同面多電極感應(yīng)式冰層厚度傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、本課題是在高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)博導(dǎo)類專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(2009140211 0004)、山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目(80010402100171)資助下進(jìn)行的一項(xiàng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
　　 冰層厚度的連續(xù)檢測(cè)是南北極科考、防災(zāi)減災(zāi)、水文、水電工程安全運(yùn)行、環(huán)保氣象等領(lǐng)域急需的應(yīng)用技術(shù)之一。在總結(jié)目前各種冰層厚度檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本論文提出了一種利用同面多電極感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)冰層厚度進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)的新方法。該檢測(cè)方法原理為：將同面多電

2、極傳感器垂直放置于檢測(cè)河道空間，傳感器某個(gè)電極被外施激勵(lì)信號(hào)(其余電極接地)激勵(lì)電極和接地電極之間形成散射電場(chǎng)，不同介電常數(shù)的被測(cè)物質(zhì)(空氣、冰、水)靠近散射電場(chǎng)時(shí)，電極上方電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)不同的數(shù)值，通過(guò)分析測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值差異，可以確定各電極所處水平斷面被測(cè)物質(zhì)的物理形態(tài)(水、冰，還是空氣)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冰層厚度和冰下水位的自動(dòng)檢測(cè)。針對(duì)這一新的檢測(cè)冰層厚度方法，論文進(jìn)行了以下幾方面的研究工作：
　　 1.通過(guò)查閱大量資料，對(duì)目

3、前存在的冰層厚度檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，提出了使用同面多電極電場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)冰層厚度檢測(cè)的方法。
　　 2.采用理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)等多種手段對(duì)新的冰層厚度檢測(cè)方法進(jìn)行了基礎(chǔ)理論研究，為同面多電極感應(yīng)式冰層厚度傳感器的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 3.在理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了專用的同面多電極感應(yīng)式冰層厚度傳感器實(shí)驗(yàn)裝置，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了大量的機(jī)理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了同面多電極感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)冰層厚度檢測(cè)的可行性。

4、　　 4.針對(duì)工程應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、研制了同面多電極感應(yīng)式冰層厚度傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)，包括整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路，軟件應(yīng)用程序和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　 5.采用新研制的同面多電極感應(yīng)式冰層厚度傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)，與黃河水利委員會(huì)寧蒙局科技人員合作，于2009.12-2010.3在黃河內(nèi)蒙頭道拐河道進(jìn)行了為期四個(gè)月的工程應(yīng)用試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程表明，新研制的同面多電極感應(yīng)式冰層厚度傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)預(yù)定的設(shè)計(jì)功能，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)獲