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地球探測技術(shù)論文題目篇一
論文摘要：本文論述了激光探測系統(tǒng)信息接口技術(shù)；討論了激光探測接口的一般設(shè)計思想。
1引言
激光具有波長單一和良好的方向性，所以和傳統(tǒng)的探測方法相比，激光探測具有精度高，抗干擾能力強等特點，在激光測距、激光雷達、激光告警、激光制導(dǎo)、目標識別等軍事領(lǐng)域，都得到了廣泛應(yīng)用。針對不同武器系統(tǒng)的需求，激光探測系統(tǒng)接口呈現(xiàn)出多樣性。
對激光探測系統(tǒng)而言，接口技術(shù)的設(shè)計是整個系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。一個激光探測系統(tǒng)的設(shè)計、實施，有很大的工作量是在接口的處理上，好的接口設(shè)計可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、運行效率、升級能力等，本文以激光探測系統(tǒng)接口技術(shù)為研究對象，著重分析其接口技術(shù)類型、設(shè)計考慮因素和驗證方法。
2激光探測系統(tǒng)幾種主要接口技術(shù)
接口是多要素或多系統(tǒng)之間的公共邊界部分，對激光探測系統(tǒng)的接口包括機械接口、電氣接口、電子接口、軟件接口等，本文著重討論電子接口。按物理電氣特性劃分，常用的激光探測系統(tǒng)接口類型可分為以下幾類：
1ttl電平接口：最通用的接口類型，常用做系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間接口信號標準。驅(qū)動能力一般為幾毫安到幾十毫安，在激光探測系統(tǒng)中主要應(yīng)用是作為長距離的總線數(shù)據(jù)和控制信號的傳輸
2cmos電平接口：速度范圍與ttl相仿，驅(qū)動能力要弱一些。
3ecl電平接口：為高速電氣接口，速率可達幾百兆，但相應(yīng)功耗較大，電磁輻射與干擾與較大。
4lvds電平接口：在標準中推薦的最大操作速率是655mbps，電流驅(qū)動模式，信號的噪聲和emi都較小。
5gtl接口電平：低電壓，低擺幅，常用作背板總線型信號的傳輸，雖然使用頻率一般在100mhz以下，但上升沿一般都比較陡，特別是對沿敏感的信號，如時鐘信號。
6rs-232電平接口：為低速串行通信接口標準，電平為±12v，用于dte與dce之間的連接。rs-232接口采用不平衡傳輸方式，收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地的電平而言，其共模抑制能力低，傳輸距離近，多用于點對點接口通訊。
7rs-422/rs-485接口：采用平衡方式傳輸，采用差分方式，使其在通訊速率、抗干擾性和傳輸距離較rs-232接口有較大改善。多用于多點接口通迅。rs485電平接口可驅(qū)動32個負載，忍受-7v到12v共模干擾。
9光隔離接口：能實現(xiàn)電氣隔離，更高速率的器件價格較昂貴。
10線圈耦合接口：電氣隔離特性好，但允許信號帶寬有限
地球探測技術(shù)論文題目篇二
1海底熱流探測的理論基礎(chǔ)
海底熱流探測,記錄的是來自地球內(nèi)部的熱能。當(dāng)兩種不同溫度介質(zhì)接觸時,分子的動能會在兩種介質(zhì)之間傳遞,直至達到熱平衡。熱流表示由溫差引起的能量傳遞。沉積物熱流以熱傳導(dǎo)為主,在一維穩(wěn)態(tài)純傳導(dǎo)的條件下,地?zé)崃鱭可以用下式描述[1]:
海底地溫梯度是一個向量,表示地球等溫面法線方向上溫度變化程度及變化方向,因此只要知道深度間距dz和它們之間的溫差dt即可。
熱導(dǎo)率κ是一個表征沉積物導(dǎo)熱能力快慢的物理量,沉積物的組成類別及水含量不同熱導(dǎo)率κ也不同。熱導(dǎo)率測量的理論基礎(chǔ)是從瞬間熱脈沖由無限長圓拄形金屬探針進入無限大介質(zhì)的傳導(dǎo)理論上發(fā)展起來的(blackwell等,1954;hyndman等,1979),該理論認為[2,3]當(dāng)探針溫度、沉積物溫度與環(huán)境溫度達到平衡時,熱脈沖使探針溫度升高,高于環(huán)境溫度,在熱脈沖過后的一定時間內(nèi),地?zé)崽结槂?nèi)的熱敏電阻的溫度t(t)由下式給出:
2海底熱流原位探測技術(shù)
海底溫度梯度原位測量
海底沉積物的溫度梯度測量自20世紀50年代至今一直沿用兩大方法,即bullard(布拉德)型探針和ewing(艾文)型探針。
溫度梯度測量開始于1948年,首先由美學(xué)者bullard(布拉德)設(shè)計了海底熱流計,如圖1所示。它用來測量海底沉積物的地溫梯度,并利用取樣器將沉積物樣品取回,在實驗室測量它的熱導(dǎo)率。經(jīng)過十多年的完善,bullard型熱流計也由靈敏度較差的熱電偶改為靈敏度較高的熱敏電阻,同時確立了海底溫度梯度原位測量的基本模式。
bullard型海底熱流計探針的基本結(jié)構(gòu)尺寸:,長3～6m,外經(jīng)φ27mm,內(nèi)經(jīng)φ的鋼管。探針的上、下兩端各安裝一個熱敏元件,上部有一密封倉,內(nèi)置記錄系統(tǒng),下部裝一針尖,以便插入海底沉積物時減小阻力,設(shè)備*自重插入沉積物。上世紀70年代后期,加拿大實用微系統(tǒng)公司(aml)研制的tr-12s型bullard式探針得到了進一步改進,結(jié)構(gòu)尺寸長3m,直徑φ16mm,探管內(nèi)有8個ysi-44032熱敏電阻,從測量精度到外觀設(shè)計都有了極大提高。
隨著制造技術(shù)的不斷進步,熱流計的發(fā)展趨勢是探針逐漸變細、變薄、熱敏電阻的數(shù)量也在增加,目的在于探針變細可進一步減少插入沉積物時帶來得擾動,變薄可提高熱敏電阻對沉積物溫度變化的靈敏度,熱敏電阻數(shù)量的增加可以在梯度計算時相互驗證,并確保測量的準確性。
上世紀60年代初期,ewing(艾文)完成了自己設(shè)計的海底溫度梯度測量計[4],即人們通常說的ewing型熱流計,也稱為拉蒙特型熱流計,是從拉蒙特地質(zhì)觀察所普及開的。它的結(jié)構(gòu)特點,圖2所示。在柱狀取樣器周圍,相隔一定距離不同方位安裝3～8個很細的探針,探針直徑3mm,長20～24mm,避免了bullard型熱流計在設(shè)備插入沉積物時帶來的攪動和測量時間過長等問題,提高了海上測量的工作效率;但仍沒有解決海底測量熱導(dǎo)率的問題。
以上兩大類熱流計在早期的沉積物溫度梯度測量中,發(fā)揮了積極的作用。隨著社會的進步,設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展,人們不僅對沉積物熱流原位測量中的溫度梯度感興趣,而且更加關(guān)注沉積物熱導(dǎo)率的原位測量問題。
海底沉積物熱導(dǎo)率測量
熱導(dǎo)率與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強有關(guān)。海底沉積物熱導(dǎo)率測量技術(shù)的發(fā)展,歷經(jīng)幾十年的探索,由原始的水分法、細針探測法,逐漸發(fā)展到了原位測量法。水分法是依據(jù)ratcliffe(1960)關(guān)于海洋沉積物熱導(dǎo)率與水分的關(guān)系,通過測定沉積物的水分,不需要特殊的儀器,即可估算熱導(dǎo)率值。細針探測法(vonherzenandmaxwell,1959)是通過均勻的電阻絲,給圓柱小探針連續(xù)加熱,溫升隨時間增加,逼近一條對數(shù)漸進線,漸進線的斜率正比于探針周圍材料的熱阻率。其研究證明,該方法需從海底取回沉積物樣品在實驗室內(nèi)測量,同時把溫度和壓力修正到沉積物在海底的條件,勢必造成熱導(dǎo)率和溫度梯度不在同一站位測定的問題。所以要尋找一種能在同一站位獲得熱導(dǎo)率和溫度梯度兩種參數(shù)的測量方法,而不必取樣,這正是我們研究的海底原位熱導(dǎo)率測量方法。
連續(xù)加熱線源法
連續(xù)加熱線源法,由sclater等人于1969年用于海底沉積物的熱導(dǎo)率測量[5],它把探針理想化為無限長的完全導(dǎo)熱圓柱,通過恒定電流對其加熱,探針內(nèi)加熱電阻絲的溫度升高快慢程度與沉積物的熱導(dǎo)率有關(guān),沉積物的導(dǎo)熱性能差,溫度升高快;沉積物的導(dǎo)熱性能好,溫度升高慢。沉積物的熱導(dǎo)率k與探針內(nèi)加熱電阻絲表面的溫升關(guān)系,可以通過求解無限長圓柱體的導(dǎo)熱微分方程來得到[6],當(dāng)時間t=0時,探針的溫度為t0;時間t時的溫度t為:
其中t1是探針周圍沉積物的平衡溫度。沿圓柱長度加上一恒定的熱量q,就可以測定熱導(dǎo)率κ,假設(shè)開始時溫度為零,則有(jaeger,1956[7)]:
(8)式中t1和t0是可求的,所以熱導(dǎo)率κ就可以用最小二乘法對測量溫度進行擬合。
上世紀80年代初期,上述方法在美國伍茲霍爾海洋研究所(whoi)得到了進一步的發(fā)展和應(yīng)用,但其致命弱點是,海底沉積物含水量很大,持續(xù)供熱導(dǎo)致探針溫度不斷升高,很容易導(dǎo)致探針周圍的孔隙水發(fā)生對流,而使根據(jù)熱傳導(dǎo)方程推導(dǎo)的公式帶來很大的誤差;其次海上作業(yè)時間長,船的漂移難以控制,機械擾動嚴重以及持續(xù)供熱需要大量的電能等問題,故這種技術(shù)沒有得到廣泛的應(yīng)用。
脈沖加熱法
1979年,liste(r李斯特)在bullard型熱流計的基礎(chǔ)上,進行了大膽、徹底的革新,首先將bullard型熱流計點熱敏元件保留在兩端不動,在中間插入熱敏元件組。點熱敏元件仍然完成地溫梯度的測量,熱敏元件組測量熱脈沖后的平均溫度,用于計算沉積物的熱導(dǎo)率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步,liste(r李斯特)在記錄方式上采用了數(shù)字化格式,使其測量精度得到提升。這樣liste(r李斯特)在bullard型熱流計的基礎(chǔ)上利用“熱線源法”的理論,完成了海底沉積物地溫梯度和沉積物熱導(dǎo)率原位測量的技術(shù)革新,即海底沉積物熱導(dǎo)率原位測量技術(shù)[8]。
探針插入海底沉積物,加上熱脈沖后,可以把探針看作是處于沉積物溫度之上的、恒定的初始溫度t0的條件下,假設(shè)沒有接觸電阻(對于海洋沉積物,這假設(shè)大多正確),那么在時間t,探針的溫度tτ為:
式中:k是沉積物的擴散系數(shù);a是探針的半徑;c是沉積物的比熱;ρ是沉積物的密度;s是探針單位長度的熱容;τ定義為探針的熱時間常數(shù);α是沉積物熱容與探針材料熱容之比的兩倍,j(nx)和y(nx)分別為是n階貝塞爾函數(shù)的第一項和第二項。
當(dāng)探針的熱時間常數(shù)τ>1時,bullard函數(shù)為:
脈沖加熱法是在探針內(nèi)不僅裝有一組熱敏元件,同時還包括一根加熱電阻絲,當(dāng)儀器倉控制電路給電阻絲瞬間加熱后,電阻絲會使探針溫度突然升高,然后隨時間緩慢衰減,熱敏元件組記錄溫度隨時間的變化,最終依據(jù)計算出熱導(dǎo)率。
通過對連續(xù)加熱線源法與脈沖加熱法兩種技術(shù)進行比較,脈沖加熱法應(yīng)用較為廣泛。
3海底熱流原位測量技術(shù)需要解決的幾個問題
提高探針自行插入的能力
一般熱流原位測量設(shè)備在海上使用的成本較高,由于波浪、海流及風(fēng)的作用,海洋的工作環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜,要求測量設(shè)備必須插得住,同時需要在沉積物中保持10～20min才能達到溫度平衡,此時船舶可漂移400～500m。表1是三個航次探針插入沉積物的實際情況[9,10]。
通過對三個航次的測量結(jié)果分析,地?zé)崽结樀慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計必須在保證剛度的前提下,對探針水中的運動特性和插入沉積物瞬間的力學(xué)特性進行反復(fù)計算和演算,用于確定最佳配重和外形設(shè)計的依據(jù),這樣就會減少由于測量設(shè)備帶來的拖倒、拉斷及丟失。
提高海上測量的準確度
目前對同一調(diào)查站位,采用在冬季和夏季進行重復(fù)測量,根據(jù)觀測資料來確定海水溫度變化對地殼熱流的影響程度,判定水溫變化隨海底地殼深度衰減的情況。研究發(fā)現(xiàn),直到海底之下6～7m二者方趨于一致,這說明6～7m之下,水溫變化的影響已大幅度減弱。而目前地?zé)崽结橀L度一般為～,這樣增加了海上重復(fù)探測的工作量,為了減少重復(fù),加長地?zé)崽结?使下插深度增大,以盡可能采用下部熱敏元件的記錄來進行資料處理。
常年觀測系統(tǒng)
研究業(yè)已證明海洋底層水溫變化大,大氣溫度的日變化可影響到海底以下5m左右,氣溫的年變化可影響到海底以下50m。而對于水體則影響更深,再加上海流、波浪、潮汐的混合作用,氣溫變化的影響可波及到1500～2000m深的水體。而水溫的變化又直接作用于海底沉積物。通過大量的實測溫度分析可以看出,溫度隨深度呈非線性變化,特別是海底之下0～5m范圍內(nèi),溫度變化更加復(fù)雜,由此可見,地表因素的影響非常大。但如何從地?zé)豳Y料中消除這些淺層影響,而得出真正來自地下深處的熱信息也是一個未解的難題。如果在海上作業(yè)中,首先在預(yù)定站位投放一長期溫度監(jiān)測設(shè)備,自動記錄沉積物和底層海水的溫度變化。可以通過聲通訊設(shè)備定時發(fā)送到岸站,可獲得常年的溫度變化記錄,從而設(shè)計計算程序,消除淺層因素的影響;同時,也為防災(zāi)減災(zāi)提供原始的連續(xù)資料。
4結(jié)束語
本文分析了海底沉積物熱流探測技術(shù)的發(fā)展與理論的建立,鑒于我國目前在該技術(shù)領(lǐng)域的工作開展還比較薄弱,極大的限制了我國海洋熱流探測和應(yīng)用。因此,在充分認識和了解海洋熱流探測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀的情況下,開發(fā)我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋熱流原位探測技術(shù)刻不容緩。
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摘要:熱流探測技術(shù)的應(yīng)用對研究海洋地殼活動規(guī)律、防災(zāi)減災(zāi)與天然氣水合物新能源探測具有重要意義。論文對海底熱流原位探測技術(shù)作了全面的介紹,分析了溫度梯度與熱導(dǎo)率原位、快速測量的發(fā)展現(xiàn)狀,指出了我國未來發(fā)展海底熱流探測技術(shù)急待解決的問題。
關(guān)鍵詞:熱流探測;原位測量;溫度梯度;熱導(dǎo)率引言
地球探測技術(shù)論文題目篇三
在地球上,大氣對動物、植物、人類來說,必不可少,所以超級地球的大氣層也是天文學(xué)家下一步的研究目標.
我們之前提到了,在“凌日”穿越過程中,主星的光穿過系外行星的大氣后,一些波段的光會被特定的大氣分子吸收.這時科學(xué)家通過分析光譜,就可以檢測到行星大氣的特定分子.如果獲得足夠多的數(shù)據(jù),科學(xué)家就可以在理論上分析出行星大氣層的基本組成成分.
假設(shè)能觀察到氣體的組成成分,那么或許就能提供一種線索：超級地球是否有生命存在?或者生命是否已經(jīng)存在于超級地球上?因為根據(jù)大氣中有什么樣的氣體,就可以推測某些生命是否存在.
到目前為止,在大氣氣體種類分析上,有很多令人激動的發(fā)現(xiàn),其中就包括了“超級木星”的大氣組成.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“超級木星”龐大的大氣層中,主要是水蒸氣、二氧化碳和甲烷,與木星的大氣成分非常相似.而超級地球的研究,還在進展之中.
但是太空望遠鏡對巖石類超級地球上的大氣成分的檢測效果非常弱,比如在gj 1214 b和另一個超級地球hd 97658 b附近收集到的星光,通過光譜分析所發(fā)現(xiàn)的特定分子的數(shù)量很少.天文學(xué)家給出的解釋是,這兩個星球可能像金星一樣,被云氣包裹住了,厚云層顯然阻擋了來自低層大氣分子的特定光線,使其難以識別.
天文學(xué)家仍在努力解開云層的特征.總的來說,系外行星大氣的分子結(jié)構(gòu),將是下一代望遠鏡（韋伯太空望遠鏡）的主要目標.
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