【摘要】：人類科技革命以來,能源和環(huán)境問題日益加劇。極地冰芯內(nèi)記錄著極地能源分布和環(huán)境變遷等信息。因而冰芯介電特性研究對(duì)于極地科考具有重要意義。我國(guó)作為一個(gè)世界性大國(guó),盡早實(shí)現(xiàn)冰芯介電特性測(cè)定儀的自主研發(fā)迫在眉睫。本文針對(duì)冰芯介電特性測(cè)定儀在極地冰芯檢測(cè)方面的應(yīng)用,研究分析了國(guó)外冰芯介電特性測(cè)試設(shè)備的優(yōu)勢(shì)與不足,結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀與要求,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套集機(jī)電一體化為一身的自動(dòng)化冰芯介電特性測(cè)試系統(tǒng)。整套系統(tǒng)的研制過程主要包括,系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)開發(fā)、系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)開發(fā)、系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)安裝、機(jī)電一體化調(diào)試五個(gè)方面的工作內(nèi)容。系統(tǒng)硬件部分以STM32F407VET6微處理器為核心,實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集,保溫箱溫度自動(dòng)控制,步進(jìn)電機(jī)控制,以及系統(tǒng)工作日志存儲(chǔ)等功能。系統(tǒng)軟件開發(fā)部分包括嵌入式軟件開發(fā)和PC機(jī)客戶端軟件開發(fā)兩個(gè)方面。其中客戶端軟件開發(fā)主要實(shí)現(xiàn)了以下功能。其一,通過主控系統(tǒng)下行控制指令,完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的PWM控制,實(shí)現(xiàn)主板系統(tǒng)日志的接收。其二,通過Socket的網(wǎng)絡(luò)編程和TCP/IP協(xié)議,下行SCPI消息指令完成對(duì)LCR測(cè)試儀的多頻率、多模式、多功能測(cè)試數(shù)據(jù)的采集。其三,通過基于Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)采集模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)冰芯測(cè)試的位移數(shù)據(jù)的采集工作。其四,實(shí)現(xiàn)對(duì)冰芯檢測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)圖表化實(shí)時(shí)顯示功能,以及數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等功能。后續(xù)本文對(duì)硬件部分的設(shè)計(jì)給予了詳細(xì)的闡述。包括電源管理設(shè)計(jì)、微處理器核心電路設(shè)計(jì)、光耦隔離脈沖輸出電路設(shè)計(jì)、溫度采集電路設(shè)計(jì)、限位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、繼電器電路設(shè)計(jì)、串口隔離電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等電路的設(shè)計(jì)。并詳細(xì)描述了嵌入式系統(tǒng)軟件和客戶端軟件的開發(fā)思路、設(shè)計(jì)架構(gòu)和具體功能。文章最后,對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行了綜合測(cè)試和測(cè)試結(jié)果分析。本系統(tǒng)已通過國(guó)家極地中心綜合驗(yàn)收,將伴隨“雪龍?zhí)枴笨瓶即瑓⒓又袊?guó)第35次南極科考任務(wù),應(yīng)用于中國(guó)昆侖站深冰芯鉆探工程項(xiàng)目。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P634.3
【圖文】：

圖 1.1 手持式冰芯介電特性測(cè)定設(shè)備介電特性測(cè)試技術(shù)提出后的 30 年間，在各國(guó)科學(xué)團(tuán)隊(duì)的科考項(xiàng)目中可以用漸漸趨于成熟。我國(guó)由于對(duì)極地研究起步較晚，投入的科研力度不夠性測(cè)定設(shè)備還處于研究探索階段。隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，我國(guó)提出了建十一五”期間，“冰穹 A”深冰芯鉆機(jī)項(xiàng)目進(jìn)入研發(fā)實(shí)施階段[9,24,25]，各也進(jìn)入了研發(fā)的快車道。相信不久的將來我國(guó)在極地科考裝備領(lǐng)域必將當(dāng)具備的水平，為人類了解極地貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。題的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)我國(guó)在冰芯研究領(lǐng)域?qū)儆谄鸩诫A段，首創(chuàng)即是創(chuàng)新點(diǎn)。相比國(guó)外在用的備而言，本設(shè)計(jì)有以下創(chuàng)新點(diǎn)：在國(guó)外手搖式測(cè)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化的自動(dòng)化冰芯介電特性測(cè)試電平和測(cè)試頻率可調(diào)。國(guó)外采用固定為 1V 的測(cè)試電平，測(cè)試頻率系統(tǒng)設(shè)計(jì)了比較靈活的測(cè)試模式，測(cè)試電平在 0.1mV 到 20V 之間可調(diào)Hz 到 2MHz 之間可調(diào)。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文特定的測(cè)試電平頻率 ω 下，任何電解質(zhì)都可以用理想電容、理想電感、電阻來等冰芯的等效電路有四種等效模式分別是 Cp 模式（電容和電阻的并聯(lián)模式）、和電阻的串聯(lián)模式）、Lp 模式（電感和電阻的并聯(lián)模式）、Ls 模式（電感和電阻下圖 2.6 為冰芯的四種等效電路模型。

圖 2.7 電容介電特性分析測(cè)量電感時(shí)的電路模式選擇：在一定的測(cè)試電平頻率下，測(cè)量大電感時(shí)，電感的電大（與小電感的電抗相比），所以并聯(lián)電阻比串聯(lián)電阻會(huì)顯得更重要，對(duì)電路的影響因此，選擇并聯(lián)等效電路模式（Lp-D、Lp-Q 或 Lp-G）來測(cè)量大電感介質(zhì)更為適用，如若測(cè)量小電感介質(zhì)時(shí)，給定頻率下電抗顯得比較�。ㄅc大電感的電抗相比），此阻的分量相比并聯(lián)電阻顯得更為重要[42]。因此，選用串聯(lián)等效電路模式（Ls-D 或 Ls量小電感介質(zhì)更適用。如下圖 2.8 電感介電特性分析圖所示，一般根據(jù)如下的經(jīng)驗(yàn)電感介質(zhì)的電路測(cè)試模型：如果電感阻抗值大于 10KΩ 的情況下，建議采用并聯(lián)電如果電感阻抗值小于 10Ω 的情況下，建議采用串聯(lián)電路模式[41]。在兩者之間時(shí)可按選擇。
【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊孟濤;金紅偉;蔡葦;;基于Agilent E4980A的LCR自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年04期

2 唐學(xué)遠(yuǎn);孫波;郭井學(xué);劉小軍;崔祥斌;趙博;陳昀;;基于冰雷達(dá)探測(cè)的東南極冰蓋中山站-昆侖站考察斷面復(fù)凍結(jié)冰結(jié)構(gòu)[J];科學(xué)通報(bào);2015年19期

3 朱德銘;鄺永輝;艾曉曉;;電動(dòng)式揚(yáng)聲器阻抗曲線分析與測(cè)量[J];電聲技術(shù);2015年06期

4 段德文;;南極探秘——來自中國(guó)第31次南極科考隊(duì)的報(bào)道[J];當(dāng)代勞模;2015年02期

5 范魯一;王冬青;李芳;溫如涵;;基于STM32的碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2014年11期

6 曹文振;;中國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略與海洋爭(zhēng)端對(duì)策[J];新視野;2014年03期

7 劉瑞源;楊惠根;;中國(guó)極區(qū)高空大氣物理學(xué)觀測(cè)研究進(jìn)展[J];極地研究;2011年04期

8 黃兆斌;黃云龍;余世明;;幾種步進(jìn)電機(jī)加減速方法的對(duì)比研究及其應(yīng)用[J];機(jī)電工程;2011年08期

9 張雅坤;劉博;單福悅;;測(cè)量?jī)x器遠(yuǎn)程控制研究[J];計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò);2011年13期

10 李明;;基于TCP/IP協(xié)議族的十種最常用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2010年28期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 王琦宏;冰芯直流固體電導(dǎo)率測(cè)定儀研制[D];杭州電子科技大學(xué);2017年

2 王帆;基于ARM和GPRS的智慧家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2016年

3 胡志晨;基于介電特性的蘋果無損分級(jí)測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

4 曹瑋珈;油炸食品的介電特性與品質(zhì)變化相關(guān)性研究[D];上海海洋大學(xué);2016年

5 代勇;基于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管軟件的研究[D];北京交通大學(xué);2011年

6 張紅;基于Modbus的閘門卷揚(yáng)啟閉機(jī)智能集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2877473