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《杭州电子科技大学》 2015年
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基于声学的海洋热液/冷泉探测技术研究

胡杭民  
【摘要】:海洋热液/冷泉探测是目前国际前沿研究热点,其共同物理特征就是喷口有气泡群冒出,本文通过对水下气泡探测实现对热液/冷泉的探测。水下气泡作为典型的散射体,在研究过程中通常将散射体等效成一个反射单元。本文提出从单散射到多散射,从刚性物体(空心铝球)到柔性物体(含不同气体成分的气球)的研究思路,研究水-气体之间的刚性、柔性介面及水下气泡对声波的反射及散射特性。同时,在设计并搭建海洋热液/冷泉声学探测平台的基础上,对水下目标探测、测距及形状识别、测向定位、水下气泡流量探测以及成像等5项关键技术进行了理论和实验研究,为最终实现大洋探测提供理论基础及技术支持。 本文各章节内容安排如下: 第一章,论述了课题的研究背景及意义;说明了课题的来源;综述了海洋热液/冷泉探测技术及声学探测技术国内外研究现状及发展;简述了本文的研究思路及内容;重点提出了海洋热液/冷泉声学探测所涉及的5项关键技术。 第二章,简述了热液/冷泉的形成机理及物理化学特性;介绍并分析了相关水声探测知识;总结了水下气泡作为典型散射体的声学特性及散射特性;运用MATLAB软件编程完成了球体目标散射声场的数值模拟,为之后的实验设计及数据分析奠定基础。 第三章,完成了热液/冷泉声学探测平台的设计与集成,介绍了整个声学探测平台的结构、硬件以及软件等各方面的设计原理。分别完成了超声波发生模块及接收模块的设计集成;完成了水箱系统、实验台架滑行机构以及气泡发生器的设计制造;重点完成了前置放大器、滤波器以及基于LabVIEW软件平台的数据采集系统的设计实现。 第四章,开展了水声器材的校准实验,确定了超声波发射信号的各项参数;重点开展了水下目标探测、测距、形状识别、测向定位的理论及实验研究;选取了刚性物体(单个铝块、空心铝球等)及柔性物体(含有不同介质成分的气球)开展实验,验证了基于理论研究所设计实验方案的可行性,并得出了一系列声学反射及散射规律,为进一步研究水下气泡介面及内部成分对水下气泡单散射及多散射特性的影响提供了重要的理论及实验依据;开展了水下气泡多散射特性实验研究。 第五章,提出了海洋热液/冷泉气泡流量探测方案,完成了气泡流量探测装置的设计制造,开展了初步实验,分析了透射声波幅值变化与气泡流量之间的关系;并基于超声医学造影技术基础,提出了基于“相衬声波成像”技术的气泡成像方案展望。 第六章,对全文进行总结,并对后续实验提出展望。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P744

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【参考文献】
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