[发明专利]一种基于磁弹性材料的冰层厚度测量装置

说明书

本发明涉及一种冰层厚度测量装置，具体地说是涉及一种基于磁弹性材料的冰层厚度测量装置，属于自动检测技术领域，解决了现有接触式冰层厚度测量装置存在结构复杂或测量误差大等问题。该装置，包括传感单元和测量控制单元；所述传感单元包括环形筒状外壳、磁弹性材料、磁弹性材料支架、交流线圈、直流线圈、片选电路和线圈支架；所述磁弹性材料包括多个顺次连接的磁性振动单元；所述测量控制单元包括阻抗测量电路、直流偏置电路、单片机、串口电路和电源电路。本发明利用磁弹性材料分别在空气、冰和水中的共振特性差异，可清晰确定冰层的上下界面的位置，从而准确地计算冰层的厚度。该装置具有稳定可靠，测量准确等优点。

技术领域

本发明涉及一种冰层厚度测量装置，具体地说是涉及一种基于磁弹性材料的冰层厚度测量装置，属于自动检测技术领域。

背景技术

在气象预报、凌汛防治和设施结构健康监测等领域，冰层厚度的变化情况是一个需要测量的重要环境参数。为了测量冰层的厚度，人们不得不凿冰钻孔，利用尺子测量冰层的厚度。这种人工测量的方法虽然测量准确，但费时费力，危险性高，不能连续、实时地监测冰层厚度的变化。

后来，一些接触式冰层厚度测量技术和装置相继出现。中国专利（201210139060.2）公开了一种双系统冰层厚度测量装置，利用可以两组可以上下移动的探头，夹住冰层，通过两个探头移动的距离计算冰层的厚度。该方法虽然测量精度高，但结构复杂、量程小、难以安装和维护。中国专利（200410012164.2）和中国专利（200510012794.4）分别公开了电导式和电容式冰层厚度传感器，通过由于空气、冰和水导致的电阻和电容的差异性，确定冰层的上下界面的位置，从而计算冰层的厚度。但是，由于空气和冰的电导率和介电常数等电学特性很相近，这两种方法都不能精确地确定冰层的上界面的位置，从而无法准确地测量冰层的厚度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中接触式冰层厚度测量装置或传感器存在的缺陷和不足，提供了一种基于磁弹性材料的冰层厚度测量装置，利用磁弹性材料在空气、冰和水中的共振特性的差异，可以清晰地区分冰层的上下界面的位置，从而准确地计算冰层的厚度。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种基于磁弹性材料的冰层厚度测量装置，包括传感单元和测量控制单元；

所述传感单元包括环形筒状外壳、磁弹性材料、磁弹性材料支架、交流线圈、直流线圈、片选电路和线圈支架；环形筒状外壳包括筒状的外环以及套设在外环内部的筒状的内环；外环与内环之间存有间隙且内外环间隙在两个端口处封闭；内环的两端则为开口结构；所述磁弹性材料包括多个顺次连接的磁性振动单元；磁弹性材料通过磁弹性材料支架固定于内环中心处；交流线圈、直流线圈和片选电路通过线圈支架固定于外环与内环的间隙中；交流线圈和直流线圈为多个，交替缠绕在线圈支架上，彼此相互独立。交流线圈均靠近内环的外壁设置，直流线圈均靠近外环的内壁设置。每个交流线圈的位置与磁弹性材料的每个磁性振动单元相对应，需分别将对应的磁性振动单元包围其中，使对应的磁性振动单元位于交流线圈的正中间。相邻两个磁性振动单元的连接处对应设有一个直流线圈，位于两端的磁性振动单元中不与其它磁性振动单元连接的一端也分别对应设有一个直流线圈；

片选电路包括多个片选开关，片选开关之间通过数据总线相连接。每个直流线圈的一个引脚接地，另一个引脚与一个片选开关的输入端相连。每个交流线圈的每个引脚分别与一个片选开关的输入端相连。所有连接着直流线圈的片选开关的输出端都连接在一起，形成一个直流公共端；所有连接着交流线圈的第一个引脚的片选开关的输出端都连接在一起，形成一个交流公共端；所有连接着交流线圈的第二个引脚的片选开关的输出端都连接在一起，形成另一个交流公共端；