海底渗漏气泡流量测量过程中的声场强度控制

【摘要】海底冷泉渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象。海底天然气渗漏途径主要是海底冷泉,初步估计每年通过海底冷泉渗漏方式释放到海洋水体及大气中的甲烷数量大于10Tg(1012g)。出于科学、生态、气候和社会经济可持续发展的需要,测量每年海底渗漏释放到海洋水体及大气中的气体体积量具有重要的科学意义。目前多国学者对海底天然气渗漏流量的观测开展了实验研究,而在众多的流量观测技术中,能够实现原位在线测量的方法还不能满足不同海底渗漏环境的测量要求。本课题组已开展从透射声波波形—振幅参数的角度来测量海底天然气渗漏气泡流量的初步研究,初步测量结果表明该方法可以有效测量气泡流量。在此基础上,课题组目前已经研制一个新型的海底天然气渗漏气泡流量声波原位测量系统。为了满足在海底自动测量气泡流量的要求,该测量系统需要抵抗气泡体积分数这一扰动对输出声场强度造成的起伏波动。由于海底气泡流动状态具有不确定性,目前的声波测量仪器难以满足这个要求。因此如何自动调节发射声波的强度并抵抗气泡体积分数这一扰动,使输出声场强度平稳便成为新型原位测量系统的关键技术。为了解决上述关键问题,作者根据气泡-水介质的声传播理论,分析了声波在气液两相介质中的传播特性,建立了声波测量气泡流量系统的声场强度控制模型,设计了相应的PID控制器并同时建立了MATLABSIMULINK仿真模型。同时基于模糊控制算法搭建了MATLABxPC半实物仿真平台,开展了实验验证。实验结果表明所设计的模糊控制器达到了预期精度。这将为海底天然气渗漏气泡流量的精确测量提供技术支持。
【作者】龙达鑫；
【导师】杨宜民；
【作者基本信息】广东工业大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】海底天然气渗漏；气泡流量测量；声波声场强度；半实物仿真；xPC技术；

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