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.     

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.     

基于DS18B20的冰层温度梯度-厚度传感器的设计

根据高寒地区河流结冰时,河道冰情监测点垂直柱面内空气、冰与水三种介质所表现出的不同温度特性,设计了基于DS18820温度传感器的高显示分辨率冰层温度梯度一厚度自动化检测传感器,传感器内部采用单总线结构,通过MSP430单片机的控制实现了温度梯度各监测点的数字化数据采集,使传感器具有结构简单、功耗低、抗干扰能力强等优点.将新型传感器安装在内蒙古三湖口黄河河道并进行了连续两个月的现场冰情数据采集试验,传感器获得了黄河河道监测点系统的温度梯度数据.通过对采集获得的冰层温度梯度数据的进一步分析,可以全面掌握河道冰层变化的状况,实验结果表明这一新的冰层温度梯度一厚度传感器是一种更加适应于工程应用的冰情检测设备.     

基于介质温度数值分布规律的冰盖厚度检测分析方法

针对水文预报领域冰层厚度检测过程中对空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点难以判断的难题,提出了一种基于介质温度数值分布规律的冰层厚度检测分析方法.新方法在对空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点进行分析判断时采用了聚类分析思想,通过采用改进属性归类规则的K-means算法,对采集到的空气、冰与水不同介质的温度数值分布数据进行分类,并对各自属性的温度梯度分布数据集合进行线性拟合,从各拟合曲线交点可以获得空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点,进而计算出冰层厚度数值.采用这一方法对2014.12-2015.3内蒙包头黄河河道冰情采集数据进行分析,证明了新方法的可行性.     

黑龙江漠河地区冰雪情自动监测系统的设计与应用

基于空气、冰、雪与水物理特性的差异,设计了适应高寒地区内陆河道冰雪情定点自动检测的传感器和数据采集系统设备.该系统被安装在黑龙江省漠河县北极村水位站黑龙江河道断面,进行了3个半月的冰雪情定点连续监测,获取了系统的黑龙江河道内部冰水情以与积雪深度现场数据.采集数据完整地反映了黑龙江河道冬季冰层和雪层生消变化过程,为分析高寒地区冬季冰雪情变化规律以及春季凌汛预警提供了科学的预测数据,并探索出了一种适合野外恶劣环境下工程应用的冰雪情检测方法和系统设备.     

电容感应式架空输电线路覆冰厚度传感器的研究

利用同面多点电容感应技术,设计了一种实时测量输电线路覆冰厚度的传感器.传感器基于电容感应技术,通过测量模拟输电导线周围不同位置金属电极的电容值变化,并对电容值进行分析与计算,得出模拟导线上的覆冰厚度.通过对同面多个金属导线电极电场、电容的理论分析、仿真,以及低温下对系统的冰冻试验,验证了传感器在监测输电线路覆冰厚度的可行性.     

基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统设计

针对黄河河道冰情的多点监测问题,提出了一种基于ZigBee技术的河道冰层厚度多点监测系统的设计方案,简要介绍了ZigBee技术的主要特点,冰层厚度传感器结构与检测原理,提出了基于ZigBee的黄河河道冰情多点监测系统结构,讨论了监测系统硬件与软件的设计思路,利用系统可以实现黄河河道局部区域内多点冰情远程无人连续自动监测.     

基于边缘电场效应的双线制电容式水位传感器

研究了一种基于边缘电场效应的双线制电容式水位传感器及其测量电路的软硬件设计.传感器利用一根双芯电线作为敏感单元,能够将水位的高低线性转换为电容量的变化.双芯电线内的两个铜芯分别作为电容式传感器的两个电极.待测的水被绝缘皮隔离在双芯电线的周围.由于两铜芯间的边缘电场的存在,水位的变化会影响两铜芯之间的电容量,因此水位值可通过测量该电容量计算出来.利用测量电路对传感器的测量结果表明:传感器的电容量随水位线性变化,精度为1mm.水位上升时,传感器反应非常灵敏.但水位下降时,传感器的灵敏度略有迟缓.当水位在10秒内从0.9米快速下降到零水位,传感器的响应时间为1分钟.     

基于IMB的南极近岸海冰物质平衡过程研究

介绍了目前对南极海冰厚度的多种检测手段,提出了基于电容感应技术利用浮标作为载体的新式检测方法的设计方案.相应位置电极所测得的电容值与所测海冰厚度所对应,利用温度数据作辅助判断,通过分析多点电容值变化判断海冰变化情况,实现了海冰厚度的实时监测.     

电容感应式冰厚监测系统在南极海冰监测中的应用

为了实现对南极的实时自动化监测,设计并研制了电容式冰厚监测系统,系统于2012年3月至8月对南极中山站附近的近岸海冰进行了连续6个月的厚度自动化监测,通过对监测数据的对比分析,得到了监测系统的准确度与相对偏差.结果证明系统用于高精度定点监测海冰厚度是可行的,并对系统监测南极海冰的不足与今后改进研究的内容进行了讨论.     

基于3G网络的河道冰凌图像遥测系统设计与冰凌密度分析

设计了一种适用于野外无供电条件下的河道冰凌图像远程遥测系统,介绍了系统的整体结构、运行模式和关键电路的构成以及图像处理模块的选型.设计系统可以通过3G无线网络将上位微机图像监测控制命令传送到河道现场,可以实时控制现场控制摄像头的旋转角度、方向及焦距,实现对被监测河道区域冰凌图像的多视角实时在线监测;系统上位微机管理软件对接收到的冰凌图像信号经过动态阈值分割算法处理,可获得观测区域河道水面冰凌密度数值.     

基于ANDROID的LTE冰水情自动监测客户端设计

在冰水情信息监测工作中,数据实时远程传送和现场远程实时监控、告警是能否准确实现预测、报警的关键因素.随着通信技术的发展,LTE(第四代移动通信技术)系统已大规模商用,在基于LTE网络架构的冰水情灾害自动监测设备中,利用大带宽高传输速率的优势,视频、图像数据的实时传送成为现实.在应用中,远程智能手机客户端的开发成为一个重要问题.基于Android(安卓手机操作系统)系统的LTE冰水情自动监测客户端具备较强的稳定性、可靠性、可移植性,能够在很好的在满足用户移动性的同时,实现远程监控、告警功能.能够为LTE冰水情灾害自动监测设备远程用户端提供一个有效的解决方案.     

基于光纤光栅测量静冰压力的应用研究

静冰压力是指冰层在升温膨胀受到约束的条件下,对约束体产生的压力.它是高寒地区水工建筑物的一种特殊载荷,也是冰科学和冰工程研究中最关键的物理指标之一.主要介绍了几种测量与确定静冰压力的方法及其存在的问题,并着重研究了适合测量静冰压力的光纤光栅传感器的工作原理和结构设计,提出了静冰压力在线检测系统的设计方法,解决了光纤光栅压力传感器的温度补偿问题.通过初步的研究表明,基于光纤光栅的静冰压力传感器具有尺寸小、分布式绝对测量、抗腐蚀能力强、抗干扰、适合于定点连续自动监测等优点.     

南极中山站周边水环境冰情监测系统的设计与研究

系统实现对南极中山站周边冰、水环境的长期连续实时监测,可以为分析南极环境变化是否对全球气候异常变化造成影响提供最基本的科学数据.利用空气,冰与水介质的电导率不同的原理用微控制器控制冰情检测传感器来实现冰水环境的自动化监测,设计了可以实现冰厚度、水深度、温度的定点连续冰情监测系统,监测数据可以存储在系统内嵌的SD存储卡中,方便观测人员进行调用.通过卫星实现数据无线传输.     

基于LTE网络架构的冰水情自动监测系统

冰水情信息监测是水情灾害监控信息的基础,是预报、防汛抗旱决策的重要依据.在冰水情灾害监测工作中,利用数据采集、远程监控实现对当前信息进行实时分析、报警十分重要.利用2G、3G技术的监控系统存在带宽资源不足、传输速率不够等问题,已不能满足当前发展的需求.随着通信技术的变革,LTE(Long Term Evolution-长期演进技术)网络已完成大规模商用部署,将LTE系统应用于冰水情灾害监测工作中,开发基于LTE系统的监测装置,实现监测数据、图像、视频通过LTE网络向客户端的实时传输,利用LTE系统大带宽高传输速率的优势,能够解决2G、3G监控系统资源不足的问题,更好的完成冰水情信息的远程实时监控.