冰芯直流固体电导率测定仪研制

摘要

近年来，随着世界经济的高速发展，全球气候变暖等环境问题越来越受到各国的重视。而极地冰芯对于气候变化的研究具有重要作用。冰芯是从冰川内部钻取的芯，它记录着从过去到现在气候变化的信息，也反应了人类活动对气候环境的影响。冰芯电导率测量技术是冰芯研究领域中主要的物理分析技术之一，冰芯电导率的测量结果可应用于地球气候环境变化、确定冰芯年代、冰川火山事件、生物活动等研究方向。
　　本文针对冰芯直流电导率测量技术在冰芯处理分析中的应用，通过对国外手持式冰芯直流电导率测量设备的改进，研制出基于高压微小电流检测原理的自动检测冰芯直流固体电导率测定仪。实现测量电极在待测冰芯上的自动滑动测量，以及冰芯直流电导率数据的采集、传输和存储；同时，系统具备上位机界面，以完成伺服电机速度和方向的控制以及测量数据的显示与存储。
　　本文首先对冰芯电导率检测进行了原理分析并确定了系统的总体方案。接着详细介绍了该测定仪的硬件和软件设计。系统硬件设计包括数据采集板卡和电机控制板卡。以STM32F103VCT6微控制器为核心，实现模块化设计，包括数据采集模块电路、高压电源模块电路、光栅尺位移测量模块电路、伺服电机驱动控制模块电路和各种传感器电路等。系统软件设计分为嵌入式软件设计和上位机软件设计。嵌入式软件设计详细介绍了各个功能模块的软件实现方式，采用嵌入式RTX操作系统实现多任务设计。上位机软件采用C＃语言开发，实现系统控制以及对测量数据的实时显示、存储功能。
　　最后，本文根据实际功能需求成功研制了一套冰芯直流固体电导率测定仪，实现了使用伺服电机自动控制冰芯直流固体电导率的测定，系统具备稳定性、准确性和实时性。该系统设备在实验室研制完成并在车间调试成功之后，已经通过了中国极地研究中心的验收，准备用于“雪龙号”科考船第34航次南极科考任务，应用于中国昆仑站深冰芯钻探工程项目。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景和意义

1.3 国内外研究现状和发展趋势

1.4 本课题的主要创新点

1.5 本课题的主要研究内容和设计目标

1.6 本章小结

第2章 系统原理解析与方案设计

2.1 系统原理解析

2.2 系统总体方案设计

2.3 系统关键技术的选型

2.4 本章小结

第3章 硬件系统设计

3.1 系统硬件总体方案设计

3.2 数据采集板卡硬件电路设计

3.3 电机控制板卡硬件电路设计

3.4 机械结构设计

3.5 本章小结

第4章 嵌入式软件设计

4.1 嵌入式RTX操作系统

4.2 基于RTX的嵌入式系统软件总体方案设计

4.3 数据采集板卡软件设计

4.4 电机控制系统软件设计

4.5 本章小结

第5章 系统上位机软件设计与实现

5.1 上位机软件总体方案设计

5.2 串口通信模块设计

5.3 数据库存储模块设计

5.4 数据显示模块设计

5.5 按钮控制模块设计

5.6 软件通信协议设计

5.7 本章小结

第6章 系统调试

6.1 硬件电路调试

6.2 系统工作温度调试

6.3 上位机软件调试

6.4 综合调试

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录