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粒度粒形分析仪、MFK1-FA型卡帕桥磁化率仪两个实验系统

2022-04-19      发布:[海洋实验中心]王睿    点击:3

海洋地质虚拟仿真实验教学平台包含一个虚拟操作实验室系统和多个虚拟实验系统。它采用视频动画、声音和图形交互等表现形式来构建虚拟仿真实验教学内容,设计实验任务。学生可以在常规计算机上通过鼠标、键盘等操作,以丰富的可操作性交互仿真模拟整个实验操作。下面选取虚拟操作实验室系统以及动态图像粒度粒形分析仪、MFK1-FA型卡帕桥磁化率仪两个实验系统对该平台的建设内容进行介绍。

虚拟操作实验室系统为海洋地质虚拟仿真实验教学平台的执行引擎,包含业务模型框架和桌面展示框架两部分。平台采用插件冷插拔机制,可动态横向扩展模拟实验、执行步骤及配套资源。借助此扩展机制,可增容各类专业实验。其硬件需求为常规办公台式计算机。系统软件为NETFramework4.0。主要功能包括:①展示实验列表;②加载实验图文介绍;③启动、切换实验步骤;④软件、多媒体结合展示实验流程;⑤配置实验和步骤资源。该系统的技术特点是灵活配置,可以根据课程需求与实际需要增减实验项目与实验步骤。

图1海洋地质虚拟仿真实验教学平台虚拟操作实验室系统

海洋沉积物的粒度分析是海洋地质实验的基本项目。粒度分析的成果是阐明沉积物类型、解析物质来源与沉积动力条件的必要资料。测量沉积物粒度的方法有很多,常用的有筛析法、沉降法和激光法等。近年来,德国莱驰科技(RetschTechnology)研发了动态图像粒度粒形分析仪(CamsizerX2),并开始在海岸沉积以及海洋地质领域得到应用。该仪器采用专利数字成像系统,通过同时使用两个具有不同放大倍数的镜头,可以分析较宽泛的粒径范围,获取丰富准确的粒度和粒形数据。

动态图像粒度粒形分析仪CamsizerX2实验系统作为专业实验系统,除了模拟实验流程之外,还设置了仪器及操作介绍、测试任务文件设置介绍与数据处理过程介绍。模拟实验流程包括:①模拟仪器开关;②模拟测量参数设置;③模拟进水控制;④模拟去气泡与分散处理;⑤模拟测量流程;⑥模拟设备排水与清洗。其技术特点:①模拟真实设备操作;②软件与多媒体结合展示。本实验系统录制了真实实验环境下仪器超声、排水等操作视频,并注重仪器运行声音的记录,学生通过交互过程可以模拟真实设备操作和实验流程,为后期仪器实操奠定良好基础。


图2 模拟动态图像粒度粒形分析仪CAMSIZERX2排水与清洗

磁化率是物质磁化性能的量度。海洋沉积物的磁化率数值变化对样品中磁性矿物的类型、含量和磁性矿物的磁畴状态非常敏感,包含着丰富的环境气候信息,常作为海洋地质研究中的古气候替代指标。在实验室中进行样品磁化率的测量主要应用MFK1-FA型卡帕桥磁化率仪。

MFK1-FA型卡帕桥磁化率仪实验系统的主要功能包括:①介绍仪器单元及操作;② 模拟预热及初始化;③模拟参数设置;④模拟校准过程;⑤模拟样品测量过程;⑥模拟实验数据的读取、生成、追加;⑦模拟升降架控制。技术特点:①模拟真实设备操作;②软件与多媒体结合展示;③模拟数据与真实数据可互用。为了更加真实的模拟数据产生过程,本实验体系收集了不同岩石类型的真实测试数据集合,在模拟的过程中,依据操作者选择的相应样品,以真实测试数据集为蓝本,随机生成测试数据。


图3 MFK1-FA型卡帕桥磁化率仪实验系统模拟数据与真实数据互用

2020年新冠肺炎疫情爆发,国家和地方启动应急响应系统,采用多种措施展开防控措施,教育部以“停课不停学”的理念推动网络课程保证了教学活动的稳步进行。实验技术课程的学习,是一门需要互动的课程,仅仅依靠视觉和听觉进行网络教学,是无法满足教学需求的。海洋地质虚拟仿真实验教学平台的使用,为解决特殊形式下的专业实验课程学习提供了新的途径。通过平台的使用,同学们基本熟练地掌握了测试仪器的操作过程与实验流程,并在返校后的实操过程中得到了进一步的锻炼。