Bet365 - Online Sports Betting对固体材料表面上的液体水和冰层的检测设备与方法

2025-05-21 04:11:21

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　　在华盛顿特区、科罗拉多的丹佛、纽芬兰以及最近在欧洲发生的商业航线的空难，被怀疑是由于飞机机翼上集结冰和雪造成的。在为减轻冰和雪的潜在危险所进行的保护性努力方面，航空维护队一概在机翼表面喷撒防冻和去冰液体，例如乙二醇，有时不管是否实际存在冰。在坏天气操作条件下，经常由于天气减少了能够起飞和着陆的飞机数量而使飞机起飞延迟，这只能加剧了结冰问题，因为这可以有更多的时间使在机翼上结冰达到危险厚度。这就减少了飞机在起飞前的保持(hold)时间。为了防冻，可以在机翼表面喷撒乙二醇液体。抗冰的乙二醇液体喷在机翼表面形成一层，用于在起飞过程中清除机翼。随着雪或雨的不断积累，抗冻混合物的冰点温度升高。在滑行和保持期间，抗冰液体的有效性受到损害。飞行员对他的飞机表面能看到的部分是很有限的。正等待起飞的飞行员们需要一种可靠的传感器技术，这种技术能确定极其重要的机翼表面是否已受到损害。任何冰层厚度、雪厚度、以及污水(shush)-乙二醇混合物的厚度都是飞行员希望得到报告的重要数据。必须知道防冰层的冰点。

　　道路在结冰和造成汽车事故方面也是出了名的。最具有灾害性的冰层是那些难于看见的、没有预料到的或不规则的冰层。例如，在通往桥梁的通道上，在出现冰冻状况很久之前就会在桥上形成所谓“黑冰(blackice)。”国家公路系统的安全取决于路面和车辆轮胎保持好的摩擦。小水坑也能使轮胎从路面滑脱。这种水使自旋的轮胎在水上滑行，从而使车辆在没有警告的情况下失去转弯和制动能力。在路面和桥梁上的黑冰和水上滑行，是公路事故的首要原因。如果采用了传感器检测桥梁上的黑冰和水上滑行状况以及结冰状况，那么公路的安全性就会改善。于是能自动点亮通路警告信号并启动去冰技术，如在道路表面的加热线圈(heatingCoils)或其他技术来改善驾驶条件。

　　理论和实验研究还表明，冰深度还能由谐振微带碎磷天线来测量。已发表文献中的理论结果和实验测试表明，一个保护层(例如八分之一英寸塑料层)将降低微带碎磷天线的灵敏度。所以在实际设计传感器时，保护层最好尽可能薄。计算机模拟表明，可以预期在天线英寸厚时，谐振频率变化6%。实验数据表明谐振频率变化2.1%而谐振电导变化34%以上。如果只有0.1英寸水层覆盖在冰层上，则可预期谐振频率减小160兆赫兹(19.4%)。谐振电导可预期增加188%，这正是在实际仪器测量能力范围内。这种仪器设计要求测量天线的谐振频率和谐振电导二者，以确定冰的厚度，并确定是否存在水层。当在层中存在防冻剂或要测量一个潮湿层时，谐振频率将会减小，谐振阻抗将显著变化。

　　简单地说，本发明的一个实施例是一个用于在直径2英寸孔中嵌入安装的道路传感器，这样可以使用一个薄的陶瓷接触传感器来测量和比较紧挨路面或桥面空间的基本物理天线参数。与微处理机联合进行测量，以鉴别传感器头上的干燥的铺设路面、水(雨)、雪和冰。测定周围表面温度、水深度和冰/稀泥状况，以估计任何水上滑行灾害和冰/防冻剂/水混合物状况。传感器由一个天线组成，它有一个谐振频率和一个包括实数项的输入导纳。这种测量能确定湿度对煤层厚度测量的影响。一个麦克斯韦(Maxwell)电桥与天线耦合，用于检测谐振频率、输入导纳和实数项;一个频率扫描振荡器用在该谐振频率附近的多个频率上驱动天线。一个相敏(phasesensitive)检测器确定传感器微波带状天线的谐振频率和阻抗。第二对天线用于确定衰减率和相位，从而能得到测量层的电导(σ)和介电常数(ε)。微处理机将电导与介电常数测量结果联系起来，以产生例如冰和水含量及层厚的一对估计值。

　　图3中更详细地描绘出QSG20。数值控制振荡器(NCO)50包括一个25兆赫兹振荡器52、集成电路(IC)装置54、8位数模转换器(DAC)56以及去假频滤波器58。NCO50产生的信号输出(SIN)，它被加到相位检测器60的一个输入端，滤波器62让相位检测器60的输出通过以控制压控振荡器(VCO)64。一个90°混合电路66产生两个正交信号eI和eQ，它们最好在一个共同测量频带内合成。被128除计数器68返回一个VCO64输出取样，以用于锁相。功率分配器(power splitter)69提供信号eI的两个复制信号。VCO64工作在从600兆赫兹至1200兆赫兹的测量频带内。VCO64可以由市场能买到的Vari-LVCO-120集成电路构成。VCO输出信号可以被交替地提供给功率分配器，它向90°混合电路66和除128计数器68提供无线产生直接变换过程中所需要的正交无线电频率信号，它可以由Adams-RusselJH-140型90°混合电路(它在500兆赫兹至1000兆赫兹频段内提供正交信号)构成，其插入损耗(insertionloss)小于0.3分贝。这一单元的正交偏差在整个频段小于2°。

　　装置54最好是StanfordTelecom数控振荡器(产品号STEL-1179)，它是一个CMOS装置，装在一个26针塑料引脚芯片载体(26-pinplasticleadedchipcarrier)(PLCC)上，它能通过24位串行接口与微处理机22相连。装置54提供频率合成过程中所需要的数字调谐能力的粗细程度(granularity)。利用25兆赫兹时钟，增量频率调谐步长是1.5赫兹。频率合成器的总体增量调谐能力是192赫兹(128×1.5)。VectronCO-442ACMOSCMOS时钟振荡器可以用作为振荡器52。可以使用MiniCircuits(小电路)低通滤波器来实现去假滤波器58。

　　直接变换方案的另一种构成，可以使用频率倍增器和混频器来合成测量频带信号。增频变换器电路使用对NCO输出信号的大整数乘法，造成大于18分贝的变换损失。尽管由于所涉及的乘数因子的影响会使频率分辨率降低，但该分辨率仍然在仪器10的频率步长调谐要求的范围之内。也可以考虑将NCO输出信号与600兆赫兹晶体振荡器信号混合，从而减小乘数因子。可以跟在混频器后面使用倍增器来获得适当的波段。这种电路方案需要窄带通滤波器来压低不希望的频率分量。混频器频率变换还需要抑制镜象频带混频器注入信号(imagebandmixerinjectionsignal)。当在混频之前对NCO输出信号加倍时，可以放松对压缩不希望信号的要求。或许也可以使用对NCO偏移频带的带通滤波。然而在NCO合成输出信号频带内的幅度会发生变化。只使用低通滤波器的增频变换方案要求在频率变换过程中使用乘法混频器。

　　在图4所示双变换过程中，VCO104由DAC108产生的DC(直流)调谐电压控制。一个微处理器产生一数字调谐码，且后者被串行送到DAC108。VCO104是降频混频(mix-down)型PLL的一部分。该PLL产生总是与VCO104的测量频率相差10.2375兆赫兹的输出频率。第一IF信号频率总是10.2375兆赫兹，第一IF信号处于电桥86输出信号增益常数范围内。第一IF输出信号在第二混频器96中与一10.24兆赫兹信号混频。2500赫兹的第二IF信号被加到相敏检测器上。10.2375兆赫兹和10.24兆赫兹信号都是由一个相干频率源(CFS)电路产生的，该电路还产生用于PSD混频器(例如混频器30和32)所需的正交信号。

　　一旦由传感器130完成了一组测量，并从温度传感器145读出了表面温度，便由编码器142对道路状态编码并用于调制一个传感器-发射机信号。一个路边接收机152接收来自多个传感器130的多个这类信号。然后由接收机152向路边的警告信号标志发出信息。微计算机144包括一个程序，用于周期性“唤醒”传感器130和使它返回“睡眠”状态以节省电池146的能量消耗。另外，可以使用温度传感器145来控制何时唤醒传感器130，例如当即将接近冰点并正在发展结冰危险或出现这种威胁的时候。这样，电池寿命能延长到5年或更长。为了减小各同时发射的传感器130之间的冲突，一种由夏威夷大学研制并公开传播的“阿罗哈(aloha)”传输方案最好能被包含在传感器中，以使发射时间为随机时间。对于一个有127个传感器的系统，成功传送的概率能达到0.0414，而在三次发射中至少能检测到一次的概率为0.9999。

　　仪器10和80可以修改成包括一对附加天线，用以协助确定冰和水的累积厚度或煤层的厚度。图6所示了仪器160，它包括环形碎磷天线、开关172、第一接收天线、相敏检测器(PSD)178、微计算机180和直接数字合成器(DDS)182。天线全都嵌入安装在受冰、雪和/或水的露天积累影响的公共表面上。安装的天线。天线可以是偶极型的。累积层的电参数，例如电导率(δ)、介电常数(ε)和磁导率(μ)，的测量可采用与Grubb等人在“Borehole measurements of conductivity and dielectric constant in the 300 KHz to 25 MHz frequency range”(“300千赫兹至25兆赫兹频率范围内电导和介电常数的井孔内测量”)(Radio Science(无线月，由美国地球物理协会预见出版，华盛顿特区)一文中描述的方法相似的方法进行。

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