极地冰下基岩钻探测控系统研制

发布时间：2020-10-20 00:57

　　 近年来,关于地球南北两极大陆板块的形成与演化过程、古气候环境变化等科学问题一直困扰着众多极地科考领域的科学家们,这些问题的解决对我们掌握极地的地质结构以及大陆板块构造格局的演变,进而打开人们通向古气候和古环境变化的大门具有重要的科学意义,通过基岩钻探钻取的极地冰下基岩岩芯是解决上述谜团的“金钥匙”。本文深入分析国内外研究现状及发展趋势,通过对国内外现有技术的改进,设计并实现了一种冰下基岩钻探测控系统,该系统可与钻具本体相配合,实现钻穿甘布尔采夫山脉地区冰盖,进而直接获取冰下基岩样品。本文首先对极地冰下基岩钻探系统进行总体概述及各子系统介绍;其次介绍测控系统的设计要求和方案设计,该系统包含冰面测控系统、随钻测控系统和电能与数据传输系统三个部分。冰面测控系统主要用于实时接收并显示冰面设备和随钻测控系统的关键参数并实现对相应远程命令的下传;随钻测控系统完成钻进过程中对随钻参数的采集、传输等工作;然后介绍了系统硬件设计,该部分以STM32F103单片机为核心,包括电源电路、主控电路、数据采集电路和通信电路等;系统软件设计部分介绍了人机交互界面、数据采集处理和数据库功能。最后对测控系统进行一系列调试。最后,本文研制的冰下基岩钻探测控系统,已经在实验室完成相关功能测试及车间模拟平台测试,测试结果证明系统具备稳定性和可靠性,后续将在长春对所有设备进行整体联合测试。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P634
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究背景和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 论文研究内容及设计目标
    1.5 论文章节安排
    1.6 本章小结
第2章 极地冰下基岩钻探测控系统总体方案设计
    2.1 项目结构总体概述
    2.2 测控系统总体组成
    2.3 测控系统方案设计
        2.3.1 冰面测控系统方案
        2.3.2 随钻测控系统方案
        2.3.3 电能传输和数据传输方案
    2.4 本章小结
第3章 系统硬件设计
    3.1 随钻测控系统电路设计需求
    3.2 随钻测控系统电路设计
        3.2.1 电源模块电路
        3.2.2 主控MCU电路
        3.2.3 姿态传感器电路
        3.2.4 模拟电流输入测量电路
        3.2.5 机械转速、流量采集
        3.2.6 通信模块电路
    3.3 本章小结
第4章 系统软件设计
    4.1 冰面测控软件设计
        4.1.1 冰面测控软件框架
        4.1.2 人机交互界面
        4.1.3 数据采集处理
        4.1.4 数据库功能介绍
    4.2 随钻测控系统程序设计
        4.2.1 嵌入式软件框架
        4.2.2 姿态数据采集
        4.2.3 转速脉冲数据采集
        4.2.4 模拟信号采集
        4.2.5 通信协议定义
    4.3 本章小结
第5章 系统联调与测试
    5.1 随钻测控系统硬件功能调试
        5.1.1 硬件裸板调试
        5.1.2 硬件模块功能测试
    5.2 系统工作环境测试
        5.2.1 低温测试
        5.2.2 压力测试
    5.3 电能与数据远程通信测试
    5.4 车间钻进平台联调
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

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本文编号：2847963