基于電容感應(yīng)技術(shù)的定點冰層厚度檢測方法機理與應(yīng)用研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、冰層厚度及其變化過程是研究冰層生消、開河冰塞、凌汛發(fā)生的基礎(chǔ)性因素之一;海冰厚度是描述海冰狀態(tài)最基本、最重要的參數(shù);在南北極,海冰多年的冰厚變化是世界氣候變化的“窗口”,是全球氣候變化的指示燈;一直以來,冰層厚度都被認(rèn)為是海冰或淡水冰最難監(jiān)測的物理指標(biāo)之一,實現(xiàn)定點冰層厚度的連續(xù)實時化自動監(jiān)測更是冰層厚度檢測技術(shù)的一道難題。
   本文在總結(jié)目前各種實際冰層厚度檢測方法優(yōu)缺點基礎(chǔ)上,提出一種基于電容感應(yīng)技術(shù)的定點冰層厚度及冰下水

2、位的檢測新方法,對電容感應(yīng)技術(shù)的基本原理以及利用這一原理實現(xiàn)對冰層厚度定點、連續(xù)自動測量的檢測方法與實現(xiàn)途徑進行了論述。根據(jù)對國內(nèi)外大量的文獻資料調(diào)查結(jié)果顯示,目前,國內(nèi)外還沒有研究人員對同面多電極電容感應(yīng)傳感器的電容和電場強度進行完整精確的數(shù)學(xué)推導(dǎo),作者采用有限元仿真的方法對同面多電極電容感應(yīng)的電場進行了仿真,詳細直觀地揭示了利用電容感應(yīng)方式進行冰層厚度測量的機理;根據(jù)空氣、冰與水具有不同的介電特性,提出了一種基于電容感應(yīng)技術(shù)、通過對

3、空氣層、冰層和冰下水層電容值進行分層測量,進而實現(xiàn)對冰層厚度與冰下水位自動檢測的新理論,新方法;為了實現(xiàn)分層檢測的目的,作者設(shè)計、研制了獨特的電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器結(jié)構(gòu),為該項技術(shù)的應(yīng)用實施奠定了基礎(chǔ);以新的電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器為核心,作者融合了單片機,數(shù)字電子信息處理及移動通信技術(shù)中GSM短消息數(shù)據(jù)傳輸?shù)入娮有畔⑻幚砑夹g(shù),設(shè)計并研制成功電容感應(yīng)式定點冰層厚度自動化無線實時監(jiān)測系統(tǒng);使用研制成功的電容式冰層厚度傳感器及其檢測系統(tǒng)在

4、黃河內(nèi)蒙河道進行了工程應(yīng)用試驗,獲得大量的實驗數(shù)據(jù),通過對實驗數(shù)據(jù)的詳細分析研究,結(jié)合理論分析的結(jié)果,設(shè)計了分段平均值法和奇異普法的冰層厚度判斷算法,并通過matlab編程實現(xiàn),提高了冰層厚度判定的準(zhǔn)確度,減小了誤差。
   本文的研究成果可以應(yīng)用于長距離輸水工程明渠輸水渠道、河道、水庫、湖泊的冰生消過程,極地海冰、冰川表層、凍土層、北方地區(qū)近海海岸冰層等變化的定點連續(xù)自動監(jiān)測,為北方地區(qū)冬季水文自動預(yù)報、河流冰凌災(zāi)害預(yù)報、水電

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