問題。要了解冰川融化和冰凌的發(fā)生，就離不開對冰層厚度的測量。鑒于此本文提出了利用空氣、冰、水的電容差異測量冰層厚度的新方法。通過大量的實驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)三者電容值存在數(shù)量級上的差異，可以將測得的電容值轉(zhuǎn)化為頻率或者數(shù)字信號，由于電容值存在數(shù)量級上的差異，那么在傳感器逐點測量中，如果有頻率或者數(shù)字信號的跳變，就說明是測量的介質(zhì)由一種變?yōu)榱肆硗庖环N

2、。只要測出兩次這樣的跳變，那么就可以分辨出冰層的上界面和下界面了，上下界面之差就是冰層厚度了。以下簡要介紹了整個系統(tǒng)的設(shè)計。 在本文中主要介紹了測量冰厚的電容傳感器的結(jié)構(gòu)，電容轉(zhuǎn)換為頻率或者數(shù)字信號的信號調(diào)理電路，數(shù)據(jù)處理電路及上位機的顯示與處理。電容傳感器結(jié)構(gòu)是由按照等間隔排列的多組平板電容組成，內(nèi)部設(shè)計了每個電容的選通電路。信號調(diào)理電路設(shè)計了三種調(diào)理方式：一種是采用專用芯片AD7745實現(xiàn)電容直接轉(zhuǎn)換為24位數(shù)字信號；另外兩

3、種采用了不同的振蕩電路實現(xiàn)電容向頻率的轉(zhuǎn)換。在信號調(diào)理電路中還完成了接受采集指令進行數(shù)據(jù)采集以及向數(shù)據(jù)處理電路發(fā)送采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理電路是以單片機為核心包括時鐘、存儲、通訊等的電路。時鐘電路不僅提供了測量的實時時間，而且產(chǎn)生一分鐘一次的中斷信號用于單片機向信號調(diào)理電路發(fā)采集指令。由于在數(shù)據(jù)傳送中有可能會丟失或者傳輸錯誤，也有可能上位機沒有實時的接收數(shù)據(jù)，所以設(shè)計了存儲數(shù)據(jù)電路以便日后補測數(shù)據(jù)。上位機的顯示與處理程序中包括了數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)