海底环境参数采集电路的硬件实现及其驱动软件设计

海底大地电磁探测与陆上同类探测的技术差别之一是其测量过程受环境因素的影响较大.为真实地获取海底岩石介质的电性模型, 在对海底大地电磁实测信号进行数据处理的同时, 需参考海底仪器的方位朝向、倾斜姿态等信息, 以便认识海底电磁场真实的矢量变化方向, 进而实现对整个测网多站位的统一资料解释.为达到这一目的, 海底大地电磁仪内部设有环境参数采集通道, 该通道对诸如方位、倾斜、温度等信息实施分时循环采集.电路包括PC104嵌入式计算机、多路选择开关、逻辑控制门阵列等硬件单元.在硬件架构搭建完成后, 开发出相配套的电路驱动软件, 实现对海底环境参数的实时记录与存储.近期的海洋试验效果显示, 所研制的电路硬件及其驱动软件已达到设计要求.      

四阶Δ-Σ过抽样电路原理及其在微弱地学信号检测中的应用

传统的测量电路无法解决诸如海底大地电磁场这样微弱地学信号的检测问题。近几年诞生了一种称之为ΔΣ的电路理论以及相应的硬件芯片 ,给微伏级的弱信号检测开辟一条新的技术路径。文章介绍与地学探测有关的一种ΔΣ电路类型 ,该类型以低频段微弱信号为检测对象。采用系统理论和电路分析方法对ΔΣ原理作了较深入的讨论 ,阐明这种电路技术对提高微弱信号观测的分辨率是有效的。结合海底大地电磁探测中的信号采集问题 ,介绍了在仪器中把多路的被测模拟量变为数字量的技术过程。经对实际采集的海底信息的频谱曲线进行分析 ,证实所采用的ΔΣ技术以及多路信号采集的电路方案是合理的。     

基于ARM7和USB技术的工业CT数据采集系统设计

针对传统工业CT体积大、成本高、传输速率低以及操作不便等问题,本文提出了一种基于ARM7和USB技术的工业CT数据采集系统设计方案。硬件采用32位的LPC2290作为核心控制器,设计了具有高集成度的信号调理电路和电机控制电路,并结合接口芯片CH376实现了高速高效、即插即用的USB传输;采用VC语言编写了上位机的采集控制软件,采用c语言和汇编语言混合编写了下位机的控制软件。软硬件联合测试结果说明：采集系统数据传输稳定可靠、高效便捷,步进电机控制方便精确,能够满足新型工业CT的发展要求。     

海底MT采集电路在非实时监控状态下的容错性设计

测量海底大地电磁场的仪器系统只能以非实时监控模式运行,这给信号的采集工作带来诸多不可预测的因素。在测量周期长、条件恶劣且与人员隔绝的时空条件下,信号测试过程会受到来自环境干扰和电路异常等方面的影响。因而,预防干扰及自动纠错成为海底大地电磁信号采集电路必须具备的功能。针对可能出现的电路故障,设计相应的软硬件纠错方案以确保海底的仪器始终正常工作是十分重要的。详细分析了海洋作业过程中由于强烈振动的影响、电子盘的写盘噪声以及方向传感器的电磁辐射等方面的故障及其产生的原因,并提出了软件与硬件相结合的容错性设计方案,实现了海底电磁信号采集在非实时监控状态下的容错功能。     

四阶△－∑过抽样电路原理及其在微弱地学信号检测中的应用

传统的测量电路无法解决诸如海底大地电磁场这样微弱地学信号的检测问题。近几年诞生了一种称之为△-∑的电路理论以及相应的硬件芯片，给微伏级的弱信号检测开辟一条新的技术路径。文章介绍与地学探测有关的一种△-∑电路类型，该类型以低频段微弱信号为检测对象。采用系统理论和电路分析方法对△-∑原理作了较深入的讨论，阐明这种电路技术对提高微弱信号观测的分辨率是有效的。结合海底大地电磁探测中的信号采集问题，介绍了在仪器中把多路的被测模拟量变为数字量的技术过程。经对实际采集的海底信息的频谱曲线进行分析，证实所采用的△-∑技术以及多路信号采集的电路方案是合理的。     

LJ-4型流速仪计数器简介

一、问题提出目前,我国水文站大都使用接触丝形式的流速仪,接触丝在接触过程中存在瞬间断开现象,即接通信号不完整,这给信号的接收计数带来一定的难度。另外,由于流速仪工作在水下,水体的漏电阻直接影响接触丝的工作特性。针对上述两个问题,笔者设计了LJ-4型流速仪计数器,它能较好地完成流速仪的计数任务,现介绍如下,供参考。     

抽取滤波在海底大地电磁探测中的应用

海底大地电磁仪使用了△-Σ调制技术来实现微伏级信号的采集.从抽样理论出发,讨论了针对△-∑调制器输出的高频位流信号而进行的抽取滤波的原理及其构成,指出抽取滤波过程中必须使用多级抽取结构进行抽取和滤波,海底大地电磁仪器中使用的三级抽取滤波结构实现了数字抽取、抗混叠和滤除基带以外量化噪声的功能.同时也介绍了滤波模块的接口和海底大地电磁数据采集器中数字通道原理.结合海底大地电磁仪器的海上试验,通过分析采集的时间序列及其频谱曲线,说明海底大地电磁仪中使用的抽取滤波是合理、可行的.     

LJH-2B型流速直读仪的研制及应用

介绍了LJH-2B型流速直读仪原理结构及其应用情况,阐述了一种实现流速仪信号抗干扰的软硬件滤波方法,论证了推广该仪器的可行性。     

雷达波流速仪流量测验水面流速系数分析

以具有不同河流特征的长冈水库水库、平江和孤江流域为例,进行了雷达波流速仪和LS1206B型流速仪水面流速的比测分析,并在比测试验的基础上,得出雷达波流速仪对水面流速的试验结果可以代表LS1206B型流速仪,同时用LS1206B型流速仪进行相对水深0.6 m测点流速的相关性分析,得出冈水库水库、平江和孤江流域水面流速系数...     

投弃式海流电场剖面仪中模拟电路的研制

投弃式海流电场剖面仪(XCP)是利用海流切割地磁场产生感生电场的原理进行快速测量海流的观测仪器,在地磁场稳定的情况下,感生电场的大小主要取决于海流的速度。因此,通过测量海流产生的感生电场便可以研究海流的运动特征。本文研制了用于XCP中的模拟电路,实现了对XCP中电极信号、罗盘线圈信号及温度信号的采集预处理。所设计模拟电路主要实现以下功能：(1)通过INA128放大电路实现对电极信号与罗盘线圈信号的多级放大处理;(2)考虑到电极信号与罗盘线圈信号均为频率16 Hz左右的信号,在电路中加入中心频率点为16 Hz的二阶带通滤波电路以提取有效信号;(3)进行硬件电路补偿,在一定程度上克服XCP探头下沉引起感生电场的强干扰。实验测试结果表明,所设计模拟电路稳定可靠,可以实现滤除噪声,提取前端微弱信号并进行多级放大,满足实际应用需求。     

岩溶泉流量衰减曲线分析

由于岩溶含水介质的强烈非均质性和各向异性,如何有效认识岩溶含水层内部的水文地质特征为研究难点之一,岩溶泉衰减曲线分析为认识岩溶含水层的一种有效手段。总结了目前广泛用于泉流量衰减曲线分析的几种常见方法,主要包括指数型衰减、非指数型衰减分析方法以及综合型的衰减曲线分析方法,讨论了管道可能对泉流量衰减曲线的影响,最后提出了今后对岩溶泉流量衰减曲线分析拟解决的一些关键问题。     

松嫩平原哈尔滨地区地下水环境背景值分析

受自然条件及人类活动的影响,地下水环境发生了较大的变化,地下水污染问题日益引起广泛的关注。正确确定背景值对地下水污染评价十分重要。以收集的松嫩平原哈尔滨地区150余组地下水水化学样品分析数据为依据,在分析区域流场、补给径流条件的基础上,选用数理统计法和经验法求取了研究区潜水和承压水地下水环境背景值,并对地下水环境背景值进行比较。结果表明:数理统计法以自然地理环境和人类长期活动的综合作用为基础,克服了经验法的不足,可较真实地反映研究区地下水背景状况;研究区内潜水中指标NO3-、Fe、Mn和承压水中指标Fe、Mn均为高背景值指标;区内地下水环境背景值与人类活动、地下水的补、径、排和沉积环境条件具有密切的关系。     

半干旱半湿润地区洪水预报模型适用性研究

针对半干旱半湿润地区的流域特性和产汇流特点,比较了河北雨洪模型和新安江模型的模型原理和模型特性,以滦河支流老牛河流域为例,开展了洪水预报适用性研究。结果表明,河北雨洪模型的预报精度较高,更适用于半干旱半湿润地区的洪水预报。     

新一代天气雷达背景场特征资料生成方法及检验

地形对波束遮挡是影响雷达观测资料质量的重要误差源之一。国家防汛抗旱指挥系统二期工程建设了天气雷达应用系统,系统利用新一代天气雷达背景场特征资料客观分析技术计算出雷达站周围环境对雷达波束造成遮挡影响的背景场特征资料(挡角图、等射束高度图和波束遮挡能量耗损率图)。详细介绍了新一代天气雷达背景场特征资料计算原理和方法,并提出利用雷达回波概率特征方法,将计算出的背景场特征资料与不同仰角雷达回波统计的概率空间分布进行对比分析,验证了新一代天气雷达背景场特征资料的正确性,为后期雷达波束能量遮挡进行定量订正提供依据。     

TRMM卫星降水数据在小尺度流域的评估与应用

选取史灌河流域上游黄泥庄站以上集水区域为研究流域,以地面站点观测为基准数据,评估TRMM 3B42V7版本卫星降水数据的精度,并采用上述两种降水数据驱动栅格型新安江模型,模拟黄泥庄站日径流和月径流过程。结果表明:2001~2010年TRMM 3B42V7降水数据与雨量站数据累积量的偏差不大,仅为1.71%,但相关系数较低,采用TRMM降水数据模拟的日径流能基本再现黄泥庄站的日径流过程,但对洪峰的模拟精度较低;TRMM月降水数据精度较高,相关系数为0.96,能够较为精确地模拟黄泥庄站的月径流过程。     

金沙江下游及三峡段水文气象因子演变与响应的分析

对金沙江下游及三峡段3个水文站1954~2008年径流序列和2个气象站1951~2008年降雨、气温序列运用滑动平均法和Mann-Kendall法进行趋势性检验,利用有序聚类法、均值检验法分析突变性及小波分析法进行周期性诊断,并应用Pearson法对径流、降雨和气温的相关关系进行研究。研究表明:(1)研究区径流量的年内分配不均匀性和年际变化不显著。(2)金沙江下游段屏山站的径流量呈上升趋势,并在1997年发生突变,但该区域宜宾站的降雨量呈下降趋势并在1991年发生突变;三峡段寸滩站和宜昌站的径流量呈下降趋势,分别在1968年和2005年发生突变,同时该区域沙坪坝站的降雨量呈上升趋势并在1961年和1995年发生突变。(3)径流和降雨时间序列都存在小于10a的主周期以及20a以上的次周期。(4)各水文站夏季径流量受同期降雨量和同期气温的共同影响,而秋季径流量受前期气温的影响最大。     

贵州荔波1.5万年以来石笋高分辨率古气候环境记录

通过对董哥洞石笋进行高精度的 TIMS- U系测年和 C、O同位素分析,建立了贵州省荔波地区 15 470 a以来高分辨率的古气候变化时间序列.研究结果表明,荔波地区 15 470 a以来石笋记录的冷暖事件所反映出的古季风变化,大致可分为 4个气候变化阶段 : (1) 15 470～ 11 350 a期间的晚更新世晚期-- Heinrich (H1)事件和新仙女木 (YD)事件期间,反映本阶段东亚冬季风强盛, 气温降低, 有效大气降水相对减少, 表现为干旱寒冷的气候环境; (2) 11 350～ 9 190 a期间的早全新世--干热期,反映东亚夏季风相对增强,气温升高,有效降水相对较少,表现为干热的气候环境; (3) 9 190～ 3 320 a期间的中全新世--稳定的气候适宜期,反映东亚夏季风相对强盛,气温升高,有效降水相对较大,表现为温暖湿润的气候环境; (4) 3 320～ 130 a期间的晚全新世降温期,反映本阶段东亚夏季风明显减弱,东亚冬季风相对增强,有效降水相对增大,而气候变化的波动频率却在增加 ,越至现代冷温变化时间渐趋缩短.石笋的 C、O同位素记录所揭示的末次冰期最后的 2次冷事件,其冷谷年龄分别为: (15 440± 130) a(H1事件 )和 (11 910± 70) a(YD事件),同时,还确定了终止点Ⅰ的界线年龄为 (11 350± 70) a,并证实了末次冰期在中国南方东亚季风气候区也存在有与北大西洋 H1事件和 YD事件相对应的冷事件.荔波地区的古季风环流变化,反映了东亚夏季风由弱-变强-再逐渐变弱的趋势,有效大气降水由少-增多-变少-再增多,气温由低-变高-再次变低的变化趋势,显示了与北极地区存在着古气候的遥相关关系.     

云南哀牢山地区构造岩石地层单元及其构造演化

依据新获得的同位素年代学资料和构造岩石地层单元,重新认识了云南哀牢山造山带形成与演化历史。认为:在哀牢山地区元古界深变质岩系属基底构造层;前造山期岩石组合及构造演化为扬子地块西缘被动大陆边缘志留纪深水相碎屑岩→陆缘泥盆纪被动裂谷盆地中火山-沉积岩→石炭纪哀牢山有限洋盆及蛇绿岩石组合→晚二叠世-早三叠世哀牢山洋-陆碰撞成陆及弧火山岩-陆相碎屑岩组合。燕山期主造山期及岩石组合为晚三叠世-侏罗纪前陆盆地磨拉石建造-同造山期中酸性侵入岩-燕山期脆韧性剪切带及构造岩。喜马拉雅山期陆内造山成原的岩石组合为第三-第四纪陆内山间盆地中磨拉石建造-红河韧性剪切带及构造岩-富碱侵入岩和煌斑岩。     

基于水资源生态足迹的浑河流域水资源利用评价

用水资源生态足迹模型计算浑河流域2005~2013年水资源生态足迹和水资源生态承载力,并基于各评价指标对浑河流域水资源利用情况进行评价。结果表明:2005~2013年浑河流域水资源生态足迹呈现不显著的下降趋势,水资源生态承载力呈现波动变化;流域一直处于水资源生态赤字状态,仅在2010年出现盈余;流域水资源生态足迹指数低于可持续发展足迹指数范围,但万元GDP水资源生态足迹持续下降。总体来看,流域水资源利用处于不可持续状态,但2010年后流域水资源利用效率明显提高,并向着可持续的方向发展。     

藏北高原海陆相油页岩生物标志化合物对比研究

重点报道了藏北高原双湖地区早侏罗世海相油页岩和可可西里地区中新世陆相油页岩生物标志化合物组合差异.在两套油页岩中均检出丰富的正构烷烃、类异戊二烯烷烃、萜类化合物及甾类化合物,但二者生物标志化合物组合明显不同.这种不同是在有机质演化程度差异的基础上,主要由原始生物输入和沉积环境差异造成的.海相油页岩正构烷烃具有低碳数优势, nC15、nC16或 nC17为主峰碳,无明显的奇偶碳数分布, Pr/Ph比值显示,多数海相油页岩具有姥鲛烷优势,缺乏β-胡萝卜烷,伽马蜡烷含量较低,海相油页岩原始有机母质构成中,既有丰富的菌藻类等低等水生生物,还有一定比例的陆生高等植物混合输入的特点,属贫氧-缺氧、弱氧化-弱还原沉积环境,进一步证明了早托尔期这种富碳缺氧黑色油页岩是一次全球性海平面上升事件的产物.陆相油页岩正构烷烃具有高碳数优势,主峰碳数为 nC23或 nC29,奇碳数优势突出, Pr/Ph比值显示,陆相油页岩具有强烈植烷优势,β-胡萝卜烷含量相对较高,伽马蜡烷 /αβ C30霍烷比值为 0.31～ 0.60,陆相油页岩原始有机母质构成中,既有高含量的高等陆生植物,还有一定数量低等水生生物混合输入,且在剖面序列中有由早期 C3型陆生高等植物向晚期 C4型转变,特别是剖面顶部油页岩中具有丛粒藻 Botryococus输入的特点,从而导致罕见的重δ13C异常,属缺氧、强还原湖泊沉积环境,反映了晚中新世湖泊演化历史中生态系统的转型和更新这一重要事件.古湖泊演化早期具有水体盐度分层,以出现高含量的β-胡萝卜烷和伽马蜡烷为标志,为咸水湖,晚期湖平面上升,湖泊水体盐度逐渐降低.