[发明专利]一种冰下湖无污染探测控制系统

说明书

本发明公开了一种冰下湖无污染探测器测控系统，包括电缆为两芯，用于供电与通信，由主控电路对绞车及伺服控制系统发指令，控制电缆的回收与释放；加热控制系统由主控电路控制，对探测器上部加热头、侧壁加热丝和下部加热头进行加热控制；传感器组至少包括温度传感器组、加速度传感器、姿态传感器和压力传感器，由主控电路发送指令给各传感器内置的信号采集电路，信号采集电路返回各传感器的数据给主控电路；取样与观测系统与主控电路连接，对冰下湖水进行取样及观测。本发明主控电路实现对温度、压力、姿态等探测器状态信息检测，以及梯度加热控制和绞车控制。

技术领域

本发明属于电控系统领域，特别地涉及一种冰下湖无污染探测器测控系统。

背景技术

南极大陆的冰层底下存在着冰下湖。南极冰下湖对南极冰盖运动和稳定性具有重要影响，它的水环境可能会提供微生物进化、地球古气候、南极冰盖的形成和演化机理的独特信息。当前，针对地球上长期被巨厚冰川(盖)覆盖的南极大陆的地球科学问题，科学家们想方设法弄清南极冰下湖的形成演变过程、南极冰下湖对冰盖物质平衡的影响，这些科学问题的解决需要一把钥匙——获取冰下湖水体物化参数的原位检测数据，并直接获取无污染的冰下湖湖水样品。通过无污染钻进取样和观测技术，可以实现对湖水的物理、化学特性及同位素检测：

(1)无污染钻穿冰盖后，对冰下湖水体物化参数(如温度、压力、电导率、 pH)的实时检测，可在人类历史上首次获取冰下湖水体的物化参数，研究冰下湖的水质特征，进而研究冰下湖的形成演变过程；

(2)对获取的冰下湖水体样品进行无机化学成分及同位素组成分析，获取高压、低温、低营养和黑暗环境条件下冰下湖体系的物理、化学、生物作用特征，研究冰下湖湖水来源，进而研究南极冰下湖对冰盖物质平衡的影响。

因此，研制南极冰下湖无污染探测器，实现冰下湖的无污染钻进采样与实时观测，对研究冰下湖的形成机理和演化规律、南极冰盖及冰下湖物质平衡形式、探索新的生命形式具有重要的科学意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种冰下湖无污染探测器测控系统，能够实时采集探测器探测过程中的各种参数，并对探测器的钻进、回收和湖水取样过程进行控制，具体而言，即能够实现对冰下湖湖水多参数测量及水样采集，以及对温度、压力、姿态等探测器状态信息检测以及梯度加热控制、绞车控制。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种冰下湖无污染探测器测控系统，包括电缆、上部加热头、侧壁加热丝、下部加热头、绞车及伺服控制系统、电源管理系统、远程通信系统、加热控制系统、传感器组、主控电路和取样与观测系统，其中，所述电缆为两芯，用于供电与通信，由所述主控电路对绞车及伺服控制系统发指令，控制电缆的回收与释放；所述远程通信系统至少包括冰上载波机和与冰上载波机连接的冰下载波机，所述冰下载波机与所述主控电路连接，通信采用电力线载波通信方式，利用两芯电缆既传输电力又传输信号；所述电源管理系统与所述主控电路连接；所述加热控制系统由所述主控电路控制，对所述上部加热头、侧壁加热丝和下部加热头进行加热控制；所述传感器组至少包括温度传感器组、加速度传感器、姿态传感器和压力传感器，由所述主控电路发送指令给各传感器内置的信号采集电路，信号采集电路返回各传感器的数据给所述主控电路；所述取样与观测系统与所述主控电路连接，在主控电路的控制下对冰下湖水进行取样及观测；所述主控电路通过RS485总线与传感器组中温度传感器组、加速度传感器、姿态传感器和压力传感器、加热控制系统以及取样与观测系统连接，基于Modbus RTU协议进行数据采集和控制。

优选地，所述传感器组还包括张力传感器、电压电流传感器、漏水检测传感器和钻头方位角电子罗盘，分别通过各自的信号采集电路与所述主控电路连接。