海底冷泉滲漏氣體流量聲波測(cè)量?jī)x的研究與開發(fā).pdf

1、海底冷泉滲漏氣體流量聲波測(cè)量的研究對(duì)海洋資源開發(fā)、生態(tài)保護(hù)等諸多方面均有極其重要的研究意義。海底冷泉滲漏氣體聲學(xué)特性參數(shù)的研究主要包括:聲速、聲衰減及氣泡流速。當(dāng)前，對(duì)于海底冷泉滲漏氣體流量的測(cè)量主要是采用聲波回波的方法，此種測(cè)量方法是在一個(gè)相對(duì)開放的環(huán)境下進(jìn)行的?；夭ㄐ盘?hào)常常會(huì)受到外界聲信號(hào)的干擾，對(duì)測(cè)量精度造成嚴(yán)重的影響。為此，本文是基于項(xiàng)目組前期研究的基礎(chǔ)上，研制了海底冷泉滲漏連續(xù)正弦波聲波測(cè)量系統(tǒng)及聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并開

2、展了氣泡-水介質(zhì)聲學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文介紹了當(dāng)前海底冷泉滲漏氣體流量聲波測(cè)量的研究現(xiàn)狀，概述了海底冷泉滲漏聲波測(cè)量原理及聲學(xué)特性參數(shù)的計(jì)算方法。針對(duì)聲波波形對(duì)聲學(xué)特性參數(shù)測(cè)量的影響，結(jié)合海底冷泉滲漏聲波測(cè)量研究進(jìn)展，解釋說(shuō)明了研制連續(xù)正弦波聲源裝置和聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的必要性。連續(xù)正弦波聲源硬件電路系統(tǒng)包括三個(gè)部分:超聲波信號(hào)源電路部分、功率放大電路部分及換能器諧振匹配電路部分。超聲波信號(hào)源電路部分主要講述了超聲波發(fā)

3、生器和聲波計(jì)數(shù)模塊的電路設(shè)計(jì);功率放大電路部分主要介紹了功率放大電路的選擇及功率開關(guān)器件的選擇過(guò)程，并完成了功率放大電路設(shè)計(jì)和調(diào)試工作;在換能器諧振匹配電路部分中，先詳細(xì)說(shuō)明換能器諧振匹配的原理，然后完成了諧振匹配電路的設(shè)計(jì)工作。最后，整合該系統(tǒng)三個(gè)部分硬件電路完成了整個(gè)聲源硬件電路系統(tǒng)調(diào)試工作。運(yùn)用海底冷泉連續(xù)正弦波聲波測(cè)量系統(tǒng)裝置，開展冷泉滲漏氣泡-水介質(zhì)聲學(xué)特性的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，主要的聲學(xué)特性參數(shù)包括聲速

4、和聲衰減。驗(yàn)證了海底冷泉連續(xù)正弦波聲波測(cè)量系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)的合理性和有效性。針對(duì)海底冷泉滲漏聲波測(cè)量的實(shí)際需要，本文研制開發(fā)了冷泉滲漏氣泡-水介質(zhì)聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)通信協(xié)議及數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)的詳細(xì)介紹，完成了上位機(jī)VB及CPLD程序的編寫;最后，經(jīng)過(guò)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序的聯(lián)合調(diào)試，驗(yàn)證了聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)海底冷泉連續(xù)正