CN106405662A - 一种基于水下机器人的水下管线探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于水下机器人的水下管线探测仪，包括水上控制装置和水下探测装置；所述水上控制装置通过脐带缆与水下探测装置连接；所述水下探测装置设置在水下机器人上，用于探测海底管线的位置及埋深；所述水上控制装置用于控制水下探测装置的工作。相比于现有技术，本发明解决了深水区域浑浊条件下声波管线仪探测法，多波束侧扫声纳探测、磁法探测、ROV摄像、潜水员潜水拍照等无法探测管线位置及埋深的难题。通过采用水上设备和水下设备相结合的方式，以ROV为载体，潜入深水区域，使用电磁感应原理进行无损探测，克服了小管径、淤泥砂层覆盖、浑浊水域的管线探测难点。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测仪，特别是一种基于水下机器人的水下管线探测仪。
背景技术
水下管线探测技术是随着水下工程崛起而发展起来的新技术，近年来，各种海底线缆工程、管道工程、桥隧工程，以及近岸的港池工程等陆续立项开工，诸多海岛填海造陆和各种联网，以及海洋环境、资源调查和保护等也会启动。海缆施工、埋设、检测、维修、海缆路由的勘察和运维检测等工程业务急剧增加。海底管道面临复杂多变的海洋环境，受到风浪、洋流、风暴潮等自然因素作用，以及采砂、锚害等人为因素影响，易发生管道裸露、悬跨等安全隐患，海底管道长期悬跨、裸露，在风浪、海流的冲击下，极易产生疲劳断裂，海底管道一旦出现泄漏等事故，将导致停产，污染海洋环境，造成生态灾害，甚至引起爆炸造成人身伤亡和巨大的经济损失。如何精确有效的确定海底电缆的位置埋深显得十分重要。
目前，广泛采用的水下电缆检测方法主要有：声波管线仪探测法，多波束侧扫声纳探测、磁法探测、水下机器人(ROV)摄像、潜水员潜水拍照等。然而当探测水域为深水区或者时浑浊水域时，上述常规探测方法则无法探测管线位置及埋深。
而由于目前运用水下机器人代替水下机器人水下工作具有效率高、深度大、不影响水下结构、适应各种环境、可靠性高等特点，是水下管线探测的主要发展方向之一。然而目前，我国还没有能够运用于水下机器人的水下管线探测仪。
发明内容
本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于水下机器人的水下管线探测仪。
本发明是通过以下的技术方案实现的：一种基于水下机器人的水下管线探测仪，包括水上控制装置和水下探测装置；所述水上控制装置通过脐带缆与水下探测装置连接；
所述水下探测装置设置在水下机器人上，用于探测海底管线的位置及埋深；
所述水上控制装置用于控制水下探测装置的工作。
作为本发明的进一步改进，所述水下探测装置包括：
探测模块，用于检测海底管线的位置、埋深和方向；
数据采集模块，用于采集所述探测模块所探测到的数据；
数据存储模块，用于接收所述数据采集模块的数据；
通讯模块，用于将所述数据存储模块中的数据发送至水上控制装置；
水下探测装置主体，用于存放所述数据采集模块、数据存储模块和通讯模块。
作为本发明的进一步改进，所述探测模块包括两个三分量天线，每个三分量天线由三个分别测量X轴、Y轴和Z轴方向数据的线圈组成；所述X轴、Y轴和Z轴之间相互正交；所述数据存储模块包括两个数据采集单元，分别通过通讯光缆信号线与两个三分量天线连接，接收由所述两个三分量天线所采集的数据。
作为本发明的进一步改进，所述探测模块还包括高度计和倾角传感器；所述高度计和倾角传感器的数据配合所述三分量天线的电磁信号可计算海底管线的埋深、平面的位置及方向。
作为本发明的进一步改进，所述数据存储模块包括：管线仪电磁主板控制器和数据存储单元；所述管线仪电磁主板控制器及数据存储单元用于接收数据采集模块的数据，并转发至所述通讯模块。
作为本发明的进一步改进，所述通讯模块包括：通讯单元、控制单元和板卡供电单元；所述通讯单元用于传输数据至水上装置；所述控制单元用于控制通讯单元的工作；所述板卡供电单元用于为水下探测装置供电。
作为本发明的进一步改进，所述探测模块安装于水密探头中，并通过探头活动支架与所述装置主体连接。
作为本发明的进一步改进，所述水下探测装置主体为封闭壳体。
作为本发明的进一步改进，所述水上控制装置包括水面计算机操作系统、混合通讯机和电源；所述混合通讯机用于接收水下探测装置的数据，并发送至计算机操作系统进行显示；所述电源用于为混合通讯机供电。
作为本发明的进一步改进，所述水上控制装置还包括GPS系统和超短基线定位系统，用于进行水平定位。
相比于现有技术，本发明解决了深水区域浑浊条件下声波管线仪探测法，多波束侧扫声纳探测、磁法探测、ROV摄像、潜水员潜水拍照等无法探测管线位置及埋深的难题。通过采用水上设备和水下设备相结合的方式，以ROV为载体，潜入深水区域，使用电磁感应原理进行无损探测，克服了小管径、淤泥砂层覆盖、浑浊水域的管线探测难点。进一步，通过采用GPS、USBL、高度计、倾角传感器相结合的方式克服了管线探测平面位置及埋深的精度问题。通过操作水上设备，实现计算机远程控制。通过操作ROV追踪海底管线行走的方式提高工作效率、保证工作成果，大大提高了探测结果的可靠性。该水下管线探测仪通过将水上计算机与搭载在ROV上的管线探测仪信息相互反馈实现了水下管线探测远程控制，管线探测数据管理及储存、结果分析并反馈、管线位置及方向指示等。该设备能够在浑水及各种水域使用。水下的水密性能能够承受1000米水深压力。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的基于水下机器人的水下管线探测仪的安装示意图。
图2是本发明的水下管线探测仪的连接示意图。
图3是本发明的水下管线探测仪的具体结构连接框图。
具体实施方式
本发明为了解决深水浑浊条件下掩埋管线探测的难题，提供了一种基于水下机器人的水下管线探测仪。具体通过以下的实施例进行介绍：
请参阅图1，其为本发明的基于水下机器人的水下管线探测仪的安装示意图。
本发明提供了一种基于水下机器人的水下管线探测仪，包括水上控制装置1和水下探测装置2。所述水上控制装置1通过脐带缆3与水下探测装置2连接。其中，所述脐带缆通过绞车与水下探测装置连接。
所述水下探测装置设置在水下机器人5上，用于探测海底管线6的位置及埋深。
所述水上控制装置设置在工作船4上，用于控制水下探测装置2的工作。其中，所述工作船4上设有水下机器人收放系统41、水下机器人配电箱42、水面操作间43和超短基线定位系统(USBL)44。
请参阅图2，其为本发明的基于水下机器人的水下管线探测仪的结构模块框图。
具体的，所述水下探测装置2主要包括以下几大模块：探测模块21、数据采集模块22、数据存储模块23、通讯模块24和水下探测装置主体25。
其中，所述探测模块21，用于检测海底管线的位置、埋深和方向。
所述数据采集模块22，用于采集所述探测模块所探测到的数据。
所述数据存储模块23，用于接收所述数据采集模块的数据。
所述通讯模块24，用于将所述数据存储模块中的数据发送至水上控制装置。
所述水下探测装置主体25，用于存放所述数据采集模块21、数据存储模块22和通讯模块23。为了防止内部的模块损坏，所述水下探测装置主体25为封闭壳体。而且，该装置主体25的壳体为高压防水壳体。
接下来，具体介绍上述几个功能模块的具体构成。进一步，请参阅图2，其为本发明的基于水下机器人的水下管线探测仪的具体结构连接框图。
其中，所述探测模块21具体包括两个三分量天线，三分量天线一211和三分量天线二212。每个三分量天线由三个分别测量X轴、Y轴和Z轴方向数据的线圈组成。所述X轴、Y轴和Z轴之间相互正交。
所述数据存储模块22包括两个数据采集单元，数据采集单元一221和数据采集单元二222，且分别通过通讯光缆信号线与两个三分量天线连接，接收由所述两个三分量天线所采集的数据。该数据采集单元一221和数据采集单元二222由高精度仪表放大器、高速程控放大器、防混叠滤、模数转换组成。其中，上述组件的技术指标分别为：
高精度仪表放大器的参数为：噪声<1nV/Hz，带宽>4M Hz；
高速程控放大器的参数为：噪声<10nV/Hz，增益切换速度<10us，最大增益>＝1000；
模数转换器的参数为：采样速度>600KHz，分辨率24b。
而进一步，所述探测模块21还包括高度计214和倾角传感器213。所述高度计214和倾角传感器213的数据配合所述三分量天线的电磁信号可计算海底管线的埋深、平面的位置及方向。
其中，两个三分量天线和倾角传感器213是安装在水密探头26中，并通过探头活动支架27与所述装置主体25连接。
具体的，所述数据存储模块23包括：管线仪电磁主板控制器231和数据存储单元232。所述管线仪电磁主板控制器231及数据存储单元232用于接收数据采集模块22的数据，并转发至所述通讯模块24。
所述通讯模块24包括：通讯单元241、控制单元242、板卡供电单元243和电子仓244。所述通讯单元241用于传输数据至水上装置1；所述控制单元242用于控制通讯单元241的工作。所述板卡供电单元243用于为水下探测装置2供电。具体的，当数据存储模块23将该数据发送至通讯模块时，通过通讯单元241、控制单元242、板卡供电单元243和电子仓244将数据传输给水上设备进行分析保存。
所述水上控制装置1包括水面计算机操作系统11、混合通讯机12和甲板电源13。所述混合通讯机12用于接收水下探测装置2的数据，并发送至计算机操作系统11进行显示。所述甲板电源13用于为混合通讯机12供电。其中，所述水面计算机操作系统11通过上位机软件控制所述水下探测装置，并进行管理和记录数据信息，同时将信号反馈到水下机器人5信息系统中。所述水上控制装置1还包括GPS系统14，用于进行水平定位。所述水上控制装置还设有一个超短基线定位系统44，其一部分安装在工作船上，另一部分安装在水下机器人上，用于对水下机器人进行定位。其中，所述超短基线定位系统44包括发射换能器、应答器、接收基阵组成。所述发射换能器和接收基阵安装在船上，所述应答器29固定在水下载体上，即水下机器人。
以下介绍本发明的基于水下机器人(ROV)的水下管线探测仪的工作过程：
(1)首先探明水下检测管线基本情况，如检测对象性质(电缆、通信光缆、石油管道等)，是否存在交流电信号，如没有，需加载固定频率电信号。
(2)水面测试。在海底管线设计路线区域水下测试。测试过程设备的安全；确保系统工作正常和状态的稳定性；确保数据的可靠性；确保管线探测数据和其它设备可同步。
(3)将水下管线探测仪安装至水下载体ROV，并进行调试及测试。
(4)水下管线探测仪随载体ROV潜水按照预调查路线进行探测。
(5)探测数据与其他设备同步，并进行数据采集工作，记录和保存。
(6)水面人员操作远程控制软件，根据水下管线探测仪显示的管线路径方向，适时调整ROV路线，保存管线信号在可探测范围内，同时保持ROV运行稳定，高度在合理范围内。
(7)数据收集，处理归档，完成施工报告等。
相比于现有技术，本发明解决了深水区域浑浊条件下声波管线仪探测法，多波束侧扫声纳探测、磁法探测、ROV摄像、潜水员潜水拍照等无法探测管线位置及埋深的难题。通过采用水上设备和水下设备相结合的方式，以ROV为载体，潜入深水区域，使用电磁感应原理进行无损探测，克服了小管径、淤泥砂层覆盖、浑浊水域的管线探测难点。进一步，通过采用GPS、USBL、高度计、倾角传感器相结合的方式克服了管线探测平面位置及埋深的精度问题。通过操作水上设备，实现计算机远程控制。通过操作ROV追踪海底管线行走的方式提高工作效率、保证工作成果，大大提高了探测结果的可靠性。该水下管线探测仪通过将水上计算机与搭载在ROV上的管线探测仪信息相互反馈实现了水下管线探测远程控制，管线探测数据管理及储存、结果分析并反馈、管线位置及方向指示等。该设备能够在浑水及各种水域使用。水下的水密性能能够承受1000米水深压力。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：包括水上控制装置和水下探测装置；所述水上控制装置通过脐带缆与水下探测装置连接；
所述水下探测装置设置在水下机器人上，用于探测海底管线的位置及埋深；
所述水上控制装置用于控制水下探测装置的工作。
2.根据权利要求1所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述水下探测装置包括：
探测模块，用于检测海底管线的位置、埋深和方向；
数据采集模块，用于采集所述探测模块所探测到的数据；
数据存储模块，用于接收所述数据采集模块的数据；
通讯模块，用于将所述数据存储模块中的数据发送至水上控制装置；
水下探测装置主体，用于存放所述数据采集模块、数据存储模块和通讯模块。
3.根据权利要求2所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述探测模块包括两个三分量天线，每个三分量天线由三个分别测量X轴、Y轴和Z轴方向数据的线圈组成；所述X轴、Y轴和Z轴之间相互正交；所述数据存储模块包括两个数据采集单元，分别通过通讯光缆信号线与两个三分量天线连接，接收由所述两个三分量天线所采集的数据。
4.根据权利要求3所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述探测模块还包括高度计和倾角传感器；所述高度计和倾角传感器的数据配合所述三分量天线的电磁信号可计算海底管线的埋深、平面的位置及方向。
5.根据权利要求2所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述数据存储模块包括：管线仪电磁主板控制器和数据存储单元；所述管线仪电磁主板控制器及数据存储单元用于接收数据采集模块的数据，并转发至所述通讯模块。
6.根据权利要求2所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述通讯模块包括：通讯单元、控制单元和板卡供电单元；所述通讯单元用于传输数据至水上装置；所述控制单元用于控制通讯单元的工作；所述板卡供电单元用于为水下探测装置供电。
7.根据权利要求4所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述探测模块的两个三分量天线和倾角传感器安装于水密探头中，并通过探头活动支架与所述装置主体连接。
8.根据权利要求2所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述水下探测装置主体为封闭壳体。
9.根据权利要求1所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述水上控制装置包括水面计算机操作系统、混合通讯机和电源；所述混合通讯机用于接收水下探测装置的数据，并发送至计算机操作系统进行显示；所述电源用于为混合通讯机供电。
10.根据权利要求1所述基于水下机器人的水下管线探测仪，其特征在于：所述水上控制装置还包括GPS系统和超短基线定位系统，用于进行水平定位。
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