用于测量冰层厚度的智能检测系统开发

冰上体育场馆或冬季风景区中的冰层厚度是相关部门关注的重点指标之一。为了保证竞技质量或确保游客安全,监测部门需要对冰层的厚度进行实时测量。传统的测量方法需要人工操作,效率低下且存在较大的安全隐患。文章提出了一种测量冰层厚度的智能检测系统,采用超声波传感器测量冰层厚度,通过STM32单片机进行数据处理与控制,实现了自动化检测冰层厚度的功能。实验结果表明,该系统具有较高的测量精度和稳定性,能够满足实际应用需求。

冰层厚度传感器及其检测方法

水结冰和冰融化过程中的电阻、电容、温度物理参数与被检测冰表面以上的空气层或冰下水层的电阻、电容、温度有一定的差异,有些差异在数值上比较明显。基于这一特点,笔者提出了利用空气、冰与水的物理特性差异实现对冰层厚度及冰下水位接触式检测的新思路,对含有导电杂质的冰、冰-水混合物、水、空气的电阻、电容特性随温度的变化规律进行了初步分析,并得到冰的弱导电性质和冰与水的电容区间单调特性,据此提出了冰层厚度传感器结构及其冰厚检测原理,介绍了新型冰层厚度传感器在实践中的应用。

基于电场感应的冰层厚度检测传感器及其系统的研究

给一个金属电极通过电阻施加交流激励,当冰或水作为电介质接近该电极时,电极周围的电场发生改变,表现为该电极与"虚地"形成的电容的改变。利用这一电场感应机理,设计了同面多电极电容式冰层厚度传感器;利用MAXWELL软件对传感器检测机理进行了仿真,并通过实验验证了利用电场感应的方法测量冰层厚度的可行性,仿真结果和实验结果证明该方法能实现定点冰层厚度的准确测量。

电容式冰层厚度传感器及其检测方法的研究

水由液体变为固体冰(或由固体冰变为液体)的过程中电容会发生很大的变化,基于这一特点,提出了利用空气、冰与水的电容特性差异实现对冰层及冰下水位进行非接触式检测的新的冰层厚度检测思路。对含有导电杂质的冰、冰水混合物、水与空气等物质随温度变化所表现出的电容特性进行了分析,据此提出了利用空气、冰与水的电容特性差异实现对冰层厚度及冰下水位进行非接触式检测的传感器结构及冰厚检测原理。

冰层厚度传感器在冰层厚度检测系统中的应用研究

水结成冰的过程中电阻,电容会随之发生变化.同时,温度是影响冰的性状及冰层的变化的重要物理量之一.基于这一特点,作者提出了利用空气、冰与水的物理特性差异实现对冰层及冰下水位进行接触式检测的新的冰层厚度检测思路.本文对含有导电杂质的冰、冰水混合物、水与空气等物质随温度变化所表现出的电阻,电容特性进行了分析,据此提出了利用空气、冰与水的电阻,电容特性差异实现对冰层厚度及冰下水位进行接触式检测的传感器结构及其冰厚检测原理.

冰层厚度变点判别方法的探讨

利用统计学变点检测理论对冰层厚度传感器每个测点测量到的电压值进行分析计算,并做出变点判断;利用Matlab进行了仿真试验。结果表明,利用最小一乘法变点判断程序能准确地判断出空气与冰、水与冰的变点,并能够对野值电压进行排除。用这种方法对冰层厚度的变点判断精度高、速度快。

沈阳市冬季冰层厚度特征研究及应用

在2006年冬季对沈阳市不同地点水面的冰层厚度进行了观测,发现市内一环附近,冰层厚度曲线略有差异,但大体重合;而城区二环以外结冰较早,冰层也比市内一环附近厚一些,特别是早期。分析实测记录和沈阳观象台气温资料,可知冰层厚度与负积温之间的相关性非常好,建立了冬季冰层厚度预报方程,结果表明,天气转冷趋于稳定后,预报方程的拟合度较好。利用气象台每天发布的天气预报,开发并研制了相应的冰上活动指数的预报和发布系统。

蓄冰盘管冰层厚度测量及管外蓄冰性能实验

提出了一种新型简便的冰层厚度测量方法,该方法用测量冰层内温度分布的方法间接测量冰层动态厚度及冰层的相界面生长规律。对蓄冰盘管外结冰过程的实验研究表明,测量方法可靠,具有较高的测量精度;实验发现,蓄冰盘管外上部冰层生长较快,而下部冰层生长较慢,而在实验参数范围内管内乙二醇水溶液流量对冰层生长速度影响不大。

用于冰层厚度测量的电容采集系统

由于空气、冰、水的电容特性各不相同,采用条形电容极板模型测量空气、冰、水的电容变化可以间接判断冰层厚度。针对特定电容模型产生的微小电容变化,设计了一种基于交流阻抗法的电容采集系统,能够测量1 pF^1 000μF的微小电容变化,从而实现对冰层厚度的自动化测量。

超声波在冰层厚度测量中的应用

受全球变暖的影响,冬季冰层越发值得学者研究,近年来我国由于对冰层厚度掌握不全面而出现的意外事故时有发生,为减少生命财产损失而实时测量冰层厚度具有很强的现实意义,本文就测量方法上基于传统的人工破坏式测量方法上提出了利用雷达探测方法和超声波探测方法,通过原理分析,超声波探测法准确可行。

基于PS021的电容式冰层厚度检测系统的设计

根据空气、冰和水的电容特性差异,本文设计了一种新型的电容式冰层厚度检测系统.该检测系统应用了德国acam公司的电容数字转换器PS021,可以把电容式传感器采集到的电容信号转换成数字信号输出.黄河的现场实验数据分析结果表明,系统结构简单,可靠性高,可以应用于冬季河道冰层厚度及冰下水位的定点、连续自动测量.

基于非线性数据融合的冰层厚度自动测量应用研究

为解决黄河冰层厚度测量的误差大、精度低等问题,设计了一套针对黄河冰情特点的钻式冰层厚度自动测量系统,并研究了基于径向基神经网络的非线性数据融合处理技术.该测量系统首先通过电机(或破冰机)推动钻头在冰上钻孔,用压力传感器来判断钻孔动作的开始和停止;同时用钻头来带动编码器旋转,进行脉冲计数;当钻孔动作结束后,用钻头钻行速度和启停时间来计算冰层厚度,同时也通过编码器脉冲计数值来计算冰层厚度;最后以高斯基函数建立二元径向基的数学模型,将启停时间和脉冲计数值进行融合处理,得出冰厚测量结果.测量结果可在现场显示,也可通过GPRS无线传输到观测站.该测量系统不仅减少了人工操作带来的误差,而且克服了黄河水中杂质多、含沙量大等因素的影响,提高了系统的测量精度和稳定性,较适合在黄河及黄河流域库区冰厚测量进行推广使用.

电磁探测技术在冰层厚度检测中的应用探究

根据海冰、内陆湖泊、河流、冰川等冰资源与环境中的自然科学问题及冬季结冰地区水工结构物安全运行管理中对冰层厚度时空变化资料的需求,基于电磁场的特有性质,讨论了可用于冰层厚度检测的两种电磁探测方法-时间域电磁法和频率域电磁法,较详细讨论了它们的工作原理、研究进展、适用范围和在冰层厚度检测中获得的初步应用结果,并通过对实际测量结果的分析比较,提出了频率域电磁法,相对于时间域电磁法,在冰层厚度检测中具有更多的优势.

冰层厚度探测的频率域电磁法研究

根据冰层厚度探测的实际需要,研究了频率域电磁法的冰层厚度探测系统.系统是利用频率域电磁法的基本原理设计,同时,利用椭圆率来消除一次场的影响,可实现一次和二次磁场的分离提取、数据采集等模块功能.并且在实验室对传感器的电流发射部分和数据接收部分进行了试验,与理论数据进行比对.实验结果表明,系统可实现冰层厚度检测和生消变化过程检测.

同面多极电容感应式冰层厚度传感器的设计及应用

同面多极电容感应式冰层厚度传感器是基于空气、冰与水不同的介电特性,通过对空气层、冰层和冰下水层电容值进行分层测量,从而实现对冰层厚度与水位高度自动检测的一种新型冰情检测传感器.主要融合了单片机技术和电子信息采集,处理,转换技术.利用Maxwell软件对其机理进行仿真,对实验数据进行分析,论证了同面多电极电容感应式冰厚传感器的测量原理;通过分析该传感器在黄河内蒙段的现场检测数据,证明该传感器具有准确度高、误差小、稳定等优点,并能在低温、辐射和强烈振动等恶劣环境下工作,非常适合野外环境中使用.

间接式冰浆制取过程冰层生长的动力学特性

为研究间接式冰浆制取过程中冰层生长的动力学特性,建立冰层生长控制模型,对间接式冰浆制取过程中冰层生长速率与冰层厚度变化及其影响因素进行数值模拟研究。通过乙二醇溶液冰浆生成实验与模拟结果的比较,验证模型的有效性,并运用该模型分析添加剂种类、添加剂质量分数和流速等因素对冰层厚度变化的影响。研究结果表明:与乙二醇溶液相比,相同质量分数的氯化钠具有更强的抑制冰层生长的作用;添加同一种添加剂时,添加剂质量分数越大,抑制冰层生长能力越强;溶液流速越大,越有利于抑制壁面冰层过快增长。通过冰层生长的动力学特性分析,可为间接式冰浆制取冰层厚度控制与预防冰堵提供理论参考。

去除冰层对P波响应的影响来计算地壳和上地幔波速结构:以南极洲地震研究为例

极地环境下进行标准的P波接收函数分析是非常困难的,因为厚厚的冰层里面的多次反射信号往往会掩盖来自深地下结构的P-S转换波,并增加背景噪声水平,显著降低数据的信噪比。本文提出了另外一种冰盖之下地下结构成像方法。我们利用P波响应向下延拓和波场分解来获取不受冰层影响的上行、下行P波和S波波场势函数。在某一参考深度波形分解得到的上行P波波场,可以用来计算冰层厚度。这个简单的步骤可以使迭代反演过程中不必模拟冰层效应,同时也可加快向下延拓所需的整体波速分析。上行S波通过标准反演方法模拟,即采用最小二乘法得到自由表面的接收函数。为了验证我们的设想,本文检验了南极洲数据网中的数据资料,同时也对比了之前通过P波和S波接收函数以及体波或面波层析成像分析的结果。该方法很好地去除了冰层的影响,同时建立了模拟地壳和上地幔结构的数据库。模型解给出了地壳厚度以及地壳和上地幔剪切波平均波速。电子补充测量数据图,反褶积采用的垂向分量叠加,以及产生的垂向。

用退役鱼雷探测冰层

英国《新科学家》周刊报道,澳大利亚皇家海军潜艇部队最近淘汰了一批50年代末从英国购买的马克—23鱼雷。澳大利亚冰川学家和气象学家把其中的一枚加以改装,用于探测南极海面冰层的厚度。科学家们希望进一步了解南极水域海洋与大气之间的热力交换情况。冰层像是一块毯子履盖在海面,从而减缓热力转换。这种现象可以对整个南半球的气候形式产生影响。

NASA发射ICESat-2卫星探测极地冰层

当地时间9月15日,美国国家航空航天局（NASA）在加州范登堡空军基地成功发射ICESat-2卫星.该卫星设计用于精确测量格陵兰岛和南极洲冰层厚度的变化,目标轨道位于太平洋上空.该卫星仅搭载一件科学仪器：高级地形激光测高仪系统,这台仪器观测精度在5mm以内,使其能获得地球冰层地形的细粒度视图.这是当前分辨率最高的高程监测卫星.（新闻来源：太空网微信公众号）