南极冰盖垂直温度场观测系统的设计与应用

极地冰下温度剖面的观测可为极区科学考察站的建设、南极冰下湖资源的开采等工程提供重要依据。近年来,国内外研制的温度观测系统,主要针对北极海冰环境设计,而南极冰盖下的温度场观测鲜有提及。本文提出一种在南极地区恶劣环境下,基于半导体温度传感器的冰下温度场分布观测系统。通过对电路结构和软件控制流程的设计,解决低温环境下能源消耗过快的问题。针对南极冰盖下单总线信号长距离传输困难的问题,对传输线缆进行分析,重新计算并依据结果调整硬件结构与程序。为检测系统能否满足观测需求,进行了温度精度与系统功耗的测定实验,达到数据稳定回传的目的。系统于中国第35次南极科学考察期间布放在我国南极昆仑站区域,获得超过6个月的南极冰盖温度场观测数据。     

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.     

海冰冰裂缝自动化检测装置及其系统在南极海冰监测中的应用研究

南极海冰冰裂缝宽度的变化严重影响人类在南极活动中冰上物资的运输,利用研制成功的电容感应式冰原传感器,设计并研究了南极海冰冰裂缝的自动化检测装置及其系统,并对该套系统在南极海冰的试验应用进行了分析,结果证明,该冰裂缝检测装置及其系统能较好的实现海冰裂缝的无人自动化监测.     

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.     

基于改进剥层法的南极冰盖密度反演算法

南极冰盖的密度-深度数据是建立高精度表面物质平衡模型时的关键参数.该文提出一种基于调频连续波(FMCW)雷达的冰盖密度和介电常数反演算法.该算法首先利用剥层反演法初步反演密度剖面,然后利用反演的密度和冰盖密实化经验公式建立密度剖面模型,最后通过优化算法寻找最优密度模型参数,从而达到校准密度的目的.基于理论冰盖模型和实测...     

北极海-冰-气多参数自动监测系统设计与应用

北极环境观测对研究全球气候变化具有重大意义，设计一种海－冰－气无人冰站监测系统， 实现对温湿度、大气压、 叶绿素、溶解氧、CT、CTD等数据的实时采集、传输，针对北极的特殊环境，设计主、副浮标电源供电策略和主浮标铱星通讯策略，提高供电和数据传输的可靠性，该监测系统于2018年1月在太原市汾河二库进行试验(每小时采集一次数据)，结果表明该系统可靠性强、运行稳定，可以在恶劣的现场环境中长期工作。     

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.