利用空氣、冰與水的電阻、溫度特性差異進(jìn)行冰情檢測(cè)的應(yīng)用研究.pdf

1、本論文是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“冰層厚度傳感器及其檢測(cè)方法的研究，(60672028)資助下進(jìn)行的一項(xiàng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。利用空氣、冰與水的電阻率差異的原理進(jìn)行冰層厚度測(cè)量的傳感器參加了第21、22次南極科學(xué)考察海冰觀測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)分析大量的海冰觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)利用電阻率差異測(cè)量冰層厚度對(duì)海冰和空氣的上界面的判斷比較精確，但是對(duì)于海冰和海水混合物的下界面判斷不明顯，誤差較大。所以，在此基礎(chǔ)上提出了利用空氣、冰與水的電阻、溫度特性差異進(jìn)行冰情檢

2、測(cè)的新方法，減小對(duì)下界面的判斷誤差。同時(shí)，當(dāng)氣溫與冰溫相差較大時(shí)，可以用溫度差異來(lái)判斷上界面，提高上界面的測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的融合檢測(cè)。以便幫助我們分析冰層厚度、冰下水位、冰層內(nèi)部的性狀，從而幫助我們預(yù)測(cè)冰層變化趨勢(shì)，進(jìn)行冰情測(cè)報(bào)。因此本項(xiàng)目的研究具有重要的科研和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文在作了大量的初期機(jī)理實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)對(duì)室內(nèi)和室外的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析找到空氣、冰與水的電阻、溫度特性差異，為傳感器的制作提供了理論基礎(chǔ)。通過(guò)分析比較市場(chǎng)上各

3、種溫度傳感器的特性，選擇了數(shù)字溫度傳感器DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)冰層溫度梯度的檢測(cè)。它的精度度高、體積小、測(cè)量電路簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量、價(jià)格低，而且可以在低溫下可靠工作，能夠滿足本系統(tǒng)的要求，還可推廣應(yīng)用于一般小范圍低溫區(qū)域內(nèi)的多點(diǎn)溫度測(cè)量。 在完成論文的過(guò)程中，基于空氣、冰與水的電阻、溫度特性差異設(shè)計(jì)制作了測(cè)量電阻值和溫度值的實(shí)驗(yàn)室模型，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)，節(jié)省了大量的人工操作。通過(guò)軟件的方法實(shí)現(xiàn)用溫度的變化來(lái)控制數(shù)據(jù)的采

4、集與存儲(chǔ)，改變了以前的定時(shí)采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的思路。使獲得的數(shù)據(jù)比較合理，可用性強(qiáng)。進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室低溫?cái)?shù)據(jù)采集存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了深入的理論分析。在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了新的冰層厚度傳感器，傳感器的外型、選材、結(jié)構(gòu)方面作了多項(xiàng)該進(jìn)。模擬實(shí)際工作環(huán)境，對(duì)新的冰層厚度傳感器進(jìn)行了低溫仿真實(shí)驗(yàn)，獲得了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為傳感器性能的改進(jìn)提供了科學(xué)理論和實(shí)踐依據(jù)。 新研制的冰層厚度傳感器通過(guò)對(duì)冰層的多參數(shù)(電阻，溫度)融