深海拖曳式自然电位法技术研究

论文摘要

海洋是人类的资源宝库,地球表面的70%是海洋,海底资源和海底工程勘查对于人类的生存和发展及其重要,随着海底资源逐渐被人类所重视,海底资源探测和海底工程越来越多地需要破坏性小、探测准确性高的海底探测方法。自然电位法是电法勘探中应用最早的一种方法之一,由于它不需要人工施加电场,所以在仪器、设备及野外工作方面都较任何一种其它电法勘探方法简单。在海洋环境下,海水具有+200mV—+400mV的氧化电位。海底沉积物具有—100mV—-200mV的还原电位,海底是一个明显的氧化还原分界线。导电体（如矿物沉积）穿过这个界面时会产生电流,导电体扩散区的电流引起SP异常。在海底热液硫化物矿藏区分布着大量的金属矿藏,采用自然电位法可明显观测到异常。只要采用高灵敏度高精度的采集检测系统,就能检测出这一带是否有海底热液硫化物矿藏。这就是自然电位法应用于海底的一个重要理论依据。本文主要分为以下几个部分分别进行阐述：1.介绍了深海电磁探测技术的概况,归纳和总结国内外深海电磁探测技术的研究现状和发展趋势,简单阐述了几种主要的探测方法；2.对自然电位法进行理论研究,包括自然电场形成的原因,分布特点,以及在海洋环境下自然电位法的特点,为后面的数据分析提供理论依据；3.分析了整个拖曳式探测系统的构成,包括万米同轴缆的工作原理,微处理器的选型,AD芯片的原理和选型,以及数字滤波技术的特点、原理和课题所要解决的重点问题；4.重点介绍整个硬件电路,硬件电路是基于STM32微控制器,先对该微控制器进行了介绍,并分别对高精度数据采集电路,信道选择单元,模数转换处理器及其外围电路,电源电路等进行了模块化设计和实现,最后给出了电路设计时需要注意的事项以及经验总结；5.介绍了探测系统的软件设计,包括上位机软件跟下位机软件,简单描述了整个软件设计的流程；各个部分子程序的设计；6.对实验数据进行分析,并且用硬件和软件的方法尽可能的减少误差,实验结果证实了该系统已基本满足了本课题的指标要求,达到了设计的目标。最后总结了本课题的全部工作,提出了可以进一步完善的地方,并展望了海洋自然电位法的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 激发极化法（IP）
• 1.2.2 海洋可控源电磁法（CSEM）
• 1.2.3 自然电位法（俄罗斯RIFT探测系统）
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 SP自然电位法技术研究
• 2.1 岩石、矿石自然极化的原因
• 2.1.1 电子导体的自然极化
• 2.1.2 离子导体的自然极化
• 2.2 海洋自然电位法的有效性论证
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统整体方案设计
• 3.1 深海拖曳式综合物探系统应用环境
• 3.2 同轴电缆混合传输系统简介
• 3.3 微处理器的选型
• 3.4 AD芯片的选型
• 3.5 微弱信号检测技术研究
• 3.6 课题研究的重点问题
• 3.7 本章小结
• 第4章 硬件电路设计
• 4.1 系统总体硬件电路结构框图
• 4.2 主要部分硬件电路设计
• 4.2.1 仪表运放电路的设计
• 4.2.2 A/D采集电路设计
• 4.2.3 信号调理与通道切换电路
• 4.3 电源电路设计
• 4.4 电路设计总结
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 下位机软件的总体结构
• 5.1.1 采样程序设计
• 5.1.2 通用同步异步收发器程序
• 5.1.3 数据算法处理
• 5.2 上位机软件设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统组装调试及测试
• 6.1 减震、耐压工艺设计
• 6.1.1 减震工艺设计
• 6.1.2 耐压工艺设计
• 6.1.3 SP水下控制筒的安放及硬件电路实物图
• 6.2 系统检验测试
• 6.2.1 实验室模拟测试
• 6.2.2 近海测试实验及结果分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录