钻式冰层厚度自动测量仪及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种钻式冰层厚度自动测量仪，包括电钻或破冰机，在所述电钻或破冰机上设置一后端处理单元，所述后端处理单元包括压力传感器、旋转编码器、单片机、A/D转换模块、无线通讯模块、显示模块和电源模块；所述的压力传感器设在电钻或破冰机的钻头上，压力传感器经A/D转换模块与单片机连接，旋转编码器与电钻或破冰机通过连线相接，旋转编码器、无线通讯模块和显示模块分别连接单片机。本发明专利技术在传统电钻或破冰机的基础上加以改进，只在传统电钻上加一后端测量单元，就能在钻透冰的那一刻便可自动计算冰的厚度值，不仅克服了黄河水中杂质多、含沙量大等因素给测量带来的影响，而且免去了人工记录的麻烦。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种钻式冰层厚度自动测量仪，包括电钻或破冰机，在所述电钻或破冰机上设置一后端处理单元，所述后端处理单元包括压力传感器、旋转编码器、单片机、A/D转换模块、无线通讯模块、显示模块和电源模块；所述的压力传感器设在电钻或破冰机的钻头上，压力传感器经A/D转换模块与单片机连接，旋转编码器与电钻或破冰机通过连线相接，旋转编码器、无线通讯模块和显示模块分别连接单片机。本专利技术在传统电钻或破冰机的基础上加以改进，只在传统电钻上加一后端测量单元，就能在钻透冰的那一刻便可自动计算冰的厚度值，不仅克服了黄河水中杂质多、含沙量大等因素给测量带来的影响，而且免去了人工记录的麻烦。【专利说明】
本专利技术属于冰层厚度测量领域，具体涉及一种。
技术介绍
在我国北方，由于冬季比较寒冷，封冻期长。冰层达到一定的厚度时，车辆和人员可以直接从冰上通过。这对交通运输带来极大方便。但是从返回的信息可以看出，由于水文、地理条件的复杂性，往往存在某些局部冰层变薄的区域(俗称清沟)。黄河地处北方地区，由于纬度跨度较大，冰凌危害时常发生，给沿岸人民的生命和财产安全带来了极大的威胁。解决冰凌问题，，首先要认识冰的基本条件，而在受气象和水文条件控制的冰条件中，最直观且重要的指标之一是冰的厚度及其变化过程，它是监测冰川变化、河道冰塞形成、凌汛发生和冰对结构物作用力的基础。如果事先不了解冰厚的分布情况，冰薄的地方将会出现压塌，造成车辆和人员落入水中的事故。东北地区几乎每年冬天都有这类事件发生。并且为了保证冰上交通和涉冰作业的安全，需要测定有关水域冰层厚度及其分布情况。基于这种情况需要设计一个可以安全稳定，测量技术精确的仪器来完成这个任务。近年来，科技工作者在厚度测量方面做了大量的工作，探讨了多种非接触式测量方法，诸如超声波法、激光法、射线法等，这些测量方法虽然快捷方便，但易受被测物体的材质、温度、色泽等因素的影响，因此测量对象参数一般相对固定，如纸张、镀层、金属等，有的文献中也提到了几种混凝土厚度测量方法，但冰的性质比较特殊，其物理参数随外界温度变化较大，又加上黄河水中杂质多、含沙量大，这些无疑都加大了测量的难度，是电磁波等类别的测量方法的精确度大大下降，再者冰与水之间交接面比较特殊，使得上述的厚度测量方法都难以满足测量要求。当前，黄河上的冰层厚度测量，仍停留在近乎原始的状态:先用冰凿将冰层凿透，然后用尺子直接测量。利用水的导电特性对冰层厚度的方法由于其前提是水与冰所具有的导电特性，而这一特性要受到水的纯度、冰层的温度等因素的影响，特别是冰层底部与水交界面电导率变化特性比较复杂，导电与绝缘无严格的分界点，给检测带来了困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，克服了现有技术的不足之处，稳定性好，设备简单、便携、经济实用。本专利技术采用以下技术方案: 一种钻式冰层厚度自动测量仪，包括电钻或破冰机，其中，在所述电钻或破冰机上设置一后端处理单元，所述后端处理单元包括压力传感器、旋转编码器、单片机、A/D转换模块、无线通讯模块、显示模块和电源模块；所述的压力传感器设在电钻或破冰机的钻头上，压力传感器经A/D转换模块与单片机连接，旋转编码器与电钻或破冰机通过连线相接，旋转编码器、无线通讯模块和显示模块分别连接单片机。作为优选，所述单片机采用AT89S52芯片。—种钻式冰层厚度自动测量方法，包括如下步骤: 第一步，压力传感器测量； 第二步，旋转编码器测量； 第三步，数据融合，将第一步和第二步得到的冰层厚度值使用数据融合的方法得到最终的冰层厚度值。作为优选，所述压力传感器测量过程如下: 当压力传感器被按下时，单片机将检测到A/D转换模块输入的低电平信号，从而触发内部定时器，开始计时；单片机循环监测A/D转换模块的转换结果，当收到高电平信号时，关闭定时器，然后用程序预设速度值乘以定时器时间即可得到冰层厚度值；计算公式如下所示:【权利要求】1.一种钻式冰层厚度自动测量仪，包括电钻或破冰机，其特征在于:在所述电钻或破冰机上设置一后端处理单元，所述后端处理单元包括压力传感器、旋转编码器、单片机、A/D转换模块、无线通讯模块、显示模块和电源模块；所述的压力传感器设在电钻或破冰机的钻头上，压力传感器经A/D转换模块与单片机连接，旋转编码器与电钻或破冰机通过连线相接，旋转编码器、无线通讯模块和显示模块分别连接单片机。2.根据权利要求1所述的一种钻式冰层厚度自动测量仪，其特征在于:所述单片机采用AT89S52芯片。3.一种钻式冰层厚度自动测量方法，其特征在于:包括如下步骤: 第一步，压力传感器测量； 第二步，旋转编码器测量； 第三步，数据融合，将第一步和第二步得到的冰层厚度值使用数据融合的方法得到最终的冰层厚度值。4.根据权利要求3所述的一种钻式冰层厚度自动测量方法，其特征在于:包括如下步骤: 所述压力传感器测量过程如下: 当压力传感器被按下时，单片机将检测到A/D转换模块输入的低电平信号，从而触发内部定时器，开始计时；单片机循环监测A/D转换模块的转换结果，当收到高电平信号时，关闭定时器，然后用程序预设速度值乘以定时器时间即可得到冰层厚度值；计算公式如下所示: 5.根据权利要求3或4所述的一种钻式冰层厚度自动测量方法，其特征在于:所述旋转编码器测量过程如下: 旋转编码器与电钻通过连线相接，当电钻向下移动时将拉动旋转编码器中轴进行旋转，从而发出矩形脉冲；当检测到压力传感器被按下时，外部中断端口开始采集与之相接的旋转编码器的脉冲，根据编码器转一圈发出的总脉冲数和转轮的周长即可计算出冰层厚度值；计算公式如下所示: 6.根据权利要求5所述的一种钻式冰层厚度自动测量方法，其特征在于:经以上两种方法分别得到冰层厚度值后，使用数据融合的方法对数据进行简单处理，计算公式如下: 【文档编号】G01B7/06GK103512484SQ201310454512【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日 【专利技术者】刘明堂, 辛艳辉, 姚淑霞, 袁胜, 张晓华, 刘雪梅, 李钊, 翟华, 党浩明, 周红晓, 杜顺利, 李坤 申请人:华北水利水电大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻式冰层厚度自动测量仪，包括电钻或破冰机，其特征在于：在所述电钻或破冰机上设置一后端处理单元，所述后端处理单元包括压力传感器、旋转编码器、单片机、A/D转换模块、无线通讯模块、显示模块和电源模块；所述的压力传感器设在电钻或破冰机的钻头上，压力传感器经A/D转换模块与单片机连接，旋转编码器与电钻或破冰机通过连线相接，旋转编码器、无线通讯模块和显示模块分别连接单片机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明堂，辛艳辉，姚淑霞，袁胜，张晓华，刘雪梅，李钊，翟华，党浩明，周红晓，杜顺利，李坤，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：