CN103196998B - 一种柱状样沉积物声速测量方法 - Google Patents
一种柱状样沉积物声速测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103196998B CN103196998B CN201310136034.9A CN201310136034A CN103196998B CN 103196998 B CN103196998 B CN 103196998B CN 201310136034 A CN201310136034 A CN 201310136034A CN 103196998 B CN103196998 B CN 103196998B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sediment
- pure water
- temperature
- sample
- columnar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种海底沉积物声速测量方法，特别是涉及一种在可控的温度条件下获取海底沉积物柱状样品声速测量及校正方法。本发明是通过沉积物准备，选择一定长度的柱状样沉积物与纯水校正样品，然后进行温度条件设定及相关数据的测量，再在一定条件下通过相关公式进行时偏校正参数计算，最后对柱状样沉积物声速按一定的方式进行计算。本发明的优点是给出了在实验室模拟海底温度环境条件下的沉积物柱状样声速测量方法，提出了符合实际的温度设置方法与步骤，以不同温度条件下的纯水校正样品的声速值为参考，对沉积物不同温度条件下的声速值进行对应校正。本发明对海底研究具有非常重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底沉积物声速测量方法，特别是涉及一种在可控的温度条件下获取海底沉积物柱状样品声速测量及校正方法。
背景技术
海底沉积物声学参数是一个重要沉积物物理特性参数，有利于研究海底沉积的声传播、声衰减和声反射等，有利于海洋声学设备的开发和使用。目前常规的测量方法是取样测量，即将海底沉积样品取回到实验室，用声学设备对样品进行测量。温度是影响海底沉积物声学特性非常关键的外因。尤其是在近海区域，海底的温度存在很大梯度变化和季节性变化。温度变化，会使海底沉积物的压缩性、孔隙度、含水率、剪切强度等物理特性参数产生变化，进而导致声学特性的变化，这些物理特性参数是海底沉积物的地质声学模型、海底沉积物土工特性与声学特性参数正反演等研究的关键参量。同时温度变化也会引起沉积物粘滞系数、热传导等参量变化，这些参量是影响声波传播的重要因素。目前水声和声学测井方面的研究都表明温度对介质的声学特性有很大的影响。上世纪九十年代初，温压对声学特性的影响也逐步被提出，Jarot等人研究指出，沉积岩的声学特性与温度的变化有明显有相关性。Rajan等人研究指出海底海水的温度应考虑到沉积物声传播当中；美国在1999年开始的SAX99海底声学计划中就将温度变化对沉积物声学的影响作为计划的一部分内容；Jackson等人研究表明，浅水海域海底沉积物的温度会随着季节的变化而变化，温度的变化对海底界面的反射、散射和声波在沉积物中传播存在影响。Rafael等人的研究表明，在砂质海底温度对声波的速度、吸收及其反射都有影响，随温度的增加声速增大而声吸收减小。Hamilton等提出了声速比法进行温度校正，该方法需要到海上现测量海底温度值，室内还是在23℃常温下测量。国内近几年也开始了基于取样测量原理上的温度参数对声学特性影响的研究，如曾洁莹等人对温度变化下超声衰减特性进行了初步的研究；刘强、吴锦虹等讨论了沉积物颗粒、环境温度和扰动对南海沉积物声衰减的影响；邹大鹏在2007年的博士论文研究中利用冰箱作为温控装置讨论了温度对沉积物声速的影响；2010年，陶春辉等发明了一种恒温恒压测量平台。但总体来说，目前还没有建立在温度条件对沉积物声速的测量及校正方法。
发明内容
为了解决取样测量对温度影响因素考虑存在不足。本发明的目的是提出一种将海底沉积物样品置在一个可以设置温度，并能在一定时间能恒定温度的样品测量仓内进行声速测量的方法，进而在实验室里模拟海底的温度，对海底沉积物样品进行温度条件下的声速测量与校正，研究温度对沉积物声速的影响。
为达到上述的目的，一种柱状样沉积物声速测量方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）准备：包括柱状样沉积物与纯水校正样品的准备，将柱状样沉积物切割成长度最长为15cm的被测小柱状样，最小长度不小于2倍的所用超声波换能器在柱状样沉积物测量中波长；
（2）温度条件设定：温度设定范围为0～28℃，采取2℃等间隔增温或降温，在每一种设定温度条件下保持恒定2小时以上再开始测量，测量完成后再进行下一个间隔温度的测量；
（3）测量：对柱状样沉积物与纯水校正样品在每个恒定的温度条件下的进行测量，记录超声波穿透柱状样沉积物的时间t0，记录超声波穿透纯水校正样品的时间t纯水；
（4）时偏校正参数计算：时偏校正参数为测量系统、柱状样沉积物容器、超声波换能器和耦合剂对超声波传播时间产生影响的时间偏移量t校正，具体表示如下式：
t校正=t总-t纯水=t总-d纯水/v纯水
其中，t总为超声波在被测纯水校正样品的测量时间，t纯水是超声波纯水校正样品中的传播时间，d纯水为纯水校正样品的实际长度，v纯水为超声波在纯水中速度；其计算公式如下：
v纯水=1492.9+3×(T-10)-0.006×(T-10)2-0.04×(T-18)2-42-0.01(T-18）
其中，T为温度℃；
（5）柱状样沉积物声速计算：利用柱状样沉积物实际长度d沉积、柱状样沉积物在不同温度条件下的测量时间值t0和时偏校正参数来得到沉积物在不同温度条件下的声速值v沉积，公式如下：
v沉积=d沉积/（t0-t校正）。
作为优选，上述一种柱状样沉积物声速测量方法中纯水校正样品进行一次增温或降温测量，柱状样沉积物的测量以一次升温和一次降温进行测量。
有益效果是，给出了在实验室模拟海底温度环境条件下的沉积物柱状样声速测量方法，提出了符合实际的温度设置方法与步骤，以不同温度条件下的纯水校正样品的声速值为参考，对沉积物不同温度条件下的声速值进行对应校正。
附图说明
图1纯水声速-温度对应曲线
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明。
实施例1
结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施过程仅用于对本发明的理解，不对本发明起任何限定作用。
本发明中沉积物与纯水的声速分别代表沉积物柱状样和纯水的实际声速，已对温度、测量系统、样品容器等进行了校正后的声速值，符号分别为v沉积与v纯 水，单位均为m/s。
一种柱状样沉积物声速测量方法，包括下述步骤：
（1）沉积物准备：包括柱状样沉积物与纯水校正样品的准备，将柱状样沉积物切割成长度最长为10cm的被测小柱状样；本步骤是非常关键的步骤，沉积物的准备要保证样品的完整性，在切割样品时保证样品尽可少地被污染，不可以混入其它样品。由于每个测量者可能使用不同频率的声波换能器，所以满足声波测量的一维弹性条件并不完全相同，所以本发明规定了最小样品长度不小于2倍的所用超声波换能器在沉积物中波长，而纯水样品仅用于计算校正时偏值，不需要其他长度的校正样品。
（2）温度条件设定：温度设定范围为0～28℃，采取2℃等间隔增温或降温，在每一种设定温度条件下保持恒定2小时以上再开始测量，测量完成后再进行下一个间隔温度的测量；本实施例中1℃范围的数值变化不大，应用者可以根据本发明的方法按自己的需求增加。在设置到一个恒定值，需保持2小时以上的恒定，主要目的是使沉积物内部达到温度的均衡，并使温度的影响特性达到稳定，保证测量精度。
（3）测量：对柱状样沉积物与纯水校正样品在每个恒定的温度条件下的进行测量，记录超声波穿透柱状样沉积物的时间t0，记录超声波穿透纯水校正样品的时间t纯水；本步骤的测量是一个复杂的过程，本实施例只是提出了温度设置的测量流程，具体的声波测量方法应用者根据国标的规定严格执行，以确定测量数值的准确性。纯水校正样品仅是获得校正的时偏值，所以只需进行一次增温或降温的测量，但在测量系统长时间停置使用后，再进行样品测量时，需重新进行校正样品的测量。沉积物样品因升温和降温过程可能产生不同的变化，所以建议进行二个顺序的测量。
（4）时偏校正参数计算：时偏校正参数为测量系统、柱状样沉积物容器、超声波换能器和耦合剂对超声波传播时间产生影响的时间偏移量t校正，具体表示如下式：
t校正=t总-t纯水=t总-d纯水/v纯水
其中，t总为超声波在被测纯水校正样品的测量时间，t纯水是超声波纯水校正样品中的传播时间，d纯水为纯水校正样品的实际长度，v纯水为超声波在纯水中速度；其计算公式如下：
v纯水=1492.9+3×(T-10)-0.006×(T-10)2-0.04×(T-18)2-42-0.01(T-18）
其中，T为温度℃；
本步骤中假定纯水的声速作为已知条件，纯水的声速计算采取LeroyC.C.的公式，附图1是按此公式计算出来的结果图。实际上关于纯水或海水的声速计算存在很多其他的研究结果，本发明者的研究认为，选用一些被公认的研究结果对本发明计算校正时偏的影响不大，应用者可以参照本发明利用其它关于纯水或海水的声速计算公式来代替，但不影响本发明的测量方法流程。
步骤e所述的沉积物样品在不同温度条件下的测量时间值（t0），是利用声速测量仪所获得的数值，包括了测量系统、耦合剂和样品容器等影响的时偏在内，该时偏即为利用纯水计算出来的校正时偏（t校正）。
（5）柱状样沉积物声速计算：利用柱状样沉积物实际长度d沉积、柱状样沉积物在不同温度条件下的测量时间值t0和时偏校正参数来得到沉积物在不同温度条件下的声速值v沉积，公式如下：
v沉积=d沉积/（t0-t校正）。
在本实施例中，纯水校正样品进行一次增温或降温测量，柱状样沉积物的测量以一次升温和一次降温进行测量。
经测定，本实施例所得结果非常符合要求。
实施例2
在沉积物准备阶段，将柱状样沉积物切割成长度最长为8cm的被测小柱状样；其余步骤如实施例1相同，结果与实施例1相似的，效果良好。
Claims (1)
1.一种柱状样沉积物声速测量方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)沉积物准备：包括柱状样沉积物与纯水校正样品的准备，将柱状样沉积物切割成长度最长为15cm的被测小柱状样，最小长度不小于2倍的所用超声波换能器在柱状样沉积物测量中波长；
(2)温度条件设定：温度设定范围为0～28℃，采取2℃等间隔增温或降温，在每一种设定温度条件下保持恒定2小时以上再开始测量，测量完成后再进行下一个间隔温度的测量；
(3)测量：对柱状样沉积物与纯水校正样品在每个恒定的温度条件下的进行测量，记录超声波穿透柱状样沉积物的时间t0，记录超声波穿透纯水校正样品的时间t纯水；其中纯水校正样品进行一次增温或降温测量，柱状样沉积物的测量以一次升温和一次降温进行测量；
(4)时偏校正参数计算：时偏校正参数为测量系统、柱状样沉积物容器、超声波换能器和耦合剂对超声波传播时间产生影响的时间偏移量t校正，具体表示如下式：
t校正＝t总-t纯水＝t总-d纯水/v纯水
其中，t总为超声波在被测纯水校正样品的测量时间，t纯水是超声波纯水校正样品中的传播时间，d纯水为纯水校正样品的实际长度，v纯水为超声波在纯水中速度；其计算公式如下：
v纯水＝1492.9+3×(T-10)-0.006×(T-10)2-0.04×(T-18)2-42-0.01(T-18)
其中，T为温度℃；
(5)柱状样沉积物声速计算：利用柱状样沉积物实际长度d沉积、柱状样沉积物在不同温度条件下的测量时间值t0和时偏校正参数来得到沉积物在不同温度条件下的声速值v沉积，公式如下：
v沉积＝d沉积/(t0-t校正)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310136034.9A CN103196998B (zh) | 2013-04-18 | 2013-04-18 | 一种柱状样沉积物声速测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310136034.9A CN103196998B (zh) | 2013-04-18 | 2013-04-18 | 一种柱状样沉积物声速测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103196998A CN103196998A (zh) | 2013-07-10 |
| CN103196998B true CN103196998B (zh) | 2014-12-17 |
Family
ID=48719690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310136034.9A Active CN103196998B (zh) | 2013-04-18 | 2013-04-18 | 一种柱状样沉积物声速测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103196998B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103591942B (zh) * | 2013-11-07 | 2014-07-23 | 国家海洋局第二海洋研究所 | 基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法 |
| CN104237389B (zh) * | 2014-09-24 | 2016-09-14 | 国家海洋局第二海洋研究所 | 一种小尺度沉积柱状样声速测量与分样平台 |
| US9841405B2 (en) * | 2015-05-01 | 2017-12-12 | Ssi Technologies, Inc. | Method of calibrating a concentration sensor |
| CN112557514B (zh) * | 2020-12-22 | 2021-09-21 | 中国海洋大学 | 手持式海底沉积物样品剖面声学全自动测量装置 |
| CN116519799B (zh) * | 2023-07-03 | 2024-01-09 | 自然资源部第一海洋研究所 | 宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法、装置和介质 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IS5049A (is) * | 1999-05-11 | 2000-11-12 | Stjörnu-Oddi ehf. | Kerfi, búnaður og aðferð til að merkja sjávardýr |
| CN2852153Y (zh) * | 2005-07-08 | 2006-12-27 | 中国科学院声学研究所 | 一种测量海底沉积物声衰减与频率关系的装置 |
-
2013
- 2013-04-18 CN CN201310136034.9A patent/CN103196998B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103196998A (zh) | 2013-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103196998B (zh) | 一种柱状样沉积物声速测量方法 | |
| Meinen et al. | Temporal variability of the meridional overturning circulation at 34.5 S: Results from two pilot boundary arrays in the South Atlantic | |
| Dushaw et al. | A decade of acoustic thermometry in the North Pacific Ocean | |
| Wang et al. | Modeling tides in Monterey Bay, California | |
| Gunn et al. | Calibrated seismic imaging of eddy‐dominated warm‐water transport across the Bellingshausen Sea, Southern Ocean | |
| Dushaw | Inversion of multimegameter-range acoustic data for ocean temperature | |
| Duca et al. | Feasibility of ice segregation location by acoustic emission detection: A laboratory test in gneiss | |
| Storch et al. | Relationship between global mean sea-level and global mean temperature in a climate simulation of the past millennium | |
| WO2018145487A1 (zh) | 一种测量海水中声波速度的方法 | |
| CN114417682B (zh) | 一种综合校正北极海冰厚度反演的方法 | |
| Dushaw et al. | On the time‐mean state of ocean models and the properties of long range acoustic propagation | |
| Chang et al. | Research on ultrasonic-based investigation of mechanical properties of ice | |
| CN103076400A (zh) | 一种基于振动频率的新型腐蚀探头及其测量系统 | |
| Gopalakrishnan et al. | Structure and evolution of the cold dome off northeastern Taiwan: A numerical study | |
| Ekanem et al. | Effect of fracture aperture on P‐wave attenuation: a seismic physical modelling study | |
| CN203224419U (zh) | 液体密度仪 | |
| Dapeng et al. | Research progress and discussion on sound velocity characteristics of seafloor surface sediments | |
| Yu et al. | Reconstructing underwater temperature spatial distribution using ultrasound tomography | |
| Dapeng et al. | Basic geoacoustic structure and geoacoustic model for seafloor sediments | |
| Park et al. | Implementation of acoustic properties measurement system based on LabVIEW using PXI for marine sediment | |
| Jin et al. | Test and Analysis of Compression Wave Sound Velocity Measurement in Ice by Direct Method | |
| WANG et al. | The application of Wavelet Transform in Marine Sediments acoustic velocity in-situ measurement | |
| Zhou et al. | The physical model with temperature and pressure controlled for measuring acoustic velocity of marine sediments | |
| Vera et al. | The effect of bottom interaction on transmissions from the North Pacific Acoustic Laboratory Kauai source | |
| Gertman et al. | A new equation of state for the Aral Sea water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |