专利名称：用于极地海冰厚度检测的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量系统，尤其涉及一种用于极地检测海冰冰层厚度的测量
系统。
背景技术：
海冰厚度及其变化是全球变化研究领域中的一个前沿热点和技术难点，各国科学 家正在致力于寻求解决该问题的技术方法。 海冰厚度对大气_海冰_海洋的耦合过程尤为显著和敏感，并直接决定着海_气 能量与物质的交换过程和速率；主导着海冰的热力学和动力学特征，影响海冰的运动、形变 及冻结与消融过程。目前，主要存在以下集中海冰厚度监测技术 卫星遥感技术，随着卫星技术和星载传感器技术的快速发展，海冰厚度的遥感应 用进展显著。但至今没有一种传感器可以实现对海冰厚度的直接观测； 水下仰视声纳技术，仰视声纳技术属于冰厚观测的经典方法，将仰视声纳设备搭
载于潜艇或水下机器人平台上，获取的海冰厚度资料是科学家广泛采用的数据，但该技术
的观测精度受限于水下换能器的位置以及水温、潮汐和气压变化带来的影响； 电磁感应技术，该技术具有非接触式、工作速度快等优点，但至今未出现电磁感应
冰厚探测设备的商用产品。 因此，业界急需一种高精度且结构紧凑的海冰厚度测量系统。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决上述问题，提供了一种用于极地海冰厚度检测的系 统，这种系统对冰块厚度的检测精度和检测效率都相当高。
本实用新型的技术方案为本实用新型揭示了一种用于极地海冰厚度检测的系
统，该系统包括一本体，该本体进一步包括 电磁感应器，垂直于海冰发射并接收电磁场信号； 声纳器，垂直于海冰发射并接收声纳信号； 控制器，与该电磁感应器和该声纳器数据连接，根据来自该电磁感应器的电磁场 信号计算所述本体距离海冰下表面的第一高度，根据该声纳信号计算所述本体距离所述海 冰的上表面的第二高度，并通过将该第一高度减去该第二高度获得所述海冰的厚度；以及 多串口转换器，分别连接该电磁感应器、该声纳器和该控制器，将该电磁感应器、 该声纳器和该控制器的数据传送至外部系统。 根据本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的一实施例，该系统还包括 全球定位系统装置，分别与该控制器以及该多串口转换器数据连接，并用于获取 所述海冰厚度测量系统的定位信息。 根据本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的一实施例，该系统还包括 存储器，与该控制器数据连接并用于存储数据。[0018] 根据本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的一实施例，该存储器每隔固定 时间间隔自动保存从该控制器获得的数据。 根据本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的一实施例，该系统还包含一辅
助支架，该辅助支架包括 竖直杆； 水平杆，与该竖直杆垂直地固定于该竖直杆上且所述水平杆的下表面上设置多个 滑轮； 拉绳，沿该多个滑轮布置且远离该竖直杆的一端处固定该用于极地海冰厚度检测 的系统的本体；以及 巻轴升降机，具有一转轴，该转轴上固定该拉绳的另一端，以调节该本体的高度。 根据本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的一实施例，该系统还包括 电源装置，连接系统内各装置，为系统提供电力支持。 本实用新型对比现有技术有如下的有益效果本实用新型的技术方案是采用了一 种用于极地海冰厚度检测的系统，包括本体上的电磁感应器、声纳器、控制器、全球定位系 统装置以及多串口转换器。根据电磁感应器的信号计算本体距离海冰下表面的第一高度， 根据声纳器的信号计算本体距离海冰上表面的第二高度，通过第一高度减去第二高度获得 海冰厚度。

图1是本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的第一实施例的结构图。
图2是本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的第二实施例的结构图。 图3是本实用新型的用于极地海冰厚度检测系统的辅助支架的结构示意图。 图4是采用本实用新型的用于极地海冰厚度检测系统进行海冰厚度测量的示意 图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。 用于极地,海冰厚度柃测l的系统的第一实施例 图1示出了本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的第一实施例的结构。请 参见图l，本实施例的系统的本体1包括以下装置电磁感应器10、声纳器11、控制器12、多 串口转换器13。这些装置之间的连接关系是电磁感应器10和声纳器11连接控制器12， 控制器12连接多串口转换器13，而电磁感应器10和声纳器11分别连接到多串口转换器 13。多串口转换器13连接外部的计算机系统。 在本实施例的系统的本体中还可以设置存储器，存储器与控制器12建立数据连
接，用于存储相关数据。存储器每隔固定时间间隔自动保存从控制器12获得的数据。此外，
系统还搭载一个电源装置，用于连接系统内的各个装置，为系统提供电力支持。 本实施例的系统还包括一个辅助支架301，辅助支架301可包括竖直杆302、与该
竖直杆垂直地固定于该竖直杆上的水平杆303、设置于水平杆的下表面上的多个滑轮304、
沿该多个滑轮布置且远离竖直杆的一端处固定上述极地海冰厚度检测系统本体的拉绳306以及巻轴升降机305，该巻轴升降机305具有一转轴，其上固定了拉绳的另一端，用以调节 极地海冰厚度检测系统本体的高度。测量时，可以将本体固定在一特定的木制框架内，将该 木制框架摆出船舷外侧，仪器的高度可通过巻轴升降机305控制。通常，水平杆304需使本 体与船体的最小距离为8m，以使探测结果不受船体本身影响且也使船对冰体破碎的影响降 到最低。另外，用两个拉紧的绳子将木制框架两侧固定在船上，这样在船破冰时可有效减少 测量系统在空中的摆动，该支架系统还可控制仪器姿态，并避免船体等导体对电磁场的影 响。 下面描述本实施例的工作原理。 用于极地海冰厚度检测的系统设置于海冰上方。其中的电磁感应器IO垂直于海 冰发射并接收电磁场信号，同时声纳器11垂直于海冰发射并接收声纳信号。其中，声纳器 11用于系统距离冰面的准确高度，即图4中的高度hl ;电磁感应器IO用于基于系统距离海 冰与海水的分界面的高度，即图4中的高度z。 控制器12根据来自电磁感应器10的电磁场信号计算系统距离海冰和海水的分界 面的高度z，并根据来自声纳器11的声纳信号计算系统距离海冰的高度hl。通过将高度z 减去高度hl即可大致获得海冰的厚度。 控制器12得到的数据以及电磁感应器10和声纳器11采集到的数据，都通过多串 口转换器13传输到外部的计算机系统中。 肝纖鍾m錯测,鋪m二輔你i 图2示出了本实用新型的用于极地海冰厚度检测的系统的第二实施例的结构。请 参见图2，本实施例的系统的本体2包括以下装置电磁感应器20、声纳器21、全球定位系 统(GPS)装置22、控制器23、多串口转换器24。这些装置之间的连接关系是电磁感应器 20、声纳器21、全球定位系统装置22连接控制器23，控制器23连接多串口转换器24，而电 磁感应器20、声纳器21和全球定位系统装置22分别连接到多串口转换器24。多串口转换 器24再连接外部的计算机系统。 在本实施例的系统的本体2中还可以设置存储器，存储器与控制器23建立数据连 接，用于存储相关数据。存储器每隔固定时间间隔自动保存从控制器12获得的数据。此外， 系统还搭载一个电源装置，用于连接系统内的各个装置，为系统提供电力支持。 本实施例的系统还包括一个辅助支架301，辅助支架301可包括竖直杆302、与该 竖直杆垂直地固定于该竖直杆上的水平杆303、设置于水平杆的下表面上的多个滑轮304、 沿该多个滑轮布置且远离竖直杆的一端处固定上述极地海冰厚度检测系统本体的拉绳306 以及巻轴升降机305，该巻轴升降机305具有一转轴，其上固定了拉绳的另一端，用以调节 极地海冰厚度检测系统本体的高度。测量时，可以将本体固定在一特定的木制框架内，将该 木制框架摆出船舷外侧，仪器的高度可通过巻轴升降机305控制。通常，水平杆304需使本 体与船体的最小距离为8m，以使探测结果不受船体本身影响且也使船对冰体破碎的影响降 到最低。另外，用两个拉紧的绳子将木制框架两侧固定在船上，这样在船破冰时可有效减少 测量系统在空中的摆动，该支架系统还可控制仪器姿态，并避免船体等导体对电磁场的影 响。 下面描述本实施例的工作原理。 用于极地海冰厚度检测的系统设置于海冰上方。其中的电磁感应器20垂直于海冰发射并接收电磁场信号，同时声纳器21垂直于海冰发射并接收声纳信号。其中，声纳器 21用于系统距离冰面的准确高度，即图4中的高度hl ;电磁感应器20用于基于系统距离海 冰与海水的分界面的高度，即图4中的高度z。 控制器23根据来自电磁感应器20的电磁场信号计算系统距离海冰和海水的分界 面的高度z，并根据来自声纳器21的声纳信号计算系统距离海冰的高度hl。通过将高度z 减去高度hl即可大致获得海冰的厚度。 需要注意的是，如图3所示，通常海冰表面上会覆盖一层积雪。在需要考虑积雪因 素的场合，GPS装置22可用于测定测量仪的地理位置信息。基于该地理位置信息，可利用 现有的NEVISAT极轨平台对地观测卫星得到当地的积雪厚度参数，以消除积雪对海冰厚度 的影响。 控制器23得到的数据以及电磁感应器20、声纳器21和全球定位系统装置22所采 集到的数据，都通过多串口转换器23传输到外部的计算机系统中。 本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而 不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术 方案范围内的对本发明的修改和变型。
权利要求一种用于极地海冰厚度检测的系统，其特征在于，该系统包括一本体，该本体进一步包括电磁感应器，垂直于海冰发射并接收电磁场信号；声纳器，垂直于海冰发射并接收声纳信号；控制器，与该电磁感应器和该声纳器数据连接，根据来自该电磁感应器的电磁场信号计算该本体距离海冰下表面的第一高度，根据该声纳信号计算该本体距离该海冰的上表面的第二高度，并通过将该第一高度减去该第二高度获得该海冰的厚度；以及多串口转换器，分别连接该电磁感应器、该声纳器和该控制器，将该电磁感应器、该声纳器和该控制器的数据传送至外部系统。
2. 根据权利要求1所述的用于极地海冰厚度检测的系统，其特征在于，该系统还包括 全球定位系统装置，分别与该控制器以及该多串口转换器数据连接，并用于获取所述海冰厚度测量系统的定位信息。
3. 根据权利要求2所述的用于极地海冰厚度检测的系统，其特征在于，该系统还包括 存储器，与该控制器数据连接并用于存储数据。
4. 根据权利要求3所述的用于极地海冰厚度检测的系统，其特征在于，该存储器每隔 固定时间间隔自动保存从该控制器获得的数据。
5. 根据权利要求1所述的用于极地海冰厚度检测的系统，其特征在于，该系统还包含 一辅助支架，该辅助支架包括竖直杆；水平杆，与该竖直杆垂直地固定于该竖直杆上且所述水平杆的下表面上设置多个滑轮；拉绳，沿该多个滑轮布置且远离该竖直杆的一端处固定该用于极地冰厚检测的系统的 本体；以及巻轴升降机，具有一转轴，该转轴上固定该拉绳的另一端，以调节该本体的高度。
6. 根据权利要求1所述的用于极地海冰厚度检测的系统，其特征在于，该系统还包括 电源装置，连接系统内各装置，为系统提供电力支持。
专利摘要本实用新型公开了一种用于极地海冰厚度检测的系统，这种系统对海冰冰层厚度的检测精度和检测效率都相当高。其技术方案为系统包括一本体，包括电磁感应器，垂直于海冰发射并接收电磁场信号；声纳器，垂直于海冰发射并接收声纳信号；控制器，与该电磁感应器和该声纳器数据连接，根据来自该电磁感应器的电磁场信号计算该本体距离海冰下表面的第一高度，根据该声纳信号计算该本体距离该海冰的上表面的第二高度，并通过将该第一高度减去该第二高度获得该海冰的厚度；以及多串口转换器，分别连接该电磁感应器、该声纳器和该控制器，将该电磁感应器、该声纳器和该控制器的数据传送至外部系统。
文档编号G01S15/08GK201476779SQ20092020880
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者孙波, 郭井学 申请人:中国极地研究中心