鹽度作為海水的重要參數(shù)之一,其分布變化是影響和制約其它水文要素分布和變化的重要因素,所以海水鹽度的測量是海洋水文觀測的重要內(nèi)容。海水鹽度的測量在水產(chǎn)養(yǎng)殖、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查、氣候氣象監(jiān)測、能源探索利用等方面都有很重要的應(yīng)用。隨著海洋的研究事業(yè)蓬勃發(fā)展,對海水鹽度的精度要求和自動化測量程度要求越來越高。 本文首先介紹了國內(nèi)外海水鹽度測量的發(fā)展動態(tài)、研究現(xiàn)狀及研究意義,講解了電導(dǎo)法測量海水鹽度的基本原理,并分析闡述了HD-4型海水鹽度計的測量方案及其存在的不足。 考慮到HD-4型海水鹽度計設(shè)計中存在的精度和自動化程度等問題,本文提出了一種新型設(shè)計方案。新方案主要體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)提高了激勵源的精度。 (2)使用自回零電路設(shè)計解決激勵源的對稱性設(shè)計。 (3)提高了標(biāo)準(zhǔn)支路的精度。 (4)檢流計的設(shè)計更趨合理。 (5)對一些影響系統(tǒng)測量指標(biāo)較大的噪聲信號進(jìn)行了相應(yīng)的處理,提高了測量的精度和準(zhǔn)確度。 本文在提出新的設(shè)計方案后,對新方案的精度等指標(biāo)進(jìn)行了分析。經(jīng)過分析得出系統(tǒng)可以得到很高的分辨率和精度,使用非平衡電橋的差補(bǔ)算法進(jìn)行1位擴(kuò)展,可使電導(dǎo)率比達(dá)到7.171*10~(-6)的精度,滿足設(shè)計需要的3.6258*10~(-5)精度要求。 新方案的設(shè)計仍是基于SOPC技術(shù),但對舊的系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。本文首先介紹了SOPC技術(shù)的概念和開發(fā)流程,然后結(jié)合本文的設(shè)計方案,對SOPC系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進(jìn)行了更清晰、更具體的闡述。在該部分還介紹了控制單元(以FPGA為核心)核心板的設(shè)計。 本文根據(jù)設(shè)計方案搭建了整個系統(tǒng),進(jìn)行了大量的調(diào)試工作,并做了一系列的實驗。首先給出了系統(tǒng)設(shè)計的功能實驗,通過實驗證明設(shè)計非常合理。隨后又進(jìn)行了性能指標(biāo)實驗,通過實驗得出海水鹽度測量的準(zhǔn)確度仍存在問題,并給出了導(dǎo)致該問題的原因。 由于在設(shè)計中既需要進(jìn)行精度分析,又需要對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,所以本文給出了設(shè)計過程當(dāng)中用到的一些數(shù)據(jù)處理的方法。 最后,本文對工作情況進(jìn)行了分析和總結(jié),指出精度和準(zhǔn)確性都有所提高,但仍沒達(dá)到系統(tǒng)的要求。下一步將對海水電導(dǎo)進(jìn)行更深入的研究,以期達(dá)到系統(tǒng)的指標(biāo)要求。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P731.12
【部分圖文】：

圖 2-2 電導(dǎo)池等效圖（1）-2 中，RL1 和 RL2 代表電極引線等效電阻，Rx 為溶液的等效電阻； Z生電極反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)極化和濃差極化時，兩個電極上的等效極化阻抗，阻抗，CDL1 和 CDL2 為雙電層電容；Cp 為電解質(zhì)電容。在激勵源的頻極的引線很長，其引線分布電容會相對很大，可以達(dá)到幾百到幾千 pF，解質(zhì)電容，因此，在進(jìn)行分析時，可以將電解質(zhì)電容 Cp 替換成電極引液電阻并聯(lián)。導(dǎo)池的等效電路，在對其進(jìn)行通電時，會產(chǎn)生一些問題，下面對其進(jìn)行解決方案。效應(yīng)交流電導(dǎo)測量中，由于激勵源為交流電，電極極化現(xiàn)象不明顯，但是，濃度高時，電極的電流密度會很大，當(dāng)不能保證激勵源為純交流（含有）時，會產(chǎn)生明顯的極化現(xiàn)象，從而影響最終的測量結(jié)果。了解決極化效應(yīng)，不僅要提高激勵源的頻率和盡量減少其直流分量，還電流密度，即增加電極的表面積。當(dāng)然，使用后面的方法會產(chǎn)生下面的

則可以得到合理而簡化的電導(dǎo)池等效電路，如圖 2-3(a)所示。C容，Cp 表示引線分布電容，在通常情況下，Cx(μF)>>Cp(pF 級)。在高溶用高頻情況下，雙電層電容 Cx 容抗相對很小時，雙電層電容也可以省略得到的等效電路如圖 2-3 (b)所示。電導(dǎo)池等效為溶液電阻與引線分布電容，這種等效電路也很常用。

HD-4 型鹽度計設(shè)計方案及優(yōu)缺點隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用環(huán)境要求海水鹽度的測量實現(xiàn)快速自動化，一些特殊應(yīng)用場合對海水鹽度的測量精度和準(zhǔn)確度的要求越來越高，HD-2不能滿足這些要求。針對 HD-2 型鹽度計存在的弊端，在其基礎(chǔ)上，開發(fā)出了度計。HD-4 型鹽度計設(shè)計方案基于 SOPC 技術(shù)，對電路進(jìn)行了數(shù)字化設(shè)計，在很大了測量的自動化，提高了測量精度和準(zhǔn)確性。1 HD-4 型鹽度計設(shè)計方案
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本文編號：2840587