一种接触式冰层检测传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种接触式冰层检测传感器，主要应用于一种路面结冰与否检测装置，涉及到高速公路路面冰冻应急预警系统、交通路政养护、市政工程。
【背景技术】
[0002]随着交通运输业的飞速发展，天气条件对交通运输的影响也越来越广泛，恶劣的天气条件尤其是路面结冰状态，可能会给交通运输带来巨大的损失，降低运输效率，甚至威胁人们的生命财产安全。一般发达国家高速公路的交通事故总数和死亡率只有普通公路的1/3到1/2，而据有关资料统计，我国高速公路上的事故发生率和死亡率却均大于普通公路，自1994年以来我国高等级公路交通事故次数一直占交通事故总数的30%以上，并呈明显上升趋势，其中因大雾、大雪等恶劣天气的影响造成的事故就占事故总数的近1/4。近年来，随着全球气候的变化，出现了许多复杂的气候现象，特别是南方地区出现了极端恶劣的冻雨天气。复杂的天气条件严重影响了路面的状况，积水(湿滑)、霜冻、薄冰等情况时有发生，给高速公路的车辆行驶带来了巨大的风险，不仅严重影响交通运输，而且还造成国家财产和人民生命财产的严重损失。
[0003]国在这方面研究起步晚，近几年国内开展了一些灾变条件下的预警研究，在天气气候对于交通的影响分析方面积累了一些经验，如广东的京珠北高速公路雾天预警系统，该系统由气象监控中心(位于高速公路监控中心)、沿线气象检测站、防雾灯、可变限速标志和可变情报板组成。沿线气象检测站负责气象数据的采集，气象监控中心负责气象数据的分析处理，可变限速标志和可变信息标志负责预替信息的发布。但国内针对高速公路路面冰冻监测、预警系统方面的研究还比较少。目前主要判断道路是否结冰的方法主要有:
(1)人工检测(2)设置野外气象观测站，通过网络或无线传输主控中心。
[0004]上述传统监测方式存在以下的不足:
[0005]人工检测存在所需人力、物力大，无法自动实时监测，在恶劣环境下不能做到及时的响应，受环境干扰大。
[0006]设置野外气象观测站成本高，目前仅在比较大型试点项目中有所应用，难以普遍化。
【发明内容】
[0007]为了克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种接触式冰层检测传感器，根据不同状态下水介质的介电常数不同，传感器可直接将水的状态反应成电学信号，通过采集装置达到判断水的状态、是否结冰。系统可实现自动化实时监测，降低系统成本。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0009]—种接触式冰层检测传感器，它包括两块平行放置的电极板:基板，基板上设置有电容极板与参考极板，所述电容极板与参考极板分别连接有屏蔽层；
[0010]两块基板中相同垂直高度的电容极板之间通过电缆与电容/频率转换电路I相连；
[0011]参考极板位于基板的底部；
[0012]两块基板中的参考极板之间通过电缆与电容/频率转换电路II相连。
[0013]每块基板中电容极板的数量为一个或者一个以上；每块基板中参考极板的数量为一个。
[0014]基于对空气、冰与水的电容值随温度变化特性结果的分析，我们采用电容式冰传感器装置实现对冰层厚度与冰下水位的连续自动化检测。在对河冰或海冰检测过程中，在立体空间环境中主要涉及三种被检测物质，g卩:冰上表面空气、冰层和冰下水。如果把平行板电容器的极板面积和间距固定，让极板之间填充被检测的介质(空气、冰或水)，则平行板电容的电容值就由待测介质的介电常数决定。
[0015]检测时，将平行板电容器与开关电路封装成一柱状装置并垂直放置于待测点，使电容检测装置的极板间被冰下水、冰层和冰上表面空气填充，每个极板与片选开关相连。通过程序控制。通过电容/频率转换电路，将不同垂直高度的平行板电容值转换为相应的频率值。
[0016]为了消除相对介电常数的变化对测量结果的影响，在电容检测装置底部设置了一个参考极板。参考极板位于水中，与对应电容/频率转换电路相连，其他检测极板通过片选电路，与相对应电容/频率转换电路相连。两路电容/频率转换电路完全相同。
[0017]单片机接收两路电容/频率转化电路传递过来的频率值。因为冰和水电容特性差别很大，所以从不同介质传递过来的频率值差别也会很大。以参考极板的频率值为基准，检测极板的频率值与其进行比较，当检测极板与参考极板的频率值相同或相近时，认为该极板处于水中；否则认为极板处于冰中。当相邻极板分别处于冰和水中时，就确定出冰的下界面，同时计算出冰下水的高度。由于空气的介电常数基本不受温度影响，我们可以单独量化出空气的电容范围，再转化为空气频率范围，并以此来判断极板处的介质是否为空气。当相邻极板分别处于冰和空气，确定冰的上界面。根据冰层上、下界面，就可以计算出冰层厚度。
[0018]本实用新型的有益效果:本实用新型根据不同状态下水介质的介电常数不同，传感器可直接将水的状态反应成电学信号，通过采集装置达到判断水的状态、是否结冰。实现自动化实时监测，降低系统成本。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图1对本实用新型进行详细描述:
[0021]—种接触式冰层检测传感器，它包括两块平行放置的电极板:基板3，基板3上设置有电容极板1与参考极板2，所述电容极板1与参考极板2分别连接有屏蔽层4 ；
[0022]两块基板3中相同垂直高度的电容极板1之间通过电缆与电容/频率转换电路I 5相连；
[0023]参考极板2位于基板3的底部；
[0024]两块基板3中的参考极板2之间通过电缆与电容/频率转换电路II 6相连。
[0025]每块基板3中电容极板1的数量为一个或者一个以上；每块基板3中参考极板2
的数量为一个。
[0026]将传感器插入待测液体中，待测液体浸入传感器电极板内侧。
[0027]传感器两极板间通过电缆与电容/频率转换电路相连，得到不同频率值，通过与参考电极对比判断检测电极间的介质，从而判断检测电极液体是否结冰。
[0028]测量时，应连接采集仪外壳与电缆屏蔽线，防止电磁干扰。
【主权项】
1.一种接触式冰层检测传感器，其特征在于:它包括两块平行放置的电极板:基板(3)，基板(3)上设置有电容极板(1)与参考极板(2)，所述电容极板(1)与参考极板(2)分别连接有屏蔽层(4); 两块基板(3)中相同垂直高度的电容极板(1)之间通过电缆与电容/频率转换电路I(5)相连； 参考极板(2)位于基板(3)的底部； 两块基板(3)中的参考极板(2)之间通过电缆与电容/频率转换电路II (6)相连。2.根据权利要求1所述的接触式冰层检测传感器，其特征在于:每块基板(3)中电容极板(1)的数量为一个或者一个以上；每块基板(3)中参考极板(2)的数量为一个。
【专利摘要】本实用新型涉及一种接触式冰层检测传感器，主要应用于一种路面结冰与否检测装置，涉及到高速公路路面冰冻应急预警系统、交通路政养护、市政工程。它包括两块平行放置的电极板：基板，基板上设置有电容极板与参考极板，所述电容极板与参考极板分别连接有屏蔽层；两块基板中相同垂直高度的电容极板之间通过电缆与电容／频率转换电路Ⅰ相连；参考极板位于基板的底部；两块基板中的参考极板之间通过电缆与电容／频率转换电路Ⅱ相连。
【IPC分类】G01V3/00, G01B7/06
【公开号】CN204989497
【申请号】CN201520733209
【发明人】刘文峰, 刘付鹏, 王辅宋, 谢镇, 刘国勇, 李松
【申请人】江西飞尚科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月22日