基于電容感應(yīng)技術(shù)的定點(diǎn)冰層厚度檢測(cè)方法機(jī)理與應(yīng)用研究.pdf

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(cè)的物理指標(biāo)之一，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)冰層厚度的連續(xù)實(shí)時(shí)化自動(dòng)監(jiān)測(cè)更是冰層厚度檢測(cè)技術(shù)的一道難題。
　　 本文在總結(jié)目前各種實(shí)際冰層厚度檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出一種基于電容感應(yīng)技術(shù)的定點(diǎn)冰層厚度及冰下水

2、位的檢測(cè)新方法，對(duì)電容感應(yīng)技術(shù)的基本原理以及利用這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)冰層厚度定點(diǎn)、連續(xù)自動(dòng)測(cè)量的檢測(cè)方法與實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行了論述。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外大量的文獻(xiàn)資料調(diào)查結(jié)果顯示，目前，國(guó)內(nèi)外還沒有研究人員對(duì)同面多電極電容感應(yīng)傳感器的電容和電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)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(duì)同面多電極電容感應(yīng)的電場(chǎng)進(jìn)行了仿真，詳細(xì)直觀地揭示了利用電容感應(yīng)方式進(jìn)行冰層厚度測(cè)量的機(jī)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(duì)

3、空氣層、冰層和冰下水層電容值進(jìn)行分層測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)冰層厚度與冰下水位自動(dòng)檢測(cè)的新理論，新方法；為了實(shí)現(xiàn)分層檢測(cè)的目的，作者設(shè)計(jì)、研制了獨(dú)特的電容感應(yīng)式冰層厚度傳感器結(jié)構(gòu)，為該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)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(jī)，數(shù)字電子信息處理及移動(dòng)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(jì)并研制成功電容感應(yīng)式定點(diǎn)冰層厚度自動(dòng)化無線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；使用研制成功的電容式冰層厚度傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)在

4、黃河內(nèi)蒙河道進(jìn)行了工程應(yīng)用試驗(yàn)，獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析研究，結(jié)合理論分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)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(shí)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(zhǎng)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(diǎn)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為北方地區(qū)冬季水文自動(dòng)預(yù)報(bào)、河流冰凌災(zāi)害預(yù)報(bào)、水電