新型电容数字式冰层厚度传感器及其检测方法的研究

更新时间：2020-03-23 08:06:00 大小：3M 上传用户：守着阳光1985 查看TA发布的资源 标签：电容传感器 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

本课题是在国家自然科学基金项目“冰层厚度传感器及其检测方法的研究”(60672028)和2008年山西省研究生优秀创新重点资助项目“基于空气与冰物理特性差异的电力网覆冰厚度遥测系统”(20081009)等项目资助下进行的一项应用基础研究。

2008年我国南方地区的冰冻自然灾害，2009年黄河壶口瀑布冰凌灾害，2010年的冷冬致使黄河流域、渤海湾海域冰封面积超过历史最大记录，全球变暖，冰川消融，海平面上升等等一系列变化无不影响着人们正常的生产生活。大自然正频繁地为我们敲响警钟。如何能在灾难来临之前就发出预警信号，在悲剧发生前就采取相应减灾防范措施？这就需要对冰层厚度进行实时监测，及时了解冰雪、冰凌的生消变化情况。鉴于此，本文提出了基于空气、冰与水的电容特性差异，通过电容值到数字信号的直接转换来测量冰层厚度的新方法。

在继承实验室前期取得的科研成果的基础上，为改善电阻式冰厚传感器在分辨冰与水、冰与空气的分界面上存在误差的情况，对比其优势及实验过程中发现的问题，笔者探索研发了新型电容数字式冰层厚度传感器。针对传统交流法测量及传输电容数据过程中存在的弊端，提出了利用电容数字转换器CDC(Capacitance to Digital Converter) 直接将传感器测得的电容值转化为数字信号传回检测系统来确定冰层厚度的检测思路。然而，目前市场可用的CDC输入电容范围均远小于前期实验测得的范围，这就需要在传感器的结构、选材等方面进行改造，使其适配于CDC的测量范围。由笔者设计的改进型电容式冰层厚度传感器模型采用了垂直双排线极板尺形结构。在经过大量的实验室检测机理实验基础上，通过对传感器电容检测极板外层增加保护层绝缘，将传感器电容检测极板与被测物隔离，使采集获得的被测介质电容值保持在CDC芯片的有效检测范围内。将CDC芯片AD7747与传感器直接相连并置于同一测量环境中。当以单片机为核心的智能化数据处理系统接收到传感器采回的被测介质电容数据后，通过系统内嵌的判断程序分辨出冰、水、空气的分界面，即可判断出冰层厚度。

该传感器具有结构简单、安装方便、抗干扰能力强等特点，整个系统采用太阳能供电、计算机/单片机信息处理、移动通信数据远传、单总线集成温度梯度检...