探索电容式冰层厚度传感器及其检测方法的奥秘传感器技术及应用的反复考量
探索冰层厚度检测技术：从传感器技术及应用的反复考量
导语：现有的水位测量法、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：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，极地冰川消融影响人类生存环境，是21世纪最关心的问题之一。
空气、冰与水的电容值随温度变化特性：物理学表明，c=εrs/d，其中C为电容值，εr为介电常数,r为极板半径,s为极板面积,d为距离。在常温下，空气介电常数约1，水约80，而气回3～4。因此，当两极板间介质分别是空气、气回水时，其所反映的C各不相同。
实验分析结果图1显示，由于非极性空气，不受温度影响；而在11℃至0℃之间，液态水其C单调减小，在接近零度时转变成固态气回较大且单调减小。
基于上述分析，我们采用图2装置实现对河或海冻土深及冻土下面含有之物（如雪）高度连续自动化监测。这涉及三种被监测物质，即：氷上面的空气、氷本身以及氷下的含有之物。如果将平行板二端保持不变并填充待测介质（如空氣或液態/固態狀態中的「 水」），则平行板電容C由待測介質中間材料 的 εr 决定。此装置將根据程序控制选择开关来依次选通每个片选路，从而通过单片机来确定不同垂直位置上的平行板二端之间处于何种状态，并通过频率转换，将不同高度二端间距转换成相应频率值，以此来判断是否处在同一种状态，从而推算出其位置信息以便计算得出所需数据。
结论：
实验使用一种平行板電容傳感器进行了测试，如圖3所示。
兩個極板為長1 cm、高3 cm長方形覆铜版，並設於固定框架中的一側。
整个传感器封闭，无需直接接触到任何界面。RC多谐振荡電路用于轉換頻率。
MSP430單片機控制選擇路徑進行測試，在兩種情況下皆能成功偵測界面並計算出準確數據，如圖4-6所示。