本课题是在2009年度高等学校博士学科点专项科研基金“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(项目编号：20091402110004)”和2009年山西省研究生优秀创新项目“GSM/GPRS黄河河道冰、水情及冰凌灾害远程遥测系统的研制(项目编号：80010402100171)”资助下进行的一项技术应用研究。河、湖、港作为水资源、水环境的重要载体,越来越受到社会的重视。河道水环境和工农业生产、人民生活息息相关,涉及到社会、经济、资源、环境等各方面。河道水环境的管理要运用社会管理、经济管理、资金投入和科学技术等各种手段,是一项错综复杂的系统工程。近年,一些重大水灾的出现,对水文测报工作提出了新的要求。在水文测报中,流速的测量是一个十分重要的项目。在冬季黄河结冰的情况下,对冰下水流速进行测量存在很多困难：首先,野外测量的工作环境非常恶劣,环境温度通常在-20℃左右；其次,冰下水中通常含有冰花；现行的流速仪大多都是针对未结冰的河水流速进行测量的,文献检索和实际工程调研结果表明,目前国内外还没有一种理想的设备来完成对结冰条件下冰下水流速的测量。本论文在参考目前流速仪测量原理的基础上提出了一种基于颗粒相特性进行流速检测的新型推力式流速传感器结构。该流速传感器在检测流速时,先测量牵引线对置于流体中刚性浮球产生的拉力,然后再根据刚性浮球在流体中受力情况,计算得到流体对浮球的推力。最终利用推力和流体流速之间的经验公式得到流体流速。基于上述想法,作者设计了新型的推力式流速传感器实验装置。该传感器实验装置由敏感部件、转换结构、位移检测结构三部分组成。刚性浮球是传感器的敏感元件,精密弹簧和牵引线组成传感器的转换结构,激光器、光电接受器件、挡光器等组成位移检测结构。同时,以新型推力式流速传感器实验装置为基础,本文设计了以MSP430F1611单片机为核心的现场检测系统,用于完成对检测数据的实时计算、显示、存储、通讯等功能。通过RS232串行通信接口,检测系统可以实现与上位管理微机或水位冰厚传感器等冰水情检测设备的数据通信。在MSP430 IAR Embedded Workbench环境下,作者开发了流速检测系统的数据采集、处理程序。2009.12和2010.03,作者与课题组成员采用研制成功的传感器实验装置,两次赴内蒙古呼和浩特市托克托县黄河头道拐水文站现场进行了黄河河道冰下水流速检测的工程应用试验。通过对现场采集数据的分析证明：新型推力式流速传感器检测原理可行；新型流速传感器实验装置结构简单,成本低,不仅可以实现在冰冻条件下对河流、输水渠道、湖泊、海洋等冰盖层下含有冰花的水流速度进行自动测量,还能够测量一般河流、输水渠道、湖泊、海洋的表面水流速,为冰水情参数的自动检测提供了一种新的检测技术。