基于电容感应技术的冰厚检测系统的设计

发布时间：2021-05-08 02:40

　　近几年,南北极地区常年累积的海冰以及冰川曾在温室效应的影响下融化现象日益严重,这不仅威胁到地球上生物的生存繁衍,也关系到全球气候的变化。不仅如此,每年我国寒冷地区在冬季都会发生江河结冰的情况,这与该地区居民的日常生活息息相关,也影响到水库水量检测、水上运输等领域。为了加强对于冰凌灾害的预防能力、为冰层厚度检测提供一种精确、可靠的检测手段,本课题以介质的介电理论和电容感应技术为理论基础,设计了基于不同介质的介电性差异来测量冰层厚度的冰层厚度检测系统。该系统包含上位机与冰层厚度检测仪两部分,通过GPRS网络实现数据传输。上位机负责数据的接收、存储和显示;冰层厚度检测仪以MSP430单片机为核心,包括正弦波发生电路、测量单元扩展电路、数据存储电路、滤波电路、整流电路、数据通讯电路等。该系统功耗低、功能多、测量准确、可实现对待测区域的长期实时检测。本论文的研究成果可以应用于极地海冰、冰川层、北方地区近海海岸冰层等变化的定点连续自动监测,为北方地区冬季河流冰凌灾害预报、地质环境监测、冬季道路、航空、海港安全运行等提供一种实用的检测理论与技术实现手段,具有重要的理论研究和工程实用价值。 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的意义
    1.2 冰层厚度的检测研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 冰厚测量方法研究
    2.1 引言
    2.2 冰和水两种介质的介电原理
        2.2.1 概述介电理论
        2.2.2 水和冰的介电性能
        2.2.3 水结冰过程中电容变化的实验及分析
    2.3 基于电容感应技术的冰层厚度检测原理
    2.4 本章小结
第3章 冰层厚度检测系统硬件电路设计
    3.1 冰层厚度检测系统构成
    3.2 冰厚测量模块
        3.2.1 正弦波发生电路设计
        3.2.2 有源滤波电路设计
        3.2.3 电容采集电路设计
        3.2.4 整流电路设计
    3.3 数据采集控制模块
        3.3.1 LCD12864液晶显示电路设计
        3.3.2 数据存储电路设计
        3.3.3 串行通信接口设计
        3.3.4 时钟芯片接口设计
        3.3.5 测量单元扩展电路设计
        3.3.6 电源转换电路设计
    3.4 GPRS数据传输电路设计
    3.5 本章小结
第4章 冰层厚度检测系统软件设计
    4.1 冰厚检测仪软件设计
        4.1.1 冰层厚度检测仪主程序设计
        4.1.2 SD存储模块程序设计
        4.1.3 GPRS/GSM通讯模块软件设计
    4.2 上位机软件设计
        4.2.1 上位机的用户界面设计
        4.2.2 串行口通讯的设计
        4.2.3 GPRS模块通讯方式的设计
    4.3 本章小结
结论
参考文献
附录：冰层厚度检测仪电路图
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]同面多极电容感应式冰层厚度传感器的设计及应用[J]. 樊晋华,窦银科,秦建敏,张瑞峰.  数学的实践与认识. 2013(05)
[2]基于空气、冰与水相对介电常数差异的电容感应式冰厚传感器[J]. 崔丽琴,秦建敏,韩光毅,张瑞锋.  传感技术学报. 2013(01)
[3]Interaction-Induced Chiral Quantum States of the Ultracold Polar Molecules[J]. 王明皓,梁九卿,马杰,陈刚,贾锁堂.  Communications in Theoretical Physics. 2012(11)
[4]定点冰厚观测新技术研究[J]. 雷瑞波,李志军,秦建敏,程言峰.  水科学进展. 2009(02)
[5]MSP430系列超低功耗单片机及应用[J]. 杨平,王威.  国外电子测量技术. 2008(12)
[6]冰层厚度传感器及其检测方法[J]. 秦建敏,程鹏,秦明琪.  水科学进展. 2008(03)
[7]南极普里兹湾海冰厚度的电磁感应探测方法研究[J]. 郭井学,孙波,田钢,王帮兵,张向培.  地球物理学报. 2008(02)
[8]FRP筋与混凝土粘结滑移数值模拟[J]. 张海霞,朱浮声,王凤池.  沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2007(02)
[9]北极海冰变化及其与中国秋季气温的相关分析[J]. 董新宁,孙照渤.  南京气象学院学报. 2006(01)
[10]电容传感器新型电容测量电路设计[J]. 佘生能,孙士平.  中国测试技术. 2005(05)

博士论文
[1]基于电容感应技术的定点冰层厚度检测方法机理与应用研究[D]. 窦银科.太原理工大学 2010
[2]新型电容传感器测量流动湿蒸汽湿度的研究[D]. 宁德亮.哈尔滨工程大学 2007

硕士论文
[1]利用空气、冰与水的电容特性差异进行冰层厚度自动化监测的理论与应用研究[D]. 程鹏.太原理工大学 2008
[2]基于空气、水、冰电容差异的冰层厚度测量系统[D]. 郭宏亮.太原理工大学 2007



本文编号：3174509