海底原位分层声学测量模拟装置的设计与实验

【目的】为研究原位测量装置的测量特性和不同环境下海底沉积物声学特性的变化机制,设计一种海底原位分层声学测量模拟装置。【方法】装置主要由分层运动控制单元、声学测量单元和计算机控制单元三部分组成,通过电动缸对声学测量探杆进行定位运动与连续运动控制,实现对声学测量探杆运动精度分析。通过在水中进行测量标定,获得装置声学测量探杆的校正距离差和扩散衰减系数。通过模拟原位分层声学测量实验,实现不同类型海底沉积物的声学特性测量。【结果与结论】声学测量探杆的校正距离差为77.14 mm,此装置发射声波的平均扩散衰减系数为(34.30±0.46)dB/m。声学测量探杆运动控制精度高,能准确运动到不同层中进行声学特性分层测量,定位测量和连续测量两种测量方式都能获得稳定的实验数据。

管道机器人超声测量轮廓重建方法的研究

针对大型管道内生物附着物状态的高精度测量需求,提出一种利用齐次变换的轮廓重建方法,通过坐标变换使偏移轮廓的坐标校正回准确轮廓的坐标,消除运动位置偏差引起的轮廓测量误差。通过建立管道超声测量实验装置进行实验验证,得到偏移重建后产生的绝对误差为9 mm、相对误差为2.36%,偏转重建后产生的绝对误差为6 mm、相对误差为1.6%,误差落在超声检测系统的厘米级分辨率之内。后续可以通过提高超声检测系统的分辨率提高轮廓检测精度。该方法可以应用于水下管道轮廓检测以及水下机器人基于轮廓的自动定心探测。

海底环境模拟三轴加压系统的设计与分析

为实现海底沉积物在原位环境的模拟测量,设计海底环境模拟三轴加压系统。通过围压、反压、轴压3个加压单元,组合实现模拟海底沉积物所受的水深压力和埋深压力。建立液压加压单元的数学模型,通过水介质的割线体积弹性模量方程得出不同条件下水的体积弹性模量,研究不同温度、压力和海水盐度对加压系统加压性能的影响。经过分析与测试得出:每1℃温度变化、每1 MPa压力变化、每1‰盐度变化对加压系统加压效果的影响分别为0.36%、0.14%、0.21%;通过模拟环境波动引发水的体积弹性模量变化,导致测试仓产生0.6 MPa压力扰动变化,系统自动恢复稳定状态的调节时间不超过5 s。实验表明系统的超调量小于0.05 MPa,1~10 MPa的保压10 min内测试压力波动不超过±0.005 MPa。系统的压力控制特性和抗干扰性好,满足测量要求。

海洋哺乳动物声信号检测与识别技术研究进展

海洋哺乳动物声信号的检测和识别对濒危海洋哺乳动物的调查研究、海洋生态环境的监控和保护、海洋水产养殖的管理和仿生隐蔽水声通信等多个领域有重要的研究价值和实践意义。海洋哺乳动物的声信号具有带宽较大、频率成分复杂以及变化迅速等特点,使得海洋哺乳动物声信号自动识别算法的设计成为难点。该文通过海洋哺乳动物声信号识别技术的分析研究,从特征提取和分类器识别两个方面进行归纳总结,分别阐述每种应用算法的特点、基本原理以及具体应用场景,探讨提出了海洋哺乳动物声信号识别领域未来关注的三个研究方向。

相控阵纵波超声法检测铝合金内部应力的实验研究

铝合金材料在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域广泛应用,其制造和装备过程中的载荷应力和残余应力会直接影响铝合金构件的机械性能和疲劳寿命。为评估铝合金的内部应力,文中基于声弹性原理,研究相控阵纵波检测技术,应用纵波传播时差法构建铝合金内部应力的检测方法;搭建相控阵纵波超声检测应力的实验系统,开展标定实验,获得铝合金内部应力与纵波传播声时差的关系式,得到超声传播声时差与内部应力之间的线性关系,在0~286 MPa的拉伸应力范围内,5 mm和3 mm厚铝合金板平均应力的标定绝对误差不超过2.85 MPa和10.82 MPa,相对误差不超过2.36%和13.93%,两种规格铝合金板的最大相对误差都出现在应力小于28.58 MPa的范围内,表明在小应力测量时需提高超声测量的分辨率和精度;应用相控阵纵波检测系统对5 mm厚铝合金板试样进行检测,平均应力误差为(1.174±4.567)MPa,绝对误差小于9.42 MPa,估算得到初始残余应力为3.329 MPa。实验结果表明,相控阵纵波超声法对5 mm厚铝合金板平均应力的检测效果好,应用纵波传播时差法可以对应力类型、应力大小、残余应力进行检测,该技术可以作为提高铝合金内部应力检测精度和检测效率的一种有效方法。

基于LabVIEW的测控电路实验仿真平台设计

利用LabVIEW图形化编程语言,采用状态机架构进行测控电路的仿真,通过仿真测试仪器显示实验结果。基于NI TDMS文件系统的实验平台账号登陆系统设计,用户可通过登陆不同权限账号,利用仿真平台完成相关实验项目,系统留有接口可实现局域网和互联网线上测控电路实验虚拟化的教学需求。

海底沉积物岩芯横向声学测量系统的标定

水平轴向测量技术相对成熟,但较难获取海底沉积物的无扰动分层声学特性,采用横向测量技术可以解决这一问题。文章研究了海底沉积物岩芯横向测量技术,将水作为海底沉积物测量的参考标准,进行测量系统的标定。提出了等效换能器的概念,将样品以外的声传播介质整合成等效换能器的一部分,标定测量等效换能器声延时和声传播初始能量。以水为标准介质,分别采用33、80、100 kHz三种频率的声学换能器,以及75、90、110 mm三种管径的聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC),测量所得的水中的声速与标准计算水中的声速具有一致性,其中以采用80 kHz频率声学换能器和90 mm管径PVC管测量时的声速误差最小,选用此状态进行标定,得出当隔水耦合测量法换能器相对距离为142.02 mm时,标定的等效换能器声延时为45.88±0.08μs,等效换能器声传播初始能量(以接收换能器的接收电压表示)为0.86±0.03 V。应用标定的等效换能器声延时和声传播初始能量测量海底沉积物。计算得到声速和声衰减系数符合黏土质粉砂的声学特性。

海底沉积物声速实验室测量结果校正研究

海底沉积物实验室测量状态与海底原状态存在较大差异,因此有必要进行声速校正。基于研究海底浅表层沉积物采样样品的原状态与实验室环境的差异,提出运用Hamilton声速校正模型对实验室测量沉积物声速数据进行校正,实现表层沉积物标准测量环境(23℃,1个大气压)下的声速校正到海底原状态;设计了温度变化实验测试南海海底沉积物的声速比变化,验证了Hamilton模型的可行性并将其推广到室温状态下各个温度的校正;分析了Hamilton声速校正模型应用于海底浅表层沉积物声速校正的可行性。

基于同轴差距测量法的南海深水海底沉积物声衰减特性研究

通过分析沉积物声波测量过程能量损失的实质,阐述平行轴差距衰减测量法和垂直轴差距衰减测量法的研究基础——差动式衰减测量方法原理,并推导了其衰减系数公式。根据南海沉积物的柱状样品分装的特点,结合以上两种方法,提出了同轴差距衰减测量法,这种方法具有原理上的合理性并且其可操作性强;运用此方法测量了沉积物在常温和温度控制变化条件下的声波信号,计算了衰减系数,研究了温度对沉积物声波传播能量的影响,得出南海深水海底沉积物具有以下声衰减特性:沉积物含砂量高,声衰减系数大;随着温度的升高,沉积物的声衰减系数变化具有不均匀性,整体呈非线性减小趋势。以上研究将为声学遥测和反演海底沉积物的物理力学特性提供数据和方法支持。

南海北部海底沉积物在温度变化下的三种声速类型

研究南海北部海底沉积物温度变化状态下声速性质,得出以下结论:(1)南海北部海底沉积物具有声速温度正增长(STPIK)、声速温度负增长(STNIK)和声速温度波动(STWK)三种类型,后两种类型在世界其他范围内海域未见报道.(2)声速温度正增长类型和声速温度负增长类型沉积物的温度变化对声速影响都具有十分显著的线性关系,但是原状样品由于组成不均匀性,增大了声速的非线性变化.(3)南海北部海底沉积物的孔隙度、密度等主要物理参数差异不明显,难以直接解释三类样品的温度-声速性质的不同.(4)对于STPIK类型沉积物,理论分析与实验结果的统一性,可以运用海底沉积物与海水声速比进行校正不同温度状态下的海底沉积物的声速.(5)对于STNIK和STWK类型沉积物,需要深入研究,从理论和实验角度揭开其机理和成因.海底沉积物声速-温度特性研究将为提高南海北部海域天然气水合物声学探测精度和准确度提供声速性质依据.

温度对水饱和孔隙介质压缩波速度的影响

温度作用使孔隙介质密度、弹性模量等参数发生改变，从而影响声波传播性质。文章基于变形体能量守恒定律，考虑热机耦合和两相介质热耦合，推导水饱和孔隙介质的热传导方程；考虑孔隙水和固相孔隙介质存在的三种耦合性，基于热作用下应力应变关系分析，建立了热机耦合声波传播模型；设计温度变化沉积物样品声学测量实验，当温度由2℃增加到27℃时，压缩波速度平均增大88m·s^-1运用热机耦合声波传播模型解释了实验测量结果的上升趋势，获得理论计算值与测量值相对偏差范围为-3．03％～1．19％。

海底沉积物声速经验方程的分析和研究

比较国内外主要研究者提出的海底沉积物声速单参数、双参数和多参数预报经验方程的物理意义和适用性,提出了孔隙度-含水量预报海底沉积物声速新的双参数公式,该式避免了单一参数预报声速经验方程和某些双参数公式中物理意义不明确以及多参数方程复杂性及对提高预报计算能力效果不显著之处.基于理论分析,改进孔隙度-含水量双参数计算公式得到的通用模型具有明确的物理意义,可以通过修改参数适用于不同海域的声速预报,提高了泛化能力,扩大了适用范围.通过对孔隙度、含水量等物理参数的权值分析研究,更加明确了孔隙度是影响海底沉积物声速大小的最关键参数.用台湾海峡北部、南海海域、珠江口大陆架三处的海域沉积物测量数据比较了不同模型,验证了本模型的优越性.

海底沉积物孔隙度计算方法与声速反演的误差分析研究

研究海底沉积物孔隙度的测量误差,采用参数计算方法时,分析了基于不同物理量应用不同公式所得到的误差不同,通过运用误差传递理论,分别推导出3种孔隙度计算式基于单次测量和多次测量两个不同过程的误差公式,以此为基础定量分析孔隙度参数的误差,以不断提高孔隙度的精度;采用反演方法时,分析了基于正演经验公式解析结果存在的歧义性,应用南海海域实验数据拟合反演公式,并且运用Hamilton、Chen Minben的数据进行验证,得出反演公式的基本误差限,为反演的准确性提供一个定性分析的依据。

新型C10高碳糖的NMR和ESI-MS/MS研究

利用 1 ,2 异丙基 5位苯甲酰基α D 呋喃型木糖合成了具有潜在抗菌活性的C1 0高碳糖 ,检测了该化合物的1 H、1 3CNMR和ESI MS/MS图谱 ,确证了该化合物的结构 ,通过DEPT和1 H 1 HCOSY ,HMQC ,HMBC等 2DNMR技术对其1 H和1 3CNMR数据进行了全归属和较详细的解析并探讨了其ESI

鲁迈拉油田防漏堵漏工艺技术

伊拉克鲁迈拉油田地质条件十分复杂,漏层为碳酸盐沉积原生孔隙和成岩作用与构造运动所形成的孔洞、裂缝,漏失通道从微米级至厘米级,二开地层具有"上下漏、中间喷"的层位分布特点,同一裸眼段存在多套压力体系,钻井液漏失严重,堵漏施工时间长。通过室内研究,提出以下防漏堵漏技术:为防止上部地层的漏失,优选出(2%～3%)DLX-1+(2%～3%)QNPB作随钻堵漏剂;当漏失速率为2～5 m3/h时可用钻井液快速钻穿漏层,采用静止堵漏或憋压堵漏;对于严重漏失,可采用清水盲钻,一次性把漏层都钻完,然后注入高效承压剂复合堵漏桥浆,高效承压剂能够在漏失孔道内迅速膨胀,配合刚性复合堵漏剂架桥,高效承压剂能很好地与岩石表面吸附完成漏层填充,提高地层的承压能力及堵漏成功率,再结合现场情况适当采用打水泥塞彻底封堵漏层。该高效承压复合堵漏技术、防漏堵漏工艺以及相关的工程技术措施,满足了鲁迈拉区块钻井安全顺利施工的需求。

海底沉积物压缩波速度与切变波速度的关系

基于连续介质假设，根据无吸收各向同性弹性介质通用方程分析沉积物声波传播关系，提出应用弹性结构分布因子表达的声速通用模型（GMSS,General Model of Sound Speed）分析海底沉积物的声速特性；通过研究Willey时间平均模型、Wood方程、Gassmann方程、Buckingham模型、Biot-Stoll模型和EDFM模型，可以表述成GMSS通用模型中的弹性结构分布因子的具体表达形式，得出GMSS通用模型在解释压缩波速度和切变波速度特性上具有一致性的特点。GMSS通用模型具有弹性结构分布因子、孔隙度、孔隙海水的等效密度和等效弹性模量、固相颗粒的等效密度、固相颗粒的等效体积弹性模量和等效切变弹性模量共7个参数，为研究海底沉积物压缩波和切变波速度提供了一种模型简单、参数少、通用性强的方法。但也需要从物理结构上以及应力应变关系上开展更为深入的分析和探寻GMSS模型的物理意义和参数测量的方法。

高碳糖希夫碱的~1H NMR和^(13)C NMR全归属

对7个高碳糖希夫碱进行了~1H和^(13)C NMR检测,通过 DEPT和~1H-~1H COSY,HMQC,HMBC等 2D NMR技术对其~1H和^(13)C NMR数据进行了全归属和较详细的解析,并指出其NMR特征。

海底浅表层沉积物原位声学测量方法探讨

研究透射式和折射式两类海底沉积声学原位测量方法,通过分析10种海底浅表层沉积物声学原位测量仪器的特征,指出不同声学原位测量技术对沉积物声学特性测量结果的影响。比较黄海海底浅表层沉积声学原位测量数据与实验室测量结果的差异,分析原位声学测量数据普遍小于实验室测量数据的原因,指出原位测量的作用和重要性。探讨指出海底浅表层沉积物原位声学测量所需要配合发展的其他物理性质原位测量技术。

基于海底表层沉积物声速特征的南海地声模型

在由垂直声速梯度建立的地声模型基础上,通过引入沉积物与海水声速比和沉积物压缩波与切变波声速比两个表征沉积物声学特征参数得到更全面和有实际指导意义的地声模型。在沉积物声波传播FCMCM模型基础上,基于热作用和重力作用下沉积物两相介质的应力应变分析,建立TFCMCM和DFCFCM模型,运用模型校正表层沉积物声速特征来计算和解释地声模型。根据海底表层沉积物存在低声速和高声速两种类型,结合沉积物沿纵深孔隙度不变和变化两种类型,得到南海海底沉积物的两类四种典型地声模型:低声速孔隙度不变型、低声速孔隙度减小型、高声速不变型和高声速孔隙度减小型。运用这四种典型地声模型的组合解释了卢博提出的南海三种典型声速结构。认知声速结构将为南海声学探测海底、划分海底区域提供模型支持。

海底表层沉积物声速的环境因素影响特性

应用声速通用模型开展理论分析,结合温度-压力可控实验测量分析,研究地声反演、海底原位声学测量和采样样品声学测量3种主要的海底表层沉积物声学特性测量方法中,存在的环境因素影响机制和特性。理论计算与实验测量研究具有一致性,揭示温度和静水压力对海底表层沉积物的压缩波声速的影响机制主要是通过影响孔隙海水的密度、黏度、体积弹性模量体现的。在海底4000 m以内的表层海底沉积物通常存在的海底温度和静水压力范围内,发现声速比不为常数,随着温度升高和静水压力增大而呈现出细微减小趋势,理论计算海底沉积物与底层海水声速比波动度在2%以内,实验测量声速比波动度在2.73%以内。基于声速比不为常数,提出修正声速比校正模型,为减小温度和静水压力影响因素误差,更准确地实现不同原位、实验室环境状态下的海底沉积物声速的分析和比较提供了改进方法。