【摘 要】
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海水电导率是海洋物理、生物和化学相关的重要参数,测量海水电导率对于理解海洋环境和全球气候变化具有重要的意义。针对咸潮低电导率测量问题,为提高现有的测量水平,探索新兴的测量方法,拓宽磁耦合谐振技术在其它领域的应用,以提高海水电导率测量效果为目的,本文以延伸磁谐振相关理论、分析线圈在水下环境的电磁特性及搭建海水等效电路模型为创新点,研究并实现了一种基于磁耦合谐振技术的海水电导率测量方法。本文对以下几个
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海水电导率是海洋物理、生物和化学相关的重要参数,测量海水电导率对于理解海洋环境和全球气候变化具有重要的意义。针对咸潮低电导率测量问题,为提高现有的测量水平,探索新兴的测量方法,拓宽磁耦合谐振技术在其它领域的应用,以提高海水电导率测量效果为目的,本文以延伸磁谐振相关理论、分析线圈在水下环境的电磁特性及搭建海水等效电路模型为创新点,研究并实现了一种基于磁耦合谐振技术的海水电导率测量方法。本文对以下几个方面进行了相关研究:首先,本文从双线圈系统的二端口参数入手,结合几种磁场传输模型,建立了双线圈的磁谐振的理论模型,论证了系统在谐振频率下的高效性;借助电磁场仿真分析,验证了谐振时系统电磁场的周期性与放大性;为了获得较大的输出电压,结合谐振补偿拓扑理论,探究了传输系统的影响因素,提出了输出较高幅值电压的具体方案。其次,本文将传统磁耦合系统拓展至水下环境,建立了水下磁谐振运行的等效电路,并将其针对海水环境进行了进一步化简,重点研究系统的涡流放大性及电导率敏感性;从频率、负载、补偿方式三个角度比较了海水电导率变化对系统参数及电导率测量效果的影响,并在此基础上进行了初步试验。结果表明,采用磁耦合谐振技术进行海水低电导率测量是可行的,针对试验结果,文中提出了进一步提高测量的精确度、稳定性的优化方向和系统参数选择原则。最后,为了实现最佳的测量效果,本文通过有限元仿真软件进行了电磁仿真,确定了试验所需要的线圈结构及设计参数,并对需要放置于水下的线圈进行了防水处理;本文完成了器件选型,确定了系统所需要的电路方案,利用电路仿真软件对电路各个模块进行仿真,验证了硬件系统的可实现性与测量优势。本文使用试验样机进行了两种水下电导率测量试验,试验中的系统工作频率在1.03MHz和820KHz,拟合曲线相关系数(R~2)值大于95%,测量误差小于0.2S/m,基本达到了测量效果,进一步确认了磁耦合谐振测量海水电导率的可行性,并且这种方法具有较好的精准度与可重复性。本文所探究的电导率测量方法,为海水等低电导率溶液测量提供了一种新颖的理论方法,具有一定的理论研究价值与工程实践价值。
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