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冰层厚度检测电容传感器优化设计

更新时间：2020-03-26 09:20:53 大小：4M 上传用户：zhiyao6 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

本课题是在内蒙古科技大学创新基金(2011NCL009)的资助下进行河道冰情检测研究,主要针对电容传感器在冰层厚度测量上的实验研究。冬季江河出现的冰冻现象对人类的生产生活带来很大的影响。河道的冰情检测在水文研究和灾害预警中占有很重要的地位。通过对河道冰层厚度的实时监测能够实现对河道冰情的全方面检测,而冰厚测量传感器的设计在冰情检测系统中具有关键的作用。

论文综述了目前国内外冰层厚度检测的发展现状,并在近些年提出的电容法测量冰厚的基础上对传感器和检测系统做了进一步的研究。论文对电容法测量原理进行了详细的论述,并给出了新型冰层厚度测量传感器的测量方法。利用有限元分析ANSYS软件对新型传感器进行了模型的搭建和仿真结果分析,详细直观的揭示了电容感应方法测量冰层厚度的机理,同时对电容传感器的结构进行了优化设计。在此基础上,实际制作了多种类型传感器,并进行了相关的冰冻实验,获取了大量有价值的数据。一方面对电容法测量冰层厚度原理进行了验证,另一方面为冰层判点提供了数据支持。在实际的测量过程中,存在着电容数值较小不宜测量的难题,论文中采用了ACAM公司最新的Pcap01芯片方案,有效缩小了检测系统的体积以及大大提高了对电容数据采集的准确性和快速性。针对北方河道的应用工程和物联网背景,研制并设计了冰层厚度测量系统,包括了野外使用的电源供电系统,现场测量显示电路,GPRS通讯电路,安卓平台客户端开发。在电容法测量冰层厚度的检测系统中,对冰层上下界面判别是一大难点。论文提出采用BP神经网络算法对冰层界面进行判别,在Matlab平台下进行了相关的测试实验并给出了在MSP430单片机上实现的方法。

本论文的研究成果实现了对冰层生消变化整个过程的连续检测,该系统结构简单,稳定可靠,可广泛使用在河道、湖泊以及冰川表层等定点连续测量。适用于物联网大发展下的对河道冰情全覆盖的检测,在防灾减灾、冰情预警等领域具有重要的理论参考和工程实用价值。