重力活塞式天然气水合物保真取样器的研制

为了保真地获得沉积物样品，以有效识别天然气水合物存在与否，研制了天然气水合物勘探的一
种新型设备--重力活塞式天然气水合物保真取样器.该取样器由重力活塞式取样机构、保真取样筒、附
件与接口三部分组成，以自重作为动力源，自由落体插入沉积物中；通过回收主缆，转移样品到保真取
样筒；通过对上下封口的密封，实现保压功能；通过对保真取样筒内外表面镀特殊材料层及有机玻璃衬
筒实现保温功能.本取样器适用于3 km深海的表层保真取样，可以采集长达10 m的沉积物.样机试验表明
，此取样器动作安全可靠，保真效果好.     

深海微生物取样器保压过程研究

为了实现取样器保压取样的可靠性，深入分析了深海微生物取样器保压功能的实现过程及其主要
影响因素.根据蓄能器内气体状态参数和深海环境压力的变化，把取样器保压过程分成了4个关键状态，
并建立了蓄能器在各关键状态转变时的状态方程.计算研究和模拟试验表明,保压过程中蓄能器的开启压
力略高于蓄能器充气压力；提高蓄能器的充气压力能获得更好的保压效果，当样品的原位压力为60 MPa
、蓄能器充气压力为20 MPa时，采样筒可以获得59 MPa的保压效果，充气压力大于25 MPa以后，每升高5
MPa，采样筒的压力提高0.1 MPa；采用20 MPa的充气压力，蓄能器皮囊在最大工作压力下体积变化小于
公称体积的75％，仍有较大的补压余量.     

不同量程信号融合抑制噪声新方法

针对高精度测量电路中采样通道和模数转换器(A/D）产生的噪声对精度的影响问题，提出了对同
一信号采用多通道同时进行采样，并结合多通道数据相关叠加算法对数据进行融合来减小测量噪声的新
方法.在实际测量过程中，利用A/D在不同的量程下信噪比不同的特点，采用一个固定量程的通道和一个
可变量程（随着信号量值变化而变化）通道同时对信号进行采样;这样,在降低噪声的同时还可以提高信
号的分辨率.实验证明，该方法能有效抑制噪声，保持测量的最高分辨率.此外该方法具有很好的实时性
，适用于高速信号处理的场合.     

基于4D Shepard 曲面的点云曲率估算

为了高效处理大规模点云数据，提出了一种新的曲率估算方法.该方法基于空间六面体栅格分割点
云，针对每个栅格中的测量点逼近局部二次抛物面，通过计算并检查抛物面的最小采样密度和自适应划分
栅格来构建符合给定允差的局部曲面，使用步进法对曲面进行采样，利用坐标转换法计算每个采样点的曲
率、插值采样点的坐标和曲率来构造全局4D Shepard 曲面，并快速计算点云中每个测量点的曲率.结果表
明，该方法通过Shepard 曲面插值点的简单线性组合估算曲率，无需构建三角网格，具有复杂度低，实用
性强的特点.应用该方法能够快速、准确地获取大规模离散数据的曲率值.     

全海深沉积物保压取样装置设计及试验研究

为了实现全海深沉积物保压取样,提出基于着陆器的自密封式全海深沉积物保压取样系统。针对着陆器承载能力有限的问题,设计了花瓣压缩环形取样、下端自封闭、两端自平衡的新型取样机构,避免了传统大口径球阀的设计。对取样器贯入过程进行分析,计算最大贯入力的值为786.5N,为验证计算结果,搭建了试验台架以模拟沉积物的取样过程,在不同性质的粘土中测试了取样性能和贯入力,试验结果与计算结果基本相符合。贯入-取样测试结果还表明,对于塑性和硬塑性粘土,所提出的取样机构具有较好的取样效果,而对于流塑性粘土,取样器的取样效果较差。基于所得的贯入力设计了传动和驱动机构,对驱动电机进行了选型和封装。为验证取样器在高压下的工作稳定性及保压性能,在60MPa和100MPa高压舱内进行了多次测试,试验结果表明,取样器能够保持测试压力的80%以上。最后,在中国2021大洋科考TS21航次中,搭载“奋斗者号”载人潜器在西菲律宾盆区和马里亚纳海沟进行了三次原位测试,所提出的取样器均完成保压取样任务,共获取保压沉积物样品710ml。本研究所提出的全海深沉积物保压取样系统,包括新型超高压保压取样机构设计,充油电机的封装技术,全海深保压取样器压力补偿技术等,为类似系统的设计提供了理论和工程基础,可广泛应用于其他深海保压取样系统。     

点云数据的管道面重构

针对反求工程中管道面重构问题，提出了一种从点云数据中直接提取管道面特征参数的算法.算法
分为两步：第一步将管道面数据视为过渡特征数据，利用过渡特征提取原理获得管道面的一系列截面线
，经概率统计方法进行噪声去除后，得到准确的截面线及其半径.第二步是由截面线的中心确定管道面的
脊线点列.利用移动球法，球的直径即是采样步长，沿着脊线方向对点列进行均匀采样，然后对采样点列
进行高斯平滑，获得光滑均匀的脊线点列.用三次B样条曲线拟合采样点列而获得脊线.计算实例表明，该
方法能够稳定、准确地提取出管道面的几何特征参数.     

关于生物免疫遗传算法收敛性的一般讨论研究

针对免疫遗传算法收敛性质的研究非常缺乏,提出了利用随机过程理论和引入遗传吸收率、散射率
参数进行分析的方法.通过数学建模证明了免疫遗传算法所形成的种群序列的强马尔可夫性, 利用遗传吸
收率和散射率的计算，证明了在时间趋于无穷的情况下，该免疫遗传算法的概率弱收敛性.采用遗传吸收
率、散射率和小生境技术对于防治早熟概率的详细计算和对混沌算子的分析，得到了该免疫遗传算法实际
收敛效果的量化表示.研究结果表明, 该方法能简化分析计算过程，对于算法效果的改善、算法运行时的
参数选择具有较好的指向作用.     

烯烃二元气相共聚反应组成在线快速检测与控制

针对烯烃气相聚合过程在线控制困难的问题，设计了一套新型的带有在线检测和控制的烯烃多段
聚合反应装置.该装置不仅具有普通的温度和压力控制功能，还采用了自创的气相组成和尾气流量在线检
测与控制新技术--差压式流量控制器（VFC）与热式流量控制器 (MFC)联合检测技术.利用该装置进行
了聚丙烯/乙丙橡胶两相合金的合成研究.结果表明,新型装置技术的响应时间很短，使得气相共聚反应过
程的控制更加灵敏和精确，不仅有效地控制了反应器内的气相组成，而且可同时获得气相共聚阶段的各
单体瞬时聚合速率，以及共聚物的瞬时组成等重要的动力学参数，从而为深入研究气相共聚动力学和高
性能聚烯烃合金的制备奠定了基础.     

对苯二甲酸的溶解度测定与关联

针对对苯二甲酸工业中的溶解度基础数据缺乏的问题，提出了一种测定高温下对苯二甲酸在醋酸水
溶液中的溶解度的方法.对苯二甲酸在特制的高温溶解釜中达到饱和，通过特制的取样装置取样后用高效
液相色谱测定对苯二甲酸的溶解度.用该法测定了42315~50315K下对苯二甲酸在醋酸质量分数为60%、
70%、80%、90%和100%的醋酸水溶液中的溶解度.结果表明，引进一个与苯环相连的羧基ACCOOH，并将
ACCOOH基团与其他UNIIFAC基团的相互作用参数表示成温度的线性关系后，UNIFAC基团贡献模型能较好的
关联对苯二甲酸在醋酸水溶液中的溶解度.     

结构参数对先导式纯水溢流阀性能的影响

应用流场数值模拟技术，在不同结构参数、压力、流量等条件下，对先导式纯水溢流阀主阀流道
内的流场流态进行动态仿真.分析了结构参数对流场流态及压力 流量特性的影响，在此基础上确定了影
响阀静态特性的主要结构参数.结合仿真结果，对结构参数进行优化设计，并对先导式纯水溢流阀静动态
特性进行实验研究.结果表明：所研制的先导式纯水溢流阀滞徊小于3％，定压精度大于88％，压力上升
时间小于0.075 s，压力超调量低于14％.利用流场仿真技术对溢流阀进行优化设计，不仅能够提高溢流
阀的静态性能，同时还能够改善其动态响应特性.     

Concentrated and gastight sampling technique of deepsea microplankton

A new sampling method of deepsea microplankton with function of in-situ concentrated sampling and gastight sampling was proposed. In-situ concentrated sampling technique was realized as follows: a microplankton membrane was used as filtration membrane, and a deepsea pump was used to pump seawater; the microplankton was captured and the density of microplankton was increased when seawater flow through the filtration membrane. Gastight sampling technique was realized as follows: a precharged accumulator was used as pressure compensator. During the process of lifting the sampler, the accumulator compensated the pressure drop continuously. The laboratory experimental results show that with in-situ concentrated sampling technique, in-situ concentrated sampling can be realized and the maximum concentration ratio reaches up to 500. With pressure compensation technique based on accumulator, gastight sampling can be realized. When sampling at 6 km and the precharge pressure of accumulator is 18 MPa, pressure drop of the sample is less than 2% compared with its original pressure. Deepsea experiment (at 1.9 km) results show that the sampler can realize in-situ concentrated sampling and gastight sampling.     

深海液压阀控热液采样器的研究

为了提高深海热液采样器的可靠性，提出了一种液压阀控式新型热液采样器的结构原理.热液采样器的流体控制单元采用了耐高温高压的海水液压电磁阀.从密封与润滑形式、气蚀抑制措施及材料选择方面介绍了研制深海液压阀的关键技术，进行了深海电磁铁的结构设计、深海电磁阀的结构设计，并就液压阀控式热液采样器的工作原理加以具体阐述.结果表明，相比步进电机驱动的热液采样器，液压阀控的热液采样器具有结构简单可靠性高的优点.热液采样器及其深海电磁阀可以满足深海热液口科学调查的要求.     

图像处理技术在电厂煤质检测中的应用

提出了一种用于电厂煤质检测中的图像处理技术。利用基于卷积的边缘检测算子对采集到的图像进行处理,可以自动识别运煤车的车厢部分,在此基础上,由程序控制采样头选取采样点进行采样工作,从而确保了采样头所选取的采样点在已被识别出来的车厢范围之内,保证了采样工作的正常进行。     

全海深宏生物保压取样装置设计与实验研究

针对非保压取样方法难以获取高质量生物样本的问题,提出全海深宏生物保压取样器. 考虑海上布放对装置质量的限制,提出中空式活塞取样结构. 针对深海的超高压环境,分析常规蓄能器设计中理想气体状态方程的不适应性,提出基于真实气体状态的设计方法. 针对密封圈移动引起的压降,设计液体主动补偿技术. 内压试验结果表明,保压筒和取样活塞具有足够的强度和良好的密封性. 高压舱测试表明,提出的取样系统在高压下可以稳定工作,设计的压力补偿系统能够显著地提高取样器的保压性能. 取样器在马里亚纳海沟深度超过10 800 m深度时进行2次原位实验,共获取端足类生物保压样品174只.     

悬沙采样器用开关阀的设计

悬沙采样器开关阀的基本作用是控制采样仓的进水和排气,它是采样性能起决定作用.在对现行开关阀分析的基础上,设计了一种新型电动旋转开关阀,它由阀体、阀盖、减速电机、陶瓷阀芯,密封胶垫以及控制电路等组成.试验表明,新型开关阀不仅满足悬沙采样器的功能要求,而且可靠性大大提高.     

深海极端环境模拟平台控制系统研究

为了模拟深海的高压高温极端环境，设计研制了一套深海极端环境模拟平台控制系统。对模拟平台控制系统的结构原理进行了分析，提出了一种针对高压高温微流动体系的压力自动控制方法和采用PID控制加双Smith预估反馈的温度控制策略。实现了压力的实时闭环监测和控制，并克服了温度控制系统中存在的两级滞后延迟环节的影响，从而提高了控制系统的动态响应速度和稳态精度。实验结果表明，所研制的模拟平台控制系统是可行的，并具有较高的控制精度。     

基于虚拟仪器的底质声学测试系统设计

为解决在不具备海洋远洋原位测试的情况下仍然需要对沉积物进行还原海底环境声学测试的问题,将虚拟仪器技术应用于沉积物测试中,建立可以在实验室中还原海底环境的声学测试系统。采用虚拟仪器智能判断首波的方法测试沉积物在相应环境的声速,应用虚拟仪器频谱分析技术实现对超声波信号的滤波及分析,利用Labview工具编写软件实现超声测试与温度和压力的测量与控制同步。建立小尺度地质物理模型可以通过对海洋底质沉积物样品施以温度、压力控制,在实验室内还原海底特殊环境,同时对沉积物样品进行超声无损探测。在测试系统平台上对远洋获取的沉积物进行声速测试实验,对比传统方法测试实验,实验结果表明测试系统操作简单、可还原样品环境、实用性强。     

流动粮食自动扦样器的研制

本文全面系统地阐述了流动粮食自动扦样器的研制,流动粮食自动扦样器的研制成功,解决了在实施“流动粮食扦样法”时没有理想扦样工具的矛盾,克服了包装扦样法的不足.设计出的样机实现了流动面粉、大米取样自动化,所取样品不影响其固有质量,具有代表性,样机性能良好,符合国家标准“流动粮食取样”要求.