电容温度式覆冰厚度传感器制造技术

电容温度式覆冰厚度传感器属于自动化检测技术领域，其特征是由传感器内部单片机，单路电容数字转换器，极板之间空间内充满被检测介质冰或空气，并且按固定标尺刻度间距位置排列的一组平行极板检测电容器，各输入端依序与平行极板检测电容器各极板相连接、公共输出端与电容数字转换器信号输入端相连接的双路可编程控制刻度选通电路组成电容值检测回路；由传感器内部单片机，密封在金属导热外壳内的半导体集成数字温度传感器组成温度检测回路，该传感器在冰雨或冰冻条件下可以对悬空输电线，高压输电线固定塔架，建筑物或各种静止或移动设备表面、悬空支架，树枝等的覆冰厚度进行定点连续自动检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术电容温度式覆冰厚度传感器属于自动化检测
它 是一种在冰雨或冰冻条件下可以对悬空输电线，高压输电线固定塔 架，建筑物或各种静止或移动设备表面、悬空支架，树枝等的覆冰厚 度进行定点连续自动检测的传感器装置。
技术介绍
国内外在冬季冰冻或冻雨条件下对物体表面覆冰层厚度进行定点 自动连续检测的传感器装置很少。目前国内外应用的物体表面覆冰生 消检测技术可归纳为三种类型， 一类是直接测量法，它依靠人工用尺直 接测量物体表面覆冰厚度，它的优点是数据可靠，但缺点是自动化程 度低，不能保证在同一地点自动定时检测或在多地点同步进行自动化连 续检测，当测量高压输电线及其塔架、移动的飞机机翼表面、船舶、钻 井架等物体表面覆冰厚度时具有很大的危险性，影响到物体表面覆冰 的生消预测预报;第二类是通过摂像装置通过对物体表面覆冰情况进行 连续摂像监测并将获得的物体表面覆冰图象视频信号传输到监测中心 处理，其优点是适宜于对大面积物体表面覆冰监测，缺点是无法掌握覆 冰层结构内部的生消变化过程；第三类方法是通过电磁学、光学等物理 探测方法，如超声波、红外探测法等。经查阅资料和检索我们发现的 覆冰厚度传感器有1) 2003年，欧洲科学家专利技术了一种新型冰层传感 器，它可以鉴别出飞机等机械表面凝结的厚度在0.1皿以上的冰层。这一由欧盟资助的科ff项目由欧洲多国科学家参加。这种主要由钢材料制 成的新型传感器内部有一套复杂的光学系统，以及两个或多个半导体薄 片。在外部气候条件发生改变的情况下，半导体薄层内的电子移动会随 之发生改变。经过与之相配的光学镜像系统进行处理后，这套系统最终 能够释放出激光束。通过对激光束的特性进行测量，控制人员就可以精 确获知感应器探头上形成的冰层的厚度(欧洲专利技术新型冰层传感器，传感器世界，2004. 1. 16)2) 1993年美国科罗拉多州林姆技术有限公司的G L *斯托拉齐 克(申请专利号93120674) —种用于固体表面冰厚检测的测量系统专 利技术，其系统构成及原理为 一个天线，用于放在受到冰和/或水层 积累的表面位置，并具有一个谐振频率和含有实数项的输入导纳；与该 天线耦合的麦克斯韦电桥装置，用于检测所述谐振频率、所述输入导纳 和所述实数项；以及频率扫描装置，用于在接近于所述谐振频的多个频 率上驱动天线，其中所述谐振频率、所述输入导纳和所述实数项可以被 确定(G.L.斯托拉齐克。对固体材料表面液体和冰层的检测设备与 方法，专利申请号93120674)3)冰层厚度传感器及其检测方法 是利用水，冰，空气电阻值差异进行冰层厚度检测的一种传感器，其 特征是由传感器内部检测电源正极经传感器内、外侧壁中间空间内充 满的被检测介质，包括水，冰，空气，与按标尺刻度位置排列的传感 器每一个金属检测触点，内部刻度译码开关电路，电导识别电路与检 测电源负电极组成检测回路，通过串感器内部单片机控制电路按一定编码顺序产生刻度译码开关控制信号依次接通各金属检测触点对应的检测电路进行冰层厚度测量的传感器。
技术实现思路
本专利技术电容温度式覆冰厚度传感器目的在于公开一种基于空气 与冰的电容特性差异，结合被检测环境空间温度对物体表面覆冰层厚 度进行自动测量的传感器及其检测方法。本专利技术电容温度式覆冰厚度传感器，其特征在于是一种基于空气 与冰的电容特性差异，结合被检测环境空间温度对物体表面覆冰层厚 度进行自动测量的传感器，该传感器由外部安装有悬挂固定钩的半圆 柱型金属屏蔽保护外壳l、嵌入在半圆柱型金属屏蔽保护外壳1内部的单片机2、专用集成电路AD7745构成的电容数字转换器3、两片通 用集成电路CD4067构成的双路可编程控制刻度选通电路4、按固定 间隔标尺刻度排列的平行极板检测电容器5、密封在金属导热外壳6 内由专用集成电路DS18B20构成的半导体集成数字温度传感器7、绝 缘保温密封添充材料8和接线插座9构成；其中，单片机2采用MSC-51 系列及其兼容8位单片机或MSP430系列及其兼容16位单片机构成， 双路可编程控制刻度选通电路4各输入端通过导线按相同顺序分别 与各平行极板检测电容器5双側的电容极板相连接，其公共输出端通 过导线分别与电容数字转换器3信号输入端相连接；暴露于被测空间 的各平行极板检测电容器两极片空间充满被检测介质，包括温度、空 气或冰，尤其是覆冰。上述电容温度式覆冰厚度传感器的检测方法，其特征在于I 、首先将传感器垂直固定或悬挂在被测物体表面或下方，外部电源通过传感器接线插座9给传感器内部检测电路接通工作电源后， 传感器内部单片机2通过固化在内部ROM存储器内的程序经自己的 I/O接口 ，同时向构成双路可编程控制刻度选通电路4的两片CD4067 禁止端15脚发送低电平控制信号，然后按照从1到16的BCD码编码 顺序同时向两片CD4067的译码选通端10脚、11脚、13脚和14脚发 出译码选通控制信号，使两片CD4067的16个输入端也按照从1到 16顺序与各自的公共输出端接通，也就是将电容两側极板分别与两 片CD4067的16个输入端顺序相联结的各平行极板检测电容器5分别 与电容数字转换器3的信号输入端接通，这样就由传感器内部单片机 2，电容数字转换器3，双路可编程控制刻度选通电路4，被接通的平 行极板检测电容器5,被接通的平行极板检测电容器5极板空间内的 被测介质形成电容检测回路；II 、由于平行极板检测电容器5极板空间内的被测介质可能会是 空气或覆冰两种状态，其不同的介电常数导致平行极板检测电容器呈 现不同的电容数值，并且具有较大的差异，电容数字转换器3将所确 定状态转换成相应的数字量形式后输出并被单片机2采集，存储；与 此同时，由传感器内部单片机，半导体集成数字温度传感器7构成单 总线温度采集电路，按照DS18B20单总线温度数据采集方法说明 (www. maxim-ic. com/quick—view2. cfm/qv—pk/2812/t/al), 单片机2 同步地将被测空间温度数值直接读取并进行判断；m、、当温度数值低于o"c时，依据由太原理工大学秦建敏等提出的基于空气、冰或水的物理特性差异检测冰层厚度的方法，仪器仪表学报，Vol. 28(4)(增刊)414-419对获取的电容值进行分析计算， 确定各平行极板检测电容器极板空间内的被测介质物理属性；IV、当标尺刻度间距为事先确定好的固定长度值时，根据各平行 极板检测电容器5对应的标尺几何位置与电容器极板空间介质为覆 冰的平行极板检测电容器个数，可以确定传感器表面 覆冰厚度二固定长度值x介质为覆冰的平行极板检测电容器个数。本专利技术电容温度式覆冰厚度传感器的主要用途及优点可以在冰 雨或冰冻条件下实现对悬空输电线，高压输电线固定塔架，建筑物或 各种静止或移动设备表面、悬空支架，树枝等的覆冰厚度进行定点连 续自动检测，它可有效地在冬季环境温度不低于_40°(]时准确地测量 附作在被测物体表面的覆冰层厚度的变化。本专利技术是基于温度、空气 与冰的电容特性差异，结合电子信息处理技术研制出的一种对物体表 面覆冰层厚度进行自动测量的传感器传感器装置和一种新的覆冰厚 度检测方法。在整个检测过程中，控制信号与电容、温度检测数据都 是数字量，具有很强的抗干扰能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
电容温度式覆冰厚度传感器，其特征是一种基于空气与冰的电容特性差异，结合被检测空间环境温度实现连续自动检测物体表面覆冰厚度的传感器，该传感器由外部安装有悬挂固定钩的半圆柱型金属屏蔽保护外壳（１），嵌入在半圆柱型金属屏蔽保护外壳（１）内部的单片机（２）由专用集成电路ＡＤ７７４５构成的电容数字转换器（３），由两片通用集成电路ＣＤ４０６７构成的双路可编程控制刻度选通电路（４），按固定间隔标尺刻度排列的平行极板检测电容器（５），密封在金属导热外壳（６）内由专用集成电路ＤＳ１８Ｂ２０构成的半导体集成数字温度传感器（７），绝缘保温密封添充材料（８）和接线插座（９）构成；其中，单片机（２）可以采用ＭＳＣ－５１系列及其兼容８位单片机或ＭＳＰ４３０系列及其兼容１６位单片机构成，双路可编程控制刻度选通电路（４）各输入端通过导线按相同顺序分别与各平行极板检测电容器（５）双側的电容极板相连接，其公共输出端通过导线分别与电容数字转换器（３）信号输入端相连接；暴露于被测空间的各平行极板检测电容器两极片空间充满被检测介质，包括覆冰，空气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建敏，韩振南，李志军，程琦，王瑞，雷瑞波，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]