文档介绍：太原理工大学
硕士学位论文
基于CAV444的电容式冰厚传感器及其检测系统的研究
姓名:崔丽琴
申请学位级别:硕士
专业:检测技术与自动化装置
指导教师:秦建敏
20100501
太原理工大学硕士研究生学位论文
基于 CAV444 的电容式冰厚传感器及其检测系统的研究
摘要
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”(项目编号:60672028)、“山西省研究生优秀创新项目重点资助项目”
(项目编号:20081009)资助下进行的一项应用基础研究。
近年来,极地冰川消融导致海平面不断上升,给人类的生存环境、动
植物的生长以及全球气候变化带来了巨大的影响。另外,北方冬季普遍存
在的河道结冰现象,使得许多水利工程设施的安全运行存在隐患。黄河流
域冰凌灾害更是严重威胁到沿岸人民的生命财产和各种水电大坝的安全。
从保护环境、冬季水文水资源管理和水工结构物抗冰能力设计等各方面考
虑,我们都需要了解冰的基本特性。
由太原理工大学秦建敏教授等提出并研制的基于空气、冰和水电阻特
性差异检测原理的冰厚传感器已在中国第 21、22、24 次南极科学考察海冰
观测项目中得到了应用,但是在工程应用中仍存在一些检测机理和系统结
构方面的问题有待解决。比如,冰层的上界面和下界面的判定方法就是国
家自然科学基金资助项目“冰层厚度传感器及其检测方法的研究”(项目
编号:60672028)的一个重要研究课题,为此,国家自然科学基金项目组
提出了基于空气、冰和水的电容特性差异进行冰厚检测的新思路,以便寻
求一种可以精确判断冰层上、下界面的新途径。项目组成员曾利用 TH2618B
电容测量仪在实验室进行了大量的机理实验,然而,实验并不能完全准确
的模拟实际的冰厚检测场景。本文作者设计了一套基于 CAV444 的电容式
冰厚检测系统,较好地解决了这个问题,实现了电容值和温度值的自动采
集、存储和显示,并且利用该系统进行了系统的实验室实验,获得了大量
宝贵的实验数据,较好地完成了国家自然科学基金项目预定的科研任务。
I
太原理工大学硕士研究生学位论文
结合本次实验,论文对以下内容进行了系统的研究探讨:
1) 介绍了课题研究背景和意义,分析了国内外冰厚监测的现状。
2) 针对多种不同的电容传感器试验装置,进行了大量的空气、冰和
水的电容差异机理实验。
3) 重点介绍了电容转电压集成电路 CAV444 的工作原理及典型应
用。简单介绍了一些其它的电容测量电路。
4) 详细阐述了基于 CAV444 的电容式冰厚传感器及其检测系统的硬
件电路和软件设计。
5) 运用该系统进一步完成了空气、冰和水的电容差异机理实验以及
冰强度和冰电容的对比实验。
大量实验表明,新设计的自动检测检测系统运行比较稳定,能够比较
准确的反映冰厚检测的现场情况,为利用空气、冰和水的电容特性差异实
现对冰层厚度和冰层内部的物理状态的自动检测提供了可行的技术手段。
关键词:空气,冰,水,电容差异,冰厚传感器试验装置,CAV444,检测
系统
II
太原理工大学硕士研究生学位论文
RESEARCH ON THE CAPACITANCE SENSOR OF ICE
THICKNESS AND ITS DETECTING SYSTEM BASED ON
CAV444
ABSTRACT
This topic is a basic research which is started in the National Natural
Science Foundation project “the study of ice thickness sensor and its detection
method”(Item Number:60672028) and “Outstanding Graduate in Shanxi
Province funded projects focus on innovative projects”(Item Number :
20081009).
In recent years, polar ice melt leading to rising sea level has brought a huge
impact for the survival of the human environment, flora and fauna, as well as
global climate change. In addition, the widespread phen