海底沉积物声学-压力特性测量装置的关键技术研究

摘要

随着陆地资源的大量消耗，开发海洋的力度持续升温。海底作为海洋的水下边界线，是研究海洋的关键领域，其中采用声学的方法提取海底沉积物的物理-力学性质信息，为研究海底提供重要方法。由于我国声学测量大多为实验室采样测量，忽略了海底的压力状态，研发海底沉积物声学-压力特性测量装置成为关键技术，利用其进行海底沉积物声学-压力特性测试是建立实验室测量技术和原位测量技术的连接纽带，通过系统地研究静水压力对沉积物声特性的影响规律，将解决采样测量脱离原位状态的问题和系统性研究同一种类型海底沉积物在不同海底的声速差异。
　　海底沉积物声学-压力特性测量装置的设计基于可编程逻辑控制器 PLC的测控平台、伺服加压控制、步进推动控制、多传感器测量、触摸屏交互等实现压力可控声学测量。装置能实现海底沉积物样品的孔隙水自动可控加压，压力最大可达30MPa，压力控制精度可达0.1MPa，实现保压时间可调以保证沉积物样品受压均匀，可控制测试舱活塞杆的推进精度在0.1mm内适应不同长度样品的测试。论文主要研究内容为：通过分析海底压力环境模拟装置的特点和不足，提出海底沉积物声学-压力特性测量装置的总体方案和关键技术；分析了测试舱在受压状态下的变形量对声学测量精度的影响；对装置的控制系统进行了硬件设计，包括装置的总体电路、伺服加压控制、步进推动控制、多传感器测量模块、触摸屏。控制器PLC等的硬件电路设计；按照设计要求对装置进行了自动和手动加压、保压、测试舱间距调节等T形图程序设计以及触摸屏控制设计；对装置进行调试，性能测试以及基于装置进行了海底沉积物声学实验。
　　对装置的自动加压、保压时间以及手动动加压、舱间距调节进行了性能测试，表明装置能够达到预期功能和精度。采用该装置进行了水的声速-压力特性验证，测量海底沉积物的声速-压力特性实验结果与文献理论分析结果一致，表明装置达到了预期的设计要求。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2海底沉积物声学-压力特性研究现状

1.3海底压力环境模拟装置的研究现状

1.4课题来源和主要内容

1.5本章小结

第二章 测量装置的总体设计方案和关键技术分析

2.1测量装置的加压原理及精度分析

2.2测量装置的总体方案

2.3测量装置各组成模块的功能及关键技术

2.4本章小结

第三章 测试舱和双丝杆机构的结构分析及对测量精度的影响

3.1测试舱的结构分析

3.2双丝杆推动机构的结构分析

3.3测试舱变形对测量精度的影响

3.4本章小结

第四章 测量装置的硬件设计与分析

4.1测量装置的总体控制原理设计

4.2测量装置的总体输入电路设计

4.3伺服加压控制系统设计

4.4步进推动控制系统设计

4.5装置检测传感器设计

4.6控制器PLC硬件电路设计

4.7本章小结

第五章 测量装置的程序设计

5.1控制器PLC的控制原理分析

5.2控制器PLC的I/O分配

5.3 PLC模拟量的处理

5.4装置安全程序的设计

5.5装置的自动加压控制程序设计

5.6装置手动加压程序的设计

5.7装置的测试舱间距调节程序设计

5.8装置其他相关程序设计

5.9装置触摸屏模块的设计

5.10本章小结

第六章 测量装置的调试与实验测量

6.1测量装置的调试

6.2装置的性能测试

6.3声学-压力特性实验测量

6.4本章小结

总结与展望

1．总结

2．展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及申请的专利

声明

致谢