海底静力触探平台的测控系统设计与实现
发布时间：2021-01-27 14:09
随着现代科技的跨越式进步和与之相对的陆地资源的消耗,人类对海洋资源的需求上升到了一个新的高度,在海洋中活动的范围也越来越广。尤其是在海洋工程领域,发展的速度明显超过了同期资源开发的速度。据2010年国家数据统计,全球海洋工程设备共有各类海洋钻探装备750多套。海洋工程领域技术先进,投入产出比小,并且具有极高的附加价值,是未来全球在这一领域发展的战略重点。虽然各国都早已着手海洋资源开发和海洋工程建设,但是都不可避免地面临着不小的难度,尤其是海洋地质探测设备的落后严重制约了人类社会对海洋资源探索的脚步。静力触探技术是目前最先进的海底土体原位探测方法,是我国在“海洋强国”战略中的一个重要发展方向,在国防安全、水下工程、海洋资源勘探、海洋科学调查等领域都有着及其光明的应用前景。本文针对海洋静力触探工程技术的工作原理,设计了一套基于海底静力触探平台的测控系统。该平台搭载的海洋静力触探设备以一种静力的方式将静力触探传感器探杆缓慢地贯入到海底沉积物土层中,获取相关的土质参数。测控系统主要包括控制海底设备贯入的水下测控单元和甲板数据采集单元。水下测控单元通过软件模拟全双工485与甲板PC端实时通信,执...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外静力触探设备静力触探技术最早于1950年前后问世，距今已有约70年的历史
器的夹持状态，做出相应应急措施。荷兰辉固公司“Seacalf”系列的沉放式静力触备良好的稳定性。该设备底部安装了可以提供支承反力的海底盘，具有 300 米水深作的能力，并且触探深度最深可达 40 米[51]。（3）多样性：海底静力触探技术在海洋土体工程勘察中应用前景广泛的同时，也受环境、设备贯入动力和不良的市场竞争等因素限制，以至于在海洋土体工程商业中所下降，相关的技术发展增势也有所放缓。目前，国外的静力触探技术正朝着探头的发展方向前进，国内相关科研机构也已通过和其他原位探测技术的有效结合，开静力触探仪、旁压静力触探仪、电阻率静力触探仪与测斜仪等多种静力触探仪[14]。术为静力触探技术添加新的色彩，也是我国静力触探技术未来的发展方向。 课题的研究内容与章节安排本课题针对原位测量海底沉积物土质参数的工作特性，研制了一套适用于海底环境探平台测控系统。该系统适用于近海水深约 50 米的海洋工作环境，具备测量方便、性高、多站点测控的良好特性。该系统主要从三个设计模块进行展开，分别是海底、甲板单元数据采集设备和甲板控制终端。图 1.2 为本课题所研究的海底贯入系统
内部电路输出电压也相应变化。数据采集仪通过采集传感器输出的电压信号得到相应的土质参数。静力触探传感器探头贯入到土中的过程对土体的变形和破坏极其复杂。假如把锥头的贯入过程看成是准静态的，即从一个平衡过程向另一个平衡过程变化的状态，则该问题的答案应当满足几何方程（大变形）、平衡方程、力与位移边界条件和土的本构关系等。综合目前的研究现状，常用的近似理论方法包括[23-25]承载力理论、孔穴扩张理论、稳态变形理论、应变路径法、运动点错位方法等，且上述的理论前提为土壤环境为饱和黏土。承载力理论则是把锥头贯入看成一个承载力问题，即被贯入土体对锥头的负重能力。假设锥尖所受阻力与圆形基础的破坏荷载值相同，并采用极限平衡和滑移线两种分析方法来确定锥尖阻力。孔穴扩张理论与该现象类似：在弹塑性介质中产生一个孔洞需要的压力与相同条件下扩张为相同体积的孔穴所需的压力是成比例的[18]。通过平衡方程、几何方程和土的本构关系结合破坏准则和边界条件可求解该理论问题。应变路径法则是将这种贯入导致的土层破坏看成定向流动问题求解，即将锥头的贯入看做土颗粒环绕相对固定不动的锥头，沿周围分布的流线向探头贯入的反向流动[26]。2.1.2 测控系统框架设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型海上静力触探设备的研制与应用[J]. 季福东,贾永刚,刘晓磊,郭磊,张民生,单红仙. 海岸工程. 2016(02)
[2]海洋数字式多功能静力触探探头的开发与应用[J]. 陈奇,张志刚,杨楠,任旭光,石志鹏. 工程勘察. 2016(06)
[3]利用W5500实现继电器远程控制[J]. 罗萍. 物联网技术. 2016(05)
[4]浅谈静力触探技术在岩土工程勘察中的应用及发展前景展望[J]. 李庆丰. 福建建筑. 2014(07)
[5]基于.net框架的矿用钢丝绳远程在线监测系统设计[J]. 程晖,刘晓平. 信息通信. 2013(08)
[6]如何自主开发电子小制作[J]. 李勇. 电子制作. 2013(04)
[7]应用SCPTu确定静止土压力系数的试验研究[J]. 童立元,刘松玉,张焕荣,杜广印. 土木工程学报. 2013(04)
[8]基于STM32的最小系统及串口通信的实现[J]. 勾慧兰,刘光超. 工业控制计算机. 2012(09)
[9]可用于智能养老院系统终端的电路设计[J]. 陈迪荣,李文钧. 电子器件. 2012(03)
[10]基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J]. 李世奇,董浩斌,李荣生. 测控技术. 2011(12)
硕士论文
[1]中小规模可编程逻辑控制器的研制[D]. 阚伟.长江大学 2012
[2]基于WEB的化合物核磁谱图数据库设计与实现[D]. 黄河.华东师范大学 2007
[3]海底土体静力触探关键技术研究[D]. 石要红.中国海洋大学 2005
本文编号：3003184
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外静力触探设备静力触探技术最早于1950年前后问世，距今已有约70年的历史
器的夹持状态，做出相应应急措施。荷兰辉固公司“Seacalf”系列的沉放式静力触备良好的稳定性。该设备底部安装了可以提供支承反力的海底盘，具有 300 米水深作的能力，并且触探深度最深可达 40 米[51]。（3）多样性：海底静力触探技术在海洋土体工程勘察中应用前景广泛的同时，也受环境、设备贯入动力和不良的市场竞争等因素限制，以至于在海洋土体工程商业中所下降，相关的技术发展增势也有所放缓。目前，国外的静力触探技术正朝着探头的发展方向前进，国内相关科研机构也已通过和其他原位探测技术的有效结合，开静力触探仪、旁压静力触探仪、电阻率静力触探仪与测斜仪等多种静力触探仪[14]。术为静力触探技术添加新的色彩，也是我国静力触探技术未来的发展方向。 课题的研究内容与章节安排本课题针对原位测量海底沉积物土质参数的工作特性，研制了一套适用于海底环境探平台测控系统。该系统适用于近海水深约 50 米的海洋工作环境，具备测量方便、性高、多站点测控的良好特性。该系统主要从三个设计模块进行展开，分别是海底、甲板单元数据采集设备和甲板控制终端。图 1.2 为本课题所研究的海底贯入系统
内部电路输出电压也相应变化。数据采集仪通过采集传感器输出的电压信号得到相应的土质参数。静力触探传感器探头贯入到土中的过程对土体的变形和破坏极其复杂。假如把锥头的贯入过程看成是准静态的，即从一个平衡过程向另一个平衡过程变化的状态，则该问题的答案应当满足几何方程（大变形）、平衡方程、力与位移边界条件和土的本构关系等。综合目前的研究现状，常用的近似理论方法包括[23-25]承载力理论、孔穴扩张理论、稳态变形理论、应变路径法、运动点错位方法等，且上述的理论前提为土壤环境为饱和黏土。承载力理论则是把锥头贯入看成一个承载力问题，即被贯入土体对锥头的负重能力。假设锥尖所受阻力与圆形基础的破坏荷载值相同，并采用极限平衡和滑移线两种分析方法来确定锥尖阻力。孔穴扩张理论与该现象类似：在弹塑性介质中产生一个孔洞需要的压力与相同条件下扩张为相同体积的孔穴所需的压力是成比例的[18]。通过平衡方程、几何方程和土的本构关系结合破坏准则和边界条件可求解该理论问题。应变路径法则是将这种贯入导致的土层破坏看成定向流动问题求解，即将锥头的贯入看做土颗粒环绕相对固定不动的锥头，沿周围分布的流线向探头贯入的反向流动[26]。2.1.2 测控系统框架设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型海上静力触探设备的研制与应用[J]. 季福东,贾永刚,刘晓磊,郭磊,张民生,单红仙. 海岸工程. 2016(02)
[2]海洋数字式多功能静力触探探头的开发与应用[J]. 陈奇,张志刚,杨楠,任旭光,石志鹏. 工程勘察. 2016(06)
[3]利用W5500实现继电器远程控制[J]. 罗萍. 物联网技术. 2016(05)
[4]浅谈静力触探技术在岩土工程勘察中的应用及发展前景展望[J]. 李庆丰. 福建建筑. 2014(07)
[5]基于.net框架的矿用钢丝绳远程在线监测系统设计[J]. 程晖,刘晓平. 信息通信. 2013(08)
[6]如何自主开发电子小制作[J]. 李勇. 电子制作. 2013(04)
[7]应用SCPTu确定静止土压力系数的试验研究[J]. 童立元,刘松玉,张焕荣,杜广印. 土木工程学报. 2013(04)
[8]基于STM32的最小系统及串口通信的实现[J]. 勾慧兰,刘光超. 工业控制计算机. 2012(09)
[9]可用于智能养老院系统终端的电路设计[J]. 陈迪荣,李文钧. 电子器件. 2012(03)
[10]基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J]. 李世奇,董浩斌,李荣生. 测控技术. 2011(12)
硕士论文
[1]中小规模可编程逻辑控制器的研制[D]. 阚伟.长江大学 2012
[2]基于WEB的化合物核磁谱图数据库设计与实现[D]. 黄河.华东师范大学 2007
[3]海底土体静力触探关键技术研究[D]. 石要红.中国海洋大学 2005
本文编号：3003184
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