电-声-热多参数联合测试系统开发

邢兰昌， 祁 雨， 刘昌岭， 耿艳峰， 华陈权， 孟庆国， 刘乐乐

(1. 中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院， 山东青岛 266580；2. 青岛海洋地质研究所 国土资源部天然气水合物重点实验室， 山东 青岛 266071；3. 海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东 青岛 266071)

电-声-热多参数联合测试系统开发

邢兰昌1， 祁 雨1， 刘昌岭2,3， 耿艳峰1， 华陈权1， 孟庆国2,3， 刘乐乐2,3

(1. 中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院， 山东青岛 266580；2. 青岛海洋地质研究所 国土资源部天然气水合物重点实验室， 山东 青岛 266071；3. 海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东 青岛 266071)

讨论了国内外典型水合物模拟装置中的测试系统、测试方法以及存在的问题，开发了新型的电声复合传感器以克服现有传感器测量区域不一致的问题，开发了阻抗谱测量技术以全面刻画被测介质的电学特性，开发了测试系统软件、实现“分时轮流”的传感器激励与数据采集工作模式、信号处理算法、物性参数计算方法和数据保存功能，最终形成了一套电-声-热多物理参数多点同步联合测试系统，能够获得水合物合成分解过程的多物性参数数据，为各类不同用途的天然气水合物模拟实验装置的开发提供了有益的借鉴。

水合物； 测试系统； 电-声-热参数； 模拟实验； 测量与控制

气体水合物是气体分子(如甲烷、乙烷、二氧化碳、氮气等)与水在高压、低温条件下形成的类冰状的非化学计量的笼型结晶化合物。天然气水合物的气体组成以甲烷为主，故也称为甲烷水合物。天然气水合物是当前国际公认的石油、天然气的接替能源，也是世界各国激烈争夺的战略资源[1]。我国天然气水合物主要分布于南海北部陆坡、南沙海槽、东海陆坡等海域以及青藏高原、东北漠河等冻土区域[2-3]。

天然气水合物储层是一个比常规油气地层更为复杂的系统，储层的准确识别和精细定量评价是今后水合物勘探技术研究的重点，也是水合物开发利用和环境影响评价的基础[4-5]。电法和声波测井具有较高的准确性和可靠性，是目前水合物储层识别和评价的主要方式，最新研究也表明电阻率与声波测井组合是识别天然气水合物最有效的方法[4-7]。

本文针对天然气水合物模拟实验装置对电学和声学等物性参数的测量需求，讨论了国内外典型装置中的测试系统、测试方法以及存在的问题，开发了一套用于联合测试电-声-热多物理参数的自动化测试系统。

1 国内外典型的水合物实验测试系统

1.1 典型的实验测试系统

国内外开发了具有水合物合成分解模拟和物性参数测量等功能的实验测试系统[8-9]，尽管依据不同的实验目的所开发的系统中反应釜的形状尺寸、测量参数的种类和数量以及参数的测量方法有所差异，但是由于水合物及含水合物多孔介质的电学和声学性质是基础而重要的内容，因此较多的测试系统配备了电学参数和声学参数测量手段。

美国地质调查局开发了天然气水合物沉积物实验装置GHASTLI，能够探测声学、电学和力学参数，Winters等[10]利用此装置对含冰和水合物的野外沉积物样品和实验室制作的样品进行了测试和研究。美国佐治亚州理工学院设计了一套IPTC实验装置，反应釜上平行排布4对传感器，可对样品的纵横波速度和电导率进行测量[11]，纵波和横波测试分别采用微型探头和弯曲元探针，电导率测量采用针形电极。韩国地球科学与矿产资源学会开发了天然气水合物海底模拟实验装置(GHOBSII)[12]，反应釜的底部和顶部安装有测量力、弹性波速、电阻率、压力和温度的传感器。日本地质调查所建立了一套可测量声波速度和电阻率的实验装置。

中国石油大学(华东)开发了水合物储层物性测量实验装置，可进行纵波和电阻率的测量，任韶然等[13]应用此装置研究了填砂模型中水合物生成时纵波速度和电阻率的变化规律。中国石油大学(北京)与中石化石油勘探开发研究院研发了天然气水合物三维成藏物模实验系统，应用电极柱测量电阻率、以声偶极子作为超声换能器测量声波速度，粟科华等[14]利用此装置考察了水合物动态生成过程以及海水循环时水合物动态演化行为。中石油勘探开发研究院和中国地质大学(武汉)提出了一种动三轴力学-声学-电学测试装置和方法[15]，可实现动载荷作用下含水合物沉积物的力学、电学和声学参数测量，通过对数据进行处理来建立电阻率与饱和度、饱和度与波速以及波速与力学参数之间的关系。

1.2 存在的问题讨论

上述测试系统尽管能够实现电学和声学参数的测量，但尚存在2个问题：

(1) 电学参数与声学参数测量空间区域不一致。电学传感器多采用针状电极或者套在绝缘棒上的多个电极环，其测量的空间范围是以针状电极为轴或电极环间的一定区域；而声学传感器所测量的空间范围为发射和接收换能器之间的区域，而且电学和声学两类传感器分别布置在不同的空间位置。因此实际获得的电学和声学测试数据并不能准确反映同一测量区域被测介质的性质，这类测试方法仅适用于各向同性的被测介质。考虑到沉积物的性质以及水合物在沉积物中空间分布的非均匀性[16]，基于目前的测试系统和数据进行定量分析存在较大的误差。

(2) 电学性质测试以测量电阻率参数为主。由于受水合物特殊的赋存条件、赋存状态以及生成分解过程的影响，含水合物沉积物的电学性质极为复杂，其电学性质既包括电阻性又包括电容性[17-18]，影响因素众多且影响机理尚不明晰，目前所广泛采用的电阻率参数尚不能全面刻画含水合物沉积物的电学特性。

2 测试系统的总体功能分析与设计

2.1 总体功能分析

开发测试系统的目标在于实现对含水合物模拟储层进行电学参数、声学参数和热学参数(温度)多物理参数联合测量。

针对电学和声学参数传感器的测量区域不一致问题，需要考虑通过设计新型的电学和声学传感器以实现二者的测量范围尽可能重合。为了获得水合物合成和分解过程中其在三维空间不均匀分布的情况，考虑采用电学、声学和温度传感器阵列来获得多点物性参数的测量数据，同时需要避免电学测量、声学测量以及温度测量传感器的相互干扰，因此需考虑3类传感器的工作模式、空间排布、信号采集传输等问题。

针对电学传感器以测量电阻率参数为主而不能全面刻画电学特性的问题，考虑测量交流阻抗谱，即获得阻抗幅值和相角随着激励信号频率变化而变化的信息，进而可以计算得到复电阻率。为了获得不同条件下模拟储层对声速、声能衰减和声波主频的影响，考虑测量超声波穿透模拟储层后的全波形数据，并通过一定的数据处理算法得到超声波传播参数，此过程中需要处理同步触发采集方式、数据处理方法等问题。

为了保证测试过程的连续性(水合物模拟实验过程持续时间较长，几天至几十天不等)和大量数据采集与记录的实时性，要求测试系统采用计算机软件控制的自动化模式。考虑到水合物模拟实验装置对测试参数种类、测试方法以及数据处理方法等要求的不断提高，要求测试系统具有扩展性强、便于升级维护等。

2.2 硬件与软件功能设计

2.2.1 硬件部分

硬件部分包括信号发生单元、多路切换单元、电声复合传感器、温度传感器、信号调理与采集单元和控制计算机。硬件架构示意图见图1，图中A为温度传感器阵列、B为电声复合传感器阵列。

图1 硬件架构示意图

波形发生单元用来产生阻抗测量电路所需的低电压交流信号和超声发射探头所需的高电压脉冲激发信号。信号切换单元用于切换波形发生单元与传感器阵列之间以及传感器阵列与信号采集单元之间的连通。信号调理与采集单元实现对阻抗测量信号、超声探头输出信号以及温度传感器输出信号的调理和采集。波形发生单元、信号切换单元和信号采集单元均与控制计算机通信，在计算机的控制下按照设定的工作模式自动化运行。

反应釜是实现水合物合成分解过程的装置，用于盛放被测介质和安装各类传感器。电声复合传感器沿反应釜侧面布置一周，温度传感器固定于反应釜上盖并插入釜内，测温点与电声复合传感器交叉布置(参见图1)。

2.2.2 软件部分

控制计算机通过软件实现对整个测试系统的自动化控制。软件的功能主要包括：(1)控制信号发生单元以产生电声复合传感器所需的各种激励信号；(2)控制信号切换单元以实现预定的传感器激励和信号采集工作模式；(3)配置数据采集卡以实时采集传感器的输出信号；(4)对采集的信号进行预处理、计算和显示测试参数以及保存数据。

3 测试系统的开发

3.1 硬件部分

3.1.1 传感器及其排布

依照上述对电声复合传感器的功能要求，设计并制作了一体化的电声复合传感器。电声复合传感器中压电晶片的中心频率为110 kHz，电极为不锈钢薄片，压电晶片的直径与电极直径相同。在发射端超声波先穿过电极后进入被测介质，在接收端超声波先穿过电极后到达晶片。温度测量采用一体式温度变送器，感温元件为铂热电阻Pt100，测量范围为-50～50 ℃，输出信号为4～20 mA电流，温度测量精度为0.5%。

将上述传感器安装于反应釜上，为了尽量减少温度传感器对电声复合传感器测量过程的影响，需要将2类传感器交叉布置，如图2所示。

图2 传感器及其在反应釜的排布

3.1.2 电学参数测试单元

电学参数测试单元包括低压信号发生器、阻抗测量电路、低压多路切换开关、电声复合传感器和高速多通道同步数据采集卡。

低压信号发生器选用PCI-1721四通道模拟量输出卡，每个模拟量输出通道均带有12位的双缓冲DAC，具有最高10 MHz数字更新速率的波形输出功能，能够输出频率和幅值可调的正弦电压模拟信号，如20 Hz～500 kHz、-5～+5 V、-10～+10 V等。

采用自动平衡电桥法测量阻抗，自动平衡电桥法具有测试频率范围宽(20 Hz～110 MHz)、阻抗测量范围广、精度高的特点，应用领域广泛[19-20]。图3为阻抗测量电路原理图，信号源产生的正弦电压信号V分别通过两路运算放大电路，通道1为参考通道，放大倍数通常为1，即R1和R2值相等；通道2为测量通道，电压信号V通过被测介质DUT(device under test)并经放大后输出为V2。结合图3可将DUT的阻抗表示为：

(1)

φZ=φV1-φV2

(2)

式中：ZDUT为阻抗模值，φZ、φV1和φV2分别为阻抗、V1和V2的相角，R3具有调节阻抗测量量程的作用，理论上ZDUT和R3的值越接近，ZDUT测量值越准确。依据图3原理开发的阻抗测量电路PCB板见图4。

图3 阻抗测量电路原理图

图4 阻抗测量电路PCB板

低压多路切换开关选用具有PXI总线接口的多路复用器模块PXI-632，该模块的继电器为仪器级舌簧继电器，接通时的电阻(接触电阻)小于0.75 Ω，切断时的电阻(绝缘电阻)大于109Ω，最大切换电压为DC 150 V/AC 100 V，最大切换/承载电流为1 A/1.2 A，最大切换功率为20 W，典型操作时间为0.5 ms，开关结构为双组24∶1单刀型。双组开关分别用于连接低压信号发生器与阻抗测量电路的输入端、阻抗测量电路的输出端与高速数据采集卡。每组开关均为单刀结构，每次操作只闭合一个开关，从而能够保证只有一对传感器处于工作状态，有效地避免了传感器之间的相互干扰。

由阻抗测量方法的原理可知，图3中2路的输出电压需要进行同步采集。考虑到对每周期波形的采样点数尽量多(高采样频率)并兼顾硬件成本，本系统选用PCI-1714高速模拟量输入卡。该采集卡具有12位A/D转换分辨率，可实现4路同步采集，采样频率最高达30 MS/s，每路ADC内建32 kB的FIFO内存以维持数据采集的速度和采集数据的完整性，提供多种输入范围(±5V、±2.5V、±1V、±0.5V)，可实现多种触发采样模式。阻抗测量电路输出电压的采集采用软件触发采样模式。

3.1.3 声学参数测试单元

声学参数测试单元包括高压脉冲发生器、高压多路切换开关、电声复合传感器、前置放大器和高速数据采集卡。

考虑到超声波在含水合物多孔介质复杂体系中表现出强衰减特性，为了获得强度和信噪比均较高的接收信号，采用具有较高电压的脉冲来激发探头，采用前置放大器和滤波器来对探头的输出信号进行调理。本系统选用可由计算机远程控制的DPR300超声脉冲发生接收器，同时具有高电压激发和对接收信号放大和滤波的功能，并且能够通过软件对脉冲发生和信号调理参数进行灵活配置。脉冲发生器输出脉冲的峰值电压可高达900 V，典型脉冲宽度为10～70 ns(FWHM半高宽)@50 Ω，脉冲接收器带宽为1 kHz～50 MHz，增益为-13～66 dB，高低通滤波器相互组合可实现带通滤波器的功能。

对于含水合物多孔介质，通常采用较高的脉冲电压(如300 V以上)，因此需要采用高压切换开关来连通脉冲发生器与发射探头。本系统选用多路复用器模块PXI-320，该模块开关的接触电阻小于3 Ω，绝缘电阻大于1010Ω，最大冷切换电压为DC 1000 V/AC 1000 V，典型操作时间为0.5 ms，开关结构为单组12∶1单刀型。

接收探头输出信号的幅值通常较低，本系统中DPR300的接收器输出信号范围为-1～1 V，因此可以采用低压多路复用器模块PXI-632和高速模拟量输入卡PCI-1714。上述电学参数测试单元中的PXI-632每组开关均为24∶1，开关数量超过电声复合传感器的数量，因此超声和电学参数测量可以共用低压多路复用器模块PXI-632和模拟量输入卡PCI-1714。与电学参数测量过程中信号采样模式不同，超声探头输出信号的采集需要采用外部触发采集模式，其触发信号为DPR300超声脉冲发生器输出的同步脉冲。

3.1.4 温度测试单元

温度测试单元包括温度变送器及其供电电源、电流电压转换电路和多通道数据采集卡。

温度变送器所需的供电电压为9～36 VDC，本系统采用输出为24 VDC的线性电源供电。采用250 Ω的精密电阻将4～20 mA电流转换为1～5 V电压。考虑到实验过程中温度随时间变化较慢，信号所需的采样频率不高，本系统选用多通道异步数据采集卡PCI-1713，该采集卡具有12位A/D转换分辨率，可实现32路单端或16路差分模拟量输入(或组合输入)，采样频率可达100 kS/s，卡上内建4 kB的FIFO内存，每个通道增益可调，可实现多种触发采样模式。温度信号的采集采用软件触发采样模式。

3.2 软件部分

测试系统的软件实现对系统硬件的完全控制和对数据的采集与处理，使得本系统具有可靠性高、扩展性强、自动化程度高等特点。本系统的软件功能主要包括超声脉冲发生接收器(DPR300)的控制，低压信号发生器(PCI-1721)、高压和低压多路复用器(PXI-320和PXI-632)、高速和低速数据采集卡(PCI-1714和PCI-1713)的配置/控制，多路数据的实时采集、处理、显示与保存。超声脉冲发生接收器DPR300自带基于Windows的控制软件(JSR Control Panel)，能够实现对脉冲发生器和接收器参数的完全配置。需要配置的主要参数包括发生器的触发源、脉冲重复频率、脉冲电压、脉冲能量等，接收器的带宽、增益、低通和高通滤波器截止频率等。除了对超声脉冲发生接收器控制之外的其他软件功能均基于LabVIEW平台进行开发[21-22]，采用模块化思想编制软件，即将所需功能进行合理分解并分别利用子VI来实现各功能模块。软件的人机交互界面见图5。

图5 基于LabVIEW所开发软件的人机交互界面

3.2.1 总体控制

总体控制模块主要包括软件初始化、开始测试、停止测试和退出系统功能。软件为其正常运行设置了默认参数，点击初始化按钮即可完成所有参数的初步设置，实验人员可以根据实际需要进行更改。完成参数设置之后即可点击开始测试按钮，则软件开始运行，实现设定的传感器激励模式、信号采集模式、信号处理算法、参数计算方法以及显示。停止测试按钮用于终止上述软件的运行，但并不退出软件。点击退出系统按钮则可退出整个软件。

3.2.2 参数设置

参数设置模块用于对电学测试参数、声学测试参数、温度测试参数、多路复用参数和工作周期进行设置。电学测试参数设置主要要求实验人员设置低压信号发生器(PCI-1721)的工作参数，包括频率扫描类型、扫频范围、扫描点数、信号输出通道和输出信号幅值。软件为频率扫描类型设置了线性扫描和对数扫描2个选项，可在下拉列表中选择；受限于PCI-1721的数字更新速率，软件内部设定的工作频率范围为20 Hz～500 kHz，如果实验人员输入的频率值超出此范围，软件运行时会弹出提示框“设置频率超限”，要求重新输入；扫描点数在起始频率和结束频率之间满足步长至少为1 Hz的情况下任意设置；信号输出通道设置需要与实际接线的通道号保持一致，通过下拉选单进行选择；输出信号幅值在0～5 V内可通过旋钮或数值输入控件进行设定。

完成上述设置后，PCI-1721板卡在软件运行时即可输出相应的正弦电压激励信号。相关参数已由开发人员在软件内部进行了设置，比如采集通道#0和通道#1、输入电压范围为-5～5 V。采样频率随激励信号频率不同而自动设定，当激励信号频率较低时则设定较低的采样频率，以提高软件运行速度并缩减所需的数据存储空间，比如当激励信号频率处于20 Hz～10 kHz范围内，设定采样频率为1 MS/s；在10～200 kHz范围内，设定采样频率为10 MS/s，如在200～500 kHz范围内，设定采样频率为20 MS/s。

声学测试参数设置主要要求实验人员设置数据采集参数，如采集通道、输入范围、采样频率和采样时间。声学测试信号的采集通道与电学测试信号采集通道#1共用；考虑DPR300接收器的输出范围，将输入范围设定为-1～1 V；测试过程中超声探头中心频率固定，所以采样频率设定为固定值，较高的采样频率有利于提高传播时间的分辨率和判读准确度，默认采样频率为10 MS/s，最高可设置为30 MS/s；采样时间默认为0.1 ms，可根据初步判断的超声传播时间进行计算。软件内部对触发采集模式进行了设置，主要包括选择EXT_TRIG0端口作为触发源、设置上升沿触发，当EXT_TRIG0检测到DPR300发出的同步脉冲信号的上升沿时，通道#1立即开始采集信号。

温度测试参数设置主要要求实验人员设置数据采集参数，如采集通道、输入电压范围、采样频率和采样时间。根据温度传感器的数量、接线方式和接线端口确定采集通道。本系统共有4个温度传感器，为了更好地抑制共模干扰则采用差分输入接线方式，从而选取8个连续的通道作为采集通道(如#0～#7)。温度变送器输出的电流信号经转换电路转换为1～5 V电压，所以将采集通道的输入范围默认为0～5 V。实验过程中温度信号变化较慢，采样频率默认为8 kS/s，则每个通道的采样频率为1 kS/s。采样时间默认为0.1 s，则每个通道的一次采样点数为100。

多路复用器包括低压多路开关(2组)和高压多路开关(1组)，要求实验人员设置分别用于电学激励、声学激励、电学采样和声学采样的开关组。软件内部则按照预定的传感器激励和信号采集工作模式对多组开关实施闭合和打开操作。本系统设计了“分时轮流”激励采集模式，即：(1)闭合电声复合传感器#1电极的激励开关，依次闭合复合传感器#2～#4电极的采样开关，分别测量#1和#2、#1和#3、#1和#4之间的阻抗谱，每次完成测量后均立即打开所使用的开关；(2)闭合复合传感器#1超声探头的激励开关，依次闭合复合传感器#2～#4超声探头的采样开关，分别测量#1和#2、#1和#3、#1和#4之间的声学参数；(3)闭合传感器#2电极的激励开关，依次闭合传感器#3～#1电极的采样开关，依此逻辑顺序完成对所有复合传感器的电极和超声探头的激励。

按照实验人员所设定的工作周期(默认为5 min)，每隔此工作周期的时间完成一次对上述电学参数、声学参数和温度参数的测试。

3.2.3 数据预处理与结果显示

测试过程中软件以指示灯的方式显示电声复合传感器的工作模式，处于工作状态的传感器显示为红色，其他显示为绿色。软件对采集的原始数据进行预处理，并以波形图或波形图表以及数值的方式对测试参数进行显示，从而使实验人员能够及时了解传感器的工作状态、测试参数的变化趋势及其具体数值，进而判断测试系统的工作状况和实验进程。

电学测试单元同步采集两路电压信号，首先应用具有线性相位特性的FIR滤波器对两路信号进行带通滤波，然后采用FFT谱分析法[23]对滤波后的信号进行分析，得到两路信号的幅值和相位，进而通过上文式(1)和式(2)计算得到阻抗模值和相角以及阻抗实部和虚部值。软件以波形图形式显示两路电压信号，采用数值方式显示采集信号的频率和阻抗参数。

声学测试单元采集一路电压信号，由于超声脉冲发生时会对接收端信号产生较大干扰，采集的电压信号表现出明显的幅值波动。为此，首先将这部分幅值波动以置零的方式去除，然后再采用FIR滤波器对信号进行带通滤波，对滤波后的信号进行FFT变换以获取信号的主频。利用初达波法获取超声波传播时间并结合传播距离计算出声波速度[24-25]，利用波形波峰检测算法获得信号的最大值。软件采用波形图显示所采集的电压信号，以数值方式显示超声传播参数。

温度测试单元采集4路电压信号，首先对每次采集的各路信号求平均值，并通过标度变换把电压平均值转换为温度值，然后以波形图表的方式显示各测量点处的温度随时间变化的曲线，同时显示最新采集温度的数值。

3.2.4 数据保存

数据保存模块的功能在于把测量数据保存到硬盘，保存的数据包括原始测量数据(电学测试的2路电压信号、声学测试的1路电压信号、温度测试的4路电压信号)和上述数据处理后得到的各参数计算值(如阻抗、波速、主频、温度等)。

开始测试时数据保存并没有开启，仅当实验人员点击开始保存按钮之后，数据才开始保存。此前应完成对数据保存路径和文件名的设置。数据均以文本格式保存到硬盘，后续可通过Matlab软件方便读取并做进一步详细的分析与处理。

3.3 系统集成

首先将低压信号发生器板卡PCI-1721、低速和高速数据采集板卡PCI-1713和PCI-1714插入工控机的PCI插槽，将低压和高压多路复用器模块PXI-632和PXI-320插入LXI机箱插槽，将阻抗测量电路PCB板、电流电压转换电路板、接线端子排、电源等装入信号调理箱，然后将上述硬件各部分以及计算机进行连接，完成对电-声-热多参数测试系统的集成(见图6)。

图6 电-声-热多参数联合测试系统

该测试系统可用于开展无需高压条件的纯四氢呋喃水合物以及沉积物中四氢呋喃水合物的合成和分解实验，并能够实现多参数、多点同步联合测量。通过提高低温箱的温度控制性能(如采用温度控制精度更高的高低温恒温箱)，搭配耐高压的反应釜和传感器，即可实现对甲烷水合物实际赋存环境的模拟以及对电-声-热多参数的联合测试。

4 结语

开发的电-声-热多物理参数联合测试系统能够实现水合物合成分解过程中对电-声-热多参数的联合测量，从而可以获得丰富且可相互佐证和补充的多物性参数数据，将为研究水合物的生成分解动力学规律、建立电法-声波组合测井解释模型提供测试手段和数据基础。所开发的电-声-热多参数联合测试系统的设计方案将为各类不同用途的天然气水合物模拟实验装置的开发提供有益的借鉴。

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Development of electrical-acoustic-thermal multi-parameter joint test system

Xing Lanchang1, Qi Yu1, Liu Changling2,3, Geng Yanfeng1, Hua Chenquan1, Meng Qingguo2,3, Liu Lele2,3

(1. College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China; 2. Key Laboratory of Gas Hydrate of Ministry of Land and Resources, Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao 266071, China; 3. Laboratory for Marine Mineral Resources, National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China)

The test system, test method and existing problems in the typical hydrate simulation device at home and abroad are discussed, and a new electrical acoustic composite sensor is developed to overcome the problem that the measuring zones of the current electrical and acoustic sensors are not identical. The impedance spectroscopy measuring technology is developed to fully characterize the electrical properties of the measured medium, and the software of the test system is developed to control the hardware of the system flexibly. The “Time-sharing and rotating” sensor excitation and data acquisition mode, the signal processing algorithm, the physical parameter calculation method and the data storage function are realized. Finally, a multi-point synchronous joint test system for electrical-acoustic-thermal physical parameters is completed, with which the multi-physical parameter test data of the hydrate synthesis and decomposition processes can be obtained. It provides useful references for the development of the natural gas hydrate simulation experimental device for various applications.

hydrate; test system; electrical-acoustic-thermal parameters; simulation experiment; measurement and control

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.021

N33；P618.13

A

1002-4956(2017)11-0078-08

2017-05-22

国家自然科学基金项目(51306212)；国土资源部中国地质调查项目(DD20160216)；青岛市自主创新计划项目(15-9-19-jch);中央高校基本科研业务费专项资金项目(16CX05021A)；国土资源部天然气水合物重点实验室开放基金重点项目(SHW[2014]-ZD-01)；中国石油大学(华东)教改项目(QN201516，YK201507)

邢兰昌(1983—)，男，山东德州，博士，副教授，硕士研究生导师，研究方向为检测技术与自动装置、计算机测控系统、天然气水合物与多相流参数检测技术.

E-mailxinglc@upc.edu.cn