冷泉渗漏声波测量装置主体研制与气泡—水声学特性的实验研究

【摘要】海底冷泉渗漏气泡-水介质声学特性的研究在经济建设与生态保护等领域均具有重要的意义。海底冷泉渗漏气泡-水介质主要的声学物理特性参数包括：声速、声衰减和气泡流速。目前海底冷泉渗漏气泡流量可以采用超声回波测量,由于开放环境下气泡的流动状态不稳定,反向超声回波不但经历了海水的衰减,而且受到随机分布气泡的前向与逆向散射,回波信号是一种不稳定的信号,造成测量精度难以保证。因此,为满足海底冷泉渗漏流量研究的需要,在本课题组前期研究的基础上,本文模拟海底冷泉渗漏,研制了以气泡破碎均匀装置为预处理模块、矩形换能器为传感器的海底冷泉渗漏声波测量装置,采用透射声波波形-幅度测量气泡流量。论文介绍了海底冷泉渗漏气泡测量的研究现状,包括非声波测量法与声波测量法。概述了海底冷泉渗漏气泡主要的声特性。针对本实验测量原理,分析了气泡-水介质的声速、声衰减和气泡流速的计算方法。阐述了海底冷泉渗漏声波测量装置的总体设计和结构设计的两部分：气泡收集与预处理装置和传感器测量装置。气泡收集与预处理装置主要介绍了气泡破碎网格与气泡破碎均匀装置,并对其结构及工作原理作了介绍。传感器测量装置主要介绍了发射换能器模块和矩形换能器。对测量装置的关键部件—声波分路器进行了详细设计与实验验证,通过在空气中与水中的实验验证了声波分路器设计的合理性与有效性。通过发射与接收换能器模块的耦合接触,求出测量系统的传播时间。运用设计的声学特性测量系统,以1MHz的矩形换能器为传感器,模拟海底冷泉渗漏气泡-声波特性测量实验。对采集到的声波信号进行分析处理,主要包括气泡-水介质的声速、声衰减和气泡流速。研究不同容积含气率声特性参数的变化情况。研究不同水深对实验测量结果的影响,对比分析了不同水深下,气泡-水介质的声速、声衰减和气泡流速的变化情况。根据系统调试与实验测量中发现的问题,提出海底冷泉渗漏气泡-声波特性测量需进一步改进意见。
【作者】胡柳；
【导师】龙建军；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】海底冷泉渗漏；声特性；矩形换能器；声波分路器；

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