一种海底冷泉水体回声反射探测系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种海底冷泉水体回声反射探测系统，其包括：含有多个换能器组成的换能器基阵，电缆，收发合置开关，发射机，接收机，信号处理机，回声处理服务器和供电模块。所述的换能器基阵放置于水下，并且通过所述的电缆连接位于水上的所述的收发合置开关的一侧，在水上，所述的收发合置开关另一侧连接所述的发射机和所述的接收机，所述的发射机和所述的接收机分别连接所述的信号处理机，所述的信号处理机连接所述的回声处理服务器，所述的供电模块为整个系统提供电源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋
，特别涉及一种海底冷泉水体回声反射探测系统和方法。
技术介绍
海底冷泉是指来自海底沉积地层的气体以喷涌或渗漏的方式逸出海底的一种海洋地质现象。海底冷泉的发育和分布一般与天然气水合物的分解或与海床下天然气及石油沿地质薄弱带的上升密切相关，海底冷泉已成为指示现代海底发育或尚存天然气水合物最有效的标志之一。天然气水合物在自然界有广泛的分布，尤其是在广阔的海底，储量惊人。据了解，全球天然气水合物的储量是现有天然气和石油储量的两倍，具有广阔的开发前景。天然气水合物是一种分布广，储量大，能量密度高的新型高效优质能源，清洁无污染。因此，本专利技术针对海底浅层气逸出气泡的特点，实现快速确定冷泉富集海域，进而促进天然气水合物的勘探，经济效益显著。目前，国内的海洋气泡检测技术多采用水下摄像机等常规深潜器探测的检测手段，具有应用范围小，作业效率低等问题；采用声纳探测方法，具有方便，快捷，作业效率高等特点。目前，探测冷泉的专用设备还在研发阶段，现有的设备只能探测到一些特有的气泡，如Geopulse系列、Chirp系列的浅地层剖面仪，只能探测到中等、大的浅层气逸出气泡和部分偶尔出现的大气泡。另外，测深仪主要是测量深度，只能探测到较小的浅层气逸出气泡。此外，常规旁侧声纳探测主要是图像方面的功能，单道地震、多道地震主要用来测量地震，且单道地震不会探测到常见的浅层气逸出气泡，只能探测到偶尔出现的大气泡，探测范围较小；多道地震只能探测到大气泡，其远大于浅层气逸出气泡，易破碎。常规旁侧声纳探测到的气泡远小于常见的浅层气逸出气泡，不适于探测浅层气逸出气泡。因此，国内自主研发的浅层气逸出气泡探测仪器已经迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有方法探测冷泉速度慢和范围小的问题，本专利技术提供了一种海底冷泉水体回声反射探测系统和方法。本专利技术提供了一种海底冷泉水体回声反射探测系统，所述的海底冷泉水体回声反射探测系统包括：含有多个换能器组成的换能器基阵，电缆，收发合置开关，发射机，接收机，信号处理机，回声处理服务器和供电模块。所述的换能器基阵放置于水下，并且通过所述的电缆连接位于水上的所述的收发合置开关的一侧，在水上，所述的收发合置开关另一侧连接所述的发射机和所述的接收机，所述的发射机和所述的接收机分别连接所述的信号处理机，所述的信号处理机连接所述的回声处理服务器，所述的供电模块为整个系统提供电源。所述的含有多个换能器的换能器基阵为水下系统，水上系统包括：所述的收发合置开关，所述的发射机，所述的接收机，所述的信号处理机，所述的回声处理服务器和所述的供电模块。所述的换能器基阵，包括换能器元件，支撑框架，安装接口，衬板，匹配层和密封件。所述的衬板覆盖在所述的支撑框架上，所述的衬板上包含有呈等间距排列的孔，所述的换能器元件呈等间距放入所述的衬板的孔中，所述的匹配层置于所述的换能器元件的正上方，增加工作带宽，确保所述的换能器基阵发射宽带信号；所述的密封件紧密连接在所述的支撑框架的下方，形成水密封，且连接所述的电缆的端口。所述的安装接口为备用接口，起到固定的作用。所述的换能器基阵的工作范围为2-4000m。所述的换能器基阵将接收或发射的信号进行电信号与声信号之间的转换，即在发射时，将所述的发射机输出的宽带多频点电信号转换成声信号；在接收时，将接收到的宽带多频点声学回波信号转换成微弱的电信号发送给所述的接收机。所述的电缆，采用水密电缆。所述的发射机包括匹配网络和功率放大器，所述的匹配网络用来实现功率放大器与换能器基阵之间的阻抗匹配，进而提高电信号与声信号之间的转换效率，所述的功率放大器用来放大发射信号的功率。因此，所述的工作频率范围选为10-20kHz。所述的接收机包括前级放大器，滤波器，含增益控制的后级放大器和数据采集器，所述的前级放大器将电信号进行前级放大，所述的滤波器对前级放大后的电信号进行滤波，所述的后级放大器对滤波后的电信号进行后级放大，所述的数据采集器用来将经后级放大器放大的电信号转换成数字化的电信号。所述的回声处理服务器上连接人机接口，显示设备和GPS设备，所述的供电模块包括电源和电源控制单元，电源和电源控制单元连接。本专利技术同时提供了一种海底冷泉水体回声反射探测的方法，其包括如下步骤：1)所述的供电模块开始工作，所述的回声处理服务器通过人机接口接收人为和远程的探测操作或指令，进而所述的信号处理机生成宽带多频点的发射信号，该发射信号经所述的发射机放大后传输给所述的收发合置开关，该信号通过所述的电缆到达所述的换能器基阵，所述的换能器基阵将该发射信号由电信号转换为声信号发射出去。2)随后，所述的换能器基阵接收该声信号的声学回波信号，并将其转换成微弱的电信号，通过所述的电缆和所述的收发合置开关将电信号传输到所述的接收机，所述的接收机将微弱的电信号接收，该电信号在所述的接收机中经过滤波和放大。3)随后，传输到所述的信号处理机，所述的信号处理机接收来自所述的接收机的电信号，并且对该电信号进行信号处理，控制系统工作过程及工作状态。4)所述的回声处理服务器接收来自所述的信号处理机的电信号，将其转换为逸出气泡的图像，随后在所述的显示设备上，采用声纳图像显示技术，显示探测结果，再根据逸出气泡的特性来判别所述的电信号对应的声信号是否为冷泉。本专利技术的优点在于：采用了多个换能器组合成换能器基阵的方式，简化了换能器的加工工艺；采用了船底，船舷或拖拽的方式，简单方便，有利的加快了探测海底冷泉的探测速度，同时也使得探测范围增大了，通过采用宽带多频点的声学探测技术，可探测出不同尺寸的逸出气泡。附图说明图1是海底冷泉水体回声反射探测系统的整体结构示意图1、换能器基阵2、电缆3、收发合置开关4、发射机5、接收机6、信号处理机7、回声处理服务器8、供电模块图2是海底冷泉水体回声反射探测系统的水上和水下的系统框图1、换能器基阵2、电缆3、收发合置开关4、发射机5、接收机6、信号处理机7、回声处理服务器8、供电模块9、显示设备10、GPS设备11、人机接口81、电源82、电源控制单元图3是海底冷泉水体回声反射探测系统接收机和发射机的原理框图41、匹配网络42、功率放大器51、前级放大器52、滤波器53、含增益控制的后级放大器54、数据采集器图4是海底冷泉水体回声反射探测系统的换能器基阵结构示意图12、换能器元件13、安装接口14、衬板15、匹配层16、密封件17、支撑框架具体实施方式现结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所示，所述的海底冷泉水体回声反射探测系统包括：含有多个换能器组成的换能器基阵1，电缆2，收发合置开关3，发射机4，接收机5，信号处理机6，回声处理服务器7和供电模块8。所述的换能器基阵1放置于水下，并且通过所述的电缆2连接在位于水上的所述的收发合置开关3的一侧，在水上，所述的收发合置开关3另一侧连接所述的发射机4和所述的接收机5，所述的发射机4和所述的接收机5分别连接所述的信号处理机6，所述的信号处理机6连接所述的回声处理服务器7，所述的供电模块8为整个系统提供电源。如图2所示，所述的含有多个换能器的换能器基阵1为水下系统，水上系统包括：所述的收发合置开关3，所述的发射机4，所述的接收机5，所述的信号处理机6，所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底冷泉水体回声反射探测系统，其特征在于，所述的海底冷泉水体回声反射探测系统包括：含有多个换能器组成的换能器基阵，电缆，收发合置开关，发射机，接收机，信号处理机，回声处理服务器和供电模块，所述的换能器基阵放置于水下，并且通过所述的电缆连接位于水上的所述的收发合置开关的一侧，在水上，所述的收发合置开关另一侧连接所述的发射机和所述的接收机，所述的发射机和所述的接收机分别连接所述的信号处理机，所述的信号处理机连接所述的回声处理服务器，所述的供电模块为整个系统提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种海底冷泉水体回声反射探测系统，其特征在于，所述的海底冷泉水体回声反射探测系统包括：含有多个换能器组成的换能器基阵，电缆，收发合置开关，发射机，接收机，信号处理机，回声处理服务器和供电模块，所述的换能器基阵放置于水下，并且通过所述的电缆连接位于水上的所述的收发合置开关的一侧，在水上，所述的收发合置开关另一侧连接所述的发射机和所述的接收机，所述的发射机和所述的接收机分别连接所述的信号处理机，所述的信号处理机连接所述的回声处理服务器，所述的供电模块为整个系统提供电源。2.根据权利要求1所述的海底冷泉水体回声反射探测系统，其特征在于，所述的含有多个换能器的换能器基阵为水下系统，水上系统包括：所述的收发合置开关，所述的发射机，所述的接收机，所述的信号处理机，所述的回声处理服务器和所述的供电模块。3.根据权利要求1所述的海底冷泉水体回声反射探测系统，其特征在于，所述的换能器基阵，包括换能器元件，支撑框架，安装接口，衬板，匹配层和密封件，所述的衬板覆盖在所述的支撑框架上，所述的衬板上包含有呈等间距排列的孔，所述的换能器元件呈等间距放入所述的衬板的孔中，所述的匹配层置于所述的换能器元件的正上方，增加工作带宽，确保所述的换能器基阵发射宽带信号；所述的密封件紧密连接在所述的支撑框架的下方，形成水密封，且连接所述的电缆的端口，所述的安装接口为备用接口，起到固定的作用，所述的换能器基阵的工作范围为2-4000m，所述的换能器基阵将接收或发射的信号进行电信号与声信号之间的转换，即在发射时，将所述的发射机输出的宽带多频点电信号转换成声信号；在接收时，将接收到的宽带多频点声学回波信号转换成微弱的电信号发送给所述的接收机。4.根据权利要求1所述的海底冷泉水体回声反射探测系统，其特征在于，所述的电缆，采用水密电缆。5.根据权利要求1所述的海底冷泉水体回声反射探测系统，其特征在于，所述的发射机包括匹配网络和功率放大器，所述的匹配网络用来实现功率放大器与换能器基阵之间的阻抗匹配，进而...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭霖，石扬，申莹，贾永星，陈献军，苗清，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11