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本课题是在高等院校博士学科点博导类专项科研基金“基于空气、冰与水的物理特性差异检测方法在冰水情信息全天候自动监测领域的应用机理研究(编号：20091402110004)”和国家自然科学基金“基于电容感应技术的海冰厚度监测方法的研究(编号：41176080)”以及山西省科技攻关项目“电容感应式输电线路覆冰厚度传感器及其系统(编号：20110321026-02)”资助下针对黄河和南极中山站冰水情监测进行的应用研究。基于空气、冰与水的物理特性差异实现冰情自动检测是由太原理工大学测控技术研所冰情检测课题组提出并在南极成功获得应用的新型冰情检测方法。从这一基本原理出发,采用基于空气、冰与水的介电特性差异实现对海冰厚度的观测是对这一新方法的拓展和创新。在本论文研究过程中,通过对空气层、冰层和冰下水层电容值进行分层测量,作者于2011年设计了一种可以实现对冰层厚度与水位高度自动检测的电容感应式冰情检测传感器,该传感器于2011-2012冬季在黄河万家寨水利枢纽进行了整个冬季的连续现场冰情监测试验,通过对现场采集数据的分析后发现,尽管设备检测冰层厚度的基本功能已经实现,但由于传感器本身的结构,采集和处理电路的设计以及数据的后续发送和处理等方面存在着这样或者那样的不足,极大地影响了对野外环境现场冰情检测结果的准确性和实时性。为此,我们结合实际工程现场对河冰和海冰数据采集的要求,重新设计、研制了数字型电容感应式冰层厚度传感器及系统并实地应用于黄河万家寨水利枢纽和南极中山站冰水情监测中。本文所设计的数字型电容感应式冰层厚度传感器不仅在数据采集原理上不同于其他传感器,而且对传感器的内部结构和外形都进行了重大改进,对采集和处理电路进行了优化；同时,还对数据的发送、接收和后续处理程序都做了进一步的改进,从而提高了整个系统的稳定性、实时性和可靠性。本论文主要完成了以下研究内容：首先,通过查询大量相关文献资料,对当今国内外现有冰水情检测方法进行研究分析,对比其优缺点,在此基础上提出了基于空气、冰和水不同的电容特性的冰水情检测系统。其次,对被测介质—空气、冰和水的电容特性进行研究,根据空气、冰和水不同的电容特性对数据采集部分的数字型电容感应式冰层传感器进行机理分析,这是冰层厚度传感器设计的理论基础,它是电容感应式冰情检查系统的核心部分。然后,通过实验对已设计出的不同类型量程的传感器进行可行性研究。根据具体实际工程需要成功研制了不同量程数字型电容感应式冰层厚度传感器及其系统,主要包括：数据采集部分的数字型冰层厚度传感器硬件电路和几何结构设计以及传感器部分的封装加工；数据处理部分的硬件电路设计和主子程序编译；数据发送部分的A-GPRS10901的无线采集模块和GPS数据透传模块的硬件电路设计和软件设置；数据接收部分的上位机接收处理软件的设计等。最后,介绍了现场安装情况,并分别对数字型电容感应式冰层厚度传感器及其系统在黄河万家寨水利枢纽和南极中山站的应用及其采集数据的情况进行了分析研究。在导师和冰情检测课题小组的协助下,通过将近两年的努力,完成了最初预定的各项研究目标,成功的应用于南极第28次科考,并为北极第5次和南极29次科考奠定了基础,并为电缆覆冰监测和海洋冰凌监测预警开辟了更广阔的应用领域。