[发明专利]一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法

说明书

本发明公开了一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法；包括有以下步骤：S1、将检测仪器镶嵌安装在路面的下部；S2、检测仪器中的震荡电路实现运行检测；S3、在检测仪器中的晶振芯片对不同环境的晶振频率不同；S4、通过调频率计数器实现对晶振的频率进行检测计数；S5、控制系统通过调频率计数器检测到的频率进行结冰判断；本发明具有高灵敏度、能快速检测出液体到固体冰转化的临界点，即当音叉被水浸没时振动频率比空气中振荡频率有所降低，当浸没音叉晶振的水转化为冰时，音叉晶振的振荡能量传播散发到冰中，造成振荡消失，振荡频率为零并停振，由振荡到停振这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量表示路面结冰。

技术领域

本发明属于路面检测技术领域，具体涉及一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法。

背景技术

路面、桥面结冰会导致车辆打滑进而有可能导致交通事故发生，因而对路面是否结冰进行实时监测非常重要。本发明重点在于水到冰的转化监测，对于结冰的具体厚度并不是本发明的重点所在。在水泥路面、沥青路面、泥沙路面，当气温降低到某个温度时开始结冰。一般认为当气温达到零度时，路面、桥面开始结冰。但实际情况是因路面的海拔、路面积水所含各种盐类、碱类物质、酸类物质造成实际结冰温度(冰点)大大降低，因而使用温度判断是否结冰并不准确。

结冰传感器是一种检测飞机、输电线、建筑等物体表面结冰厚度的传感器，通过结冰传感器可以将结冰信号转换为可以直接检测的电学信号。结冰传感器的分类方法很多。根据检测机理可将结冰传感器分为：光学式、电学式、机械式等。光学式根据冰、水与空气的光学性质的不同检测结冰。电学式结冰传感器是根据冰、空气和水电学性质的不同来检测结冰，然而市面上各种的结冰传感器仍存在各种各样的问题。

例如：一种典型的电学式结冰传感器为电容式结冰传感器。电容式结冰传感器基于冰、空气和水介电常数的不同来判断电极之间的介质是冰、空气还是水。将多组电极对等距排列，每个电极对最为一个结冰检测刻度，总的结冰厚度就等于相邻电极对的距离和介质是冰的电极对的个数的乘积。公开号为101285673A的中国专利公布的一种电容比值式结冰传感器。其中基准平行板电容器电极之间没有结冰。检测平行板电容器的电极极板之间的介质可能是冰，可能是空气。当检测电容极板间是空气时，检测电容和基准电容的电容值之比为1；当检测电容极板间介质是冰时，检测电容和基准电容的电容值之比大于等于2。这样就可以判断任意一个检测电容极板之间的介质是冰还是空气。检测电容组竖直等距排列，检测结冰的厚度就等于相邻检测电容的竖直间距与介质是冰的检测电容的个数的乘积。

机械式结冰传感器是根据冰的机械特性检测结冰。

一种比较典型的机械式结冰传感器是基于压电效应的平膜式结冰传感器。检测原理是：平膜上有结冰时，结冰增大了平膜的刚度，使平膜的谐振频率增大。通过压电陶瓷的压电效应驱动平膜振动在其谐振频率上，通过压电陶瓷的逆压电效应实时监测其谐振频率。

需要注意的是，并非所有的电容式结冰传感器都是属于电学式的，有的是属于机械式的。

一种微加工工艺制作的电容式结冰传感器，敏感结构是一个7微米厚度薄膜，整个薄膜为扩散硅层，作为电容的公共电极。用静电键合工艺将薄膜和一个有HF腐蚀的凹槽的pyrex玻璃键合到一起，将凹槽封闭为电容间隙。凹槽里有两个同心的方形电极，中心正方形的为驱动电极，外围回字形的为检测电极。驱动电极和公共电极之间加静电，平膜变形。检测电极和公共电极之间的电容称为检测电容。平膜上有结冰时，结冰增大了平膜刚度，使平膜变形量减小，检测电容两电极之间的距离增大，检测电容减小。通过检测电容的减小量来确定结冰厚度。