[發明專利]一種基于諧振式壓電陶瓷的冰層厚度檢測系統及其檢測方法

在審

• 申請號: 201910298066.6
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110081807A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 于天河;范乃生
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

一種基于諧振式壓電陶瓷的冰層厚度檢測系統及其檢測方法，屬于壓電傳感器技術領域。本發明提供了一種能夠自動檢測、遠距離傳輸、精度高、低功耗、實時性高、穩定性好的冰層厚度檢測系統及其檢測方法。本發明中，信號發生器模塊循環發射掃頻頻率信號給諧振式壓電陶瓷傳感器模塊并將最大電壓信號傳輸給放大電路模塊；整流濾波將交流電壓信號轉換成直流電壓信號傳輸給單片機模塊；單片機模塊得到初始直流電壓信號；將諧振式壓電陶瓷傳感器模塊固定在冰面上得到當前直流電壓信號；單片機模塊將初始直流電壓信號與固定在冰面后的當前直流電壓信號做對比，得到冰層厚度。本發明主要用于檢測冰層厚度。

技術領域

本發明屬于壓電傳感器技術領域，具體涉及一種冰層厚度檢測系統及其檢測方法。

背景技術

冰層厚度檢測是一種可以在冰凍條件下對河流渠道、湖泊、水庫、長距離輸水工程、極地考察、地質與環境監測及各種水電工程冰層生消過程進行冰層厚度定點自動連續檢測的技術。

目前國內外在冬季冰凍條件下對冰層生消過程中冰層厚度進行定點自動連續檢測的傳感器裝置很少。檢測技術主要有二類，一類是直接測量法，它依靠人工鑿冰或打鉆后通過刻度尺人工直接測量冰厚和水位，我國北方水文站主要采用這種方法。它的優點是數據可靠，但缺點是不能自動檢測、勞動強度高、危險性大，不能保證在同一地點進行定時自動化檢測；另一類方法是物理方法，如電磁學、聲學、光學等，它們的優點是操作簡單、迅速，但缺點是誤差大。

因此，就需要一種能夠自動檢測、遠距離傳輸、精度高、低功耗、實時性高、穩定性好的冰層厚度檢測系統及其檢測方法。

發明內容

本發明針對現有的冰層厚度檢測系統不能自動檢測、傳輸距離近、精度低、功耗高、實時性差、穩定性差的缺陷，提供了一種能夠自動檢測、遠距離傳輸、精度高、低功耗、實時性高、穩定性好的冰層厚度檢測系統及其檢測方法。

本發明所涉及的一種基于諧振式壓電陶瓷的冰層厚度檢測系統及其檢測方法的技術方案如下：

本發明所涉及的一種基于諧振式壓電陶瓷的冰層厚度檢測系統，它包括單片機模塊、信號發生器模塊、諧振式壓電陶瓷傳感器模塊、放大電路模塊、互感器模塊、整流濾波模塊、485通信模塊、GPRS通信模塊和溫度傳感器模塊；所述單片機模塊的頻率信號輸出端與信號發生器模塊的輸入端連接，所述信號發生器模塊的輸出端與諧振式壓電陶瓷傳感器模塊的輸入端連接，所述諧振式壓電陶瓷傳感器模塊的輸出端與放大電路模塊的輸入端連接，所述放大電路模塊的輸出端與互感器模塊的輸入端連接，所述互感器模塊的輸出端與整流濾波模塊連接，所述整流濾波模塊的輸出端與單片機模塊的輸入端連接，所述單片機模塊的輸出端與485通信模塊的輸入端連接，所述485通信模塊的輸出端與GPRS通信模塊的輸入端連接，所述溫度傳感器模塊的輸出端與單片機模塊的輸入端連接。

進一步地：所述單片機模塊采用的是A/D轉換模塊為十位的型號為STC12C5A60S2的單片機模塊，所述信號發生器模塊采用的是型號為AD9834的掃頻信號發生器，所述諧振式壓電陶瓷傳感器模塊采用型號為PZT-4的傳感器，所述放大電路模塊采用型號為OP37的放大器，所述互感器模塊采用型號為HPT225A-G的互感器，所述整流濾波模塊采用型號為TB34S的整流器，所述485通信模塊采用型號為RS485的通訊芯片，所述GPRS通信模塊采用型號為SIM800的GPRS通信模塊，所述溫度傳感器模塊采用型號為PT100。

基于所述的一種基于諧振式壓電陶瓷的冰層厚度檢測系統的檢測方法，它包括以下步驟：

步驟一：所述信號發生器模塊循環發射掃頻頻率信號給諧振式壓電陶瓷傳感器模塊；

步驟二：所述諧振式壓電陶瓷傳感器模塊將壓電陶瓷傳感器的固有頻率與接收到的振蕩頻率共振所發生的諧振信號轉化成電壓信號，并將最大電壓信號傳輸給放大電路模塊；

步驟三：所述放大電路模塊將電壓信號放大后傳輸給互感器模塊；