测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置的制作方法

本发明涉及海底测量的技术领域，更具体地，涉及测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置，接收两路频率特征和能量相同的声波信号，用以分析得到气泡上升速度，不仅能够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的在线测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置，包括内设有密封腔的密封座、用于连接接收电缆的密封接头以及顺次信号连接的声波接收传感器、传声部和声波接收换能器，所述传声部连接于声波接收传感器与声波接收换能器之间，所述声波接收换能器设于密封腔内，所述传声部连接于密封座的一端，所述密封接头连接于密封座的另一端，所述接收电缆连接于信号接收器。

本发明的测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置，声波接收传感器接收来自声波发射装置发射的声波信号，并经传声部将接收的声波信号传送至声波接收换能器，声波接收换能器将信号通过接收电缆传送至外部的信号接收器，可根据信号接收器接收的声波信号计算获得气泡的上升速度。本发明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，所述密封座包括密封座中段及密封端盖，所述密封端盖、传声部分别连接于密封座中段的两端，所述密封腔形成于密封端盖和传声部之间。传声部、密封座终端及密封端盖的作用是在测量中对声波接收换能器起到密封作用，防止外界声波干扰对测量结果的影响。

进一步地，所述密封座中段、密封端盖及传声部通过连接部固定连接。连接部穿接密封座中段、密封端盖及传声部将三者固定在一起，防止三者间发生相对移动，确保密封座的密封性能。

进一步地，所述密封腔内填充有用于吸收干扰波的吸收材料。吸收材料吸收声波信号中的干扰波，保证测量结果的准确性。

进一步地，所述密封座中段的端面设有密封沟槽，所述密封沟槽内安装有密封圈。密封沟槽和密封圈的设置赋予密封腔以密封性，防止外界环境声波干扰对测量结果的影响。

进一步地，所述密封接头的一端连接于密封端盖的端部，密封接头的另一端连接尼龙管。本发明的密封接头为金属密封接头，尼龙管起到扩孔作用，尼龙管用于连接接收电缆。

进一步地，所述密封座、密封接头、声波接收传感器、传声部及声波接收换能器均为两组，两组密封端盖均与固定连接件连接，所述固定连接件固定于固定座上。声波信号为两路频谱特征、能量相同的声波信号，两路声波信号穿透超声波测量通道的均匀分布的气泡后分别由两组声波接收传感器接收。

进一步地，所述连接部的一端顺次穿过固定连接件、密封端盖、密封座中段、传声部与固定部固定连接。连接部顺次穿过固定连接件、密封端盖、密封座终端、传声部将四者紧固在一起，结构紧凑，体积小，质量轻，且能够有效防止四者间发生移动对密封性能的影响。

进一步地，所述连接部与固定连接件的连接处设有密封垫圈。密封垫圈的设置可保证密封座的密封性、增强各部件之间的稳定性，防止紧固过程中对固定连接件表面产生磨损。

进一步地，所述固定座为多组，多组固定座之间穿接有连接杆，所述连接杆的两端设有固定块，所述固定块与固定座的接触处设有止动垫圈。多组固定座连接在一起，结构紧凑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置，接收测量声波信号，并将接收的声波信号传送至信号接收器，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；

本发明的测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置，在密封腔内填充吸收材料，吸收声波信号中的干扰波，保证测量结果的准确性；在密封座中段的端面设置密封沟槽和密封圈，赋予密封腔以密封性，防止外界环境声波干扰对测量结果的影响；

本发明的测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置，固定连接件、密封端盖、密封座中段、传声部与固定部紧固在一起，结构紧凑，占用体积小，且质量轻，具有很好的可行性和实用性。

附图说明

图1为测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置i；

图2为测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置ii；

图3为测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置iii；

图4为测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置iv。

附图中：1-密封接头；2-声波接收传感器；3-传声部；4-声波接收换能器；5-密封座中段；6-密封端盖；7-连接部；8-吸收材料；9-固定连接件；10-固定座；11-固定部；12-密封垫圈；13-连接杆；14-固定块；15-止动垫圈；16-尼龙管；17-匹配器；18-锥面金属接头螺母；19-垫片；20-固定销。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至图4所示为本发明的测量海底冷泉渗漏气泡上升速度的声波接收传感装置的实施例，包括内设有密封腔的密封座、用于连接接收电缆的密封接头1以及顺次信号连接的声波接收传感器2、传声部3和声波接收换能器4，传声部3连接于声波接收传感器2与声波接收换能器4之间，声波接收换能器4设于密封腔内，传声部3连接于密封座的一端，密封接头1连接于密封座的另一端，接收电缆连接于信号接收器。本实施例的声波接收传感器2可设置匹配器17以使得声波信号沿着设计好的路径传播至传声部3。本实施例中的密封接头1为防止海水腐蚀采用316l不锈钢材料，但其材质只是优选，而并不作为限制性规定。

本实施例在实施时，声波接收传感器2接收来自声波发射装置发射的声波信号，并经传声部3将接收的声波信号传送至声波接收换能器4，声波接收换能器4将信号通过接收电缆传送至外部的信号接收器，可根据信号接收器接收的声波信号计算获得气泡的上升速度。

如图1至图4所示，密封座包括密封座中段5及密封端盖6，密封端盖6、传声部3分别连接于密封座中段5的两端，密封腔形成于密封端盖6和传声部3之间；在测量中对声波接收换能器4起到密封作用，防止外界声波干扰对测量结果的影响。其中，密封座中段5、密封端盖6及传声部3通过连接部7固定连接，防止三者间发生相对移动，确保密封座的密封性能。为吸收声波信号中的干扰波，保证测量结果的准确性，本实施例在密封腔内填充有用于吸收干扰波的吸收材料8；为改善密封性，防止外界环境声波干扰对测量结果的影响，本实施例在密封座中段5的端面设有密封沟槽，且在密封沟槽内安装有密封圈；为方便地与外部接收电缆连接，本实施例的密封接头1的一端连接于密封端盖6的端部，且在密封接头1的另一端连接可起扩孔作用的尼龙管16；且尼龙管16与密封接头1之间通过锥面金属接头螺母18固定连接。

实施例二

在测量气泡上升速度时，需采用两路频谱特征、能量相同的声波信号，两路声波信号穿透测量通道中均匀分布的气泡后分别由两组声波接收传感器2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。本实施例与实施例一相同，所不同之处在于，密封座、密封接头1、声波接收传感器2、传声部3及声波接收换能器4均为两组，两组密封端盖6均与固定连接件9连接，固定连接件9通过固定销20固定于固定座10上。

其中，连接部7的一端顺次穿过固定连接件9、密封端盖6、密封座中段5、传声部3与固定部11固定连接；连接部7顺次穿过固定连接件9、密封端盖6、密封座终端、传声部3将四者紧固在一起，结构紧凑，体积小，质量轻，且能够有效防止四者间发生移动对密封性能的影响。本实施例的连接部7为内六角圆柱形头螺钉，固定部11为六角螺母。本实施例中，为保证密封座的密封性能、增强各部件之间的连接稳定性，防止紧固过程中对固定连接件9表面产生磨损，在连接部7与固定连接件9的连接处设置密封垫圈12，本实施例的密封垫圈12可由倒角型平垫圈和弹性垫圈叠加组成；为便于本实施例的声波接收传感装置与固定板的固定连接，固定座10为多组，多组固定座10之间穿接有连接杆13，连接杆13的两端设有固定块14，具体地，是同一水平线或同一竖直线上的固定座10通过连接杆13连接；且为了增加连接杆13与固定座10之间的连接稳定性，在固定块14与固定座10的接触处设置有止动垫圈15，在连接杆13与固定座10的穿接处设有垫片19。

实施例三

本实施例与实施例二类似，所不同之处在于，顺次穿过密封端盖6、密封座中段5、传声部3将其紧固连接的为第一连接部，顺次穿过固定连接件9、密封端盖6、密封座中段5、传声部3与固定部11固定连接的连接部为第二连接部，第二连接部设置在固定连接件9的两端，第一连接部均匀地分布在两组第二连接部之间。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。