[发明专利]一种基于压阻传感器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压阻传感器的冰层厚度测量装置，属于自动检测技术领域。解决了现有技术中接触式冰层厚度测量装置或传感器存在结构复杂或测量误差大等技术问题。该装置包括压阻传感器、片选电路、微控制器、电阻转换电路、电源电路和外壳。若干个独立的压阻传感器等间距固定在外壳的表面，分别将空气、冰层或冰下水对压阻传感器的作用力转变为电阻值的变化。微控制器控制片选电路依次选通单独一路的压阻传感器。电阻转换电路将该路压阻传感器的电阻值转换为电压值输出。微控制器测量和比较每一路的电压值，确定冰层的上下界面的位置，计算出冰层厚度。该装置具有结构简单、稳定可靠、安装维护方便等优点。

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压阻传感器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，提供了一种基于压阻传感器的冰层厚度测量装置，通过比较冰上的空气、冰层和冰下水对压阻传感器上产生的作用力的差异而导致的电阻值的变化，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：

一种基于压阻传感器的冰层厚度测量装置，包括压阻传感器、片选电路、微控制器、电阻转换电路、电源电路和外壳；

若干个独立的压阻传感器等间距固定在外壳的外表面；片选电路、微控制器、电阻转换电路和电源电路均位于外壳的内部；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；每个压阻传感器设有两个引脚，片选开关的数量与所有压阻传感器的引脚总数相一致；压阻传感器的每个引脚与一个片选开关的输入端相连接；所有连接着压阻传感器的第一个引脚的片选开关的输出端都连接在一起，形成一个公共端；所有连接着压阻传感器的第二个引脚的片选开关的输出端都连接在一起，形成另一个公共端；两个公共端分别与电阻转换电路的两个输入端连接在一起；电阻转换电路的输出端与微控制器上具有模数转换功能的引脚相连接；微控制器通过数据总线与片选电路相连接；电源电路分别给片选电路、微控制器和电阻转换电路供电。

本发明的原理如下：冬季，低温会导致河流、湖泊等出现结冰现象，从而会形成了冰层、冰上空气和冰下水三种介质。如果在冰面上开洞，将本发明的装置放入。当冰面重新结冰、封冻以后，在该装置周围的介质按照从上而下的顺序依次为空气、冰层和冰下水。在一般情况下（排除大风和大浪的情况），冰层与压阻传感器之间的作用力要远远大于空气和冰下水对压阻传感器的作用力。压阻传感器的电阻会随着外力的增大而变小。因此，在冰层中的压阻传感器的电阻要远远小于在空气和冰下水中的压阻传感器的电阻。那么，如果按照从上向下的顺序，冰层的上界面就位于相邻的压阻传感器的阻值由大变小的地方。冰层的下界面就位于相邻的压阻传感器的阻值由小变大的地方。微控制器控制片选电路，利用电阻转换电路依次对每一路的压阻传感器进行测量和比较，就可以确定出冰层的上、下界面的位置，并通过上、下界面的位置计算出冰层的厚度。