探索电容式冰层厚度传感器原理及应用的反复研究深入分析检测方法
导语：现有水位测量法、机械式冰层厚度检测法、利用冰水导电率差异的冰层厚度测量法、电磁感应冰层厚度检测法和脉冲雷达检测法。电容式冰层厚传感器利用冰水电介质差异的冰层厚度检测法进行检测。
引言：水库、河流、湖泊、海洋、冰川等的生消变化一直是国内外多个科研与工程应用领域研究内容。北方凌汛威胁黄河流域沿岸人民，实现预报与防治首先需要掌握河流冰层厚度及生消变化规律。全球气温升高，极地消融影响人类生存环境，是21世纪人类关心的问题之一。
空气、冰与水的电容值随温度变化特性：由物理学可知，c=εrs/d，取决于介电常数εr和极板间距离d。在常温下，空气介电常数约为1，水为80，而冰为3～4。当两极板间介质分别是空气、冰和水时，每种情况下的电容值各不相同。
基于对空气、中间物质（即被测试介质）和下界面（即另一端表面）的分析，我们采用图2所示装置实现对连续自动化检测。将平行板设定成固定大小，让其之间填充待测介质（即被测试物），则平行板上的每个点会根据待测介质中不同部分的微小改变而产生微小变化。这使得我们可以通过单片机控制片选路来依次选择开关，从而获得不同垂直高度上平行板上每一段区域内发生的情况。
实验及结论：
在此基础上，我们设计了一个实验装置，以验证这个理论，并成功完成了实际操作。在实验中，我们使用了一组长方形覆铜板作为我们的平行板，每组尺寸均为1 cm x 3 cm且以1 mm相隔。一侧共极，一侧接入片选路。在RC多谐振荡转换环节中，我们发现，在下界面测试中，当频率值达到2.7 MHz时，该位置处于液态；当频率降至35 Hz时，该位置处于固态。此外，在上界面测试中，当频率再次达到2.7 MHz时，该位置仍然位于固态，但当频率增加到4 MHz时，该位置又变回为空气状态。通过这些数据，可以准确计算出任意给定点处液体或固体材料的一般性状，即便是在最隐蔽或最难以访问的地方亦如此，这对于科学家们来说是一项巨大的突破。