电极式实验室海水电导盐度计的研制

论文摘要

溶液的电导率是电解质溶液的一个基本物理化学量。在特定的条件下,溶液的含盐量、总溶存性固形物质TDS（TotalDissolvedSolids）、pH值等都与电导率有着密切的关系。所以对以电导率测量为核心的多参数水质检测系统的研究具有重要的意义。人们为了认识海洋和开发利用海洋想出了许多测量海水盐度的方法。这些测量方法中,由于电导率测盐法具有精确度高、速度快,计算海水密度可靠以及便于现场测量等优点而占了最重要的地位,尤其1678年实用盐标制定后,这种方法已成为海水盐度测量的主要手段。本文首先介绍了国内外盐度测量技术的发展状况,全面分析、阐述了前期盐度计的工作原理及其所存在的问题。接着为解决这些问题,提出几种方案,对这几种方案根据原理比较和试验结果选择出最优设计。论文详细介绍了最优方案的硬件电路、软件功能设计及FPGA内部的实现。最后介绍了盐度计的试验情况。本论文是在前期盐度计的基础上进行的优化设计。前期盐度计采用平衡电桥原理,分辨率可以达到10-5 ,但由于原设计在电路及硬件逻辑上存在一些问题,软件算法上不够严密,造成精度和稳定性不好,可靠性和继承性也不理想。本论文的主要目的就是通过完善软件、修改硬件来提高精度、稳定性和可靠性,优化继承性。论文的第一个重要研究内容是如何修改具体硬件电路,并对拟采用的硬件电路进行单元实验,完成基准的自稳零,使系统性能更加完善;论文的第二个重要研究内容是更改FPGA内部硬件设计,尤其是IP核设计,对IP核进行仿真、调试,将主要工作交给硬件完成,减少软件的工作量,降低测量延时和误差;最后,在软件上,研究不同波形处理算法的优缺点,优化软件算法,使盐度测量精度达到要求,系统的自动化程度提高;优化人机界面设计,方便用户操作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 主要技术指标
• 1.4 研究现状及发展动态
• 1.5 课题研究的主要内容及难点
• 2 盐度计测量方法比较分析
• 2.1 基本概念介绍
• 2.1.1 绝对盐度（SA）
• 2.1.2 实用盐度（S）
• 2.1.3 电导率
• 2.2 海水盐度测量方法概述
• 2.2.1 氯度滴定法测量盐度
• 2.2.2 电导率法测定盐度
• 2.2.3 盐度的其他测量方法
• 3 电导率法测定盐度原理
• 3.1 影响溶液电导率大小的因素
• 3.1.1 与电解质的种类有关
• 3.1.2 海水电导率与温度关系
• 3.1.3 海水电导率与压力关系
• 3.1.4 海水电导率与盐度关系
• 3.2 电导测量法面临的问题
• 3.3 电导率测定方法
• 3.3.1 感应式
• 3.3.2 电极式
• 3.4 电导率测量原理概述
• 3.4.1 实用盐标关系式
• 3.4.2 计算海水盐度
• 3.5 HD-2 测量原理
• 3.5.1 测量桥路
• 3.5.2 HD-2 型盐度计优缺点
• 3.6 前期盐度计HD-4
• 3.6.1 测量原理
• 3.6.2 前期盐度计HD-4 优缺点
• 3.7 本课题中的盐度计
• 4 .改进方案和具体硬件电路实现
• 4.1 测量原理方案改进
• 4.1.1 方案一
• 4.1.2 方案二
• 4.2 系统具体实现
• 4.2.1 整体结构
• 4.2.2 核心板
• 4.2.3 模拟板
• 4.2.4 数字板
• 5 SOPC 在本设计中的应用
• 5.1 SOPC 技术
• 5.2 SOPC 器件简介
• 5.3 SOPC 系统开发流程
• 5.3.1 系统开发流程
• 5.3.2 硬件开发流程
• 5.3.3 软件开发流程
• 5.4 系统的软硬件开发环境
• 5.4.1 Quartus II 6.0
• 5.4.2 嵌入式逻辑分析仪
• 5.4.3 SOPC Builder
• 5.4.4 Nios II IDE 集成开发环境
• 6 IP 核设计
• 6.1 IP 核与VHDL 简介
• 6.1.1 IP 核
• 6.1.2 VHDL 简介
• 6.1.3 激励源IP 核设计
• 6.1.4 IP 核设计
• 6.1.5 数字模块设计
• 6.1.6 D/A 总线逻辑仲裁
• 6.2 DA 转换IP 核
• 6.2.1 AD 转换IP
• 6.2.2 按键IP
• 6.2.3 PGA 控制IP
• 6.2.4 8563 控制IP
• 7 软件设计算法
• 7.1 主程序设计
• 7.2 数据处理
• 7.2.1 系统的标定
• 7.2.2 数据平衡算法
• 7.2.2.1 采样原理
• 7.2.2.2 算法改进
• 7.3 外部电路驱动程序
• 7.3.1 按键处理程序
• 7.3.2 AD 与DA 处理程序
• 7.3.3 显示界面优化
• 7.4 嵌入操作系统μCLINUX
• 7.4.1 μClinux 系统简介
• 7.4.2 μClinux 内核编译
• 8 系统测试与实验
• 8.1 一致性实验
• 8.2 稳定性实验
• 9 完成情况及展望
• 9.1 结论
• 9.2 有待解决的问题及未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文