全海深沉积物保压取样装置设计及试验研究

为了实现全海深沉积物保压取样,提出基于着陆器的自密封式全海深沉积物保压取样系统。针对着陆器承载能力有限的问题,设计了花瓣压缩环形取样、下端自封闭、两端自平衡的新型取样机构,避免了传统大口径球阀的设计。对取样器贯入过程进行分析,计算最大贯入力的值为786.5N,为验证计算结果,搭建了试验台架以模拟沉积物的取样过程,在不同性质的粘土中测试了取样性能和贯入力,试验结果与计算结果基本相符合。贯入-取样测试结果还表明,对于塑性和硬塑性粘土,所提出的取样机构具有较好的取样效果,而对于流塑性粘土,取样器的取样效果较差。基于所得的贯入力设计了传动和驱动机构,对驱动电机进行了选型和封装。为验证取样器在高压下的工作稳定性及保压性能,在60MPa和100MPa高压舱内进行了多次测试,试验结果表明,取样器能够保持测试压力的80%以上。最后,在中国2021大洋科考TS21航次中,搭载“奋斗者号”载人潜器在西菲律宾盆区和马里亚纳海沟进行了三次原位测试,所提出的取样器均完成保压取样任务,共获取保压沉积物样品710ml。本研究所提出的全海深沉积物保压取样系统,包括新型超高压保压取样机构设计,充油电机的封装技术,全海深保压取样器压力补偿技术等,为类似系统的设计提供了理论和工程基础,可广泛应用于其他深海保压取样系统。     

沉积物上覆水界面取样器及配套转移装置设计

针对甲烷渗漏区渗漏通量的计算、非保压非气密取样设备导致的样品气体散失、微生物死亡和有机成分分解等问题，设计一种基于重载遥控无人潜水器（ROV）机械手操作的3 000 m级沉积物含上覆水保压取样器，以及与取样器配套的保压分离转移装置.该取样器可以实现样品的低扰动原位封装.在保压的工况下，转移装置可以实现上覆水的分离以及沉积物至不同培养釜的转移.基于阈值压力可调的泄压阀，保压转移装置通过压缩内部体积转移上覆水和通过二次取样转移沉积物.结果表明：取样器在南海的3次海试中分别获得了超过700 mL的保压样品，在3 000 m的海试中2 h压降仅为1.53 MPa，海试验证了取样器的取样率及保压能力.在30 MPa高压工况下，转移装置完成了沉积物及上覆水分离转移，在转移过程中保持压力波动不超过4.8%.在转移完成后，培养釜中样品的压力相对于取样器中的样品初始压力下降仅为4.7%.     

深海微生物取样器保压过程研究

为了实现取样器保压取样的可靠性，深入分析了深海微生物取样器保压功能的实现过程及其主要
影响因素.根据蓄能器内气体状态参数和深海环境压力的变化，把取样器保压过程分成了4个关键状态，
并建立了蓄能器在各关键状态转变时的状态方程.计算研究和模拟试验表明,保压过程中蓄能器的开启压
力略高于蓄能器充气压力；提高蓄能器的充气压力能获得更好的保压效果，当样品的原位压力为60 MPa
、蓄能器充气压力为20 MPa时，采样筒可以获得59 MPa的保压效果，充气压力大于25 MPa以后，每升高5
MPa，采样筒的压力提高0.1 MPa；采用20 MPa的充气压力，蓄能器皮囊在最大工作压力下体积变化小于
公称体积的75％，仍有较大的补压余量.     

重力活塞式天然气水合物保真取样器的研制

为了保真地获得沉积物样品，以有效识别天然气水合物存在与否，研制了天然气水合物勘探的一
种新型设备--重力活塞式天然气水合物保真取样器.该取样器由重力活塞式取样机构、保真取样筒、附
件与接口三部分组成，以自重作为动力源，自由落体插入沉积物中；通过回收主缆，转移样品到保真取
样筒；通过对上下封口的密封，实现保压功能；通过对保真取样筒内外表面镀特殊材料层及有机玻璃衬
筒实现保温功能.本取样器适用于3 km深海的表层保真取样，可以采集长达10 m的沉积物.样机试验表明
，此取样器动作安全可靠，保真效果好.     

线圈式压阻瞬态高压传感器的设计

针对新概念火炮内膛的温度变化大、振动、冲击及电磁干扰强等环境恶劣的高膛压测试,及现有的高膛压测试技术,尤其是高压传感器所存在的适应能力差的缺陷,提出了一种新结构的线圈式压阻瞬态高压传感器,它包括2个感压线圈和2个补偿线圈,这4个线圈与传感器外壳绝缘,形成半桥(双臂)工作的模式,同时采取多种形式屏蔽技术的联合设计构成抗电磁干扰的屏蔽系统.这种结构不仅可以提高传感器的灵敏度,而且可以通过防护和补偿来抵抗外界各种干扰.试验表明该传感器的非线性误差在高、低、常温状态下均不大于0.3%,重复性误差不大于0.5%.     

宽频带取样器

本文对单管门式、平衡门式(半平衡门式)、行波门式三种取样电路作了原理性介绍,以单管门式为重点,探讨了各电路参数的关系和设计原则,其中包括取样效率,取样器上升时间,对开关管的要求,取样电容的设计,取样器驻波比等。     

拖网在大洋多金属结核调查中的应用

多金属结核是大洋中一种重要的固体矿产资源,其调查的技术手段较为成熟,拖网是获取较多结核样品的重要手段。在大洋多金属结核调查中,根据取样过程中存在的问题,及时对拖网取样器进行改造、作业方法进行改进,最终取得了较好的取样效果,取样效率大幅提升。     

0—7GC微带宽带取样器的试制

本文是讨论用聚四氟乙烯玻璃纤维板做基片试制0一7GC宽带微带取样器的工作小结,其中主要是讨论作通过式取样器信号支路用的 0—7GC低通滤波器的设计及有关实验结果,用该方法设计低通滤波器误差小于3％,并讨论了取样器实验结果,找出了宽带取样器性能另一关键,开关管的外引线电感对取样性能影响。     

不确定网络化控制系统保性能控制器设计

针对一类具有时变网络诱导时延的不确定网络控制系统,研究了一种可以对时变时延进行补偿的保性能控制器的设计问题。通过引入两个附加的松弛矩阵使Lyapunov矩阵和系统矩阵分离,得到了一个新的时延补偿保性能判据,并基于该判据设计了系统的保性能状态反馈控制器。当将其应用于具有凸多面体不确定性的网络控制系统时,可以得到与系统不确定性相关联的Lyapunov函数,有效降低了设计的保守性,并且设计了一个迭代算法来得到问题的优化解。最后通过一个算例验证了所提出的时延补偿策略的可行性和优越性。     

温度对钻井泵活塞寿命的影响

针对高压喷射钻井工艺实施中,活塞寿命直线下降现象,对钻井泵活塞的温度效应进行实验研究,发现,随泵压升高,活塞工作温度迅速升高,活塞橡胶圈的磨损量也随之增大。、分析认为,要提高钻井泵活塞寿命,适应高压喷射钻井工艺,一是要采取必要的冷却降温措施,二是要合理选择橡胶圈材料。     

零重力模拟气动悬挂系统的开发及关键技术

为了模拟低频空间结构动力学测试时的零重力环境,研制出一种高精度的气动悬挂系统,解决了系统设计中的气动关键技术问题.从系统设计角度分析了试验装置的工作原理和系统参数对垂直悬挂频率的影响,以指导系统的低频设计.基于空气静压润滑的原理,设计了内部供压节流孔支撑的无摩擦气缸以消除系统的摩擦力,建立了活塞和缸筒间隙内气体泄漏流动和径向承载能力的数学模型,并分析了结构参数对其性能的影响,指出影响气缸性能的关键因素是活塞间隙和节流孔尺寸.利用比例阀构建了压力控制系统以实现高精度的重力补偿.试验结果表明,该气动悬挂系统可以满足低频、高精度和无摩擦的设计要求,验证了方案的可行性和有效性.     

Concentrated and gastight sampling technique of deepsea microplankton

A new sampling method of deepsea microplankton with function of in-situ concentrated sampling and gastight sampling was proposed. In-situ concentrated sampling technique was realized as follows: a microplankton membrane was used as filtration membrane, and a deepsea pump was used to pump seawater; the microplankton was captured and the density of microplankton was increased when seawater flow through the filtration membrane. Gastight sampling technique was realized as follows: a precharged accumulator was used as pressure compensator. During the process of lifting the sampler, the accumulator compensated the pressure drop continuously. The laboratory experimental results show that with in-situ concentrated sampling technique, in-situ concentrated sampling can be realized and the maximum concentration ratio reaches up to 500. With pressure compensation technique based on accumulator, gastight sampling can be realized. When sampling at 6 km and the precharge pressure of accumulator is 18 MPa, pressure drop of the sample is less than 2% compared with its original pressure. Deepsea experiment (at 1.9 km) results show that the sampler can realize in-situ concentrated sampling and gastight sampling.     

ZTY265天然气压缩机动态压力测试系统的研制

ZTY2 65天然气压缩机是以二冲程发动机作为动力源的二级活塞式压缩机 ,针对此压缩机 ,本文作者研制了ZTY 2 65天然气压缩机动态压力测试系统。它采用笔记本电脑及高速数据采集器 ,并配以光电编码器及处理电路 ,使得测试系统采样分辨率高 ,可进行多路参数同时采样。本系统采用自制的软件 ,对上止点相位和误差进行了深入的研究 ,使测试系统具有较高的精度和抗干扰能力。所研制的测试系统在ZTY2 65天然气压缩机上进行了试验 ,得出了较精确的示功图和主要性能参数     

活塞式压缩机气阀运动规律的测试

简述了用变距离电容位移测定法对活塞式压缩机气阀运动规律进行测试的基本过程。介绍了变距离电容位移传感器的设计原理和结构 ,具有结构简单、位移变化产生的信号较大、受温度影响小和精度高的特点。对交流电桥的最佳选择做了详细讨论 ,使其达到桥路简单、组件少和性能稳定的要求。并提出一种用正交多项式法来处理标定曲线的数学方法 ,避免了采用最小二乘法解联立方程的繁琐过程 ,而且可以任意增加逼近多项式的次数。通过对 2ZA -1 /8小型活塞压缩机的气阀运动规律实测曲线的对比和分析 ,证明该测试方法切实可行 ,克服了其他类型的位移传感器破坏阀门结构、影响排气、改变阀片受力状态的缺点 ,更适应小型压缩机气阀的测定 ,能够为气阀的设计和改造工作提供较为准确和可靠的实验资料。     

类龙伯格非线性扩张状态观测器的研究

针对非线性扩张状态观测器的一般形式,引入一个增益因子,提出了扩张状态观测器的一种设计方法.运用该方法可以设计出任意阶的非线性扩张状态观测器,所设计的扩张状态观测器具有类龙伯格状态观测器的结构,并且其动态品质只与补偿矩阵的极点位置有关,与非线性函数的形式无关.选取满足条件的不同非线性函数可以得到不同形式的非线性扩张状态观测器.对二阶非线性不确定系统进行了仿真研究,结果表明了该设计方法的有效性.     

基于模糊温度补偿的高压气密性检测系统

压力检测在工业生产自动化控制中一直占据非常重要的位置。为提高测压系统输出特性曲线的线性度和控制精度特性,采用模糊算法和PID算法相结合来对压力检测系统进行程序设计,依赖模糊控制技术建立一种新的温度补偿算法,同时使用工控机结合Lab VIEW软件平台来进行界面控制,完成对整个系统硬件软件的设计。该系统可以克服温度变化在压力检测系统中产生的严重偏差,并且可以通过提高采样频率来提升控制效果和控制精度,以满足实际应用中的控制需求。精度高、结构简单、使用芯片较少,大大的降低了成本开支。调试检测结果显示本控制系统满足在精度高、稳定性好的自动检测系统中对压力的检测,其检测精度可达到0.1%。     

基于状态反馈自校正的电液伺服控制系统

为了实现电液伺服机构驱动速度自动调节，抑制和消除扰动的影响，利用测速电机和电位器作为反馈元件，油缸作为驱动执行元件，PID为核心及相应的信号处理等电路构成观测器重构状态反馈控制元件，构成了等价闭环控制系统，给出了油缸和伺服机构驱动原理及观测器重构状态反馈系统的设计方法和实验过程．经实验证明，本系统能够得到往复直线运动速度自动调节，实现了双杆活塞液压缸对称相等的驱动速度,具有快速抑制和消除系统扰动作用的功效.     

利用差动原理和采样补偿提高工作台精度

针对精密定位工作台目前存在的高精度、大行程和低成本难以协调的问题,提出一种差动式结构的工作台,利用动态采样的方法对开环误差进行标定,建立误差模型,通过控制上下叠加的两个工作台差动对系统误差进行动态补偿.研究表明:利用差动原理对误差动态补偿的方法有效提高了工作台精度和系统灵敏度,为微位移机构的设计提供了新的思路和方法.