CN212301927U - 一种检测表面覆冰的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测表面覆冰的装置，属于表面覆冰检测技术领域，一种检测表面覆冰的装置，包含壳体，其特征是：所述壳体表面设有检测面，所述检测面内侧设有温度传感器和一对介电电极，所述壳体内有PCB板，所述PCB板包含电容检测电路及温度检测电路；所述壳体外部连有供电通信线缆；所述电容检测电路与介电电极连接，所述温度检测电路与温度传感器连接。这种检测表面覆冰的装置适应多种检测环境，可有效检测区分多种覆盖物状态，检测可靠性较高，可进行联机数据交互，数据判断准确，有效性高。

Description

一种检测表面覆冰的装置

技术领域

本实用新型涉及表面覆冰检测技术领域，具体为一种检测表面覆冰的装置。

背景技术

通常路面结冰的类型可分为冰、冰水混合物，不同冰对道路出行安全的危害及道路防冰、除冰的要求都是不同的。道路结冰主要是由于路面积水或下雪且温度低形成的，现阶段仅靠驾驶员观察判别冰型很容易导致交通事故的发生。目前用于结冰探测的结冰传感器很多都没有识别冰型的能力，如电导率式、压差式、放射线式和压电膜片式结冰传感器等。

目前能识别冰型的结冰传感器较少，现有的传感器只是通过简单的信号处理电路实现的，不仅没有从源头上解决传感器探头识别冰型能力弱的问题，而且信号处理过于简单。目前道路结冰的检测主要是依靠图像采集来对道路上覆盖的冰进行检测，同时国外还研制出多种结冰传感器，例如磁致伸缩式结冰传感器、压差式结冰传感器但只有少数用到了实际中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述背景技术困难，提供一种检测表面覆冰的装置。

为达到上述目的，采用的技术方案为：一种检测表面覆冰的装置，包含壳体，其特征是：所述壳体表面设有检测面，所述检测面内侧设有温度传感器和一对介电电极，所述壳体内有PCB板，所述PCB板包含电容检测电路及温度检测电路；所述壳体外部连有供电通信线缆；所述电容检测电路与介电电极连接，所述温度检测电路与温度传感器连接。

进一步，所述介电电极为环形电极，所述介电电极与PCB板通过螺丝固定；温度传感器与PCB板通过导线连接同时用防水胶固定；供电通信线缆与壳体通过螺丝和密封垫片固定。

进一步，所述壳体外形为柱状或环状。

进一步，所述壳体内部以防水胶灌封。

进一步，所述壳体为环状时，其中部有线缆穿过。

进一步，所述装置检测频率与尺寸多类设计，加入多频检测和多尺寸探头。

进一步，所述装置建有modbus485通信协议，与前端互联。

进一步，所述装置设有联机部署。

采用上述方案的有益效果为：这种检测表面覆冰的装置加入多频检测和多尺寸探头，可以有效区分多种非目标覆盖物或多态覆盖物(冰、冰水、冰)；

这种检测表面覆冰的装置设有联机部署，可实现同一测地点多个温度传感器联机检测，提高检测可靠性；

这种检测表面覆冰的装置设置介电电极、温度传感器以及PCB板，结合电容值、介电常数以及温度等参数，判断表面是覆冰、冰水或者水的状态；

这种检测表面覆冰的装置适应多种检测环境，可有效检测区分多种覆盖物状态，检测可靠性较高，可进行联机数据交互，数据判断准确，有效性高。

附图说明

图1为本实用新型检测表面覆冰的装置用于路面检测的结构示意图。

图2为本实用新型用于线缆检测的结构示意图。

图3为本实用新型用于线缆检测的截面图。

图4为本实用新型电路设计框图。

图5为本实用新型进行联机部署示意图。

图中，供电通信线缆1，壳体2，温度传感器3，检测面4，介电电极5，PCB板6，壳体内壁7，结冰面8，线缆9，表面覆冰检测装置10，参考样机21，互补样机22，冗余样机23，接线端子24，485通信25，数据采集传输设备26，电源27。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或同种要素。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种检测表面覆冰的装置，包含壳体2，其特征是：所述壳体2表面设有检测面4，所述检测面4内侧设有温度传感器3和一对介电电极5，所述壳体2内有PCB板6，所述PCB板6包含电容检测电路及温度检测电路；所述壳体2外部连有供电通信线缆1；所述电容检测电路与介电电极5连接，所述温度检测电路与温度传感器3连接。

所述介电电极5为环形电极，所述介电电极5与PCB板6通过螺丝固定；温度传感器3与PCB板6通过导线连接同时用防水胶固定；供电通信线缆1与壳体2通过螺丝和密封垫片固定。

所述壳体2外形为柱状或环状。

所述壳体2内部以防水胶灌封。

所述壳体2为环状时，其中部有线缆9穿过。

所述装置检测频率与尺寸多类设计，加入多频检测和多尺寸探头。

所述装置建有modbus485通信协议，与前端互联。

所述装置设有联机部署。

如图1至图5，通常我们知道平行板电容量的大小取决于介电常数、极板面积以及极板距离，对于极板面积和极板距离固定的电容器，其电容量随两极板间介质的介电常数的不同而变化。

研究发现，在低频（低于1kHz）时不能可靠的区分水和冰的介电常数，而只能识别出空气的介电常数；在高频（在10kHz至1GHz之间）下无法区分冰和空气的介电常数，但是可以识别水的介电常数。所以可通过改变测试频率的方式，对水、冰、冰水状态进行准确的检测。

表面覆冰检测装置10包含壳体2，壳体2表面设有检测面4，检测面4内侧设有温度传感器3和一对介电电极5，壳体2内还有PCB板6，PCB板6包含电容检测电路及温度检测电路，壳体2外部连有供电通信线缆1。

用于路面检测时，选用柱状外形使用，介电电极5呈环状，电容检测电路与介电电极5连接，温度检测电路与温度传感器3连接，由壳体2外部连接的供电通信线缆1进行装置供电及数据通信，检测面4对路面进行覆冰检测，温度传感器3将检测温度数据反馈到PCB板6处的温度检测电路中，成对设置的介电电极5，两者之间面积与距离一定，根据电容值反馈其对应的介电常数，得到所测介质状态，由此判断路面覆冰状态。由于该装置检测频率与尺寸多类设计，加入多频检测和多尺寸探头，可根据不同的检测频率，区分水、冰水、冰对应的介电常数。

用于线缆检测时，选用环状外形使用，在壳体内壁7处穿入线缆9，表面覆冰检测装置10由温度传感器3、一对介电电极5以及PCB板6组成，由于线缆检测存在两个面的覆冰情况，故本检测装置适应检测环境，在壳体2设有检测面4和结冰面8，介电电极5呈环形成对设置，与PCB板6通过螺丝固定；温度传感器3与PCB板6通过导线连接同时用防水胶固定；供电通信线缆1与壳体2通过螺丝、密封垫片固定；壳体2内部全部用防水胶灌封，确保电路可以长时间稳定运行。

根据公式C=εS/4πkd ，ε就是电介质的介电常数，空气近似是1,其他大于1,介电常数与频率有关，故根据多频检测和多尺寸探头检测，数据分析可靠性较高。在PCB板6中的电路设计方案为：MIC4680作为一种开关型电压调节器，固定电压输出为3.3V，作为微机MCUSTM32F101的稳定输入电源，选用的温度传感器3为PT1000，铂测温电阻的电阻温度系数分散性小，其精度高、线性好、灵敏度也比较高，误差小。电流基准值设置为200uA,电流基准为后端物理量和模拟量之间有着一一对应的关系，之后进行双运放处理，将所测温度信号放大，进行模数转换，信号传递至微机MCUSTM32F101，通过集成电路总线串行通信连接了高分辨率、低功耗的电容数字转换器，微机MCUSTM32F101采用RS-485串行总线标准与MAX3485通信连接，MAX3485为低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。

本检测装置支持modbus485通信协议，可与前端互联，多个传感器可以进行联机部署，参考样机21用于标定，互补样机22用于复杂环境，冗余样机23增加装置整体可靠性能，参考样机21、互补样机22以及冗余样机23通过接线端子24接入485通信25和电源27连通至数据采集传输设备26，进行数据交互通信。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种检测表面覆冰的装置，包含壳体（2），其特征是：所述壳体（2）表面设有检测面（4），所述检测面（4）内侧设有温度传感器（3）和一对介电电极（5），所述壳体（2）内有PCB板（6），所述PCB板（6）包含电容检测电路及温度检测电路；所述壳体（2）外部连有供电通信线缆（1）；所述电容检测电路与介电电极（5）连接，所述温度检测电路与温度传感器（3）连接。

2.根据权利要求1所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述介电电极（5）为环形电极，所述介电电极（5）与PCB板（6）通过螺丝固定；温度传感器（3）与PCB板（6）通过导线连接同时用防水胶固定；供电通信线缆（1）与壳体（2）通过螺丝和密封垫片固定。

3.根据权利要求1所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述壳体（2）外形为柱状或环状。

4.根据权利要求1所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述壳体（2）内部以防水胶灌封。

5.根据权利要求3所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述壳体（2）为环状时，其中部有线缆（9）穿过。

6.根据权利要求1所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述装置检测频率与尺寸多类设计，加入多频检测和多尺寸探头。

7.根据权利要求1所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述装置建有modbus485通信协议，与前端互联。

8.根据权利要求1所述的检测表面覆冰的装置，其特征是：所述装置设有联机部署。

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