[發明專利]一種極地海冰冰裂縫寬度自動化測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201210046744.8
• 申請日: 2012-02-28
• 公開（公告）號: CN102607390A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 竇銀科;常曉敏;孫波;王宇暉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

本發明一種極地海冰冰裂縫寬度自動化測量裝置及測量方法，屬于自動化檢測計量技術領域，主要應用在極地海冰自動化監測領域。

背景技術

極地海冰冰裂縫是海冰在生長變化過程中，由于海水潮汐的潮漲潮落和海冰內部的熱力作用而導致海冰產生裂縫。隨著時間的推移，其寬度一般都是越來越大。在南北極，風雪較大，冰裂縫常常被厚厚的積雪蓋住，導致衛星照片和目測均很難發現冰裂縫并對其寬度做出判斷。在世界各國對極地進行的考察活動中，都需要利用雪地車在海冰上運輸物資，而冰裂縫就是海冰上運輸車輛和駕駛人員的最大危險。中國南極考察27年來，很多年都是在海冰上用雪地車運送物資，曾因為冰裂縫而出現了多次險情。俄羅斯考察隊2008年在南極普里滋彎的海冰上運輸物資時，出現了連人帶車從冰裂縫掉入海底的車毀人亡事故。因此，海冰冰裂縫寬度的自動化實時監測對極地考察非常重要，也迫在眉睫。

目前，對于海冰冰裂縫的觀測主要依靠衛星照片、冰雷達和人工探冰。衛星照片由于精度有限，對冰裂縫的位置只能作出大概的判斷，無法對冰裂縫寬度作出測算。冰雷達探測冰裂縫能把誤差降低到厘米級，但其需要車輛拖行，且不能實現實時監測。人工探冰就是依靠人在冰面上行走，邊走邊用雪鎬等工具探測冰裂縫，發現冰裂縫后，依靠人工進行測量。該測量方法原始可靠，但無法實現冰裂縫寬度變化的實時檢測，且對測量人員來說比較危險，隨時有掉入冰裂縫的危險。因此，尋求一種能對海冰冰裂縫進行自動化實時測量的設備尤為重要。

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發明內容

本發明為一種極地海冰冰裂縫寬度自動化測量裝置及測量方法，其目的是提供一種極地海冰冰裂縫寬度實時自動化測量方法，解決極地考察活動中海冰冰上運輸工作時海冰裂縫造成的生命財產損失問題。包括電容式冰裂縫檢測傳感器、固定彈簧支架、測量儀表、緊固件、天線等部分組成。該發明利用電容式冰裂縫檢測傳感器測量冰裂縫寬度的變化，利用銥星通訊來實現數據的無線傳輸，實現了極地海冰冰裂縫寬度的遠程無線自動化測量方法。克服了現有海冰冰裂縫測量技術中誤差大，非實時性問題，從而公開一種主要應用在極地考察領域的自動化動態海冰冰裂縫寬度的測量裝置及測量方法。

本發明一種極地海冰冰裂縫寬度測量裝置，其特征在于整套裝置主要由電容式冰裂縫檢測傳感器1、固定彈簧支架2、測量儀表3（見附圖2）、緊固件4、蓄電池5、天線6、電源導線7組成（見附圖1），其中電容式冰裂縫檢測傳感器1是由三個電容式冰厚測量傳感器構成一個三棱錐體型的主體，每個電容式冰厚測量傳感器的長度根據冰裂縫的初始寬度來選擇在1-2米之間，該傳感器內部均勻設置有電容電極板15，連接導線16，每根傳感器內部還設置有非金屬玻璃棒，用于加固傳感器，然后用絕緣環氧樹脂材料17將上述材料密封在一根棒子內；固定彈簧支架2是三個直徑為5cm的硬質鋼性彈簧首尾焊接在一起構成一個正三角形平面支架，三個角上分別固定每個電容式冰厚測量傳感器的一端，其作用是一方面起到對每根電容式冰厚測量傳感器的固定作用，另一個作用是當三棱錐型電容式冰裂縫檢測傳感器1整體受到海冰擠壓時，彈簧的彈性可以起到保護傳感器的作用；測量儀表3主要由微處理器8、運算器9、控制器10、GPS定位模塊11、存儲器12、銥星通訊模塊13、電容式冰裂縫檢測傳感器14組成，微處理器8是測量儀表的核心，它控制電容式冰裂縫檢測傳感器并讀取其測量數據，它還對存儲器12、GPS控制定位模塊11、銥星通訊模塊13進行控制，存儲器12主要作用是存儲電容式冰裂縫檢測傳感器的數據，GPS定位模塊11主要作用是對整套測量裝置的安裝地點以及隨著海冰漂移后的位置進行定位，銥星通訊模塊13與控制器10相連，作用是把檢測傳感器測量到的冰裂縫數據以及GPS定位數據通過衛星傳輸到國內的監測中心；緊固件4是一塊直徑10cm長度5cm重約6公斤的不銹鋼質圓柱體，該圓柱體的上表面上設置三個緊固電容式冰厚傳感器的接頭，將三個電容式冰厚傳感器的另一端緊固在一起，該緊固件4的另一個作用是，其重力的作用使得整套三棱錐型的檢測傳感器與冰面保持垂直直立；蓄電池5是采用在低溫-40℃下為整個測量裝置正常工作供電400多天的低溫鉛酸電池，12V電壓，30AH，且該電池用環氧樹脂進行密封，保持電池干燥；天線6是采用BDS9602?銥星自備的GPS天線和數據傳輸天線；電源導線7是采用三芯塑料外皮導線。

上述一種極地海冰冰裂縫寬度測量裝置，其特征在于是所述的電容式冰裂縫檢測傳感器1不但能進行冰厚測量，還能進行水位的測量。