南极冰下湖可回收式探测器测控系统研制

发布时间：2020-08-12 16:53

【摘要】：南极大陆的冰层底下存在着冰下湖,冰下湖与外界隔绝,其独特的水环境可能提供了微生物进化以及地球古气候的信息。为探索这些科学问题,需要直接获取冰下湖湖水样品。通过冰下湖探测器可实现对湖水的采样与观测。本文结合课题来源背景,分析了国内外研究现状,设计了一种南极冰下湖可回收式探测器测控系统。主要由冰下分布式随钻测控系统、高压电力传输系统、冰面测控系统上位机软件三个部分组成。冰下随钻测控分布式测控系统是基于STM32F103单片机,使用RS485总线的嵌入式系统,主要完成钻具中传感器数据采集、对钻具内置绞车控制、以及基于电力线载波技术与上位机软件通信。高压电力传输系统负载高压大功率电力传输。冰面测控系统上位机主要用于实时接收、显示系统关键参数,也可向随钻测控系统发送控制指令。论文的主要内容由5个部分组成:系统整体方案设计、系统硬件设计与实现、嵌入式系统软件设计、上位机软件设计与实现、系统调试。本文首先确定了系统总体设计方案,并将总体方案划分为多个子方案进行设计,然后详细介绍了系统的软硬件设计。其中电路设计包括主控制电路、以及各种传感器系统组成的从机电路。系统软件设计分为冰下嵌入式软件设计和冰面上位机软件设计。调试阶段主要搭建了系统测试平台,完成了加热控制系统测试、随钻测控系统测试、载波通信系统测试、传感器系统测试,以及全系统的高低温测试。本文研制出一套用于南极冰下湖的可回收式无污染探测器测控系统,该系统已经在实验室内完成了环境模拟实验,测试结果表明系统可以在零下40摄氏度低温情况下稳定可靠运行,满足极地恶劣工作环境要求。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP368.1;P941.61;TP311.52
【图文】：

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１．３．１南极冰下湖探测器国内外发展现状逡逑自上世纪６０年代以来，人们对南极冰下湖的研究一直持续不断，现有充分证据表明，在逡逑南极冰盖下有４００多个冰下湖泊分布如图１．１所示Ｗ，南极冰下湖代表了多样且未^u发的水体逡逑环境，且需要大量的科学规划，工程开发。其中俄罗斯、美国等国家提出了各自不同方案，逡逑但都有一定的缺点。逡逑图Ｉ」南极冰下湖分布图逡逑（１）俄罗斯冰下湖ＩＣＥ－ＳＨＥＥＴ钻孔方法逡逑２０１２年２月５日，俄罗斯南极东方沃斯托克站深入钻探内陆冰盖（俄罗斯一个多年的项逡逑目）首次进入冰下湖，冰下湖约４０００米深，位于沃斯托克站正下方［６】。这项复杂的技术引起逡逑了人们的兴趣。问题是冰川的‘干’钻井对于探测器钻探５００ｍ的深度是可能的，若超过这个深逡逑度冰盖压力会使得钻孔直径变窄，而且这个过程会随着钻孔深度的增加而增加。为平衡压力逡逑需要在钻井中使用不可冻结、密度近水的钻井液，最广泛使用的钻井液是煤油的混合物和氟逡逑利昂，使用的钻井液的问题是可能会引起对南极地区的污染。逡逑ｒ邋ｐ逡逑ｉＴｉ邋ｔ邋ＴＢ１逡逑图１．２俄罗斯冰下湖探测器逡逑２逡逑

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【参考文献】