基于大浮标的海洋放射性原位监测系统研究

海洋放射性原位监测相比于传统采样回实验室分析可以实现连续、实时、自动化监测.文中研究了基于大浮标的海洋放射性原位监测系统,使用放射性测量传感器测量周围环境的放射性数据,使用GPS确定所测环境坐标,通过北斗通讯的方式将所测得放射性数据、位置信息等发送给岸站,岸站收到数据后计算并显示放射性测量传感器所测周围环境放射性数据能谱;研究设计了一种分包发送数据,数据丢包补发机制,解决海洋放射性数据量大、传输时间长、数据不全会造成解谱不准确的问题.最后通过实验室长期实验验证,长期数据平均接收率达到98%以上,能够利用海洋放射性原位监测系统实现准确可靠的监测.

小型海洋资料浮标稳定性对浮标作业的影响研究

简单介绍了三种海洋资料浮标形式,分析了其在位运行过程中部分搭载传感器容易出现的损坏方式以及损坏后可进行的维修方式。根据现有的海上维修经验可知10 m浮标维修难度最低,3 m浮标维修难度最高。从已达到产品化标准的3 m浮标出发,以势流理论为基础,通过数值模拟的手段计算不同小波高、短周期下浮标的横摇响应情况,并且通过优化浮标的重心及惯性矩以降低浮标的摇摆角度,可为今后降低3 m浮标海上维修难度的结构设计提供思路。

石墨烯在环境污染监测与修复中的应用进展

石墨烯作为一种新型纳米材料,具有独特的结构、稳定的物化性质及优良的生物相容等性能,已被广泛应用于生态环境、能源、生物医药、微纳电子等相关领域。该文对近10年来石墨烯基材料在生态环境领域中的应用进行综述,旨在推进新型材料的实际应用进展。

海水营养盐微弱信号检测技术研究

基于光电检测原理和锁相放大技术,对海水营养盐微弱信号检测技术进行了研究。采用模拟锁相放大电路对光电二极管的微弱电压信号进行前置放大滤波处理,基于STM32F401硬件平台提出了改进的变步长最小均方自适应滤波算法对微弱信号做进一步滤波提取,最终实现海水营养盐微弱信号的精准检测。仿真和实验数据表明,该技术方案能够提高营养盐传感器的数据准确度和精密度。

基于氧敏感膜的海水溶解氧测定技术研究

提出了一种利用荧光猝灭原理测定海水溶解氧的方法,分别从光电检测电路、LED驱动电路、光电二极管电路、温度检测电路、信号产生采集处理控制电路等方面详细介绍了基于氧敏感膜的海水荧光信号检测系统设计方案,通过实验测试了荧光信号检测系统对荧光相位滞后检测能力、系统的整体稳定性和系统测试数据的准确度。准确度测试中溶解氧测试数据点饱和度从100.00%减小到11.56%,氧敏感膜荧光信号检测系统所测数据与碘量法误差最大为5.15μmol/L,两种方法变化趋势相同。此系统可以作为一种海水溶解氧测量仪器,具有良好的应用价值。

基于荧光猝灭原理的海洋原位溶解氧传感器及定量标定算法

针对国产化海水溶解氧传感器原位准确监测的需求,采用调制-解调数字正交锁相放大检测技术研制了海水光学溶解氧传感器,实现了微弱荧光寿命的准确检测。采用多项式标定方法对溶解氧传感器进行了温度系数标定,建立了荧光相位、溶解氧浓度、温度的多项式定量算法模型,实现了溶解氧的准确检测,在标定试验温度范围内随机温度和溶解氧浓度下,使用该方法标定后传感器测温精度为±0.1℃,溶解氧测量准确度达到了±0.1 mg/L。

基于可调谐激光吸收光谱的湿度传感器研究

针对湿敏电容式温湿度传感器存在的低温高湿环境测量不准确、响应时间长、高湿褪湿慢等问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,提出利用正弦波有效值归一法测量环境湿度,以二次谐波峰峰值和正弦波有效值的比值作为系统输出,抑制视窗污染和激光器功率衰减产生的光强变化对湿度测量的影响。在国家气象基本站与传统湿敏电容式温湿度传感器进行了比测,实验结果表明2种温湿度传感器测量数据的一致性很好,证明正弦波有效值归一法测量环境湿度的有效性。

水下焊接焊缝金属的晶间腐蚀研究

采用电化学动电位再活化法(EPR)和草酸浸蚀法对水下焊接焊缝金属和陆地焊接焊缝金属的晶间腐蚀进行对比研究,综合评价焊缝的耐蚀能力并分析其原因。结果表明,水下焊接焊缝的再活化率为39%,陆地焊接焊缝的再活化率为5%。水下焊缝的晶间腐蚀倾向较大。而陆地焊缝的晶间腐蚀敏感性小。水下焊接接头晶粒内部可能因为存在细小亚晶界而使晶界面积增大,从而导致晶间腐蚀敏感性比陆地焊接接头强。

多通道原位营养盐监测系统设计

现有的营养盐监测体系一般为单通道回路,且测样流程耗时大,回路之间存在污染,严重影响了传感器的工作效率和准确度。为此,在现有监测体系的基础上设计一种以高级单片机STM32F401为控制核心的多通道原位营养盐监测系统。该系统整体基于微流控芯片技术的流路体系,采用模拟锁相放大电路+变步长LMS(最小均方算法)自适应滤波算法用于微弱信号的检测提取,最终实现海水营养盐的多通道原位实时监测。长期的试验数据表明,该多通道原位监测系统对于提高营养盐监测效率和准确度具有非常重要的意义。

汽车外流场分析以及流线型改进

以某一微型汽车为原型,进行了汽车三维外流场气动特性数值模拟研究。通过对原车与改进流线型车在不同速度下的压力场的分析,以及对气动阻力值的比较,发现正常行驶速度20 m/s以及极限行驶速度50 m/s下,改进流线型车的压力分布都得到了有效改善。汽车的气动阻力在20 m/s时减阻率为6.67%,在50 m/s时依旧能减阻4.55%。改进后的汽车可以有效降低汽车气动阻力值,提升汽车的动力性和燃油经济性。

基于24位置的MEMS惯性传感器快速标定方法

针对微惯性测量单元原始输出信息受零偏、标度因数、非正交误差等误差项干扰影响测量精度的问题,提出一种无需借助高精度转台的MEMSIMU快速原位标定方案。在分析MEMS惯性传感器输出特性的基础上建立传感器误差模型,利用六面体夹具设计IMU24位置连续转停标定方案,以重力及各次旋转角度为参考信息完成传感器误差标定。针对加速度计零偏、标度因数、非正交误差9个参数构造标定模型,采用牛顿法估计误差参数最优值,考虑陀螺仪零偏与标度因数6个误差参数,利用最小二乘法计算误差参数最优估值。分别进行加速度计、陀螺标定补偿实验,实验结果表明,提出的MEMSIMU快速原位标定方法能快速得到传感器误差参数,提高了输出数据精度。

海水五参数原位营养盐分析仪的研制

基于湿化学反应原理,将分光光度法与流动注射分析技术相结合,采用三通阀配合蠕动泵控制的环路设计,研制出体积小、稳定性高、试剂用量少、自动化程度高、可以实时在线测量海水中5项营养盐的原位营养盐分析仪。通过实验对仪器的线性范围、检出限、准确度和精密度等进行验证,得到亚硝酸盐、硝酸盐、铵盐、磷酸盐和硅酸盐的线性范围分别为5~250,10~500,10~500,10~300,10~1 000μg/L,最低检出限分别为0.81,3.01,1.79,2.54,3.02μg/L。在测量范围内亚硝酸盐、铵盐、硅酸盐的相对标准偏差小于3%,硝酸盐和磷酸盐的相对标准偏差小于5%。将研制的海水五参数原位营养盐分析仪与国标法进行现场比测,结果基本一致,能反映各项营养盐的含量及变化。该营养盐分析仪可以搭载到科考船、台站、浮标等平台上进行原位检测,也可以用于实验室测量。

一种多遗忘因子自适应卡尔曼降噪的MEMS间接对准

针对MEMS惯性器件输出精度低导致惯导系统初始对准误差大问题,提出了一种先利用多遗忘因子自适应卡尔曼(MFFAKF)对原始数据降噪处理后再采用磁强计辅助的MEMS间接粗对准的方法。该方法采用多重遗忘因子调节不同的滤波通道对加速度计与磁强计传来的原始数据进行预处理后再进行姿态角解算,提高初始对准精度,缩短对准时间。实验结果表明,采用MFFAKF得到的粗对准航向角精度满足MEMS惯导系统粗对准要求。

萤石对水下湿法焊接工艺性能及力学性能的影响

采用自制金红石型碳钢焊条进行水下湿法焊接,重点分析药皮中萤石与大理石的加入量对焊缝成形,熔渣成分、物相、覆盖性、脱渣性及焊接接头力学性能的影响。由焊缝宏观形貌分析发现,随着药皮中萤石含量的增加,焊缝的铺展性和熔渣的脱渣性变好,但熔渣的致密性和覆盖性变差。通过对熔渣的物相进行分析,得出熔渣的主要组成相为Fe_2MnTi_3O_(10)和FeTiO_3,还含有少量的MnO和Ca_2SiO_4,改变萤石和大理石的含量,对熔渣的主要组成相没有产生影响。通过力学性能测试得出,药皮中萤石加入量为6.5%时,所得焊接接头的力学性能最好。

基于Libmodbus的走航式海表温度传感器总线协议设计

针对船用海水表层水温观测以人工观测为主的现状,基于跨平台的Modbus库Libmodbus的走航式海洋表层水温监测系统,通过在船舶一侧布放处于船舶吃水线范围的水温传感器来采集表层水温信息。采用RS485/Modbus协议实现多站多点联网,构成分布式系统,进行海水表层温度的自动采集。上位机基于Modbus-RTU协议,并添加循环冗余校验以保证其对水温传感器的远程控制和表层水温信息采集功能的可靠性、安全性。该系统不仅运行稳定,操作简单方便,还具有可移植性和可扩展性。实验结果表明,该系统可以稳定可靠地监测海洋表层水温,实现表层水温的随船在线测量。

基于MFFAKF的微惯导磁匹配粗对准方法

针对微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低,无法完成惯导系统方位对准的问题,该文提出一种采用加速度计与磁强计输出完成MEMS惯导系统粗对准法。同时针对遗忘卡尔曼滤波法的缺点,提出将一种多遗忘因子自适应卡尔曼滤波法(MFFAKF)引入系统的对准方案中。该方法通过基于指数渐消记忆的方式计算量测噪声方差阵,并采用多遗忘因子调节不同的滤波通道。实验结果表明,采用MFFAKF得到的粗对准航向角精度满足MEMS惯导系统粗对准要求。

Ti-50Ni钎焊TZM与ZrC_p-W接头界面组织及性能

采用Ti-50Ni(at%)钎料实现了TZM合金与ZrC_p-W复合材料的真空钎焊连接,通过SEM、EDS、XRD等方法分析了接头界面的微观组织结构,研究了钎焊温度对TZM/Ti-50Ni/ZrC_p-W接头界面组织及性能的影响。结果表明:钎焊接头的典型界面结构为TZM/Ti-Mo+TiNi_3+Mo-Ti-W/Ti Ni+TiNi_3+W(s,s)+(Ti,Zr)C/ZrC_p-W。随着钎焊温度的升高,Ti-Mo固溶体层宽度逐渐增大,线状条纹增多、增宽,组织逐渐粗大,晶界变圆滑;接头的抗剪强度随钎焊温度升高先升高后降低,当钎焊温度为1340℃,保温10 min时,接头获得最大抗剪强度为146 MPa。

TiZrNiCu钎料钎焊TZM合金与ZrC_p-W复合材料界面组织与性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TZM合金与ZrCp-W复合材料的真空钎焊连接,通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射（XRD）等方法分析了接头界面的微观组织结构、生成产物及钎焊温度对界面组织及接头性能的影响,确定了接头的断裂位置和断裂方式。研究结果表明：钎焊接头的典型界面结构为TZM/Mo（s,s）＋Ti（s,s）＋（Ti,Zr）2（Ni,Cu）/Ti（s,s）＋（Ti,Zr）2（Ni,Cu）/（Ti,Zr）2（Ni,Cu）/ZrCpW。随钎焊温度升高,TZM一侧扩散层逐渐变宽,其内部的线状条纹变多、增宽,而钎缝逐渐变窄,靠近ZrCp-W一侧反应层宽度变化不大,钎料向TZM一侧扩散增快、Mo及W颗粒向钎料中的溶解加快。接头的抗剪强度随钎焊温度升高先升高后降低,当钎焊温度为1020℃、保温10 min时,接头获得最大抗剪强度为121 MPa。断口分析表明,断裂位置位于TZM母材与钎缝之间的反应层,断裂方式为脆性断裂。