基于天线电阻的海洋溢油检测技术研究

发布时间：2017-04-12 22:05

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【摘要】：随着贸易全球化的推进,世界各国之间的海上石油贸易也得到快速发展,突发性海上石油泄漏事件不断出现,严重威胁了海洋生态系统的可持续发展。及时、准确获取海洋石油泄漏信息,是海洋石油泄漏事件预警的关键所在,实现实时、在线、连续的海洋溢油监测,是我国乃至世界上亟须面对的一个技术难题。本课题依据海水与石油对电磁波作用的不同,通过理论分析确定天线电阻变化与溢油厚度的关系,提出了一种基于天线电阻特性的水面溢油检测方法。初步实验证明该方法可连续检测溢油的厚度,分辨率可达0.3mm。具体研究内容如下:1、介绍目前主要的水面溢油检测传感器类型及国内外发展现状,并介绍了电磁方法的发展现状及其在溢油检测方面的应用,在此基础上给出了本课题的研究意义及内容。2、对不同电学性质的介质以及分层介质中电磁波的传播特性,天线的辐射特性以及天线阻抗特性进行分析,并结合复镜像法,对导电半空间上方天线的阻抗特性进行分析,建立海水、油、空气三层介质的简化模型,由此对基于天线电阻变化的海洋溢油油膜厚的检测机理进行分析。3、设计了溢油检测传感器,包括溢油检测天线的选型与设计,以及溢油检测浮标的结构设计及材料选择,并对海水中浮标的稳定性及横摇运动与垂荡运动进行了分析。4、研究了天线阻抗的测量方法,主要分析传输线多点测量法的测量原理,并设计了天线阻抗检测电路。5、搭建了海面溢油厚度检测实验平台,对1到16mm的油膜进行了厚度测量实验,通过激光三角法进行标定,并对实验结果以及实验的影响因素进行了分析。
【关键词】：海洋溢油 油膜厚度检测 天线电阻 传感器设计
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U698.7;X834
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 海洋溢油检测方法11-15
• 1.2.1 溢油检测传感器11-12
• 1.2.2 国内外发展现状12-14
• 1.2.3 电磁方法研究现状14-15
• 1.3 课题的研究意义15
• 1.4 课题的研究内容15-17
• 第二章 天线电阻溢油检测原理分析17-37
• 2.1 电磁波传播特性17-20
• 2.1.1 理想介质中电磁波传播特性18
• 2.1.2 导电介质中电磁波传播特性18-19
• 2.1.3 分层介质中电磁波传播特性19-20
• 2.2 分层介质中天线的辐射20-24
• 2.2.1 自由空间天线辐射20-21
• 2.2.2 导电半空间上方天线辐射21-22
• 2.2.3 多层介质中天线辐射22-24
• 2.3 天线阻抗计算24-31
• 2.3.1 坡印亭矢量法24-25
• 2.3.2 感应电动势法25-26
• 2.3.3 单一介质中天线阻抗26-29
• 2.3.4 导电半空间上方偶极子天线阻抗29-31
• 2.4 溢油检测机理31-36
• 2.4.1 溢油检测天线选择31-32
• 2.4.2 溢油检测原理分析32-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 传感器设计37-52
• 3.1 传感器总体要求37-39
• 3.1.1 波浪对传感器的影响37-38
• 3.1.2 我国近海波浪特性38-39
• 3.1.3 传感器设计指标39
• 3.2 天线的设计39-42
• 3.2.1 天线参数设计39-40
• 3.2.2 天线阻抗匹配40-42
• 3.3 传感器结构设计42-50
• 3.3.1 结构设计42-46
• 3.3.2 浮体稳定性46-47
• 3.3.3 浮体在波浪中的运动47-49
• 3.3.4 材料选择及表面处理49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 天线电阻检测系统52-61
• 4.1 天线阻抗测量方法52-55
• 4.1.1 传输线多点测量法52-53
• 4.1.2 参数计算53-55
• 4.2 检测系统设计55-60
• 4.2.1 DDS高频信号发生模块56-57
• 4.2.2 检波模块57
• 4.2.3 单片机接口电路57-58
• 4.2.4 通道选通及AD转换电路58-59
• 4.2.5 串口59-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第五章 实验与数据分析61-69
• 5.1 溢油实验及数据分析61-67
• 5.1.1 测量点选择实验61-62
• 5.1.2 溢油检测实验标定方案62-63
• 5.1.3 实验平台搭建63-64
• 5.1.4 模型验证实验64
• 5.1.5 油膜厚度测量实验64-66
• 5.1.6 重复性实验66-67
• 5.2 实验影响因素分析67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 工作总结69
• 6.2 后续工作69-71
• 参考文献71-76
• 发表论文和参加科研情况说明76-77
• 致谢77-78

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本文编号：302141