一种冰芯多项物理参数的检测方法
专利汇可以提供一种冰芯多项物理参数的检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 冰 芯多项物理参数的检测方法,利用扫描光束在冰样中遇到微粒时发生散射和吸收,遇到气泡发生反射引起光强度变化的特性,检测 冰芯 中气泡尺寸及浓度、冰 密度 、微粒、微细层,利用冰的旋光性检测冰芯晶尺寸。，下面是一种冰芯多项物理参数的检测方法专利的具体信息内容。
1、一种冰芯多项物理参数的检测方法，包括以下步骤：
(1)、在-15℃低温环境中，将被测冰芯切制成厚度为4～6mm的I号冰样；
(2)、在同一低温环境的暗室中，以波长为0.38um～0.76nm、功率为0.2～ 50mw可见光谱区，及波长为0.78um～1.5um、功率为0.4～30mv近红外光谱区激 光光源产生的2×4mm2矩形光束扫描I号冰样；用光敏器件测量出射光光强变 化，位移传感器测量扫描位移；
(3)、将I号冰样测量信号调制放大一一采集数据及处理一-波形显示，判 读微细层、气泡尺寸，计算气泡体积浓度及冰密度；
(4)、将I号冰样切制成厚度为1～2mm的II号冰样；
(5)、以(2)中所述激光光源产生的0.1mm2点光束扫描II号冰样；
(6)、将II号冰样测量信号调制放大一一采集数据并处理一-波形显示，判 读微粒尺寸；
(7)、将II号冰样冻结在光学玻璃平板上，保存2～4小时；
(8)、将冻结在光学玻璃平板上的II号冰样切制成厚度为0.1～0.4mm的III 号冰样；
(9)、以(2)中所述激光光源产生的0.1～1mm2线偏振点光束扫描III号冰样； 出射光线经检偏光镜，由光敏器件测量出射光光强变化，位移传感器测量扫描 位移；
(10)、将III号冰样测量信号调制放大一一采集数据并处理一-波形显示； 判读冰晶个数，计算冰晶尺寸。
2、根据权利要求1所述的一种冰芯多项物理参数的检测方法，其特征在于： 以近红外光谱区激光光源及与之波长匹配的光敏器件，扫描检测可在自然光条 件下进行。
3、根据权利要求1或2所述的一种冰芯多项物理参数的检测方法，其特征 在于：
(1)、I号及III号冰样扫描速度为1～20mm/s，数据采样频率≥12.8～256 HZ，
(2)、II号冰样扫描速度为1～10mm/s；数据采样频率≥1280～12800HZ。
本发明涉及冰物理参数的检测技术，尤其是一种冰芯多项物理参数的检测 方法。
重建地球系统的历史信息，是全球变化研究(IGBP)中的一个极重要的组成 部分，由于冰芯记录以其分辨率高、储存的信息不受以后生物过程和其他过程 的扰动等特点，使得越来越多的科学家相信地球系统中许多物理、化学和生物 过程很可能会通过冰芯的研究而被彻底认识。
分析冰芯物理参数，诸如气泡及浓度、冰密度、微粒尺寸、微细层、冰晶 尺寸等随深度变化的特征，是冰芯研究中的一项重要内容。利用冰芯物理参数 的测量数据，能准确、清晰地确定冰芯年层的界限；揭示记录在冰芯中的突变 事件；提供动力学和气候变化模型中所需数据。冰芯新近研究结果表明，冰芯 中某些年层揭示了几度的气候变化，也许就是十年中发生的，因此，观测冰芯 中不超过1mm薄冰层中包含的信息是必要的。
在冰芯物理参数现有的测量方法中，为观测冰中包含的气泡和体积浓度， 是把一定厚度的冰片试样放置在透光台上，肉眼判读，或拍照后在照片上人工 读出气泡个数、量取气泡尺寸。冰密度测量时，一种是直接测量法，即用游标 卡尺测得冰样体积V后称重G，用公式ρ＝G/V得出冰密度ρ值，第二种方法称 为流体静力学方法，即将冰样置于不同的液体中，通过重量差求得。观测微细 层时，则把冰样置于透光台下，人工肉眼观测包括微粒、气泡、冰颜色、透光 性等内容的层位分布，最后手工绘制冰芯特征示意图。测量微粒尺寸时，把冰 样融化后用微粒计数器或光扫描器求得微粒尺寸的统计值。测量冰晶尺寸时， 则把冰样经一定要求加工制成0.2～0.5mm薄片置于正交的偏光镜下(如Rlgsby 台)人工判读获得统计尺寸。采用人工观测方法，不仅工作效率低、而且重复 性也差。
本发明的目的在于克服上述现有测量方法的不足，而提供一种可连续、自 动高分辨检测冰芯多项物理参数的方法。
本发明的目的可通过以下方法实现：
一种冰芯多项物理参数的检测方法，包括以下步骤：
(1)、在-15℃低温环境中，将被测冰芯切制成厚度为4～6mm的I号冰样；
(2)、在同一低温环境的暗室中，以波长为0.38um～0.76um，功率为0.2～ 50mw可见光谱区，及波长为0.78um～1.5um，功率为0.4～30mv近红外光谱区激 光光源产生的2×4mm2矩形光束扫描I号冰样，用光敏器件测量出射光光强变 化，位移传感器测量扫描位移；
(3)、将I号冰样测量信号调制放大——同采集数据及处理——波形显示， 判读微细层、气泡尺寸，计算气泡体积浓度及冰密度；
(4)、将I号冰样切制成厚度为1～2mm的II号冰样；
(5)，以(2)中所述激光光源产生的0.1mm2点光束扫描II号冰样；
(6)、将II号冰样测量信号调制放大——同采集数据并处理——波形显示， 判读微粒尺寸；
(7)、将II号冰样冻结在光学玻璃平板上，保存2～4小时；
(8)，将冻结在光学玻璃平板上的II号冰样切制成厚度为0.1～0.4mm的III 号冰样；
(9)、以(2)中所述激光光源产生的0.1～1mm2线偏振点光束扫描III号冰样； 出射光线经检偏光镜，由光敏器件测量出射光光强变化，位移传感器测量扫描 位移；
(10)、将III号冰样测量信号调制放大——同步采集数据并处理——波形显 示；判读冰晶个数，计算冰晶尺寸。
本发明是利用冰的光学性质，采用激光测试技术检测冰芯物理参数。冰晶 体属于六角晶系，是一种单光轴的具有旋光性的透光晶体。同时冰川冰是多晶 冰，冰晶光轴取向不同。当扫描光束射入冰样中遇到徽粒时发生散射和吸收现 象，遇到气泡则发生反射现象，引起光强即光敏器件输出信号的变化；根据冰 芯中气泡的尺寸分布及浓度将冰样厚度选定在4～6mm，采用2×4mm2矩形光束 检测的微细层及气泡尺寸和浓度；根据冰芯中微粒大小及分布，将冰样厚度选 定在1～2mm，用0.1mm2点光束检测微粒，求得微粒尺寸；考虑到线偏振光在穿 过不同冰晶体时，偏振方向会发生不同角度的旋转，根据冰晶发育和排列规律， 为避免重叠效应将冰样厚度选定在0.1～0.4mm，用0.1～1mm2线偏振点光束扫 描冰样，在光敏器组件之前加上一个检偏光镜，便能根据光敏器件输出信号的 变化判定冰晶间界，求得扫描距离L内的冰晶数。
本发明的方法采用的激光光源可从波长为0.38um可见光谱区直至波长为 1.5um的近红外光谱区，为避免检测过程中冰样消融以及满足电信号调制的要 求，其功率选定为在可见光谱区不大于50mw、在近红外光谱区不大于30mw，相 应的激光器可选用满足上述要求的各类激光器的定型产品，特别是半导体激光 器，(见《传感器技术手册》P849～P853，国防工业出版社，1986)；根据选定 激光器的波长，选定响应波长范围相匹配的光敏器件(见《新型传感器基础》 P82～P164，机械工业出版社)。
本发明的方法以近红外光谱区激光光源及与之波长匹配的光敏元件，扫描 检测可在自然光条件下进行。以实现冰芯钻取现场检测的可能性。
本发明的方法将测量信号经调制放大——同步采集数据及处理一一显示成 X轴表示位移量，Y轴表示光敏器件输出量的X-Y波形图；可采用X-Y记录器、 磁带数据记录器、波形储存示波器、数采仪及配以A/D转换卡和数据处理软件 的PC机(南京汽轮机厂产品“随机信号与振动分析系统CRASV3.X”)实现波形 显示的目的。
实现本发明方法的检测装置可采用中国专利95207359.5描述的“冰物理参 数检测装置”。
为检测直径≥0.1mm的气泡，厚度≥1mm的微细层，线性长度≥0.1mm的冰晶， 粒径≥2um的微粒，本发明以1～20mm/s的扫描速度扫描I号及III号冰样，根据 采样定理，数据采样频率应≥12.8～256HZ；以1～10mm/s的扫描速度扫描II号 冰样，数据采样频率应≥1280～12800HZ。
本发明可实现对冰芯多项物理参数连续、自动、高分辨率的检测；检测效 率高，检测数据重复性好；并能实现沿冰芯深度连续性检测。
图1是冰芯多项物理参数检测方法原理示意图
1-光源 2-冰样 3-光敏器件 4-位移传感器
图2是扫描光束遇到气泡、微粒和不同冰晶时光敏器件输出电压波形的变 化特征
图3是冰芯多项物理参数检测装置输出信号处理流程示意图
图4是实测气泡尺寸的波形曲线
图5是实测微粒尺寸的波形曲线
图6是实测冰晶尺寸的波形曲线
以下结合各附图详述本发明的实施方式。
图1是冰芯多项物理参数检测方法原理示意图，激光光源(1)选用半导体激 光器，并在半导体激光器前设置有准直物镜，以减少半导体激光器的收散；矩 形光束可通过光阑产生，点光束可通过另设长聚焦透镜产生；光敏器件(3)考 虑到光敏面积，在它之前设置有聚焦透镜；用于检测冰晶尺寸的线偏振点光束， 可通过在准直镜前设置的起偏光镜及长聚焦透镜产生，并在光敏器件(3)聚焦 透镜前设置检偏光镜；扫描位移即位移传感器(4)测量的冰样移动位移；位移 信号及光敏器件输出信号经调制放大——数据采集及处理——波形显示。
图2(a)是扫描光束遇到气泡时光敏器件输出电压波形的变化特征，根据图 示中梯形波起止点所对应的横坐标，可求出气泡直径R。气泡体积浓度n，可由 以下公式求出：
n：N/WSL
式中：W-冰样厚度L-扫描距离S-扫描光束面积
N-扫描距离L内遇到的气泡个数
冰密度ρ可由以下公式求出：
ρr＝ρλ(1-1/6πR3n)
式中：ρλ＝0.917g/cm3(纯冰密度)
R-气泡直径 n-气泡体积浓度
根据方波形(图中未示出)起止点所对应的横坐标，可求出微细层尺寸。
图2(b)是扫描光束遇到微粒时光敏器件输出电压波形的变化特征，根据图 示中向下脉冲波形的起止点所对应的横坐标，可求出徽粒尺寸；
图2(c)是扫描光束遇到不同冰晶时光敏器件输出电压波形的变化特征，在 扫描距离L内，根据波形变化判读出冰晶个数N，由于冰样的制作不可能实现所 测晶体同时处于最大截面以及冰晶重叠和三维效应带来的误差，由以下公式计 算冰晶平径线性直径D：
D＝K(L/N)
修正系数K＝1.75
图3所示冰芯多项物理参数检测装置位移输出信号经调制放大，输入A/D 转换卡；光敏器件输出信号经I/V转换输入放大器放大信号输入A/D转换卡； A/D转换卡直接插在IPM-PC/XT及其他兼容的微机总线槽内，并配以数据处 理软件，即可在徽机显示器上实现波形显示(南京汽轮机厂产品“随机信号与 振动分析系统CRAS V3.X”)。
图4是用2×4mm2矩形光束扫描I号冰样检测气泡尺寸的实测曲线，横轴是 光束扫描距离，纵轴光示光敏器件输出电压值。电压波形中下凹的近似梯型或 V型波指示出光束在穿过冰样遇到气泡时出射光强的变化，根据梯/V型起止拐 点对应的横坐标，即可求出气泡尺寸，并计算出气泡体积浓度及冰密度。(冰 样中没有微细层)
图5是用0.1mm2点光束扫描II号冰样检测微粒尺寸的实测曲线，电压波形 中向下的脉冲波型指示出冰样中的徽粒，根据脉冲波型的起止点对应的横坐标， 可求得微粒尺寸。波形中有明显的向下方波型，是由于徽粒层产生的结果。
图6是用0.1mm2点光束扫描III号冰样检测冰晶尺寸的实测曲线；电压波形 上的每一个台阶对应的是一个冰晶，由此可求得扫描距离内的冰晶个数，计算 出扫描距离内冰平径线性直径。波形中向上的脉冲是由于光束穿过冰晶间界空 隙，不发生旋光现象产生的，表示冰晶间界，波形中向下的尖脉冲是由于微气 泡或微粒引起的，不予考虑。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种人工冰芯制作装置 | 2020-05-13 | 692 |
| 一种冰芯光学特性重构仪及方法 | 2020-05-19 | 435 |
| 冰芯卡槽 | 2020-05-11 | 349 |
| 一种用于冷敷的可塑形冰芯及其制备方法 | 2020-05-24 | 239 |
| 一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法 | 2020-05-22 | 431 |
| 轻型高精度冰芯切割装置及其切割方法 | 2020-05-23 | 214 |
| 一种冰芯去污染装置 | 2020-05-26 | 75 |
| 一种冰芯钻具 | 2020-05-21 | 1004 |
| 一种冰芯刮刀 | 2020-05-22 | 29 |
| 制作人工冰芯的装置 | 2020-05-26 | 182 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
