一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法技术

本发明专利技术公开了一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法；包括有以下步骤：S1、将检测仪器镶嵌安装在路面的下部；S2、检测仪器中的震荡电路实现运行检测；S3、在检测仪器中的晶振芯片对不同环境的晶振频率不同；S4、通过调频率计数器实现对晶振的频率进行检测计数；S5、控制系统通过调频率计数器检测到的频率进行结冰判断；本发明专利技术具有高灵敏度、能快速检测出液体到固体冰转化的临界点，即当音叉被水浸没时振动频率比空气中振荡频率有所降低，当浸没音叉晶振的水转化为冰时，音叉晶振的振荡能量传播散发到冰中，造成振荡消失，振荡频率为零并停振，由振荡到停振这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量表示路面结冰。测出来并输出一个开关量表示路面结冰。测出来并输出一个开关量表示路面结冰。

【技术实现步骤摘要】
一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法


[0001]本专利技术属于路面检测
，具体涉及一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法。

技术介绍

[0002]路面、桥面结冰会导致车辆打滑进而有可能导致交通事故发生，因而对路面是否结冰进行实时监测非常重要。本专利技术重点在于水到冰的转化监测，对于结冰的具体厚度并不是本专利技术的重点所在。在水泥路面、沥青路面、泥沙路面，当气温降低到某个温度时开始结冰。一般认为当气温达到零度时，路面、桥面开始结冰。但实际情况是因路面的海拔、路面积水所含各种盐类、碱类物质、酸类物质造成实际结冰温度(冰点)大大降低，因而使用温度判断是否结冰并不准确。
[0003]结冰传感器是一种检测飞机、输电线、建筑等物体表面结冰厚度的传感器，通过结冰传感器可以将结冰信号转换为可以直接检测的电学信号。结冰传感器的分类方法很多。根据检测机理可将结冰传感器分为：光学式、电学式、机械式等。光学式根据冰、水与空气的光学性质的不同检测结冰。电学式结冰传感器是根据冰、空气和水电学性质的不同来检测结冰，然而市面上各种的结冰传感器仍存在各种各样的问题。
[0004]例如：一种典型的电学式结冰传感器为电容式结冰传感器。电容式结冰传感器基于冰、空气和水介电常数的不同来判断电极之间的介质是冰、空气还是水。将多组电极对等距排列，每个电极对最为一个结冰检测刻度，总的结冰厚度就等于相邻电极对的距离和介质是冰的电极对的个数的乘积。公开号为101285673A的中国专利公布的一种电容比值式结冰传感器。其中基准平行板电容器电极之间没有结冰。检测平行板电容器的电极极板之间的介质可能是冰，可能是空气。当检测电容极板间是空气时，检测电容和基准电容的电容值之比为1；当检测电容极板间介质是冰时，检测电容和基准电容的电容值之比大于等于2。这样就可以判断任意一个检测电容极板之间的介质是冰还是空气。检测电容组竖直等距排列，检测结冰的厚度就等于相邻检测电容的竖直间距与介质是冰的检测电容的个数的乘积。
[0005]机械式结冰传感器是根据冰的机械特性检测结冰。
[0006]一种比较典型的机械式结冰传感器是基于压电效应的平膜式结冰传感器。检测原理是：平膜上有结冰时，结冰增大了平膜的刚度，使平膜的谐振频率增大。通过压电陶瓷的压电效应驱动平膜振动在其谐振频率上，通过压电陶瓷的逆压电效应实时监测其谐振频率。
[0007]需要注意的是，并非所有的电容式结冰传感器都是属于电学式的，有的是属于机械式的。
[0008]一种微加工工艺制作的电容式结冰传感器，敏感结构是一个7微米厚度薄膜，整个薄膜为扩散硅层，作为电容的公共电极。用静电键合工艺将薄膜和一个有HF腐蚀的凹槽的pyrex玻璃键合到一起，将凹槽封闭为电容间隙。凹槽里有两个同心的方形电极，中心正方
形的为驱动电极，外围回字形的为检测电极。驱动电极和公共电极之间加静电，平膜变形。检测电极和公共电极之间的电容称为检测电容。平膜上有结冰时，结冰增大了平膜刚度，使平膜变形量减小，检测电容两电极之间的距离增大，检测电容减小。通过检测电容的减小量来确定结冰厚度。
[0009]根据结冰传感器的安装方式，可将结冰传感器分为扁平安装结冰传感器和非扁平安装结冰传感器。扁平安装就是结冰传感器安装到被测物表面后，结冰检测面和物体表面平齐，这样传感器表面和物体表面的环境因素相同，可以更准确地感知物体表面结冰情况。非扁平安装结冰传感器安装后检测面和物体表面不平齐，表现为一个突出物。显然突出物表面与物体表面会有很大差异，如物体表面的层流流体到突出物处就有可能形成局部湍流。结冰传感器和被测物体表面环境因素不同，会造成结冰情况的不同，结冰传感器检测到的结冰就有可能不由物体表面一致，为此我们提出一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法，包括有以下步骤：
[0012]S1、将检测仪器镶嵌安装在路面的下部：将检测仪器进行镶嵌安装在路面的下部，并且在检测仪器上部的路面进行开槽，使得路面的水能够流入与检测仪器进行接触；
[0013]S2、检测仪器中的震荡电路实现运行检测：在检测仪器的内部设有震荡电路，通过震荡电路实现对路面的情况进行有效精准的检测；
[0014]S3、在检测仪器中的晶振芯片对不同环境的晶振频率不同：在晶振芯片处于空气中的时候，晶振的频率较高，此时判定检测仪器处于空气环境中，当晶振芯片处于液体环境中的时候，晶振的频率发生降低，此时判定检测仪器处于液体环境中，当晶振芯片处于的液体环境结冰的时候，晶振的频率降低为零，此时判定检测仪器处于结冰环境中；
[0015]S4、通过调频率计数器实现对晶振的频率进行检测计数：此时晶振的频率通过放电电阻和频率变阻器将频率传输给两组三极管，两组三极管将晶振的频率传输给调频率计数器进行计数统计；
[0016]S5、控制系统通过调频率计数器检测到的频率进行结冰判断：控制系统在接收到调频率计数器传输的晶振频率实现对晶振的环境进行判定，进而可以判定路面是否已经发生结冰。
[0017]优选的，所述S1中的路面在进行开槽的时候，厚度不超过1
‑
2cm，且在开槽的孔洞上方固定安装有细密的防护格网。
[0018]优选的，所述S1中的检测仪器采用的是锂电池组或者市电网，所述市电网在进行供电的时候，先通过供电模块进行降压、整流、滤波和稳压。
[0019]优选的，所述供电模块中包括有降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路，所述降压电路用于将市电网的高电压降低成低电压，所述整流电路用于将交流电压转换成直流电压，所述整流电路采用的是MOS管桥式电路，所述滤波电路用于将直流电压中的交流电压
进行滤除，所述稳压电路用于实现对输送的电压进行稳定的输出。
[0020]优选的，所述S2中的震荡电路中包括有所述晶振芯片，所述晶振芯片的两端分别电性连接有电容CL1和电容CL2，所述晶振芯片的一端电性连接有一组所述三极管，所述晶振芯片的另一端电性连接有所述放电电阻，所述放电电阻与所述三极管的另一端电性连接，一组所述三极管上电性连接有另一组所述三极管。
[0021]优选的，所述放电电阻的一端通过所述频率变阻器与所述晶振的另一端电性连接，两组所述三极管上均电性连接有电源输入端VDD，所述电容CL1和所述电容CL2均电性连接接地保护端。
[0022]优选的，所述三极管的一端电性连接有信息采集电路和放大增益电路，所述信息采集电路与所述放大增益电路电性连接，所述信息采集电路中包括有信息采集模块和信息转换模块，所述信息转换模块采用的是A/D转换模块。
[0023]优选的，所述S1中检测仪器中还包括有通讯模块，所述通讯模块包括有无线通讯、2.4G通讯、4G通讯和5G通讯中的一种或者多种，所述通讯模块采用的是单向通讯模块。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法，其特征在于：包括有以下步骤：S1、将检测仪器镶嵌安装在路面的下部：将检测仪器进行镶嵌安装在路面的下部，并且在检测仪器上部的路面进行开槽，使得路面的水能够流入与检测仪器进行接触；S2、检测仪器中的震荡电路实现运行检测：在检测仪器的内部设有震荡电路，通过震荡电路实现对路面的情况进行有效精准的检测；S3、在检测仪器中的晶振芯片对不同环境的晶振频率不同：在晶振芯片处于空气中的时候，晶振的频率较高，此时判定检测仪器处于空气环境中，当晶振芯片处于液体环境中的时候，晶振的频率发生降低，此时判定检测仪器处于液体环境中，当晶振芯片处于的液体环境结冰的时候，晶振的频率降低为零，此时判定检测仪器处于结冰环境中；S4、通过调频率计数器实现对晶振的频率进行检测计数：此时晶振的频率通过放电电阻和频率变阻器将频率传输给两组三极管，两组三极管将晶振的频率传输给调频率计数器进行计数统计；S5、控制系统通过调频率计数器检测到的频率进行结冰判断：控制系统在接收到调频率计数器传输的晶振频率实现对晶振的环境进行判定，进而可以判定路面是否已经发生结冰。2.根据权利要求1所述的一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法，其特征在于：所述S1中的路面在进行开槽的时候，厚度不超过1
‑
2cm，且在开槽的孔洞上方固定安装有细密的防护格网。3.根据权利要求1所述的一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法，其特征在于：所述S1中的检测仪器采用的是锂电池组或者市电网，所述市电网在进行供电的时候，先通过供电模块进行降压、整流、滤波和稳压。4.根据权利要求3所述的一种运用石英音叉型晶振监测结冰的方法，其特征在于：所述供电模块中包括有降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路，所述降压电路用于将市电网的高电压降低成低电压，所述整流电路用于将交流电压转换成直流电压，所述整流电路采用的是MOS管桥式电路，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：童筱钧，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：