改進型高密度電阻率探針(MERPⅡ)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、本文作為國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“風暴過程中海底沉積物再懸浮通量原位監(jiān)測技術(shù)”(編號SQ2007AA09Z135267)的后續(xù)研究,在前期的研究成果－基于電阻率測量的海床侵蝕淤積過程現(xiàn)場動態(tài)原位監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,將使用范圍拓展到包括土壤鹽漬化監(jiān)測、海水入侵監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、海水懸沙測量、管道泄漏監(jiān)測等眾多領(lǐng)域,展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。在實際使用過程中,對原監(jiān)測系統(tǒng)提出了許多新的要求,例如系統(tǒng)的小型化與智能化、原位傳感器的抗

2、污染和高分辨率、電極的一致性與抗極化能力、算法的優(yōu)化與冗余、控制端的可操作性、采集模塊的準確性與誤差補償、電源的穩(wěn)定性與續(xù)航性能等?；诖?本文對原有系統(tǒng)進行了一系列的優(yōu)化改進,研制了一套改進型高密度電阻率探針(Multi-Electrode Resistivity ProbeⅡ,下義簡稱MERPⅡ)。
　　本論文包括以下四部分研究內(nèi)容:
　　(1)電阻率傳感器的改進。與之前的電阻率傳感器相比,其改進主要體現(xiàn)在電阻率傳感器的

3、整體結(jié)構(gòu)上。新的電阻率傳感器由若干電阻率子探桿插接而成,每段電阻率子探桿含16個環(huán)形測量電極,內(nèi)部嵌入多路轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)。通過改變電阻率子探桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu),消除了由于電極位置差異帶來的硬件誤差。
　　(2)下位機硬件設(shè)計和采集程序編寫。下位機的硬件設(shè)計主要通過分離監(jiān)測采集系統(tǒng)的各個模塊,優(yōu)化系統(tǒng)控制部分的整體結(jié)構(gòu)。在引入遙控模塊和穩(wěn)壓模塊的基礎(chǔ)上,成功的將硬件電路體積縮小到原來的1/4,并借此拋棄了電阻率傳感器長期以來的密封

4、艙式設(shè)計,既減小了硬件體積,也降低了系統(tǒng)對密封的要求。下位機的采集程序與硬件電路相結(jié)合,合理的兼容了系統(tǒng)各個模塊,一方面為系統(tǒng)整體操作添加了許多功能,另一方面設(shè)置多重分級保存體制,保護采集數(shù)據(jù)的安全性與準確性。
　　(3)上位機軟件的開發(fā)。上位機軟件設(shè)計以數(shù)據(jù)無線通訊為基礎(chǔ),首先實現(xiàn)了運行參數(shù)設(shè)置和工作模式轉(zhuǎn)換的遠程操作,其次對遠程傳輸數(shù)據(jù)按預(yù)置的數(shù)據(jù)算法進行處理并保存,通過Matlab的集成,在VC環(huán)境下實現(xiàn)自動實時動態(tài)圖像的繪

5、制,最后通過一套完整的自動解析分辨算法,實現(xiàn)事故的自動報警等功能。
　　(4)監(jiān)測系統(tǒng)總體測試。在對系統(tǒng)經(jīng)過合理集成之后,進行了一系列實驗,對系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性進行測試,取得了良好的效果。
　　本文主要創(chuàng)新點有:
　　(1)全新的系統(tǒng)組裝結(jié)構(gòu):將電阻率傳感器以每16個環(huán)形電極為一組分解成若干可以相互插接的電阻率子探桿;將多路電極轉(zhuǎn)換電路分解成若干可以相互串聯(lián)的子電路,分別嵌入到電阻率子探桿內(nèi)部。
　　(2)引入