自容式湍流剖面观测仪设计与试验研究

发布时间：2017-05-16 19:24

  本文关键词：自容式湍流剖面观测仪设计与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋湍流导致了海洋中各种物质的扩散和混合,是引起海洋混合的重要而普遍的形式之一。海洋内部能量从大尺度到小尺度再到微尺度传递,最终以微尺度湍流形式耗散。海洋湍流在水体交换与海洋能量演化中起着尤为重要的作用,海洋湍流混合过程对大洋热盐环流具有极其重要调控作用。因此,海洋湍流的研究已然成为海洋科学研究的重要领域。海洋湍流研究的发展和海洋湍流观测仪器的研发密切相关,与国外湍流观测技术研究相比我国存在一定的差距。因此,为满足国内海洋湍流观测资料的迫切需求,研制具有自主知识产权的国产微尺度湍流观测仪器、提升我国在海洋湍流混合研究领域的成果,有着重要的应用价值和科学意义。本文研制了自容式湍流剖面观测平台与微尺度海洋湍流采集电路。通过分析总结国内外湍流测量平台的优缺点,设计完成了剖面测量平台的机械结构设计。基于打压试验与水库试验,验证了平台工作深度1500米、下潜速度可调范围0.3-0.9m/s、运动状态接近垂直；通过分析剖面测量平台的工作原理与海洋湍流信号的采集原理,设计完成了湍流剖面采集电路系统。包括主控电路、大容量存储电路、16路采集电路等。基于室内试验,验证了控制电路的稳定性、采集卡准确的捕捉能力以及满足湍流观测要求；最后,通过与MSS90的远海试验,证明自容式湍流观测仪在波数空间内脉动剪切流速波数谱与Nasmyth理论谱两者吻合良好。与MSS90剖面仪同步观测同一海域,两者湍动能耗散率数量级一致。验证了自容式剖面湍流观测平台的有效性与稳定性。
【关键词】：湍流观测 剖面观测 数据采集系统 比测试验
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P716.2;TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1. 绪论11-21
• 1.1 海洋微尺度湍流11-12
• 1.1.1 海洋湍流基本概念11-12
• 1.1.2 海洋湍流研究的意义12
• 1.2 海洋湍流观测的发展12-16
• 1.3 国内外湍流观测仪器发展及现状16-19
• 1.4 课题来源及意义19
• 1.5 本文主要研究内容及工作19-21
• 2. 自容式湍流剖面观测仪的总体设计与工作原理21-24
• 2.1 测量平台的总体设计21-22
• 2.2 测量平台的工作原理22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3. 自容式湍流剖面观测仪的单元结构设计24-37
• 3.1 1500m耐压舱设计及水密设计24-28
• 3.1.1 1500耐压舱强度稳定性与有限元分析24-27
• 3.1.2 水密设计27-28
• 3.2 主梁结构设计28-29
• 3.3 主浮体设计29-31
• 3.4 配平与下潜速度调节单元设计31-32
• 3.5 传感器保护罩设计32
• 3.6 电池方案设计32-35
• 3.7 模块安装设计35-36
• 3.8 本章小结36-37
• 4. 自容式湍流剖面观测仪的硬件电路设计与性能指标测试37-54
• 4.1 电子系统总体设计37-38
• 4.2 湍流观测原理及传感器选型38-43
• 4.2.1 湍流测量原理38-40
• 4.2.2 剪切流传感器选40-41
• 4.2.3 姿态加速度传感器41-43
• 4.3 STM32f107主控电路设计43-46
• 4.3.1 STM32f107控制器电路44-45
• 4.3.2 JTAG电路45
• 4.3.3 通信串口电路45-46
• 4.4 多路电源输出电路设计46-48
• 4.4.1 主控模块供电电路46-47
• 4.4.2 模拟板供电电路47-48
• 4.4.3 姿态加速度传感器供电电路48
• 4.5 多路数据采集电路设计48-51
• 4.5.1 前置放大器48-49
• 4.5.2 16路模拟通道电路49
• 4.5.3 AD转换电路49-50
• 4.5.4 采集卡控制电路50-51
• 4.6 大容量存储电路设计51-53
• 4.7 本章小结53-54
• 5. 室内试验54-63
• 5.1 仪器舱耐压与水密检测试验54-55
• 5.2 电子系统性能指标测试试验55-60
• 5.2.1 前置放大电路放大性能测试55-56
• 5.2.2 采集卡零漂与噪音测试56-58
• 5.2.3 采集卡捕获能力性能测试58-59
• 5.2.4 电子系统稳定性试验59-60
• 5.3. 简易风场试验60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6. 水库试验63-66
• 6.1 试验目的63
• 6.2 试验方案63-64
• 6.3 试验过程64
• 6.4 试验结论64-66
• 7. 与MSS90远海比测试验66-71
• 7.1 试验介绍66
• 7.2 比测数据分析66-70
• 7.2.1 自容式湍流观测仪与MSS90下放速度对比66-67
• 7.2.2 平台稳定分析67-69
• 7.2.3 波数空间谱分析69
• 7.2.4 耗散率对比69-70
• 7.3 试验结论70-71
• 8. 总结与展望71-72
• 8.1 总结71
• 8.2 展望71-72
• 参考文献72-74
• 致谢74-75
• 个人简历75-76
• 发表的学术论文76

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