[實(shí)用新型]一種光學(xué)冰厚觀測(cè)筒

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520172739.0
• 申請(qǐng)日: 2015-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN204630552U
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)群安;練繼建;郭捷山;劉昉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 劉書元

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及冰層厚度測(cè)量裝置，屬于自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，主要適用于水利和水文等技術(shù)領(lǐng)域，用于對(duì)河冰、湖冰和海冰的冰層厚度進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)

我國(guó)北方地區(qū)冬季嚴(yán)寒，江河湖泊、水庫(kù)等封凍期漫長(zhǎng)，在進(jìn)行冰上作業(yè)、保證輸水渠道冰期冰蓋下輸水安全以及防止冰凌危害等實(shí)踐活動(dòng)中，冰層厚度為十分重要的一個(gè)基本冰情參數(shù)，而目前在冰層厚度的實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方面缺少快速準(zhǔn)確且相對(duì)經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法和手段。當(dāng)前的冰層厚度的測(cè)量方法主要包括：

(1)直接測(cè)量直接測(cè)量為最原始的冰雪厚度測(cè)量方法，具體實(shí)施過程為在某時(shí)刻于特定位置通過人工打孔或機(jī)械鉆孔穿透冰層，再采用量冰尺測(cè)得冰厚或水浸冰厚。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單可靠，但冰層較薄或較厚情形都不適用。冰層太薄作業(yè)人員到冰面鉆孔測(cè)量存在安全風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)只能對(duì)靠岸冰厚進(jìn)行測(cè)量。冰層太厚鉆孔費(fèi)時(shí)費(fèi)力，要獲得多位置、多時(shí)刻的較多冰厚數(shù)據(jù)需極大工作量。

(2)電阻電容方法電阻或電容式冰厚測(cè)量設(shè)備主要利用氣、水、冰三者間相對(duì)介電常數(shù)存在差異的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)氣冰界面、水冰界面的自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)冰厚測(cè)量。在具體技術(shù)上，加工一支每隔1cm有一對(duì)電極的標(biāo)尺。測(cè)量每對(duì)電極的電阻，依據(jù)電阻的變化判斷界面的位置。

(3)電磁波、聲波方法依靠發(fā)射的電磁波、聲波等穿透冰層，用其返回到接收器時(shí)的時(shí)間換算出冰、雪的厚度，如仰視聲吶、電磁波冰厚探測(cè)儀、雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x。穿透速度是關(guān)鍵指標(biāo)，但由于冰、雪的性質(zhì)受到其內(nèi)部溫度的控制，而自然界冰、雪的溫度又隨氣溫晝夜發(fā)生變化。因此，與冰性質(zhì)有關(guān)的物理參數(shù)是在一定范圍的變化值，這就造成實(shí)測(cè)方法有較大誤差和誤差因素的不確定性。

(4)超聲波、激光方法依靠超聲波和激光到達(dá)冰、雪界面時(shí)反射回來(lái)的時(shí)間，計(jì)算出距界面的距離，實(shí)測(cè)精度受到局部表面起伏的影響，厚度的變化需要在冰、雪層的表面和底面相對(duì)測(cè)試才能體現(xiàn)。

(5)界面接觸識(shí)別測(cè)量方法通過在冰面上固定支架，在支架上配備下界面探頭或是同時(shí)配備上下界面探頭，從而實(shí)現(xiàn)界面識(shí)別，以達(dá)到測(cè)量冰厚的目的。探頭的運(yùn)動(dòng)可以通過電機(jī)帶動(dòng)，也可以利用改變重力或水壓力的大小進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。上下界面接觸式探測(cè)設(shè)備一般可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)冰厚全時(shí)程的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，但造價(jià)較高。

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測(cè)量冰厚的裝置越來(lái)越智能精確，但相比而言，各種測(cè)量方法仍然存在一定的缺陷。傳統(tǒng)的直接測(cè)量法精度低，工作量大；目前已有的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法中監(jiān)測(cè)設(shè)備造價(jià)普遍較高，不利于大范圍普及使用。因此尋求一種能夠?qū)崟r(shí)、快速、準(zhǔn)確測(cè)量冰層厚度且經(jīng)濟(jì)的裝置尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是旨在針對(duì)現(xiàn)有冰厚測(cè)量裝置和方法中的不足，提出一種新型的冰厚測(cè)量裝置。該裝置能夠有效地解決上述問題，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冰厚的生消發(fā)展，操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度高。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種光學(xué)式冰厚觀測(cè)筒，包括觀測(cè)筒和與觀測(cè)筒相連接的平衡浮筒，所述的觀測(cè)筒筒壁為具有一定強(qiáng)度的透明材料構(gòu)成，其主體結(jié)構(gòu)為空心柱狀結(jié)構(gòu)，分為上下兩部分空間，在上部空間的一側(cè)邊壁上設(shè)有刻度尺，在與刻度尺相對(duì)的內(nèi)側(cè)邊壁上設(shè)有一微型遙控相機(jī)，在所述的觀測(cè)筒下部有刻度尺一側(cè)的外側(cè)，設(shè)有一個(gè)水下照明燈。

進(jìn)一步的，所述的觀測(cè)筒主體結(jié)構(gòu)的上下空間中，上部分空間大于下部分空間，所述的上部分空間用透明頂蓋封頂，所述的下部分空間為裝填砂石的配重箱。

進(jìn)一步的，所述的平衡浮筒設(shè)有四個(gè)，其主體為正方體空心結(jié)構(gòu)，在相鄰平衡浮筒之間，以及平衡浮筒與觀測(cè)筒之間，通過固定桿相連。

進(jìn)一步的，所述的觀測(cè)筒上部分空間的底端，放置干燥劑，觀測(cè)筒的下部分空間靠上端的一側(cè)設(shè)有砂石裝填口。

進(jìn)一步的，所述的四個(gè)平衡浮筒設(shè)于觀測(cè)筒的四周，并設(shè)置在以觀測(cè)筒為中心的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。

進(jìn)一步的，所述的水下照明燈為紫光燈。

本實(shí)用新型的有益效果是，能夠?qū)Ρ鶎拥纳l(fā)展進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過無(wú)線傳輸，將冰蓋厚度發(fā)展情況的圖像即時(shí)傳回移動(dòng)終端，方便快捷，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了監(jiān)測(cè)效率。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工制作，成本較低，可重復(fù)使用。測(cè)量方法步驟簡(jiǎn)單，根據(jù)傳回移動(dòng)終端的圖像中的刻度尺直接讀數(shù)，測(cè)量誤差小，所測(cè)數(shù)據(jù)可靠。本實(shí)用新型不受所測(cè)水域的限制及周圍環(huán)境溫度變化的影響，具有很好的實(shí)用性和適用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)俯視示意圖。