[發(fā)明專利]測量海底冷泉天然氣滲漏氣泡上浮速度的聲波分路器

有效

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• 申請日: 2014-02-07
• 公開（公告）號: CN103776500A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 龍建軍;邸鵬飛;胡柳;陳琳瑩;馮東;陳多福
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學;三亞深海科學與工程研究所
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 劉明星

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種測量海底冷泉天然氣滲漏氣泡上浮速度的聲波分路器，其目的是將上升的氣泡分割成大小相等且分布均勻的小氣泡，為獲得聲阻抗分布均勻的氣泡-海水兩相流，它是海底冷泉天然氣滲漏流量原位超聲波測量系統(tǒng)的重要部件。

背景技術(shù)

海底冷泉天然氣滲漏流量原位測量裝置是近十幾年國外研究發(fā)展的一項新技術(shù)，國際上該領域的研究正在如火如荼的進行著。美國將深海技術(shù)作為本國海洋領域優(yōu)先資助的高科技項目。1998年路易斯安那州立大學海岸研究所Harry?Roberts教授已經(jīng)設計制造出海底冷泉流體觀測裝置，成功地觀察了墨西哥灣Bush?Hill的天然氣滲漏系統(tǒng)。1999年由墨西哥灣天然氣水合物研究聯(lián)合會組織了15所高校，5個聯(lián)邦機構(gòu)和數(shù)家私人公司，由密西西比大學牽頭，開展了海底天然氣水合物實時觀測系統(tǒng)的研究，對墨西哥灣Mississippi?Canyon?Block118進行了地球化學、微生物和地震觀測。與此同時，加州大學圣塔芭芭拉分校采用所設計的海底冷泉觀測裝置對水合物脊和墨西哥灣等全球典型的天然氣滲漏和天然氣水合物發(fā)育區(qū)進行了觀測。滲漏系統(tǒng)發(fā)育的水合物（滲漏型水合物）具有埋藏淺，易開采，價值高等特點。每年通過這種海底冷泉天然氣滲漏釋放到海洋水體及大氣中的甲烷的數(shù)量是非常驚人的，初步的估計為大于10Tg(10¹²g)每年。甲烷是強烈的溫室效應氣體，其溫室效應是相同質(zhì)量二氧化碳的20倍以上，如此巨大數(shù)量的甲烷是全球氣候變化的一個重要影響因子。因此，對海底冷泉天然氣滲漏速率在線原位探測具有重要的經(jīng)濟價值和科學意義。目前，在國內(nèi)有關(guān)海底冷泉天然氣滲漏原位流量在線測量裝置的研究已經(jīng)開展起來，中國科學院廣州地球化學研究所現(xiàn)已成功研制出兩套海底冷泉天然氣滲漏原位流量在線測量裝置，填補了我國在該領域的空白，然而研制成功的這兩套裝置由于材料、元器件、耗電量等限制以及裝置工作性能穩(wěn)定性差，很難對海底冷泉滲漏系統(tǒng)天然氣流量開展長期的多環(huán)境的原位在線觀測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種測量海底冷泉天然氣滲漏氣泡上浮速度的聲波分路器，其通過聲波分路器本體形成至少兩路頻譜特征、能量相同的聲波，特征相同的聲波穿透進入測量通道中均勻分布的氣泡，形成至少兩路透射聲波，供外部換能器接收，用于測量海底冷泉天然氣滲漏氣泡上浮速度，結(jié)構(gòu)簡單，測量準確。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

測量海底冷泉天然氣滲漏氣泡上浮速度的聲波分路器，其包括聲波分路器本體、固定座傳聲段、扁平聲波發(fā)射換能器、固定座以及密封接頭，其中，聲波分路器本體包括端部以及與所述端部一側(cè)一體成型的至少二個聲波分路機構(gòu)，所述至少二個聲波分路機構(gòu)的結(jié)構(gòu)均相同，每個聲波分路機構(gòu)上均安裝一第一聲波反射板，且在所述至少二個聲波分路機構(gòu)之間設有一第二聲波反射板，固定座傳聲段的兩端分別與所述端部的另一側(cè)以及固定座的一側(cè)固定連接，扁平聲波發(fā)射換能器安裝于固定座傳聲段的端面上且位于固定座內(nèi)設有的密封腔內(nèi)，密封接頭固定連接于固定座的另一側(cè)，與扁平聲波發(fā)射換能器連接的驅(qū)動電纜通過密封接頭與外部信號源相連接。

固定座的作用是在測量中對扁平聲波發(fā)射換能器起密封作用；密封腔內(nèi)填充吸音材料，吸收扁平聲波發(fā)射換能器發(fā)出的干擾波；密封端蓋上連接密封接頭，密封接頭的作用是連接驅(qū)動電纜，驅(qū)動扁平聲波發(fā)射換能器發(fā)出一定頻率的聲波；固定座傳聲段的作用是傳導扁平聲波發(fā)射換能器發(fā)出的縱波進入聲波分路器；第一聲波反射板和第二聲波反射板的作用是使分路后的聲波沿設計好的路徑傳播；聲波分路器本體是用于把聲源產(chǎn)生的聲波分成至少兩路同源聲波。

向上滲漏的海底冷泉天然氣氣泡通過特殊的測量通道，上浮的氣泡在通道內(nèi)先形成大小相等且分布均勻的小氣泡，隨后進入到超聲波傳感器測量通道，外部信號源通過驅(qū)動電纜與扁平聲波發(fā)射換能器電性連接以使其發(fā)射出一定頻率連續(xù)聲波信號，通過聲波分路器本體形成至少兩路頻譜特征、能量相同的聲波，特征相同的聲波穿透進入測量通道中均勻分布的氣泡，形成至少兩路透射聲波，供外部換能器接收，用于測量海底冷泉天然氣滲漏氣泡上浮速度。

所述固定座傳聲段與端部通過鎖緊螺釘和聲波分路器墊鐵的配合結(jié)構(gòu)固定連接。

所述固定座包括固定座中段和密封端蓋，所述固定座傳聲段遠離聲波分路器本體的一端設有一與固定座中段形狀相匹配的連接板，所述密封端蓋與連接板分別固定連接于固定座中段的兩側(cè)，密封接頭的一端固定于密封端蓋上，所述密封腔設置于固定座中段、或固定座中段和密封端蓋之間，驅(qū)動電纜通過密封端蓋并穿于密封接頭內(nèi)的驅(qū)動電纜通過密封端蓋與扁平聲波發(fā)射換能器連接。