冰架热水钻实时测井系统研制

【摘要】极地是地球的冷极，在全球气候系统中起着重要的调节作用。已有研究表明，南北极气候环境变化对我国气候有直接的影响。从科学上阐明气候变化的机制，除需在我们本土范围内开展相关的观测外，两极和大洋的观测至关重要。冰架是连接大洋和极地冰盖的纽带，冰架的前沿和底部直接与海洋相接触，与海洋产生着直接的相互作用。在冰架与海洋相互作用研究领域，突破口是如何利用高技术手段钻穿巨厚的冰架，进而通过钻孔把海洋设备布放在海腔中开展连续观测。借助于热水钻探技术可以实现快速钻透冰架并经由钻孔直接对冰架结构、冰架底部附着冰特性及冰架下海洋动力环境进行观测研究。本文给出了课题的来源，分析了目前各国对极地冰架底部研究的现状，设计并实现了一种实时测井系统，是实现大洋观测的各种仪器如温盐测量仪（CTD），声学多普勒流速剖面仪（ADCP）等能够顺利、准确置入冰架底部的关键。该系统主要分为冰面监控平台、水下实时测井系统和传输系统三个部分：冰面监控平台主要是实时接收、显示井下视频与测井参数，以可视化方式显示各种信息并对水下系统进行命令控制；水下实时测井系统由温孔测量系统和摄像照明系统组成，响应上位机的命令，实现对摄像照明系统的控制以及采集温孔测量系统所监测的参数；传输系统主要负责冰面监控平台与水下实时测井系统的相互通信。本文的主要工作分为5个部分：系统相关原理介绍、系统整体方案设计、系统硬件设计、系统软件设计和整机调试。系统涉及的相关原理主要包括：实时测井系统的工作原理、温度测量的相关理论、孔径测量的相关理论以及光纤通信的相关理论。在进行系统整体方案的设计时，主要对上下位机之间的通信方式进行了选择、对水下系统硬件与软件的整体方案进行了制定以及对冰面监控平台软件的整体进行了设计。嵌入式系统硬件设计主要包括STM32107VCT6主控制芯片与各种传感器、外围设备的输入输出接口电路设计、温度传感器选型与电路设计、位移传感器的设计。系统软件设计包括水下嵌入式系统软件设计和冰面监控平台软件的设计；水下嵌入式系统软件包含各种传感器数据采集与传输、控制摄像与照明以及异常处理程序等。冰面监控平台软件完成了实时接收、显示井下视频与测井参数，以可视化方式显示各种信息并对水下实时测井系统进行命令控制。本文研制出了一套用于冰架热水钻的实时测井系统，该系统在实验室完成了多次调试，实验结果表明该系统安全、可靠、工作稳定。
【作者】马梁；
【导师】于海滨；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】冰架；热水钻；连续观测；STM32VCT6；仪器；位移；

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