海洋探测范文（精选4篇）
海洋探测 第1篇
1 海洋电场探测电极的特性要求
海洋电场探测电极的性能是影响信号获取精度的重要因素[4], 根据海洋环境和电场信号传播的特点, 电极应具备以下的特性。 (1) 重现性:在海洋电场探测过程中, 电极对之间的电位差为海洋电场的测量参数, 而探测电极对的平衡电位差就是测量值的基数, 为了降低测试系统的量程应该尽量减小测量基数, 所以探测电极的平衡电位应具有较好的重现性, 从而提高探测精度。 (2) 承压能力强:海洋环境中, 水深每增加10m, 压力约增加101kPa[5], 为了完成深海及海底的电场探测, 电极需要有一定的机械强度。 (3) 寿命长:海上作业难度大、不可预见因素多、测试周期长, 为了保证测试数据的可信度, 应尽量选择耐蚀性强溶解度小的电极作为海洋电场探测电极, 从而提高电极的使用寿命。 (4) 噪声低:电极的自噪声是探测系统背景噪声的重要组成部分, 降低电极的自噪声可以提高探测电极的信噪比和分辨率。 (5) 敏感性:在海洋环境中, 电场信号的高频部分在传播过程中发生衰减, 所以能用于远程监测的目标电场主要是低频和极低频弱信号[6], 而探测电极需要对该信号具有足够的敏感性, 同时降低电极对低频信号的接收阻抗可以减小目标信号在电极表面的衰减, 提高电极探测灵敏度。
2 海洋电场探测电极的材料选择
在海洋环境中电极材料的界面反应、动力学过程、表面状态以及腐蚀情况都会影响电极的自噪声和灵敏度, 所以选择海洋电场信号的匹配电极材料是至关重要的。
美国海军研究生学院20世纪70年代的一篇国防报告中曾针对海洋电场探测传感器研究了不同材料在海水中的直流电阻、低频 (0.1~1.0Hz) 阻抗和信号接收阻抗[7], 选择了银、铝、碳纤维、铜、钛、铂、锌、钨、铅、锡、镍、不锈钢、铂/铂黑电极和银/氯化银电极进行实验测试, 并结合电极的工作面积、腐蚀和极化情况来分析测量结果, 结果表明银/氯化银电极、铂/铂黑电极和碳纤维电极的耐蚀性能好、接收阻抗低, 较其它材料更适合作为海洋电场探测电极, 其粗糙多孔的表面状态可以增大电极有效工作面积, 从而降低电极的信号接收阻抗。报告中还提出了结合阻抗测试结果对上述3种电极的电容特性、电极体积对阻抗的影响以及降噪改良技术进一步研究的建议。
对于银/氯化银电极、铂/铂黑电极和碳纤维电极作为海洋电场探测电极的可行性, 英国Ultra电子公司的S.J.Da-vidso等提出了观点:铂/铂黑电极和碳纤维电极自噪声过大, 并且低频信号的测量受电极容抗效应影响较大, 在电场探测过程中存在弊端;而银/氯化银电极不易极化, 对外界电场有相应的电极电位变化, 在降低自噪声的同时不会影响测量信号的灵敏度, 更适合作为水中电场探测电极。所以该公司采用银/氯化银作为探测电极开发了海洋电场探测传感器[8]。
另外, 海军工程大学的宋玉苏等[9]也针对海洋电场探测电极材料的电化学性能进行研究, 选择了9种电极材料进行线性极化、交流阻抗和电极极差漂移等测试, 并结合测量结果分析各电极表面状态和极化过程, 从电化学角度来解释各种材料作为电场探测电极的可行性。测试结果显示银/氯化银电极在海水中具有较稳定的表面状态, 其阻抗和极差漂移都是最小的, 所以适合作为传感器的敏感探头。
海洋电场探测电极材料的选择并不是唯一的, 目前, 以银/氯化银电极和碳纤维电极作为探测电极的相关研究都有所进展, 也证明了其电场探测的可行性。但两种电极的极化性能和界面反应完全不同, 都具有相应的电场探测特性。银/氯化银电极是不极化电极, 反应速度快, 去极化能力强, 电极电势比较稳定, 并且极化电阻小, 所以电极的自噪声低;而碳纤维电极是极化电极, 表面易于积累电荷, 所以电位对外界的干扰电场非常敏感, 在电场探测过程中有较高的灵敏度。结合电极的特性对其加工工艺进行改良, 针对电场探测过程趋利避害, 就可以制备出高性能的海洋电场探测电极。
3 海洋电场探测电极的研究进展
海洋电场探测技术广泛应用于海底探矿、海洋地理研究、远程探测与监控、舰船信号测量管理以及腐蚀防护等领域[10]。其中, 在舰船电场测量管理方面的应用具有重要的军事意义[11,12]。现代反潜战和水雷战中, 磁、声、水压等海洋物理场的探测和隐身技术已经发展到相当成熟的水平[13], 而海洋电场探测的技术参数相对封闭, 因此各国竞相开展自噪声、高灵敏度探测电极的相关研究。下面对国内外一些公司和团队所开发的较成熟的探测电极进行介绍。表1归纳对比了相关报导较全面的4种探测电极的材料、结构、性能等具体参数。
2003年的欧洲水下防御技术 (UDT) 会议中, 瑞典Polyamp公司展示了其自行开发的水下电场探测传感器 (如图1所示) , 并在现场对潜艇模型发射的电场信号进行探测实验[14]。该公司开发的电场探测传感电极具有灵敏度高、自噪声低、惰性表面、响应速度快等特点, 直接接触海水就能获得很高的活性, 即使非常小的金属物体的接近也可以被电极感应到并产生电位变化。另外, 电极的使用寿命很长, 可以放置在海底几年时间免于维护, 为测量过程提供很大的便捷条件。Polyamp公司将碳纤维电场传感器加入磁场、声场、水压场以及倾斜度传感器和配套低噪声检测设备, 建立了水下多场传感器探测平台, 广泛应用于水中电场感应水雷、移动式或固定式水下侦察设备和海上石油开采等方面, 并为法国武器部水上实验中心、法国DCNS船舶制造公司、瑞典皇家海军、印度果阿造船厂设计加工水下多场探测平台[15]。
英国Ultra电子公司的水下多感应场探测传感器 (MU-WS) 可以测量水中的磁场、电场、声场、水压场和地震波信号[16]。针对水中电场探测, Ultra电子公司开发了高精度的Ag/AgCl电场探测电极, 应用于海洋电场探测系统中, 该系统可以探测纳伏/米量级的水中电场信号。电极体在保存阶段可以同电缆分离放置在装有电解质溶液的外壳中。而在测量阶段, 需取下电极外壳后安装网状防护外罩, 在电极外形成内参比液储存腔, 该设计既可以减小水流对电极电位稳定性的影响, 又可以防止海洋生物污垢污染电极表面, 图2为安装了网状防护外罩的单支电极。探测传感器设计成圆球形, 在其中嵌入3对电极组成正交三分量结构, 图3为安装在三脚架上的MUWS16传感器的投放过程。Ultra电子公司曾与英国国防部、美国海军以及其他几个国家合作将水下多感应场探测传感器布放在某些海域和港口, 用来探测水面舰艇产生的水下静电场 (UEP) 和低频交变电场 (ELFE) [17]。
另外, 还有一些国家也开发了海洋电场探测电极, 但其参数相对封闭, 相关报导只是简单描述了电极材料或传感器结构。美国科学应用国际公司 (SAIC) 联合英国Subspection有限公司研制了浅海环境监视系统[18], 其中包含4个电场传感器的电场阵列 (RDEF) , 其报导称该阵列系统自噪声很低, 在低频段有大于35 dB的噪声衰减。新西兰国防军 (NZDF) [19]和澳大利亚国防科学与技术组织 (DSTO) [20,21]都开发了水下多物理场探测 (MIR) 系统, 其电场传感器都选择了Ag/AgCl电极作为传感元件, 电极具有内阻小、噪声低的特点。西班牙SEAS公司针对反潜战和水雷战开发了高精低噪水下电场传感器SET-200/P[22], 如图4所示。
我国海洋电场探测技术的研究开展较晚, 主要成果发表在近10年内。早期的相关研究报导主要集中在中国地质大学, 邓明等[23]针对于海洋大地电磁场的探测技术展开研究, 在分析了海洋的复杂环境和水中信号衰减特征的基础上, 研制了全固态Ag/AgCl电极, 并以该电极为传感器对台湾海峡多处海底电场进行测试, 获得了与理论估计相吻合的信号测试曲线。虽然文献中没有介绍电极的具体性能参数, 但该电极的研制为海洋电场探测电极加工工艺的研究提供了很好的借鉴和参考。
海军工程大学宋玉苏等[24]针对海洋电场特征对9种不同电极的电化学性能进行测试与分析, 讨论了各电极在海洋电场探测方面应用的可行性, 初步提出了作为电场探测电极应具备的电化学性能, 依此开发了高灵敏度的全固态粉压型Ag/AgCl电极, 该电极具有灵敏度高、电位稳定性好、极化电阻较低的特点, 其电极对的电位差在24h内可保持ΔE<0.25mV[25]。在海洋测试实验中, 采用6支电极组成的三分量传感器对舰船周围1倍船宽处各点的轴频电场进行测量, 结果表明电场的极值出现在螺旋桨附近, 最大测量值可达到7.28mV/m, 并且测量结果与理论计算值接近[26]。因此, 该探测传感器对舰船电场信号的响应灵敏准确, 可以用于海洋电场的测量。目前, 该单位进一步研究和开发了面积为200cm2的Ag/AgCl电极, 其自噪声可以达到国外报道的的数量级。
西安电子科技大学曹全喜等[27]通过对电极极化性能的分析来解释电极自噪声的产生机理, 并研究了电极电化学噪声的分析方法及可靠性评估。通过对比Ag/AgCl电极的自噪声水平和电极电位的稳定性来优化粉压型电极的加工工艺, 并依此开发海洋电场探测电极。该电极借鉴瑞典Polyamp公司生产电极的结构, 将圆柱形电极体的底面和侧面全部作为接水工作面, 在减小电极内阻的同时降低了电极的自噪声, 使电极的自噪声可以达到的水平。
4 海洋电场探测电极发展方向
随着海洋电场探测技术发展的日趋成熟, 各国海军已将电场探测传感器应用于舰船物理场信号测量管理以及水雷非触发引信等方面, 而我国海洋电场探测的研究还处于起步阶段, 在电极工艺、表征参数、海洋实测经验等方面还有所欠缺。笔者认为海洋电场探测电极还需要在以下几个方面进行深入的研究。
(1) 目前对海洋电场的特性了解不充分, 仅有一些关于随机信号探测结果的文献, 不同文献之间缺乏可比性。所以, 需要结合海洋电场成因对信号特征进行建模分析。
(2) 电极对电场典型信号的响应特性没有系统的研究, 其结果的可信度、可靠性有待考察。所以需要建立已知电场发生装置, 作为表征电极探测灵敏度和准确性的平台, 并依此建立海洋电场探测电极响应性能的评估体系。
(3) 结合常规的电化学测试方法来分析各种电极对海洋电场的响应机理, 进一步针对海洋电场的特殊性提出新的电极探测性能表征参数和表征方法, 这也是进一步开发高性能探测电极的必要途径。
(4) 与常规传感器相比, 由电极对构成的海洋电场传感器没有提出相关的技术性能指标, 所以建立统一、成熟的评价方法和手段是海洋电场探测传感器未来发展的重要任务。
摘要：海洋电场探测技术的研究具有广泛的应用领域和重要的军事意义。许多国家在电场探测电极研制和测量系统开发方面的技术已经相当成熟, 而我国对于相关领域的研究还处于实验阶段, 电极加工工艺和性能参数的研究均落后于西方国家。针对以上情况, 系统论述了近20年来国内外关于海洋电场探测电极的研究进展, 涉及了电极类型选择、材料的特性、电极性能指标和检测特性等, 结合笔者研究分析了海洋电场探测电极的发展趋势和进一步研究的方向。
海洋探测 第2篇
海洋油气地球化学探测方法系列与工作程序
海洋油气地球化学探测可分为两个方法系列:直接地球化学探测方法系列和间接地球化学探测方法系列.海洋油气地球化学探测分为3个阶段:区域地球化学普查、重点区带地球化学详查和局部构造地球化学评价.3个阶段的.站位布设原则不同,区域地球化学普查和重点区带地球化学详查以网格取样为主,局部构造地球化学评价可以根据实际情况,采用定点、剖面和网格取样.区域地球化学探测以盆地或坳陷为目标,以评价盆地的含油气性和确定有利区带为目的;重点区带地球化学详查以重点区带为目标,以评价重点区带的含油气性和确定局部构造为目的;局部构造地球化学评价以局部构造为目标,以评价局部构造含油气性、进行局部构造排序和建议钻探井位为目的.
作 者：李双林 LI Shuang-lin 作者单位：青岛海洋地质研究所,青岛,266071刊 名：海洋地质动态 PKU英文刊名：MARINE GEOLOGY LETTERS年，卷(期)：23(11)分类号：P744.4关键词：海洋油气 地球化学探测 方法系列 工作程序
海洋探测 第3篇
加州大学欧文分校的杰里米·米格诺特及其同事已经对这些数据进行了超过2年的研究，他们发现这片北方平原上覆盖着一层低密度物质。米格诺特博士说：“我们认为这些是沉积矿床，可能含有大量冰。这是说明那里曾存在海洋的一个强有力的新证据。”以前人们就怀疑远古火星上存在海洋，而且以前飞船也曾辨别出它上面的“海岸”。此次发现的沉积物进一步证明火星有水的过去。研究人员表示，海洋可能曾两度覆盖这颗行星的表面，一次发生在40亿年前，当时火星上更加温暖，另一次也在几十亿年前，当时地下冰融化，涌上地面。
雷达科研组负责人维罗德科·库夫曼说：“我们的雷达能够洞察很深的地下情形，看到深达60米—80米的火星地下特征。在这么深地地方，我们发现沉积物和冰的证据。”火星亚表面及电离层声高级声雷达（MARSIS）发现的沉积物位于雷达反射率较低的区域。这种沉积物一般是低密度颗粒状物质，它们受水侵蚀，并被携带到最终的目的地。30亿年前第二次出现海洋可能只是临时性的。据米格诺特估计，可能在100万年内这些水又重新冻结成冰，再次保存在地下，或者变成水蒸气，逐渐进入到大气里。“我认为它存在的时间还不足以形成生命。”
以便找到生命迹象，天体生物学家必须查看更加遥远的火星史，当时水存在的时间更长。欧洲航天局“火星快车”项目科学家奥利弗·卫欧利说：“以前‘火星快车’获得的有关这颗红色行星上存在水的成果，是通过研究图片和矿物学数据，以及大气测量结果得出的。现在我们通过地下雷达有了新认识。这为至今依然存在的疑问：火星上的水都到哪里去了增添了新信息。”
（来源：新浪科技）
海洋探测 第4篇
通过对不同类型燃气探测器探测机理进行分析,结合海洋平台的特点,综合考虑各方面的影响和因素,提出了海洋平台可燃气体泄漏探测综合解决方案。
1可燃气体泄漏分析
海上平台按生产设施划分一般分为:井口区,生产区和公用区。不同区域可燃气体泄漏的特点存在差别。生产区和井口区既有压力低区域,又有高压区域。高压区域燃气的泄漏速度快,并且由于压力大,会产生很大的声音;在低压区域,虽然阀门或者法兰密封已经非常好,但是微小泄漏还是不可避免的。在故障情况下还会发生中等泄漏;公用区的可燃气体一般是从生产区或井口区扩散过来,当燃气泄漏浓度与速度较高,会比较快速的被探测到。但是轻微泄漏很容易被风吹散,在几周内都有可能不被探测到。并且由于众所周知的原因,在通风的地方,使用传统的方法已经很难探测到这些微小泄漏。当这种轻微泄漏长时间发生时,气体云就会聚集在平台周围,当其足够大时,就可能带来安全隐患或严重后果,因此对可燃气体进行探测是极其重要的。
2可燃气体探测现状
目前可燃气体泄漏探测效果不佳的主要原因有:
1) 单一类型可燃气体探测器探测的局限性,使其存在探测盲区。
2) 可燃气体探测器布置及定位不合理。
3) 恶劣工况对探测器性能的影响。可燃气体探测器容易受到海上平台高温、高湿环境的影响,产生误报。
3可燃气体探测器综合布置方案
3.1概述
目前常用的可燃气体探测器有触媒式、半导体式、红外式以及超声式等。
3.2点红外式可燃气探测器
红外传感器分为点式和收发式。红外式探测机理是利用可燃气体对红外线的吸收,当可燃气体浓度越高,红外线被吸收的就越多,不透过的量越大。鉴于红外式燃气探测器必须有燃气泄漏积聚的过程,其不适用于高压燃气快速泄漏区域。
目前,海上平台针对燃气泄漏进行覆盖式探测,在每个潜在泄漏点布置点红外燃气探测器。但是考虑到平台设备的操作与维护,燃气探测器一般只能就近安装,所以实际探测效果相对于标定的性能有所降低。另外,考虑到海上平台风的因素,对于轻微燃气泄漏,点红外探测器很难探测到。单个燃气探测器浓度报警设定为20% LEL和50% LEL,并进行200 N表决,以防止单个燃气探测器误报警。
3.3开路式燃气探测器
随着红外探测技术的日趋完善,开路式燃气探测器在海上平台的应用逐渐增多。它由发射器和接收器两部分组成,发射器和接收器的距离最远可达100 m。探测器能检测出从发射器到接收器间的可燃气体平均浓度,而不是点式探测器所反应的某一点浓度。
开路式探测器易受外界设备的阻挡,所以收发式气体探测器一般用于工艺生产区和生活区的分界处、HVAC入口处等,用于探测进入生活区的可燃气体。开路式燃气探测器报警浓度设定一般为1 LEL·m和2 LEL·m。仅作报警应用,不进行表决动作。开路式燃气探测器适于探测轻微泄漏积聚形成的燃气云。
3.4超声式燃气探测器
传统的气体探测需要在探测器和气体间有一直接的体接触或一阻止光束通道的中断,这种探测器的主要缺点是测量技术需要气体聚集起来,在海上,这种特定条件是不能够得到保证的,因为气体云在户外会很快分散,对高压力管线燃气泄漏不能及时反应。超声式燃气探测器是探测高压气体泄漏时产生的超声波,不需要经过泄漏气体的扩散积聚,浓度增加并接触到传感器的过程,且超声波不受风的影响,因此不需要泄漏气体与传感器相接触,这就使该仪器成为在海洋平台环境探测气体泄漏的理想选择。一般应用在压力高于15 bar的管线区域。另外在实际布置中,需要考虑平台正常运行时背景噪声的影响,对于触发值进行调校。目前在平台应用中,仅作报警使用,不进行表决动作。
4工程案例
在LW3-1的工程设计中,经过方案优化,综合考虑成本和可操作安全性,考虑海洋平台不同区域可燃气体泄漏特点,将不同原理的可燃气体探测器(超声波、开路式、点红外)综合布置、优化安装位置以及采取不同的报警设定点和灵活的表决策略,避免了误报警和误动作的发生。能够迅速有效地探测到海洋平台生产设施的微小泄漏,减少了可燃气体云聚集造成的安全隐患,较好地解决了海洋平台可燃气体泄漏探测效果不佳的问题。
1)在平台多条24英寸天然气管线附近布置点红外式可燃气探测器,规范中要求“在室外开放场所,每个可燃气体探测器的最大探测距离为15 m”,考虑到该区域管线较为密集,法兰、阀门等潜在的泄漏点较多,以及风对探测效果的影响,点红外式探测器很难探测到微小的泄漏,因此在本次设计中每个可燃气体探测的探测距离控制在7.5 m左右,安装高度在泄漏点上方1.4～1.7 m。同时保证至少有两个探测器覆盖同一区域。探测器的两级报警浓度值设定为20% LEL和50% LEL,并对该区域的探测器进行200N的表决,以防止单个探测器产生误报警,提高探测效率。
2)各个生产区之间或者生产区与公用区之间,或者危险区与安全区之间的分界处布置开路式可燃气探测器,防止可燃气缓慢泄漏,在某一区域积聚形成燃气云,点红外探测器探测失效引起的危险。在本区域与其它分界处各布置一套开路式可燃气体探测器,探测器的发送端与接收端距离为35 m左右,防止探测距离过长产生频繁的误报警。安装高度为2.3～2.7 m,且避开逃生通道,同时安装支架的管径应大于4英寸,以防止平台震动造成发送端与接收端不能对准。报警浓度值设定一般为1 LEL·m和2 LEL·m,仅作报警应用,不进行表决动作。
3)在天然气外输管线的清管球收发器区域,压力大于15 bar,属于高压区域。由于高压气体泄漏时会产生人耳听不到的超声波,因此在设计中布置超声式可燃气体探测器。探测器安装在泄漏点上方1.5～2 m处,并保持360°视角,探测器与潜在泄漏点之间应无影响探测效果的阻挡物。经过现场实地测量,该区域正常运转时背景噪声为78 dB,超声探测器的报警触发值应高于超声波背景噪音4～6 dB,因此将探测器的报警触发值设定为84 dB,仅作报警使用,不进行表决动作。
LW3-1 LOWER DECK探头布置图如图1所示:
在高压管线和清管球的操作维护区布置超声式燃气探测器。管线上的潜在泄漏点布置点红外式燃气探头,并在火区外侧开放区域布置超声式燃气探测器。利用三种探测器进行综合布置,有效保证平台安全生产以及人员安全。
参考文献
[1]SH3063—1999石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范,中国石油化工集团公司[S].2009-10-1.
[2]SY6503—2000可燃气体检测报警器使用规范,国家石油和化学工业局[S].2000-12-12.
[3]海上油气田火灾和可燃气体泄漏探测设备的布置及选型的推荐做法[S].海洋石油工程股份有限公司.
[4]GB15322.1—20可燃气体探测器第1部分:测量范围为0～100%LEL的点型可燃气体探测器,全国消防标准化技术委员会第六分技术委员会[S].2003.
[5]袁飞,卢文科,胡频.可燃性气体探测器的设计[J].仪表技术,2009(11):16-18.
[6]HG/T20507—2000国家石油和化学工业局,自动化仪表选型设计规定[S].2001.
[7]刘松,叶镝,宋广兴.FPSO火灾和可燃气体探测系统设计浅谈[C].//2008年度海洋工程学术会议论文集.2008.
[8]陈雪,杨萌.可燃气体报警器系统设计[J].当代化工,2009(2)
[9]朱丽,李刚进,吴怀宇,夏文智,刘亮.可燃气体红外光双波段探测器研究[J].微计算机信息,2008(19)