[发明专利]一种超声测量海底渗漏气流量的方法

说明书

本发明公开了一种超声测量海底渗漏气流量的方法，解决海底渗漏气流量的直接测量问题。通过水体中渗漏气体的流量变化引起超声波某个或者某些具体传播特征参数的变化，从而建立起与渗漏气体流量变化之间的关系，从而测得渗漏气体的流量。本发明所述的方法具体采用了1MHz的特定频率，将超声波透射测量和反射测量结合，测量截面含气率和流速直接得到渗漏气体的流量。基于超声多普勒效应测量气泡流速在一定的气泡直径范围内不受气泡大小影响，只与气泡流速有关，能够消除其他方法无法直接测量流速存在的误差；同时基于声波传播获得透射强度获得截面含气率，可消除其他方法如回波强度检法和多波速扫描声纳法无法穿透声波获得准确的截面气泡含气率。

技术领域

本发明涉及海底渗漏气体探测领域，本发明具体涉及一种超声测量海底渗漏气流量的方法。

背景技术

海底气体(包括冷泉和热泉中的气体)渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象，渗漏数量巨大。海底渗漏气部分溶解到海水中，大部分渗漏到大气中。其中海底渗漏天然气的成分主要为甲烷，甲烷是重要的温室气体之一，直接影响全球气候变化；部分渗漏天然气在海底环境中生存成天然气水合物，储存在水合物中的天然气有可能成为未来能源；海底渗漏气流量突然变化往往揭示了海底地质状态的巨大改变。因此非常有必要对海底渗漏气进行观测，监测海底天然气的渗漏量，从而为环保、能源和灾害预报服务。

目前测量海底渗漏气渗漏量的超声探测方法有：回波强度检法，多波速扫描声纳法，透射声波波形-幅度法。这些方法特点在于：回波强度检测法通过回波强度检测气泡流量，不适合与气泡流动分散的场合，尤其是开放状态下柱状流的流速和流量变化较大的场合，测量的准确性难以保证；多波速扫面声纳法能够测量渗漏气的空间分布和随时间的变化，但是无法准确测定气泡的流动速度，从而难以定量测量渗漏气的流量；透射声波波形-幅度法能够有效测量得出气泡截面积的变化，但是运用相关分析技术测量气泡流速仍未实现。以上方法不足之处在于无法直接实现测定渗漏气的流速，从而无法准确测量渗漏气的流量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超声测量海底渗漏气流量的方法，通过测量渗漏气流动状态下的声波透射强度和超声多普勒频移，获得渗漏气泡流动截面积含气率和气泡流动流速，结合两者综合计算得出气泡流量，解决现有技术中无法直接测量各种状态下的气泡流量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超声测量海底渗漏气流量的方法，包括以下步骤：

A、由渗漏气聚集装置聚集气泡上升流动；

B、控制超声发射换能器向含有渗漏气的水体发射超声波，由测强度超声接收换能器接收透射该含有渗漏气水体的透射声波，同时由测速超声接收换能器接收由渗漏气体的流动对声波传播产生二次多普勒效应所产生的反射声波；

C、声波仪将接收换能器接收到的透射声波和反射声波的波形数据存储于计算机内，由计算机程序对声波波形数据进行频谱分析获取透射声波主频幅度和反射声波主频，通过透射声波主频幅度变化计算声波强度，通过反射声波主频变化计算声波频移；

D、将步骤C获得的声波强度结合截面含气率公式计算获得截面含气率；

E、基于步骤C获得的声波频移计算流速；

F、将步骤C获得的声波频移结合步骤E获取的流速和步骤D获取的截面含气率计算渗漏气流量。

优选的，步骤B的超声波发射换能器发生的超声波频率为1MHz。

优选的，步骤B的超声发射换能器向含有渗漏气的水体发射超声波的控制是通过计算机控制声波仪触发声波发射电路来实现。

优选的，步骤C的透射超声波和反射超声波同步同时由各自的接收换能器进行接收，并通过声波仪转换存储进入计算机。