海底冷泉滲漏氣體流量聲波測量儀的研究與開發(fā).pdf

1、海底冷泉滲漏氣體流量聲波測量的研究對海洋資源開發(fā)、生態(tài)保護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特性參數(shù)的研究主要包括:聲速、聲衰減及氣泡流速。當前，對于海底冷泉滲漏氣體流量的測量主要是采用聲波回波的方法，此種測量方法是在一個相對開放的環(huán)境下進行的?；夭ㄐ盘柍３艿酵饨缏曅盘柕母蓴_，對測量精度造成嚴重的影響。為此，本文是基于項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)聲學特性的實驗研究。
　　本文介紹了當前海底冷泉滲漏氣體流量聲波測量的研究現(xiàn)狀，概述了海底冷泉滲漏聲波測量原理及聲學特性參數(shù)的計算方法。針對聲波波形對聲學特性參數(shù)測量的影響，結(jié)合海底冷泉滲漏聲波測量研究進展，解釋說明了研制連續(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)包括三個部分:超聲波信號源電路部分、功率放大電路部分及換能器諧振匹配電路部分。超聲波信號源電路部分主要講述了超聲波發(fā)

3、生器和聲波計數(shù)模塊的電路設計;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)器件的選擇過程，并完成了功率放大電路設計和調(diào)試工作;在換能器諧振匹配電路部分中，先詳細說明換能器諧振匹配的原理，然后完成了諧振匹配電路的設計工作。最后，整合該系統(tǒng)三個部分硬件電路完成了整個聲源硬件電路系統(tǒng)調(diào)試工作。運用海底冷泉連續(xù)正弦波聲波測量系統(tǒng)裝置，開展冷泉滲漏氣泡-水介質(zhì)聲學特性的測量實驗，并對得到的實驗數(shù)據(jù)進行處理分析，主要的聲學特性參數(shù)包括聲速

4、和聲衰減。驗證了海底冷泉連續(xù)正弦波聲波測量系統(tǒng)裝置設計的合理性和有效性。針對海底冷泉滲漏聲波測量的實際需要，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)。通過對聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設計和系統(tǒng)通信協(xié)議及數(shù)據(jù)接口設計的詳細介紹，完成了上位機VB及CPLD程序的編寫;最后，經(jīng)過整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序的聯(lián)合調(diào)試，驗證了聲波參數(shù)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計的可行性。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)的處理分析與實驗測量過程中所發(fā)現(xiàn)的問題，對海底冷泉連續(xù)正