超声波冰密度检测方法的机理研究

发布时间：2017-12-20 21:20

  本文关键词：超声波冰密度检测方法的机理研究　出处：《太原理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 超声波 冰密度 衰减特性 温度

【摘要】：本课题是在“南北极环境综合考察与评估”(编号:CHINAER 2015-02-02)专项项目与国家科学自然基金项目“基于电容感应技术的海冰厚度监测方法的研究(编号:41176080)”的资助下进行超声波冰密度检测方法的机理研究。冰的力学参数与其生长过程中的温度、密度及盐度关系紧密,目前,测量冰密度的方法主要有排液法和重量-体积法。排液法历史上使用舒列金量筒测量,目前采用水或煤油等作为参考液体,因此冰的密度还无法实现在线实时自动化监测。本课题根据超声波透射原理,对超声波在淡水冰中的传播特性进行COMSOL仿真分析,设计了超声波冰密度检测实验系统,超声波冰密度检测实验系统包括两大部分:超声波检测装置部分与冰密度测量部分,其中,超声波检测装置包括超声波发射与接收单元电路,密度测量部分提出两种测量方法并对相应的测量装置进行了设计,一种是排防冻液法,另一种是在不同温度下分别取冰样利用重量-体积法进行测量。通过大量实验测量穿透冰层后超声波信号的峰峰值,分析超声波在冰介质(淡水冰和海冰)中传播时的衰减变化与温度之间的关系以及冰密度、温度与信号峰峰值之间的关系。最后,得出以下两点结论:(1)冰中超声波传播特性:当淡水温度下降到0℃时,水开始出现结晶,峰峰值逐渐减小,说明超声波在固液混合状态下衰减较大;温度由-0.1℃向-0.2℃跳变时,固液混合态恰好变为固态,此时峰峰值衰减到最小值;温度继续降低(低于-0.2℃),临界固态转为固态,结构趋于稳定,冰密度逐渐增大,超声波信号峰峰值增大。实验同时表明:超声波检测冰密度变化时,超声波接收信号峰峰值与冰密度成相关性。50kHz频率适合监测温度在0℃至-5℃之间的冰密度变化情况,而150kHz频率适合监测温度在-5℃至-15℃之间的冰密度变化情况。(2)海冰中超声波传播特性:海水温度维持在冰点-0.3℃时处于冰水混合物状态,超声波信号的峰峰值衰减较大;当海冰温度在-0.3℃~-10℃区间时,穿透冰层后所接收到的超声波信号的峰峰值在下降;低于-10℃时,超声波信号峰峰值开始逐渐增大。同时得出:对于实验条件下盐度为11‰的海冰(冰点在-0.3℃左右)密度进行检测时,50kHz频率适合检测温度在-0.3℃至-15℃之间的情况,而150kHz频率可以对海冰温度在-0.3℃~-25℃的冰密度进行检测,并且在检测温度区间内超声波接收信号峰峰值与冰密度成相关性。以上研究表明,利用超声波检测冰密度的方法在机理上是可行的,为进一步设计超声波冰密度检测传感器提供了理论依据,同时也为实现冰密度的自动化检测提供了一种新方法。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P714.1

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵士青;“工程海冰”新观点,“渤海海冰”添特色──《工程海冰学概论》简评[J];海洋学报(中文版);2000年02期

2 康建成;海冰及海冰与海洋、大气、生物圈国际会议[J];极地研究;2000年03期

3 季顺迎,岳前进,姚征;渤海海冰动力学中的粘弹塑性本构模型[J];水科学进展;2002年05期

4 康建成;第17届鄂霍次克海和海冰国际研讨会[J];极地研究;2002年01期

5 ;白色灾害——海冰[J];甘肃科技纵横;2002年06期

6 康建成,孙波,孙俊英,孟广琳,GOTO-AZUMA Kumiko,张小伟;北极楚科奇海海冰特征研究——以1999年夏季为例[J];冰川冻土;2002年02期

7 邓冰,佟凯,张学宏,刘金芳;渤、黄海海冰的变化和预报结果分析[J];海洋科学进展;2003年02期

8 高振会,杨建强,费立淑;分形分析方法在海冰趋势预测中的应用[J];海洋通报;2003年04期

9 王学忠,孙照渤,胡邦辉;近年来国外海冰模式发展的回顾[J];南京气象学院学报;2003年03期

10 肖培弘;海冰,可怕的破坏力[J];海洋世界;2003年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郭井学;李鑫;席颖;李丙瑞;;雷达技术在极地海冰厚度探测中的应用研究[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年

2 武皓微;庞永杰;;海冰的危害及其淡化利用[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(中)[C];2011年

3 孙波;何茂兵;康建成;温家洪;李院生;;探地雷达对北冰洋海冰的探测与分析[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年

4 王帮兵;孙波;田钢;郭井学;张向培;;三维雷达方法探测北极夏季海冰[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年

5 郭井学;孙波;;电磁感应方法在波西尼亚湾海冰厚度探测中的应用[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年

6 王刚;季顺迎;吕和祥;岳前进;;海冰的广义双剪粘弹塑性本构模型[A];数学·力学·物理学·高新技术研究进展——2006（11）卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第11届学术研讨会论文集[C];2006年

7 吴辉碇;;海冰动力学过程的数值模拟[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）[C];1999年

8 李彦青;苏洁;汪洋;郭晓葭;翟梦茜;;渤海海冰距离侯平均时间序列构建与分析[A];第28届中国气象学会年会——S3天气预报灾害天气研究与预报[C];2011年

9 周琳琳;康建成;益建芳;张小伟;;被动微波遥感与南极海冰[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年

10 周凯;;基于机载多传感器系统的海冰航空遥测研究[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 周洁;海冰不期而至[N];中国气象报;2010年

2 记者 冯君　王晨;渤海海冰范围比常年平均偏大2.1倍[N];中国气象报;2010年

3 本报记者 张一玲;科学利用海冰资源 淡化研究取得进展[N];中国海洋报;2010年

4 本报记者 郑杨;海冰预警：科技大显身手[N];经济日报;2010年

5 海贝;走近海冰[N];中国渔业报;2010年

6 记者 闫平;海冰淡化离我们还有多远[N];经济参考报;2010年

7 本报记者 丁雷;海冰——变害为利正当时[N];大连日报;2010年

8 记者 李大庆;我首创利用海冰水灌溉农田[N];科技日报;2005年

9 本报特派记者 陈瑜;“行走”海冰上[N];科技日报;2010年

10 通讯员 谢盼　张博;河北：海冰融化影响水产养殖[N];中国气象报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 季顺迎;渤海海冰数值模拟及其工程应用[D];大连理工大学;2001年

2 张晰;极化SAR渤海海冰厚度探测研究[D];中国海洋大学;2011年

3 王杭州;海冰基太阳辐照度剖面自动监测及校正技术研究[D];浙江大学;2015年

4 赵宝刚;渤海辽东湾冰区工程点雷达海冰监测和预报技术研究[D];大连海事大学;2008年

5 王瑞学;海冰动力学数值模拟及波浪与海冰相互作用[D];大连理工大学;2010年

6 李春花;海冰在潮汐和波浪作用下的断裂机理研究[D];大连理工大学;2000年

7 纪永刚;基于微波图像的辽东湾海冰典型要素信息提取[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2006年

8 卢鹏;基于图像分析的海冰几何参数和拖曳系数参数化研究[D];大连理工大学;2007年

9 郭井学;基于电磁感应理论的极地海冰厚度探测研究[D];吉林大学;2007年

10 李涛;北极快速变化条件下海冰吸收太阳辐射能的光学研究[D];中国海洋大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张树刚;夏季北冰洋海冰融化过程中能量分配的研究[D];中国海洋大学;2009年

2 张蕊;北极夏季海冰表面融池形态分析[D];大连理工大学;2010年

3 宋艳平;极区油船与冰碰撞的非线性有限元仿真研究[D];大连海事大学;2015年

4 刘立剑;基于C波段PolSAR的多特征融合的海冰厚度反演[D];大连海事大学;2015年

5 李明广;夏季南极普里兹湾海冰及其光学特征观测研究[D];大连理工大学;2015年

6 马珊珊;基于图像处理的GOCI卫星海冰漂移监测技术研究[D];青岛科技大学;2015年

7 吴青;基于GOCI卫星的渤海海冰漂移监测[D];合肥工业大学;2014年

8 沈杨;结合MRF与v-SVM的SAR海冰图像分类[D];合肥工业大学;2015年

9 刘灿俊;结合相干斑抑制和区域生长的SAR海冰图像MRF分割方法研究[D];合肥工业大学;2014年

10 昂安;带有区域分裂自适应细化过程的SAR海冰图像分割[D];合肥工业大学;2014年

，

本文编号：1313447