改进型高密度电阻率探针(MERPⅡ)优化设计研究
本文作为国家高技术研究发展计划(863计划)“风暴过程中海底沉积物再悬浮通量原位监测技术”(编号SQ2007AA09Z135267)的后续研究,在前期的研究成果－基于电阻率测量的海床侵蚀淤积过程现场动态原位监测系统的基础上,将使用范围拓展到包括土壤盐渍化监测、海水入侵监测、地下水位监测、海水悬沙测量、管道泄漏监测等众多领域,展现出了良好的应用前景。在实际使用过程中,对原监测系统提出了许多新的要求,例如系统的小型化与智能化、原位传感器的抗污染和高分辨率、电极的一致性与抗极化能力、算法的优化与冗余、控制端的可操作性、采集模块的准确性与误差补偿、电源的稳定性与续航性能等。基于此,本文对原有系统进行了一系列的优化改进,研制了一套改进型高密度电阻率探针(Multi-Electrode Resistivity ProbeⅡ,下义简称MERPⅡ)。 本论文包括以下四部分研究内容: (1)电阻率传感器的改进。与之前的电阻率传感器相比,其改进主要体现在电阻率传感器的整体结构上。新的电阻率传感器由若干电阻率子探杆插接而成,每段电阻率子探杆含16个环形测量电极,内部嵌入多路转换电路和数据总线结构。通过改变电阻率子探杆的内部结构,消除了由于电极位置差异带来的硬件误差。 (2)下位机硬件设计和采集程序编写。下位机的硬件设计主要通过分离监测采集系统的各个模块,优化系统控制部分的整体结构。在引入遥控模块和稳压模块的基础上,成功的将硬件电路体积缩小到原来的1/4,并借此抛弃了电阻率传感器长期以来的密封舱式设计,既减小了硬件体积,也降低了系统对密封的要求。下位机的采集程序与硬件电路相结合,合理的兼容了系统各个模块,一方面为系统整体操作添加了许多功能,另一方面设置多重分级保存体制,保护采集数据的安全性与准确性。 (3)上位机软件的开发。上位机软件设计以数据无线通讯为基础,首先实现了运行参数设置和工作模式转换的远程操作,其次对远程传输数据按预置的数据算法进行处理并保存,通过Matlab的集成,在VC环境下实现自动实时动态图像的绘制,最后通过一套完整的自动解析分辨算法,实现事故的自动报警等功能。 (4)监测系统总体测试。在对系统经过合理集成之后,进行了一系列实验,对系统的有效性和稳定性进行测试,取得了良好的效果。 本文主要创新点有: (1)全新的系统组装结构:将电阻率传感器以每16个环形电极为一组分解成若干可以相互插接的电阻率子探杆;将多路电极转换电路分解成若干可以相互串联的子电路,分别嵌入到电阻率子探杆内部。 (2)引入实时分析功能:上位机软件综合了典型环境下的电阻率分析方法,结合数据实时处理功能,可以根据用户设置、反演对象和其他一些输入数据参量进行自动分析/反演并绘制结果曲线。 (3)管线泄漏污染监测:将MERPⅡ应用于管线泄漏污染监测的室内模拟测试,并引入判定污染物泄漏的方法及其数学表达式。
海底沉积物;再悬浮通量;动态原位监测;电阻率测量;原位传感器;高密度电阻率探针
中国海洋大学
硕士
环境工程
贾永刚
2012
中文
X853;P631.322
109
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）