近海浅层气通常是指在近海岸海床下沉积物中聚积的气体,存在形式有层状浅层气、团(块)状浅层气、高压气囊等。在长三角和杭州湾地区广泛分布有浅层气,而浅层气在沉积物内部是处于一种不断的产生与运移的动态平衡状态;但是在海洋建设工程中这是一种十分不稳定的平衡,如果这种不稳定的平衡被现场钻孔施工所打破,就会极易引起浅层气直接向外释放、喷发,更有甚者发生燃烧、爆炸。对勘探所用设备及施工人员造成严重的后果。针对目前我国对浅层气的检测是以人工现场采样、实验室仪器分析,自动化程度低、无实时性、不能连续长期性监测的现状,本文作者在基于薄膜界面检测方法的基础上,设计并实现了一种能够对近海浅层气中甲烷浓度实时原位在线监测的仪器,并进行了实际现场的测试。具有测量范围广、可以实现长期持续监测的特点。具体研究与设计内容如下:(1)通过查阅有关的国内外资料,研究了现有浅层气检测方面的主要技术,并对各种技术进行了特点分析;提出本课题的研究目的和关键技术。(2)阐述了仪器的整体和各部分设计,主要包括对仪器的机械结构部分以及电子电路部分的介绍。机械结构部分包括薄膜材料的选取与保护、沉积物的分离结构、以及甲烷气体采集和检测结构。电子电路部分包括甲烷检测传感器的选取、传感器信号采集节点电路设计、信号汇集节点电路设计。(3)对仪器系统的各部分软件进行了设计,主要包括传感器信号采集节点数据采集和传输软件设计、信号汇集节点软件设计、实时数据和曲线显示的上位机软件设计、手机移动端数据实时查询的软件设计。(4)进行了数据的拟合与模拟实验,主要包括仪器防水抗压实验和模拟沉积物中甲烷检测实验。通过防水抗压实验验证了仪器的防水抗压性,是仪器能够在实际现场使用的重要基础。利用一系列不同标准浓度的甲烷气体,对所选取的传感器进行标定,对所得的传感器输出数据进行了分析和拟合,转化为标准气体浓度输出;利用实验室所设计的桶状装置进行模拟沉积物中甲烷检测实验。(5)实际现场的测试使用和结果的分析。针对实际现场中的浅层气检测数据结果进行详细的分析,对仪器以后自身结构再次优化提供了宝贵的参考。本课题设计的实时监测仪器可以实现一次贯入海底,区域化长期原位在线对浅层气中甲烷浓度进行有效监测,实时的获取测量数据。可以有效的避免和预防海洋建设工程中浅层气所带来的危害,并且可以对探究浅层气在沉积物中的其他方面的研究起到帮助。