[发明专利]深海热液口温度场原位在线声学检测方法

说明书

技术领域

本发明属于深海装备技术领域，涉及一种深海热液口温度场原位在线 声学检测方法。

背景技术

对现代热液活动的温度场分布原位监测是热液活动研究中的重要内容 之一，也是研究深海热液喷口及其周围深部生物圈、探究海底热液成矿作 用机理的基础研究工作。温度场分布又是热液系统输入海洋热通量计算的 重要参数。但由于热液活动区的高温高压极端环境限制，现有的测定热液 口温度的有效手段和技术非常有限。迄今为止已经开发了可以测量热液口 点温度的温度计。现有的手段主要用温度传感器阵列进行测量，但传统的 接触式温度测量装置具有很大的局限性：首先，接触式测量会干扰热液口 的温度；其次，接触式温度测量只能测量热液口某些点的温度，无法得到 热液区域二维和三维的温度场分布数据。综上所述，目前深海热液口测温 的主要手段无法对热液流体的温度场准确测量。因此海洋科学家无法对脊- 洋反应区内整个温洋脊剖面的热能通量进行准确估计，只能在现有资料基 础上进行一个恰当的估计。目前，国内尚未有一种能够实现热液喷口温度 场原位监测，给出定量温度信息的方法面市。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的海底热液喷口温度测量的缺点，提供了 一种运行稳定可靠、测量准确快速的深海热液口温度场原位在线声学检测 方法。

本发明方法的步骤是：

步骤(1)、将三十二个水声换能器分为两层设置在支架上，层高为0.5m， 每一层有十六个水声换能器，十六个水声换能器组成围合成正方形，正方 形的每边上设置四个水声换能器，每条边上水声换能器的间距为0.3m；

步骤(2)、用扫频范围为18kHz～23kHz，声压级为69dB的扫频信号源 发射卡驱动第一层任意一个水声换能器发射声波信号，同层其余15个水声 换能器都作为接收水声换能器接收声信号，分别将这15个接收水声换能器 接收到的声波信号与发射水声换能器发射的声波信号进行互相关函数分析

R(n)=Σk=0k=Nf1*(k)·f2(k+n)]]>

其中R(n)为互相关函数，N为采样点数，可根据所需的测量精度设定， f₁(k)是发送水声换能器发送的声源信号，f₂(k)是接收水声换能器采集到 的离散声波信号，互相关函数取得最大值的延迟时间即为声波的传播时间。

再通过切换电路把按照逆时针方向确定的紧临上一个水声换能器的下 一个水声换能器作为发射声波信号的水声换能器，同层其余十五个水声换 能器作为接收声波信号的水声换能器，再次利用互相关函数计算声波的传 播时间，以此类推，直到完成第二层中的最后一个水声换能器作为发射声 波信号的水声换能器时的互相关函数分析。这样切换电路共切换三十一次 形成一个完整的周期；

步骤(3)、计算声波传播路径的平均温度值t。

c(D，S，t)＝c(0，S，t)+(16.23+0.253t)D

            +(0.213-0.1t)D²+[0.016

            +0.0002(S-35)](S-35)tD

式中：

c(0，S，t)＝1449.05+45.7t-5.21t²

            +0.23t³-(1.333-0.126t