三窗口海底原位X射线荧光探测系统探头装置设计

摘要

本论文来源于中国地质调查局海洋矿产保障工程项目“海底原位X射线荧光探测系统研发”。
　　 本论文针对海底原位X射线荧光探测系统的关键部件——海底探头装置进行机械结构设计及实践验证，分析并估算探头装置在海底水环境中的受力作用情况，综合考虑探头在海底的耐压、耐磨和流水动力学作用情况，结合相关资料，设计探头的机械结构，选取合适的外壳材料和探测窗材料，设计偏心加重装置，为实现X射线荧光探测系统在海底水环境下对海底沉积物中元素的激发和探测提供可靠的机械装置。
　　 本论文取得的主要研究成果如下:
　　 (1)根据海底原位X荧光探测系统的结构组成和海底探头装置内部电路单元及激发探测装置的几何尺寸，将海底探头的外壳材料定为2A12铝合金，将探头的结构设计为圆筒形状，设计并验算了相关形状尺寸。
　　 (2)考虑到用小功率X射线管作为探测装置的激发源，为了使原级X射线和特征X射线能“自由”出入海底探头装置，设计了以铍窗为窗材料的三窗口结构海底探头探测窗口，试验表明，用铍做探测窗可以满足X射线出入探头的要求。
　　 (3)为了避免海底探头受到来自测量船的牵引力而不能和海底沉积物有效接触的情况，对海底探头装置增加偏心加重尾翼和偏心加重前端，以确保海底探头在拖动过程中至少有一个探测窗与海底沉积物紧密接触。
　　 (4)设计了海底探头的密封结构，从而能够确保海底探头装置在1000m水深条件下无渗漏。
　　 探头装置设计完成之后，由国内某地质仪器厂进行加工实现。经过在湖底和在海底的一系列的长达一年多的测试和试验，分析结果表明，X射线荧光探测系统探头装置设计可行性良好，可以让三窗口海底原位X射线荧光探测系统在设定的工作条件下完成原位测量。试验所得海底原位测量结果和船上分析结果一致，无一不证明了海底原位测量系统的准确性。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国外研究动态

1．2．2 国内研究动态

1．3 选题来源与主要研究内容

第2章 海底原位X射线荧光探测的理论基础

2．1 X射线理论基础

2．1．1 X射线荧光产生的基本原理

2．1．2 X射线在物质中的吸收

2．1．3 激发源

2．2 海底原位X射线荧光探测系统的工作原理

2．2．1 海底原位X射线荧光探测系统的构成

2．2．3 海底原位X射线荧光探测系统的工作原理

第3章 海底X射线荧光探测系统探头装置设计

3．1 海底探头的外管结构设计

3．1．1 海底探管的外管材料的选择

3．1．2 海底探头的结构和失稳情况分析

3．1．3 海底探管的外壳结构设计及验算

3．2 海底探头的探测窗设计

3．2．1 海底探头的探测窗材料选择

3．2．2 海底探管的探测窗的“三窗口”结构设计

3．3 三窗口海底探头的偏心加重装置设计

3．3．1 三窗口海底探管的偏心加重尾翼装置设计

3．3．2 三窗口海底探管的偏心加重前端设计

3．4 三窗口海底探头的密封设计

3．4．1 可拆卸部分的密封设计

3．4．2 不可拆卸部分的密封设计

第4章 三窗口海底原位X射线荧光探测系统探头装置的实现

4．1 探头装置用三维软件进行分析

4．1．1 Solidworks建模

4．1．1 有限元分析

4．2 探头装置的加工及试验

4．2．1 三窗口海底探头装置的加工实现

4．2．2 三窗口海底探头装置的耐水压性能检测

4．2．3 三窗口海底原位X射线荧光探测系统试验

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果