本文關鍵詞：高精度電極式海水電導鹽度計設計與開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：海水鹽度是海水中含鹽量的標度,是海洋水文的重要要素之一。海水鹽度對海洋環(huán)境研究、水產(chǎn)養(yǎng)殖、鹽化工業(yè)、能源探索等方面都具有十分重要的影響。隨著海洋事業(yè)的迅速發(fā)展,對海水鹽度的測量精度要求越來越高。對于海水鹽度的測量方法主要包括：化學法、光學法、比重法、電導法、微波遙感法、基于光纖技術的測量法等。其中,電導法是一種較為快速、準確且適用于現(xiàn)場測量的方法。其基本原理是通過測量海水的電導率,計算得到海水的鹽度。本論文采用電導法,設計了一種基于電橋原理的高精度、全數(shù)字式鹽度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由高精度數(shù)字式電橋、數(shù)字式可編程激勵源、高靈敏度數(shù)字檢流計三部分組成。高精度數(shù)字式電橋的兩個上橋臂是由裝有待測海水的電導池和裝有標準海水的電導池組成,下橋臂是由可調(diào)精密電阻組成。為避免電導池中的海水在激勵源直流分量的作用下產(chǎn)生極化,采用數(shù)字式可編程激勵源產(chǎn)生頻率為1kHz交變的對稱梯形波作為電橋的激勵電源。采用高靈敏度數(shù)字檢流計檢測電橋的輸出電壓�？刂破鞲鶕�(jù)檢流計的輸出判斷電橋的平衡狀態(tài),并調(diào)整下橋臂的精密電阻,直至電橋達到平衡。根據(jù)平衡時精密電阻的阻值,計算出待測電導池與標準電導池的電導率比值,進而計算出待測海水的鹽度。實現(xiàn)海水鹽度高精度測量的關鍵技術包括：提高電橋激勵波形的對稱性、提高數(shù)字電橋可調(diào)精密電阻的分辨率、提高數(shù)字式檢流計的靈敏度和測量精度。為實現(xiàn)以上關鍵技術,鹽度計測量系統(tǒng)的設計方案基于SOPC技術實現(xiàn)。系統(tǒng)主控制器為Altera公司CycloneⅡ系列的EP2C35芯片。利用FPGA控制DA芯片產(chǎn)生幅值、頻率、波形可控的數(shù)字式激勵源,并通過高頻變壓器進行隔離,提高激勵波形的對稱性。測量電橋下橋臂的精密電阻用一款高精度的DA芯片實現(xiàn),通過FPGA控制實現(xiàn)高精度、數(shù)字、全自動調(diào)節(jié)電橋。為了提高檢流計的靈敏度和精度,采用低噪聲放大電路對電橋輸出電壓進行放大,選用高精度的AD芯片,并利用同步采樣精確控制采樣點等方法。實驗證明,該測量方案具有測量精度高、穩(wěn)定性好、測量速度快的優(yōu)點。
【關鍵詞】：鹽度測量 電導率 數(shù)字電橋 SOPC技術 同步采樣
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH766.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 鹽度的定義及發(fā)展10-11
• 1.2.2 海水鹽度的主要測量方法11-13
• 1.2.3 電導法海水鹽度測量技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文的主要內(nèi)容及結構15-17
• 2 電導法海水鹽度測量原理17-24
• 2.1 海水鹽度測量相關概念17-18
• 2.1.1 實用鹽度17-18
• 2.1.2 電導率18
• 2.2 海水的電導率特性18-19
• 2.3 平衡電橋法19-22
• 2.4 本章小結22-24
• 3 鹽度計方案設計24-39
• 3.1 總體方案設計24-25
• 3.1.1 總體方案介紹24-25
• 3.1.2 技術指標25
• 3.2 數(shù)字式可編程激勵源設計25-27
• 3.2.1 設計分析25-26
• 3.2.2 器件選型26-27
• 3.2.3 硬件電路設計27
• 3.3 高精度數(shù)字式測量電橋的設計27-29
• 3.3.1 設計分析27-28
• 3.3.2 器件選型28-29
• 3.4 高靈敏度數(shù)字式檢流計設計29-34
• 3.4.1 設計分析29
• 3.4.2 器件選型29-30
• 3.4.3 硬件電路設計30-31
• 3.4.4 噪聲處理31-34
• 3.5 電源模塊設計34-36
• 3.6 測量流程36-37
• 3.7 本章小結37-39
• 4 基于SOPC的方案設計及實現(xiàn)39-57
• 4.1 SOPC技術39-42
• 4.1.1 SOPC技術介紹39-40
• 4.1.2 FPGA器件介紹40
• 4.1.3 SOPC設計開發(fā)工具介紹40-42
• 4.2 硬件邏輯系統(tǒng)設計42-50
• 4.2.1 NiosⅡ內(nèi)核設計43-44
• 4.2.2 激勵源模塊核設計44-46
• 4.2.3 測量電橋模塊核設計46-47
• 4.2.4 檢流計模塊核設計47-50
• 4.3 軟件設計50-55
• 4.3.1 軟件主程序設計50-51
• 4.3.2 測量子程序設計51-54
• 4.3.3 串口子程序設計54-55
• 4.4 本章小結55-57
• 5 鹽度計系統(tǒng)調(diào)試57-62
• 5.1 測試系統(tǒng)介紹57-58
• 5.2 電路功能驗證實驗58-60
• 5.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗60-62
• 6 總結與展望62-63
• 6.1 總結62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-65
• 致謝65-66
• 個人簡歷66-67
• 發(fā)表的學術論文67

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本文編號：342584