海底冷泉气体渗漏模拟观测系统设计与开发

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2023.01.002

山东科学 ›› 2023, Vol. 36 ›› Issue (1): 10-17.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2023.01.002

海底冷泉气体渗漏模拟观测系统设计与开发

李臣豪¹(), 华志励¹, 何锐², 连军帅², 郝宗睿¹^,^*()

1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266100
2.青岛光明环保技术有限公司,山东青岛 266100

收稿日期:2022-03-27 出版日期:2023-02-20 发布日期:2023-02-08
通信作者: *郝宗睿,男,研究员,研究方向为海洋流体机械装备,过程装备。E-mail:haozr@qlu.edu.cn
作者简介:李臣豪(1997—),男,硕士研究生,研究方向为电子信息,海洋装备。E-mail:li15588655091@163.com
基金资助:
青岛市市南区科技发展基金(2022-1-019-ZH)

Design and development of seabed cold spring gas leakage simulation observation system

LI Chenhao¹(), HUA Zhili¹, HE Rui², LIAN Junshuai², HAO Zongrui¹^,^*()

1. Institute of Oceanographic Instrumentation,Qilu University of Technology(Shandong Academy of Sciences),Qingdao 266100,China
2. Guangming Environmental Protection Technology Limited Company,Qingdao 266100, China

Received:2022-03-27 Online:2023-02-20 Published:2023-02-08

摘要/Abstract

摘要：

由于海底冷泉声探测需要准确的气泡特征信息作为支撑,以真实海底冷泉气泡分布特征为依据,研制了控制精度高、功能全的海底冷泉气体渗漏模拟观测系统。通过模糊PID控制算法对气体流量进行精准控制,相比于常规控制方法流量误差率最高可降低1.5%,可以准确可控地模拟真实环境下的冷泉气泡;通过设计的以太网同步触发器驱动双相机同步拍摄,使拍摄同步误差范围降低1.1 ms,实现了对初始溢出阶段气泡形态的正交同步观测,能够为海底冷泉探测提供数据支持。

关键词: 冷泉气泡, 模拟系统, 系统设计, 模糊PID

Abstract:

As the acoustic detection of seabed cold springs requires accurate information of bubble characteristics, this paper develops a simulated observation system for the gas leakage of seabed cold springs with high control accuracy and full functions based on the bubble distribution characteristics of real seabed cold springs.The gas flow is precisely controlled viathe fuzzy PID control algorithm. Compared with the conventional control method, the flow error rate can be reduced by up to 1.5% and the cold spring bubbles in the real environment can be simulated accurately and controllably. The dual cameras are driven viaan Ethernet synchronous trigger, and thesynchronized shooting reduces the shooting synchronization error range by 1.1 ms.The system accurately realizes the orthogonal synchronous observation of the bubble shape in the initial overflow stage and provides data support for the detection of seabed cold springs.

Key words: cold spring bubbles, analog system, system design, fuzzy PID

中图分类号:

TP202.2

李臣豪, 华志励, 何锐, 连军帅, 郝宗睿. 海底冷泉气体渗漏模拟观测系统设计与开发[J]. 山东科学, 2023, 36(1): 10-17.

LI Chenhao, HUA Zhili, HE Rui, LIAN Junshuai, HAO Zongrui. Design and development of seabed cold spring gas leakage simulation observation system[J]. Shandong Science, 2023, 36(1): 10-17.

图/表 12

图1

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图9

图10

表1

图11

参考文献 15

[1]	杨力, 刘斌, 徐梦婕, 等. 南海北部琼东南海域活动冷泉特征及形成模式[J]. 地球物理学报, 2018, 61(7): 2905-2914.
[2]	唐俊红, 朱振振, 王国建, 等. 地质甲烷微渗漏对环境的影响[J]. 杭州电子科技大学学报(自然科学版), 2020, 40(1): 74-78.DOI:10.13954/j.cnki.hdu.2020.01.014. doi: 10.13954/j.cnki.hdu.2020.01.014
[3]	孙涛, 吴涛, 葛阳, 等. 琼东南盆地深水区浅表层水合物稀有气体地球化学特征及意义[J]. 地学前缘, 2022, 29(5):476-482. DOI:10.13745/j.esf.sf.2022.2.59. doi: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.59
[4]	胡敏芝, 王乐, 鹿擎梁, 等. 海上天然气水合物勘探开发现状与展望[J]. 船舶工程, 2021, 43(12):23-28.
[5]	刘一林, 李灿苹, 郭子豪, 等. 冷泉、羽状流与天然气水合物的联合探测分析[J]. 地球物理学进展, 2022, 37(2):851-861
[6]	KIM N J, HWEN L J, CHO Y S, et al. Formation enhancement of methane hydrate for natural gas transport and storage[J]. Energy, 2010, 35(6): 2717-2722.DOI:10.1016/j.energy.2009.07.020. doi: 10.1016/j.energy.2009.07.020
[7]	曹学文, 杨凯然, 杨健, 等. 高压CO₂水合物的生成机理实验和模拟[J]. 高压物理学报, 2021, 35(3):173-180.
[8]	江磊磊. 天然气水合物快速合成技术实验研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2018.
[9]	胡林林, 付龙, 吴伟, 等. 基于STM32的便携式毫伏示波器控制系统设计[J]. 工业控制计算机, 2022, 35(2): 92-93.
[10]	张峰, 王强. 基于模糊粒子群PID算法的温控系统研究[J]. 电子测量技术, 2022, 45(13): 109-114. DOI:10.19651/j.cnki.emt.2209022. doi: 10.19651/j.cnki.emt.2209022
[11]	李爽. 基于改进模糊PID气体流量控制的传感器动态测试系统研究[D]. 长春: 吉林大学, 2019.
[12]	孙茜, 郑书河. 基于双目视觉的植物三维重建方法及应用[J]. 安徽农业科学, 2021, 49(24): 11-17.
[13]	林冬梅, 张爱华, 沈蓉, 等. 双目视觉脉搏测量系统中的相机同步采集方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(6): 1999-2006.DOI:10.13229/j.cnki.jdxbgxb201506038. doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201506038
[14]	汤全武, 何昊瀚, 杨燕, 等. 马铃薯动态分级系统中多目相机同步采集方法[J]. 农业工程, 2021, 11(1): 28-32.
[15]	温小艳. 手术导航系统双目视觉图像同步采集设计[D]. 广州: 华南理工大学, 2013.

测试次数	设定流量值/ sccm	PID控制下的流量值/ sccm	模糊PID优化后流量值/ sccm	误差改变率
1	200	204.14	202.23	-0.95%
2	300	306.54	303.21	-1.11%
3	400	407.69	404.22	-0.87%
4	500	511.98	506.56	-1.08%
5	600	614.23	607.11	-1.19%
6	700	716.66	706.57	-1.44%
7	800	785.89	804.97	-1.14%
8	900	886.36	902.45	-1.24%
9	1 000	1 018.96	1 004.23	-1.47%
10	1 200	1 178.57	1 203.46	-1.50%

海底冷泉气体渗漏模拟观测系统设计与开发

Design and development of seabed cold spring gas leakage simulation observation system

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[1]	彭磊, 樊葱, 汪茜, 王晓潮, 柏赟. 地铁线路纵断面优化系统设计与实现[J]. 山东科学, 2022, 35(4): 136-143.
[2]	徐娟, 刘波, 华志励. 冷泉水体甲烷气体浓度反演方法研究[J]. 山东科学, 2019, 32(3): 10-15.
[3]	王志，冉祥涛. 蝶阀煤气调节系统增量式模糊PID控制器的动态特性研究[J]. 山东科学, 2014, 27(5): 42-45.