论文题目: 基于空气、冰与水的电导率检测冰厚的理论与应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水文学及水资源
作者: 秦建敏
导师: 沈冰
关键词: 冰层厚度,水位,电导率,传感器
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 空气、冰与非纯净的自然水(包括一般的雨水、自来水、地下水、河水、湖水和海水等)具有不同的导电特性,三者中空气导电性最差,呈现绝缘状态,自然水导电性最好,冰介于其中。利用空气、冰与自然水在导电特性上的差别,融合水文、电子信息处理、传感器和计算机数据与通信等多学科技术构成数字式冰层厚度传感器及冰层厚度检测系统,可以实现冰生消过程中对冰层厚度的定点或区域范围内离散监测点连续自动化监测和在冰冻条件下水位的有压或无压检测,这一研究成果可以应用于长距离输水工程输水渠道、水库、河道、湖泊冰生消过程,极地海冰、冰川表层、冻土层、北方地区近海海岸冰层等变化的定点连续自动监测,为北方地区冬季水文自动预报,河流冰凌灾害预报、水电设施安全运行、地质环境监测,冬季道路、航空、海港安全运行、冬季水库水量检测、极地科考等提供一种新的检测理论与技术手段。这一新的检测方法的提出与实现在水文预报、环境监测、防灾减灾、极地科考等领域均有重要的理论意义和实用价值。本文所做的主要工作:a.系统研究了自然水在液态与固态下的导电特性,分析了其在不同温度条件下电导率变化的规律,提出了冰具有弱导电性这一概念。b.根据空气、冰、水具有不同的导电特性,.提出了绝缘层(空气层)、弱导西安理工大学博士学位论文电层(冰层)和良导电层(冰下自然水)的划分方法,系统的提出了利用电导率识别冰层上、下界面的冰层厚度检测方法及其系统结构。 c.研制成功了新型的“冰层厚度传感器”,实现了对冰层的定点连续自动检测。 d.将单片机技术,数字电子信息处理技术及移动通信技术融为一体,设计并研制成功数字化定点冰情遥测系统。 e.利用移动通信中的GSM短消息数据传输技术作为辅助手段,提出了对河道区域范围内离散监测点冰层厚度与冰下水位的自动化定点连续检测的方法. L将研制成功的冰层厚度传感器及数据采集系统应用于国家第21次南极科学考察对“普里兹湾海冰”及中山站周边湖泊及冰川变化进行观察与研究项目中。 关键词:冰层厚度;水位;电导率;传感器;GSM本研究得到:国家自然科学基金重点项目(40233032)、国家自然科学基金面上项目(60274028)、LIJ西省自然科学基金项目(20021036)的资助。
论文目录:
前言
第1章 绪论
1.1 冰层厚度与冰冻条件下水位检测的研究意义
1.2 冰层厚度与冰冻条件下水位检测的研究现状
1.3 冰层厚度与冰冻条件下水位检测技术的应用
1.4 本论文研究的主要内容
第2章 自然水与冰的导电特性
2.1 自然水的基本物理特性-导电特性
2.1.1 水的一般物理性质
2.1.2 水的一般化学性质
2.1.3 水的电化学性质及其导电性
2.2 温度变化对自然水的导电特性的影响
2.3 冰的弱导电性概念
2.3.1 实验一：河道冰低压直流电传导特性野外试验
2.3.2 实验二：冰温对冰的直流导电性的影响试验
2.3.3 被测冰距、直流电压对冰直流传导性质的影响试验
2.3.4 影响冰的直流导电性因素分析
第3章 利用电导率进行冰层厚度检测的理论及其检测方法
3.1 空气、冰、水的三层电导率区间划分方法
3.2 利用空气、冰、水导电特性差异确定冰层厚度的检测方法
3.3 冰层厚度检测中需要解决的几个理论及技术难题
第4章 冰层厚度传感器及其检测技术
4.1 编、译码数字冰层厚度传感器
4.1.1 编、译码数字冰层厚度传感器的结构及其工作原理
4.1.2 集成数字编译码电路 MC145026／28特性简介
4.1.3 编、译码数字冰层厚度传感器的制作与实验
4.2 电导式冰层厚度传感器的结构及其工作原理
4.2.1 电导式冰层厚度传感器的结构及其工作原理
4.2.2 电导式冰层厚度传感器的设计制作
4.3 冰层厚度测报仪及其管理软件的设计
4.3.1 冰层厚度测报仪硬件电路设计
4.3.2 冰层厚度测报仪软件设计
4.4 冰层厚度检测系统在国家第21次南极科学考察中的应用
4.5 利用电导式冰层厚度传感器实现冰冻条件下对冰下水位的自动检测
第5章 辅助冰层厚度检测技术的研究与应用
5.1 辅助冰层厚度检测技术研究的目的
5.2 GSM冰层厚度遥测系统
5.3 GSM河道流域冰层厚度监测系统管理软件的研制
5.4 GSM短消息数据传输技术在区域冰层厚度检测中的应用
第6章 论文总结与展望
6.1 本文所做的工作
6.2 本文的创新点
6.3 进一步的研究方向
致谢(略)
参考文献
附录
1. 冰层厚度测报仪管理软件流程图
2. “南极暜里兹湾海冰”及中山站周边湖泊及冰川变化进行观察与研究计划书
3. 南极中山湾海冰厚度实测数据
4. 太原市GSM地下水水位自动监测数据记录表
在校学习期间发表的论文、专利、获奖及社会评价(略)
发布时间: 2005-05-10
参考文献
- [1].冰雪热力过程中物理参数辨识及高分辨率计算[D]. 杨宇.大连理工大学2012
- [2].基于冰雷达的南极冰盖冰厚和冰下地形探测及其演化研究[D]. 崔祥斌.浙江大学2010
相关论文
- [1].海冰电性能研究及其在极地冰雪监测中的应用[D]. 常晓敏.太原理工大学2014
- [2].基于被测介质电导特性的冰水情传感器及系统的研究[D]. 李卉萍.太原理工大学2013
- [3].冰层热力学生消过程现场观测和关键参数研究[D]. 雷瑞波.大连理工大学2009
- [4].基于冰雷达的南极冰盖冰厚和冰下地形探测及其演化研究[D]. 崔祥斌.浙江大学2010
- [5].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
- [6].渤海海冰数值模拟及其工程应用[D]. 季顺迎.大连理工大学2001
- [7].基于信息技术的渭河流域水资源管理研究[D]. 马斌.西安理工大学2005
- [8].蒸发条件下夹砂层土壤水盐运移实验研究[D]. 史文娟.西安理工大学2005
- [9].冰的力学性能及其与结构相互作用力问题的研究[D]. 孙秋华.哈尔滨工程大学2005
- [10].基于电磁感应理论的极地海冰厚度探测研究[D]. 郭井学.吉林大学2007