基于ARM Cortex-M3/M4的海底多模式测控系统研制

海底沉积物的声学特性对于海底资源勘探、军事、地球物理科学研究等多个领域具有重要意义。针对现有声学沉积物原位探测装置设备工作模式单一、使用局限性大的问题,设计并实现了同时具备实时监测模式、触底自容模式和延时自容模式的声学原位探测装置测控系统。该系统以STM32处理器为核心,实现了电机控制、声信号与传感器信号采集传输、水下视频监控、工作日志存储等功能。测试结果表明,系统在不同工作模式下均可稳定可靠工作,达到设计要求。     

基于CT的含水合物沉积物电阻率测量系统设计与开发

为满足从微观尺度研究沉积物孔隙中水合物分布对电阻率响应特性影响的需求,设计开发了基于CT的含水合物沉积物电阻率测量系统,包括天然气水合物实验模拟部分、电阻率测量部分和CT扫描部分,实现了水合物原位生成过程中电阻率和CT扫描图像的同时监测。通过开展甲烷水合物生成实验,验证了系统的可用性。实验结果表明：（1）电阻率随通过CT图像计算的水合物饱和度呈指数规律上升;（2）水合物饱和度为17.13%~30.72%时,阿尔奇公式中饱和度指数在1.57至2.48之间。所开发的测量系统为进一步开展不同环境条件下水合物生成分解实验提供了技术保障,为研究水合物微观分布对电阻率的影响以及优化水合物饱和度计算模型提供了数据支撑。     

矿井延时震源同步采集装置设计

在矿井地震勘探工程中,炸药震源从通电到爆炸存在一定的时间延迟,这一延迟时间直接影响矿井地震资料处理及勘探成果的准确性。为保证煤矿井下数据采集时间精度,设计了矿井延时震源同步采集装置。当发爆器起爆时,发爆器起爆电雷管发出的高压电流通过电流互感器作用产生感应电流,通过整形电路将感应电流信号转换成矿用节点式地震仪能够识别的电压脉冲信号,同时近场震动拾震器接收炸药延时起爆产生的震动信号并传输给地震采集分站;地震采集分站以震动信号时间和脉冲信号时间作为地震数据同步时间的识别依据,从而获得震源爆炸的精确延迟时间;校正数据采集过程中单炮的延迟时间,可提高地震采集系统的同步精度。结构设计方面,采用穿心式电流互感技术实现了无源电路的设计,有效地解决了爆破母线与同步采集装置连接问题;通过锚杆连接孔将同步采集装置快速安装固定于炮孔附近的锚杆上,既解决了同步采集装置在炮孔附近就近安装的问题,又可方便、快捷、精准地接收近场地震冲击波。测试结果表明,同步采集装置可在10μs内完成触发,触发信号幅度约为2.5V,持续时间约为30ms,性能指标达到了地震波勘探同步采集设备的要求。     

高压可视化天然气水合物实验装置的研究

对高压可视化天然气水合物实验装置进行了研究.实验装置以现有天然气水合物开采方法结合水合物法海水淡化技术为研究背景,模拟海洋环境;利用水合物技术原位制备热盐水,开采海洋天然气水合物;采用可视化技术,可观察到水合物晶体状态.实际应用表明,该装置达到了设计效果,同时还可以应用到海水淡化等领域.     

深海采矿机器人控制体系结构研究

针对深海采矿机器人控制这一难题,提出了基于嵌入式ARM控制器的硬件设计方法和基于多任务调用的集成体系结构软件设计思路：从硬件和软件两方面进行了讨论,硬件包括海上监控系统与海底信息采集／作业系统,引入了ARM等嵌入式控制器及CAN总线结构,海底采用声纳、视觉图像及各类定位传感器协同工作,采集海底作业信息,通过6000m光缆进行海底与海上通讯;软件则在采矿机器人任务合理分配的基础上,将控制系统软件结构设计分为执行层、控制层和规划层。该方法能使整个系统成为一个有机整体,有效地完成对采矿机器人的实时控制,     

深海采矿机器人控制体系结构研究

针对深海采矿机器人控制这一难题,提出了基于嵌入式ARM控制器的硬件设计方法和基于多任务调用的集成体系结构软件设计思路.从硬件和软件两方面进行了讨论,硬件包括海上监控系统与海底信息采集/作业系统,引入了ARM等嵌入式控制器及CAN总线结构,海底采用声纳、视觉图像及各类定位传感器协同工作,采集海底作业信息,通过6 000 m光缆进行海底与海上通讯;软件则在采矿机器人任务合理分配的基础上,将控制系统软件结构设计分为执行层、控制层和规划层.该方法能使整个系统成为一个有机整体,有效地完成对采矿机器人的实时控制.     

时间序列沉积物捕获器控制系统设计

针对海洋沉积物在海洋多领域研究中的应用,设计了一种时间序列沉积物捕获器控制系统。该系统以MSP430处理器为核心,结合时钟芯片、步进电机及各种传感器,实现了捕获器在海底一年自动定时收集沉积物,并记录运行状况信息的要求。经测试,该设备工作稳定可靠,满足了设计要求。     

基于弱磁探测技术的高压海底电缆精确定位系统设计

高压海底电缆具有耐腐蚀、抗冲击性能好和电气寿命长等优点,是海上输电系统的重要组成部分,为保证海底输电系统正常运行,设计并开发了基于弱磁探测技术的高压海底电缆精确定位系统。装设海底弱磁探测器作为弱磁探测技术的执行元件,改装高压海底电缆精确定位器。根据高压海底电缆的组成结构、电力学工作原理以及磁场分布特征,构建高压海底电缆及其磁场等效模型。采集高压海底电缆的实时状态数据,利用弱磁探测技术获取高压海底电缆周围的磁信号,通过信号特征匹配与坐标计算,得出高压海底电缆精确定位结果。通过系统测试实验得出结论：与传统定位系统相比,优化设计系统定位静态电缆的平均误差降低约10.82m,定位动态电缆的平均误差降低了11.37m,表明了所设计系统在定位精度方面具有明显优势。     

基于PICMG2.16的数据获取系统设计

针对地震勘探高同步性、大数据量和连续采集的要求,设计了一种基于PICMG2.16的地震数据获取系统。系统采用基于PICMG2.16的CPCI背板结构,使用星形同步网络及高速差分信号传输,实现了系统级的同步控制以及地震数据的高速采集传输等功能,单箱体能够支持24条缆的地震数据获取;通过星形的同步控制和数据处理方式,实现了地震数据的连续采集。重点介绍了系统的架构设计、硬件设计、同步设计、以及地震数据连续采集的实现方案。与水下系统的联合测试结果表明,数据获取系统满足海上地震勘探的同步控制及高速数据采集和处理的要求。     

海底气体监测系统远程控制软件设计与实现

为了原位自动探测海底氢气、氧气、氮气、甲烷等示踪气体含量,同济大学海洋与地球科学学院研制了一套海底示踪气体原位自动检测系统。文中以这套系统的远程控制软件为例,探讨了海底示踪气体原位自动监测系统远程控制软件的设计与实现方法,在VC++2005平台中采用WSAAsyncSelect模式进行套接字编程,将接收的数据存入链表中,使用后台线程处理数据存储、心跳图显示等耗时操作,让主线程更从容地处理网络事件,确保数据的实时收发。同时提出了一个数据重传机制,从应用程序层次保证了数据传输的完整性和正确性。     

海上地震数据获取系统记录软件设计与实现

介绍海上地震数据获取系统记录软件部分。该软件设计为环形分层式模块化架构,包括系统内核、服务总线、应用层、表示层 4个模块。软件可以对4条拖缆(6 000 m/条)数据进行存储,并对数据进行监控。实际测试表明,该系统满足设计要求,且界面友好、兼容性好、扩展性强、可靠性高。     

Mapping of complex bedrock structure using the high-resolution reflection seismic technique

In May of 1996, four reflection seismic profiles and one VSP (vertical seismic profile) were acquired near Colonsay, Saskatchewan. This survey was conducted as part of a site-specific study of the high-resolution reflection seismic profiling, and shallow open-borehole VSP methods. The reflection seismic/VSP survey was designed with four specific objectives in mind. The sponsor wanted to determine: (1) whether high-resolution reflection seismic data could provide an essentially continuous structural image of the shallow subsurface (Quaternary alluvium and Cretaceous shale to a depth of ca 200 m); (2) if the Cretaceous bedrock and overlying Quaternary strata in the study area are extensively faulted; (3) whether useful VSP data could be acquired from shallow open-boreholes in the study area; and (4) optimum high-resolution reflection seismic acquisition parameters (given the target zone and site conditions) for future production-oriented work in the area. From a technical perspective the survey was successful. The acquired high-resolution reflection seismic data effectively image the shallow subsurface, and support the thesis that bedrock and overlying Quaternary strata are extensively faulted in the study area. The VSP data establish that sonic log velocities recorded above the water table in a fluid-filled borehole are anomalously high (relative to the seismic velocity of an equivalent thickness of unsaturated sediment). On the basis of the VSP control, the sonic log data were modified such that the corresponding synthetic seismograms correlate well with the reflection seismic profiles. Additionally, on the basis of field testing, optimum site/target specific field acquisition parameters were determined. These will be of use in designing any subsequent seismic reflection and VSP surveys in the study area.     

地震数据采集系统中的数据传输系统设计

针对地震数据采集系统中数据传输的要求,设计了一种长距离冗余数据传输系统,采用串行/解串(Serializer/deserializer,SerDes)技术,利用现场可编辑门阵列(Field programmable gate array,FPGA)作为控制,实现了多节点数据的远距离高速有序传输。两个相邻传输节点之间使用两条互为备份的数传通道同时发送数据,接收端硬件上实现两路数据的实时校验和判选,有效地提高了传输系统的稳定性和可靠性。     

QL5064桥片DMA传输的VxWorks驱动实现

海上高精度三维地震数据采集对室内系统数据处理的高实时性、高可靠性及高效传输性都提出了更严格的要求,海上高精度地震采集设备的室内系统数据传输部分采用基于CPCI（Compact PCI）总线架构的DMA（Direct Memory Access）传输方案。在CPCI总线上进行数据的DMA传输具有高效的性能,DMA传输速度实测达到400M byte/s,能够满足海上高精度地震采集设备数据处理模块的处理需求,文章介绍电缆接口板的工作流程和QL5064桥片的基本特性,阐述了基于QL5064桥片DMA传输的配置原理、配置流程及在VxWorks中驱动的具体实现。     

新型矿井多波多分量地震反射法观测系统关键技术研究

针对DTC-150防爆地质超前探测仪在工程应用中存在的解释成果误差较大的问题,提出了研制一种新型矿井多波多分量地震反射法观测系统的必要性;分析了煤岩有效地震波频率特性,提出新型矿井多波多分量地震反射法观测系统的有效布设方式为震源置于掘进面远端,采用一炮多收制;介绍了该系统中高速高精度多通道数据采集模块的电路设计;给出了该系统为消除掘进面绕射回波干扰和放炮形成的巷道声波干扰的处理方法。该系统已研制成功,实验结果表明,其本底噪声小,且具有较高的可靠性和稳定性。     

宽频带梯度水听器校准系统中的数据采集与处理

研制了适用于宽频带梯度水听器校准系统的数据采集板及预处理差分放大器，并且在这些硬件基础上研究设计了专门的软件程序，实现实量系统控制及流程控制，并且可以在多信息界面提示下进行相应的手动操作。本系统具有数据采集、数据处理、图形控制以及图形和数据表格方式输出结果等功能。     

基于脉冲反射法的电缆故障检测仪设计

介绍了一种以嵌入式微处理器Nios为核心的电缆故障检测仪.该仪器应用A/D器件和FPGA组成可变频率的高速数据采集系统,利用低压脉冲反射法原理来实现对电缆的断路、短路等故障的检测与定位.     

基于ARM9的UPS远程智能检测及控制系统设计与实现

以Samsung公司推出的ARM9处理器S3C2416为核心设计一款嵌入式UPS远程智能检测及控制系统。本系统可以通过局域网或现场终端实现对UPS电网供电输出电压、电池供电输出电压、电网供电输出频率、电池供电输出频率、耐电强度、保护接地、备用时间等参数的检测,并可进行远程放电、远程维护等操作;本系统还可对现场数据进行采集进而实现故障报警等功能。通过本系统进行检测得到的数据准确性高,利用本系统可以对UPS进行统一管理和维护,具有非常大的市场前景。     

基于CCD的电缆料杂质检测的研究

为了提高现阶段XLPE电缆料杂质检测的精度与速度,运用TCD132D芯片,建立了杂质检测系统;运用虚拟示波器DSO2902对系统采集的数据进行分析和处理,从而有效地识别杂质颗粒的存在与否并能够准确地计算出存在杂质颗粒的尺寸、位置等;结果表明,该系统能够准确地测出XLPE电缆料的杂质颗粒的尺寸,并能够确定该杂质颗粒所处的准确位置与杂质颗粒的个数等特性,其分辨力可达到20μm,误差小于10%,杂质的检出率达100%。     

在线式吸收型光纤干度传感器的研制

介绍了稠油开采时蒸气干度测量重要性与现有测量手段,分析现有的测量方式固有缺陷。提出了利用蒸气与液态水红外吸收峰值的差异研制光纤干度传感器的设计思路,在线式传感器的信号拾取部分采用双光路对射式结构,调制信号经高温光纤传输,信号经光电转换、放大与软件等解调处理,显示干度值或绘出干度变化曲线。