CN201514210U - 集成式海冰厚度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了集成式海冰厚度测量仪，这种集成式的测量仪结构简单紧凑且测量精度高。其技术方案为：测量仪集成以下模块：电磁感应模块，垂直于海冰发射并接收电磁场信号；声纳模块，垂直于海冰发射并接收声纳信号；激光器模块，垂直于海水或海冰发射和接收激光信号；全球定位系统模块，获取测量仪所在位置的定位信息；以及无线模块，与电磁感应模块、声纳模块、激光器模块和全球定位系统模块建立通信连接，将这些模块获取的数据传送给外部的计算机系统。

Description

集成式海冰厚度测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种测量海冰厚度的集成式测量仪。

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仪器。

实用新型内容

本实用新型提供了一种集成式海冰厚度测量仪，这种集成式的测量仪结构简单紧凑且测量精度高。

本实用新型的技术方案为：本实用新型揭示了一种集成式海冰厚度测量仪，该测量仪集成以下模块：

电磁感应模块，垂直于海冰发射并接收电磁场信号；

声纳模块，垂直于海冰发射并接收声纳信号；

激光器模块，垂直于海水或海冰发射和接收激光信号；以及

无线模块，与该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块建立通信连接，将这三个模块获取的数据传送给外部的计算机系统。

根据本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一实施例，该测量仪还包括：

全球定位系统模块，与该无线模块建立通信连接，获取该测量仪所在位置的定位信息并通过该无线模块传送给外部的计算机系统。

根据本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一实施例，该测量仪还包括：

存储模块，连接该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块以及该全球定位系统模块，存储这四个模块获取的数据。

根据本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一实施例，该存储模块每隔固定时间间隔自动保存该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块以及该全球定位系统模块获取到的数据。

根据本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一实施例，该无线模块是无线路由模块。

根据本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一实施例，该测量仪还包括：

电源模块，连接该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块、该全球定位系统模块以及该无线模块，为这五个模块提供电力支持。

根据本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一实施例，该电源模块是可移动不间断电源。

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集成式海冰厚度测量仪，集成了电磁感应模块、声纳模块、激光器模块、全球定位系统(GPS)模块以及无线模块这五个模块，其中电磁感应模块、声纳模块、激光器模块、全球定位系统模块通过无线模块将获取到的数据传送给外部的计算机系统处理。对比现有技术，本实用新型大大简化了测量仪的构造，降低了生产成本，同时提高了测量精度。

附图说明

图1是本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的第一实施例的结构图。

图2是本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的第二实施例的结构图。

图3是采用本实用新型的集成式海冰厚度测量仪进行海冰厚度测量的示意图。

图4是采用本实用新型的集成式海冰厚度测量仪进行海冰厚度测量的另一示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

集成式海冰厚度测量仪的第一实施例

图1示出了本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的第一实施例。请参见图1，本实施例的集成式海冰厚度测量仪1与外部的计算机系统建立无线通信连接。集成式海冰厚度测量仪1集成了以下模块：电磁感应模块10、激光器模块11、声纳模块12以及无线模块13。这些模块之间的连接关系是：电磁感应模块10、激光器模块11、声纳模块12分别与无线模块13建立无线通信连接，而无线模块13与外部的计算机系统建立无线通信连接。无线模块的一个例子可以是无线路由模块。

更佳的方式是在测量仪1内部集成存储模块，存储模块和电磁感应模块10、激光器模块11、声纳模块12分别连接，从而将这三个模块获取到的数据存储其中。存储模块每隔固定时间间隔将自动保存这三个模块获取的数据。

在测量仪1内部还集成一个电源模块，电源模块为测量仪1内的所有模块进行供电，为了使用方便电源模块可采用可移动不间断电源。

集成式海冰厚度测量仪的第二实施例

图2示出了本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的第二实施例。请参见图2，本实施例的集成式海冰厚度测量仪2与外部的计算机系统建立无线通信连接。集成式海冰厚度测量仪2集成了以下模块：电磁感应模块20、激光器模块21、声纳模块22、全球定位系统模块23以及无线模块24。这些模块之间的连接关系是：电磁感应模块20、激光器模块21、声纳模块22和全球定位系统模块23分别与无线模块24建立无线通信连接，而无线模块24与外部的计算机系统建立无线通信连接。无线模块的一个例子可以是无线路由模块。

更佳的方式是在测量仪2内部集成存储模块，存储模块和电磁感应模块20、激光器模块21、声纳模块22、全球定位系统模块23分别连接，从而将这三个模块获取到的数据存储其中。存储模块每隔固定时间间隔将自动保存这三个模块获取的数据。

在测量仪2内部还集成一个电源模块，电源模块为测量仪2内的所有模块进行供电，为了使用方便电源模块可采用可移动不间断电源。

集成式海冰厚度测量仪的工作原理

图3示出了本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的一种测量方式。请参见图3，集成式海冰厚度测量仪设置于海冰上方。其中的电磁感应模块垂直于海冰发射并接收电磁场信号，同时测量仪中的声纳模块垂直于海冰发射并接收声纳信号。其中，声纳模块用于测量仪距离冰面的准确高度，即图3中的高度h1；电磁感应模块用于基于测量仪距离海冰与海水的分界面的高度，即图3中的高度z。

根据来自电磁感应模块的电磁场信号计算测量仪距离海冰和海水的分界面的高度z，并根据来自声纳模块的声纳信号计算测量仪距离海冰的高度h1。通过将高度z减去高度h1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模块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。

图4示出了本实用新型的集成式海冰厚度测量仪的另一种测量方式。请参见图4，集成式海冰厚度测量仪固定于海冰上方。按与上一方式相同的处理可以用声纳模块测量海水表面距离测量仪的高度H1以及海冰上表面距离测量仪的高度H2。同时，用激光器模块也可以按类似的方式测量海水表面距离测量仪的高度H1以及海冰上表面距离测量仪的高度H2，通过将H1-H2就能得到冰舷高度H。然后，利用阿基米德浮力定律就能计算出海冰的厚度。

同样可以结合GPS模块以消除积雪的影响，具体的操作步骤和技术细节可参考上述第一种方式，因此在此不再赘述。

具体地，海冰厚度T具体可根据以下公式求得：

$T=\frac{{\mathrm{\ρ}}_w}{{\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_i}\×F-\frac{{\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_s}{{\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_i}\×T_s$

其中，ρ_w、ρ_i和ρ_s分别为海水、海冰和积雪的密度，F为冰舷高度(含积雪)，T_s为积雪的厚度。

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。

Claims (7)

1.一种集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该测量仪集成以下模块：

电磁感应模块，垂直于海冰发射并接收电磁场信号；

声纳模块，垂直于海冰发射并接收声纳信号；

激光器模块，垂直于海水或海冰发射和接收激光信号；以及

无线模块，与该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块建立通信连接，将这三个模块获取的数据传送给外部的计算机系统。

2.根据权利要求1所述的集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该测量仪还包括：

全球定位系统模块，与该无线模块建立通信连接，获取该测量仪所在位置的定位信息并通过该无线模块传送给外部的计算机系统。

3.根据权利要求2所述的集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该测量仪还包括：

存储模块，连接该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块以及该全球定位系统模块，存储这四个模块获取的数据。

4.根据权利要求3所述的集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该存储模块每隔固定时间间隔自动保存该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块以及该全球定位系统模块获取到的数据。

5.根据权利要求1所述的集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该无线模块是无线路由模块。

6.根据权利要求2所述的集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该测量仪还包括：

电源模块，连接该电磁感应模块、该声纳模块、该激光器模块、该全球定位系统模块以及该无线模块，为这五个模块提供电力支持。

7.根据权利要求6所述的集成式海冰厚度测量仪，其特征在于，该电源模块是可移动不间断电源。

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