本发明专利技术涉及海底测量的技术领域，更具体地，涉及一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，包括固定板、连接于外部信号源并发射声波信号的声波发射换能组件、接收所述声波信号并分成至少两路同源声波信号的声波分路组件、接收同源声波信号的声波接收换能组件、接收同源声波信号的声波探针传感组件以及容海底冷泉天然气气泡上升通过的测量通道，声波发射换能组件、声波分路组件、声波接收换能组件均与固定板固定连接，声波分路组件与声波发射换能组件连接。本发明专利技术的声波探针传感组件和声波接收换能组件接收的信号可通过接收信号电缆传输至存储器内，并通过分析接收的声波信号特征获取气液两相介质的声速和声衰减并据以计算获得气泡的体积含量。
An Ultrasound Measuring Device for the Volume Content of Seafloor Leakage Bubbles
【技术实现步骤摘要】
一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置
本专利技术涉及海底测量的
，更具体地，涉及一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置。
技术介绍
每年通过海底冷泉天然气渗漏释放到海洋水体及大气中的甲烷的数量是非常惊人的，初步的估计为大于10Tg(1012g)每年，而甲烷是强烈的温室效应气体，其温室效应是相同质量二氧化碳的20倍以上，如此巨大数量的甲烷是全球气候变化的一个重要影响因子。因此，对海底冷泉天然气渗漏速率在线原位探测具有重要的经济价值和科学意义。目前，在国内有关海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置的研究已经开展起来，中国科学院广州地球化学研究所现已成功研制出两套海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置，填补了我国在该领域的空白，然而研制成功的这两套装置由于材料、元器件、耗电量等限制以及装置工作性能稳定性差，很难对海底冷泉渗漏系统天然气流量开展长期的多环境的原位在线观测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，不仅能开展长期的海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量，而且还能用于不同水深环境下的海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，包括固定板、连接于外部信号源并发射声波信号的声波发射换能组件、接收所述声波信号并分成至少两路同源声波信号的声波分路组件、接收同源声波信号的声波接收换能组件、接收同源声波信号的声波探针传感组件及容海底冷泉天然气气泡上升通过的测量通道，所述声波发射换能组件、声波分路组件、声波接收换能组件均与固定板固定连接，所述声波分路组件与声波发射换能组件连接，所述声波分路组件、声波接收换能组件分别设于测量通道的两侧，所述声波探针传感组件设于测量通道内部；所述测量通道由多组隔离板环绕形成。本专利技术的海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，外部信号源发出的信号驱动声波发射换能组件发出声波，声波信号传递至声波分路器，一束声波信号在声波分路器的作用下分成两路频谱特征、能量相同的同源声波信号，两路同源声波信号穿透进入测量通道内分布的气泡，随后声波信号被声波探针传感组件和声波接收换能组件接收，声波探针传感组件和声波接收换能组件接收的信号可通过接收信号电缆传输至存储器内，并通过分析接收的声波信号特征获取气液两相介质的声速和声衰减并据以计算获得气泡的体积含量。本专利技术采用非接触式的测量方式，克服了现有海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置不能长期原位在线观测的不足，能够适用于不同的水深环境，满足不同的测量方式。进一步地，所述声波发射换能组件包括声波发射换能器、第一固定座以及第一密封端盖，所述第一固定座设有用于安装声波发射换能器的第一密封腔，所述第一密封端盖的一端与第一固定座固定连接，第一密封端盖的另一端设有用于连接第一尼龙管的第一接头，所述第一尼龙管传递声波信号至声波发射换能器。将声波发射换能器设置在第一密封腔内，能够有效防止外界声波信号对声波发射换能器发射信号的干扰；通过第一接头连接驱动电缆，驱动电缆与外部信号源相连接，驱动声波发射换能器发射声波信号；为吸收信号源中的干扰波，本专利技术在第一密封腔内填充有吸音材料。进一步地，所述声波分路组件包括声波分路器、第二固定座以及第一传声部，所述第一传声部的一端与第二固定座固定连接，另一端穿过第二固定座与声波分路器连接，且所述第一传声部接收声波发射换能器发射的声波信号。声波发射换能器发射的声波信号经第一传声部传送至声波分路器，由声波分路器分成多路频率相同、能量相同的同源声波信号，以穿透不同高度气泡后被声波接收换能组件接收。进一步地，所述声波分路器包括接收段以及两组一端与接收段连接的分路段，所述分路段对称设于接收段中心线的两侧；所述接收段与传声部的端部连接，所述分路段的另一端与隔离板连接。声波分路器将声波信号分成两路频率相同、能量相同的同源声波信号；两路同源声波信号穿透不同高度的气泡后被声波接收换能组件接收，利用建立的气泡上浮速度和气泡平均密度测量与声波幅度和相位之间的关系确定气泡上浮速度。进一步地，所述分路段表面安装有第一反射板，且两组分路段分叉处连接有第二反射板。第一反射板和第二反射板的作用是使得分路后的声波沿设计好的路径传播，便于声波接收换能器接收声波信号。进一步地，所述第一反射板为方形声波反射钢板，所述第二反射板为三角形横截面声波反射钢板。由于超声波测量装置测量的环境是海洋环境，为避免腐蚀，本专利技术选用钢材料，但不限于钢材料。进一步地，所述声波接收换能组件包括第一声波接收换能器、第三固定座以及第二密封端盖，所述第三固定座设有用于安装第一声波接收换能器的第二密封腔，所述第三固定座的一端连接有传递同源声波信号至第一声波接收换能器的第二传声部，所述第二传声部的一端通过匹配器与隔离板连接，所述第二密封端盖连接于第三固定座的另一端且第二密封端盖连接有用于连接第二尼龙管的第二接头，所述第二尼龙管传递第一声波接收换能器接收的声波信息。匹配器接收穿透气泡的同源声波信号并经第二传声部通过第二接头与接收电缆连接，将第一声波接收换能器接收的声波信息上传至储存系统便于后续分析。进一步地，所述声波探针传感组件包括设于测量通道内部的超声波探针、接收超声波探头监测的信号的第二声波接收换能器以及与超声波探头固定连接的第四固定座，所述第四固定座一端与隔离板之间连接有第三密封端盖，第四固定座的另一端连接有用于连接第三尼龙管的第三接头，所述第三尼龙管传递第二声波接收换能器接收的声波信息。超声波探针检测测量通道内部的声波信息，并经第三接头外接接收电缆将超声波探针检测的信息上传至储存系统便于后续分析。进一步地，所述声波探针传感组件为多组，多组超声波探针呈多行多列规整排布。通过超声波探针采集的超声波信息可检测多个平面的气泡分布情况，结合第一声波接收换能器检测的气泡上升速度的检测结果，可计算得到测量通道内气泡的体积含量。进一步地，所述第三密封端盖与第四固定座之间形成有填满油的第三密封腔。由于超声波测量装置往往需要下放到压力较大的海底，在第三密封腔内填满油，以保证其耐压。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，采用非接触式的测量方式，克服了现有海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置不能长期原位在线观测的不足，且本专利技术装置结构紧凑、体积小、工作稳定性好，能够适用于不同的水深环境、满足不同的测量方式。附图说明图1为海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置的结构示意图I；图2为海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置的结构示意图II；图3为海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置的结构示意图III；图4为声波探针传感组件的结构示意图。附图中：1-固定板；2-声波发射换能组件；21-声波发射换能器；22-第一固定座；23-第一密封端盖；24-第一尼龙管；25-第一接头；26-第一锥面螺母；3-声波分路组件；31-声波分路器；32-第二固定座；33-第一传声部；34-分路段；35-接收段；36-第一反射板；37-第二反射板；38-支撑杆；4-声波接收换能组件；41-第一声波接收换能器；42-第三固定座；43-第二密封端盖；44-第二传声部；45-匹配器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，其特征在于，包括固定板(1)、连接于外部信号源并发射声波信号的声波发射换能组件(2)、接收所述声波信号并分成至少两路同源声波信号的声波分路组件(3)、接收同源声波信号的声波接收换能组件(4)、接收同源声波信号的声波探针传感组件(5)以及容海底冷泉天然气气泡上升通过的测量通道(6)，所述声波发射换能组件(2)、声波分路组件(3)、声波接收换能组件(4)均与固定板(1)固定连接，所述声波分路组件(3)与声波发射换能组件(2)连接，所述声波分路组件(3)、声波接收换能组件(4)分别设于测量通道(6)的两侧，所述声波探针传感组件(5)设于测量通道(6)内部；所述测量通道(6)由多组隔离板(61)环绕形成。
【技术特征摘要】
1.一种海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，其特征在于，包括固定板(1)、连接于外部信号源并发射声波信号的声波发射换能组件(2)、接收所述声波信号并分成至少两路同源声波信号的声波分路组件(3)、接收同源声波信号的声波接收换能组件(4)、接收同源声波信号的声波探针传感组件(5)以及容海底冷泉天然气气泡上升通过的测量通道(6)，所述声波发射换能组件(2)、声波分路组件(3)、声波接收换能组件(4)均与固定板(1)固定连接，所述声波分路组件(3)与声波发射换能组件(2)连接，所述声波分路组件(3)、声波接收换能组件(4)分别设于测量通道(6)的两侧，所述声波探针传感组件(5)设于测量通道(6)内部；所述测量通道(6)由多组隔离板(61)环绕形成。2.根据权利要求1所述的海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，其特征在于，所述声波发射换能组件(2)包括声波发射换能器(21)、第一固定座(22)以及第一密封端盖(23)，所述第一固定座(22)设有用于安装声波发射换能器(21)的第一密封腔，所述第一密封端盖(23)的一端与第一固定座(22)固定连接，第一密封端盖(23)的另一端设有用于连接第一尼龙管(24)的第一接头(25)，所述第一尼龙管(24)传递声波信号至声波发射换能器(21)。3.根据权利要求2所述的海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，其特征在于，所述声波分路组件(3)包括声波分路器(31)、第二固定座(32)以及第一传声部(33)，所述第一传声部(33)的一端与第二固定座(32)固定连接，另一端穿过第二固定座(32)与声波分路器(31)连接，且所述第一传声部(33)接收声波发射换能器(21)发射的声波信号。4.根据权利要求3所述的海底渗漏气泡体积含量的超声波测量装置，其特征在于，所述声波分路器(31)包括接收段(35)以及两组一端与接收段(35)连接的分路段(34)，所述分路段(34)对称设于接收段(35)中心线的两侧；所述接收段(35)与传声部的端部连接，所述分路段(34)的另一端与隔离板(61)连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：邸鹏飞，龙建军，陈琳莹，冯东，陈多福，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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