高精度电极式海水电导盐度计的研制

摘要

盐度作为海水的重要参数之一,其分布变化是影响和制约其它水文要素分布和变化的重要因素,所以海水盐度的测量是海洋水文观测的重要内容。海水盐度的测量在水产养殖、生态网络调查、气候气象监测、能源探索利用等方面都有很重要的应用。随着海洋的研究事业蓬勃发展,对海水盐度的精度要求和自动化测量程度要求越来越高。
　　 本文首先介绍了国内外海水盐度测量的发展动态、研究现状及研究意义,讲解了电导法测量海水盐度的基本原理,并分析阐述了HD-4型海水盐度计的测量方案及其存在的不足。
　　 考虑到HD-4型海水盐度计设计中存在的精度和自动化程度等问题,本文提出了一种新型设计方案。新方案主要体现在以下几个方面:
　　 (1)提高了激励源的精度。
　　 (2)使用自回零电路设计解决激励源的对称性设计。
　　 (3)提高了标准支路的精度。
　　 (4)检流计的设计更趋合理。
　　 (5)对一些影响系统测量指标较大的噪声信号进行了相应的处理,提高了测量的精度和准确度。
　　 本文在提出新的设计方案后,对新方案的精度等指标进行了分析。经过分析得出系统可以得到很高的分辨率和精度,使用非平衡电桥的差补算法进行1位扩展,可使电导率比达到7.171*10-6的精度,满足设计需要的3.6258*10-5精度要求。
　　 新方案的设计仍是基于SOPC技术,但对旧的系统进行了改进。本文首先介绍了SOPC技术的概念和开发流程,然后结合本文的设计方案,对SOPC系统的软硬件设计进行了更清晰、更具体的阐述。在该部分还介绍了控制单元(以FPGA为核心)核心板的设计。
　　 本文根据设计方案搭建了整个系统,进行了大量的调试工作,并做了一系列的实验。首先给出了系统设计的功能实验,通过实验证明设计非常合理。随后又进行了性能指标实验,通过实验得出海水盐度测量的准确度仍存在问题,并给出了导致该问题的原因。
　　 由于在设计中既需要进行精度分析,又需要对实验数据进行分析,所以本文给出了设计过程当中用到的一些数据处理的方法。
　　 最后,本文对工作情况进行了分析和总结,指出精度和准确性都有所提高,但仍没达到系统的要求。下一步将对海水电导进行更深入的研究,以期达到系统的指标要求。