本文利用冰和水的介电常数之间的显着差异来检测冻结的地面。着温度的变化，分析了土壤中空气，恒温阀芯水，冰和固体土壤的介电特性。具体地说，将容量传感器构建在同一平面上，并且可以垂直插入土壤层，然后进行分层检测过程。过分析和测量各层的振荡频率的数字变化，可以确定在电容式传感器所在的水平区域中测得的地面的冻结状态，并且可以自动检测冻结地面的深度被实现。土是指土壤温度在0°C以下的土壤，具有结霜现象，表面特征如多边形土壤或石环，如冻融蠕动。土是反映土壤热状态的指标，研究地表与大气之间的热交换非常重要。土具有冻胀和解冻的特性，很容易引起房屋的膨胀，下垂和裂缝变形[1]，从而威胁到工程和运输的安全。期连续观察冻土在运输，铁路和稳定运营以及建筑物的工程设计和农业发展中起着非常重要的作用。年冻土的气象监测是维持干旱地区绿洲的发展和确保寒冷地区生态系统稳定的重要保证。是多年冻土地区生产和建设的基本要求。于冷冻土壤的观测，可靠的数据源是来自气象观测站的人工观测数据。测设备是TB1型的冻结地面设备。
理是使用Danilin管中水面的冻结长度作为冻结土壤的深度。
设备无法实现自动化和可追溯性。此，长期以来，多年冻土监测和自动天气监测都将监测冻土作为一个困难的监测点，并且构成了技术盲点[2]。目前的情况下，检测冻土的具体方法可以分为以下几类。一种是用于钻孔或手工挖掘的直接检测方法。
检测方法具有更好的直观性，但是对于整体观察而言是不实用的，并且费力，特别是难以穷举地确定当前的冻结条件。冻土壤的深度，第二个步骤是使用冻土设备间接测量冻土[3]。是，对于来自不同地区的土壤，水溶液的浓度，溶液的组成和土壤质地都具有很大差异。外，由于外部压力和其他因素对冻土的测量有重大影响，因此上述测量方法可能会省略相应的测量元素。
三类是利用遥感技术来检测冻结的土壤，这种土壤可以覆盖全球范围。而，在改变过程中使用遥感方法难以准确地确定局部冻土层的状态，并且相应的冻土深度测量缺乏精度。此基础上，本文提出使用平面电容传感器自动测量冰冻地面的深度。测量与冻结地面的新自动测量方法一致。土受矿物质密度，化学成分，溶液浓度和成分等因素影响，其现有的介电特性也可能与其温度和水分含量有关[4]。该测试中，为了准确确定冻结地面的介电常数，选择了干燥地面和固体地面作为研究对象，并定义了测试所需的频率调制电路。先，精确检测振荡频率，然后得出电容器的尺寸。出介电常数的大小，其为[εn=Cπ/ ln（2b aa）]，其中a是两个电容器板之间的距离，b是电容器板的宽度。
于两个电极板之间的距离恒定且板的宽度和长度固定的电容器，电容值C随电场感应范围内介质介电常数ε的变化而变化。量。气，水和干燥土壤的介电常数随温度的变化曲线如图1所示。
测试首先设置一个长双极电容器极板，以确保它们在同一平面上对齐。用其边缘效应及其测量电路，可以构建一个扁平电容传感器。某些情况下，如果电容传感器的电容值波动较大，则相应的介电常数也会显示出明显的差异[5]。电容频繁变化的状态下，振荡频率将相应地波动，并且可以推断出电流介电特性和电容的波动。
个共面电容传感器[6，7]的理想模型如图2和3所示。组平面电容传感器通过一个平面电容极板在一定距离上排列在同一平面上。检测期间，电容式传感器之一通电，其余电容式传感器不工作。具有不同介电常数的介质接近平面电容传感器时，电容值会改变。些变化可以确定每个电容层周围的不同电介质。4显示了几组平面电容传感器模型。检测结冰地面的深度时，定义了必要的电容传感器，并局部给出了分层检测的目的和思想。准确地说，对于土壤的垂直剖面，必须将其分为几个检测级别，然后在土壤层的每个部分上调整一个平面型传感器[6]。介电特性的影响，振荡频率和感应电容器都不同。了完整地了解当前冻土的深度，有必要提供一个冻融土界面，然后准确地计算出冻土的深度。面冻结接地电容式传感器的测量原理如图5所示。过调整套管式测量传感器，已为该测试配置了柔性检测电路板，并且检测检测单元具有还提供。中，柔性印刷电路本身具有优异的可靠性，其包含聚酯膜和聚酰亚胺膜。印刷印刷电路板时，必须保证其具有出色的柔韧性[7]。时，应该以更轻的重量，更薄的厚度和更高的布线密度来调整印刷电路板。为柔性印刷电路板的一部分，必须提供温度传感器和相应的检测电容器（间隔为2.5 cm）。过使用上述改进措施，可以大大提高系统的垂直分辨率和测量能力。具体地，传感器设有控制处理板，提升环，检测单元，特殊形状的凹槽和橡胶材料。护套放在传感器的外部，包括防水帽和防雨帽。了确保这些设备的精确安装，使用安装工具在地下土壤层中的特定位置完成插入过程[8]。这种情况下，圆柱形传感器被插入保护管的特定部分中。性印刷电路板和橡胶本身具有出色的弹性，其中，管壁与测量元件之间的紧密连接可通过拉力实现。以看出，上述处理方法对于实时维护和安装是实用的，并且可以保护土壤层的原始结构。据当前的气象规范，可以精确控制特定时间段内冻土的表面温度和观测时间。您开始冻结地面时，请确保其限制在上午8:00的观察开始时间；在观察结束时，必须限制在第二年才能完全解冻。感器可以准确确定上述期间的冻土状况，并将其分类为测试数据。用各种人工比较方法，可以汇总实时天气数据和冻土测量值。本次冻土研究中，数据和数据可能涵盖2015年11月2日至2016年4月5日。1显示了人工和加工冻土深度的比较结果。图7中示出了用于将人工冷冻的土壤的深度与传感器的测量值进行比较的曲线。过比较，可以看出，冷冻的土壤深度的平均绝对误差小于3cm，但最大误差更高。
据分析，主要有两个原因：第一，冷冻土壤中水的冷冻温度与土壤的冷冻温度不同。此，一旦冻结的土壤被冻结，土壤就不必冻结。
次，传感器是根据冻结水含量变化到什么程度来确定土壤的冻融状态，但是，土壤冻结标准很难量化，并且无法定义多少冰晶包含在土壤中，会导致土壤冻结。此，量化和确定土壤预留标准是我们的下一个工作。土测量传感器的垂直测量分辨率为2.5 cm。管无法达到人工观测冻土的分辨率，但其优势显而易见。
在土壤中的水相变成冰的过程中使用介电常数差的原理。壤介电常数的变化用于判断冻融条件，而不是用于确定土壤冻融条件的温度，因此它比冻土设备更直接，并且它将土壤水分，土壤温度和冻土深度的测量集成在一个单元中，连续自动观察土壤水分，土壤温度和深度的变化冻结地面减少了观测站人员的工作量，并在中国地面天气观测领域实现了冻结地面观测的自动化。
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