人类科技革命以来,能源和环境问题日益加剧。极地冰芯内记录着极地能源分布和环境变迁等信息。因而冰芯介电特性研究对于极地科考具有重要意义。我国作为一个世界性大国,尽早实现冰芯介电特性测定仪的自主研发迫在眉睫。本文针对冰芯介电特性测定仪在极地冰芯检测方面的应用,研究分析了国外冰芯介电特性测试设备的优势与不足,结合国内现状与要求,设计并实现了一套集机电一体化为一身的自动化冰芯介电特性测试系统。整套系统的研制过程主要包括,系统硬件部分的设计开发、系统软件部分的设计开发、系统机械部分的设计安装、机电一体化调试五个方面的工作内容。系统硬件部分以STM32F407VET6微处理器为核心,实现了传感器数据采集,保温箱温度自动控制,步进电机控制,以及系统工作日志存储等功能。系统软件开发部分包括嵌入式软件开发和PC机客户端软件开发两个方面。其中客户端软件开发主要实现了以下功能。其一,通过主控系统下行控制指令,完成对步进电机的PWM控制,实现主板系统日志的接收。其二,通过Socket的网络编程和TCP/IP协议,下行SCPI消息指令完成对LCR测试仪的多频率、多模式、多功能测试数据的采集。其三,通过基于Modbus协议的数据采集模块,实现对冰芯测试的位移数据的采集工作。其四,实现对冰芯检测数据的动态图表化实时显示功能,以及数据的数据库存储等功能。后续本文对硬件部分的设计给予了详细的阐述。包括电源管理设计、微处理器核心电路设计、光耦隔离脉冲输出电路设计、温度采集电路设计、限位检测电路设计、继电器电路设计、串口隔离电路设计、数据存储等电路的设计。并详细描述了嵌入式系统软件和客户端软件的开发思路、设计架构和具体功能。文章最后,对整套系统进行了综合测试和测试结果分析。本系统已通过国家极地中心综合验收,将伴随“雪龙号”科考船参加中国第35次南极科考任务,应用于中国昆仑站深冰芯钻探工程项目。