海床界面蚀积过程原位监测系统探头的设计研究

摘要

本论文是基于国家863计划“风暴过程中沉积物再悬浮通量原位监测技术”(No.2008AA09Z109)开展的研究工作，旨在通过对海床界面蚀积过程原位监测系统探头设计研究，为实现风暴事件过程中河流入海沉积物再悬浮通量自动观测分析提供现场原位传感器。 论文主要从海床界面蚀积过程原位监测系统探头总体结构设计、探头电极参数设计和所制探头对界面判别应用三个方面开展研究，寻找探头设计的最优化配置，最终实现系统探头样机的制作。 论文首先对海床界面蚀积过程原位监测系统探头进行设计研究，得出探头的总体构造形式及相关参数：电极阵列布设在柱状探杆套筒上，套筒选用壁厚与直径分别为10mm、70mm的亚克力材料，选用环氧树脂作为密封材料，钢结构作为主体骨架材料。 第二，论文进一步对电极参数设计研究。通过试验研究发现影响介质电阻率测算结果的参数主要是电极形式及间距。对试验结果分析得到对沉积物而言，环形电极测算电阻率值随着电极间距的增大而呈减小的趋势，当间距较小时，结果较为接近经典测量法所得数值。对海水电阻率测量研究发现，电极间距与测得结果呈二次函数关系，相关系数平方为0.95，曲线最小值处与经典测量方法所得结果最为接近，且二者的数量级一致。点状电极测量发现海水及沉积物电阻率值与电极间距呈较好的线性关系，并且测量值随着电极间距的增大而增大；通过理论分析进行电极材料研究，分析了多种常见材料如银、铜、铝等的适用范围；利用电桥装置研究了电极尺寸对电阻率的影响。最终明确了适于电阻率值测量的最优配置参数，即环状电极类型，电极间距为10mm，电极材料黄铜，电极截面积1mm2。 第三，论文利用优化设计的探头系统，对海水-沉积物界面进行判定应用。建立了电阻率-深度分布曲线与界面位置的关系。根据不同介质电阻率值存在差异的原理，电阻率-深度分布曲线中电阻率值突变的位置即为界面的位置。利用所制电阻率探头实现了海水-沉积物界面的室内试验判别。 本文的研究实现了海床界面蚀积过程原位监测系统探头的结构及附属电极的设计制作，首次成功利用所制探头实现介质电阻率原位测试及沉积物-海水分界面的判别。该装置可以适应较为恶劣的海况环境，长期稳定的对海床蚀积过程进行监测，具有广泛的应用范围。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文选题背景

1.2国内外技术现状

1.2.1沉积物电阻率测量技术

1.2.2海床沉积物蚀积过程原位监测技术

1.2.3利用电阻率进行海床沉积物蚀积过程原位监测

1.2.4沉积物监测仪器的发展应用

1.3研究的重要意义

1.4研究思路与开展工作

1.5研究成果与创新

2探头总体设计研究

2.1探头结构选择

2.1.1环状电极探头设计

2.1.2点状电极探头设计

2.2探头的选材

2.2.1套筒选材

2.2.2密封选材

2.2.3骨架选材

2.3探头加工工艺

2.3.1加工路线方法

2.3.2加工的难点

3探头电极参数设计研究

3.1探头实测电阻率值的计算确定公式推导

3.2不同间距环形电极测量电阻率结果分析

3.2.1材料与方法

3.2.2测试过程

3.2.3测算结果

3.2.4测量结果分析

3.2.5环形电极法与经典方法对介质电阻率测量结果的讨论

3.3不同间距点电极电阻率测量结果分析

3.3.1材料与方法

3.3.2测试过程

3.3.3测量结果

3.3.4测量结果分析

3.3.5点状电极法与经典方法对介质电阻率测量结果的讨论

3.4不同电极材料对测量结果影响的分析

3.4.1电极材料特性比较

3.4.2材料与方法

3.4.3测试过程

3.4.4测量结果分析

3.5优化电极设计参数确定

4探头电极加工制作与控制指标测试

4.1电极加工制作

4.2电极指标测试

4.2.1外观指标

4.2.2性能指标

4.3电极一致性检测

4.3.1材料与方法

4.3.2过程与结果

4.3.3结论

4.4探头的测试精度与稳定性检测

4.4.1材料与方法

4.4.2过程与结果

4.4.3结论

5基于探测结果海床界面确定方法研究

5.1分界面判定的理论依据

5.2界面判断试验

5.2.1基于电场分布判定界面

5.2.2利用电阻率探头判定界面

5.3分界面判别对比分析

6结论与展望

6.1本文的主要结论与创新

6.2下一步的研究

参考文献

致谢

个人简历

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