基于電阻率測量的海床蝕積過程原位監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、本論文基于國家863項目“風(fēng)暴過程中海底沉積物再懸浮通量原位監(jiān)測技術(shù)”編號2008AA09Z109)開展研究，研制了一套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)，該系統(tǒng)能夠?qū)嵤┖Ｋ?沉積物界面位置的原位監(jiān)測。 本文研究內(nèi)容主要包括以下兩個方面： 1系統(tǒng)設(shè)計： ①設(shè)計電阻率蝕積監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)； ②完成該系統(tǒng)三個部分的設(shè)計：機(jī)械探桿、主控部分及分析處理軟件部分，通過實(shí)驗選擇探桿的直徑、材

2、料和極距，確定環(huán)形電極電阻率計算方法，完成探桿設(shè)計，對主控部分劃分模塊完成硬件和軟件設(shè)計，對分析處理軟件劃分模塊完成設(shè)計； ③對系統(tǒng)進(jìn)行誤差和精度分析； ④系統(tǒng)參數(shù)實(shí)驗測試與調(diào)整； ⑤進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)械組合總裝，完成整個系統(tǒng)的設(shè)計； 2系統(tǒng)實(shí)驗驗證： ①室內(nèi)對比實(shí)驗：和現(xiàn)有的商業(yè)化儀器測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，驗證系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)正確性； ②室內(nèi)實(shí)驗驗證系統(tǒng)的有效性； ③進(jìn)行現(xiàn)場原

3、位實(shí)驗，進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行原位測試的有效性驗證。 本論文采用的研究方法：在整個系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了自上而下、分模塊的設(shè)計方式，保證了系統(tǒng)具有很好的整體性；在系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)驗驗證過程中，設(shè)計了多種實(shí)驗，采用分步驟進(jìn)行驗證的方式，確保系統(tǒng)驗證過程有序進(jìn)行和經(jīng)過驗證系統(tǒng)的測試穩(wěn)定性。 本文主要結(jié)論概括如下： 1．系統(tǒng)設(shè)計： ①探桿：通過實(shí)驗對比分析，選擇探桿電極布設(shè)方法為環(huán)形布設(shè)、探桿直徑7cm和電極間距1

4、cm； ②主控部分：采樣頻率64次/s，采樣間隔初步確定為8s，經(jīng)誤差分析可以達(dá)到靜態(tài)0.012Ω·m電阻率精度。 ③上位機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件：開發(fā)完成了儀器參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理和曲線擬合三個模塊，采用的VC++6.0完成界面部分和計算部分，matcom4.5完成曲線繪制及曲線擬合。 2．系統(tǒng)實(shí)驗驗證： ①室內(nèi)對比實(shí)驗：與商業(yè)化E60BN高密度電法儀和電導(dǎo)率儀數(shù)據(jù)對比，驗證了本系統(tǒng)測試土體和海水電阻率數(shù)據(jù)

5、的有效性； ②室內(nèi)界面測試實(shí)驗：經(jīng)實(shí)驗確定自制系統(tǒng)界面測定誤差在0.80cm以內(nèi)，提出了中間值-直線界面分析方法，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，獲得的界面位置和實(shí)際觀察到的結(jié)果具有很好的一致性，在多次反復(fù)實(shí)驗中驗證了系統(tǒng)電阻率數(shù)據(jù)測試的有效性、測試界面的正確性，和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性； ③現(xiàn)場測試實(shí)驗：實(shí)驗結(jié)果表明，在海洋水動力條件較為平靜時，測試結(jié)果很好的反映海水-沉積物界面；當(dāng)水動力作用較強(qiáng)時，目前儀器所用電極的極化效應(yīng)對

6、測試結(jié)果影響較大，將在下一步研究中通過改變電極材料來完善。 本論文創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下三個方面： 1多電極自動切換自動記錄，基于電阻率測量的海床蝕積監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計； 2分級電極殲關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的主控軟件，極大的減小了多電極電路的硬件開銷，縮小了整個系統(tǒng)的體積； 3提出了海水-沉積物界面的中間值-直線分析方法，并在多次實(shí)驗中驗證了其分析數(shù)據(jù)的有效性。 本論文設(shè)計的系統(tǒng)有待進(jìn)一步工作改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)