本發(fā)明涉及一種水下負載監(jiān)測系統(tǒng)，并且更具體地，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測施加到水下負載的浮力的水下負載監(jiān)測裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于海上結(jié)構(gòu)的系泊監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在遙控潛水器(rov)進行水下提升操作期間，浮力元件通常安裝在待提升的負載上。這樣做的目的是減輕由rov待提升的負載的總重量。要附接到負載的浮力元件的數(shù)量通常是通過數(shù)學(xué)計算與rov操作員的經(jīng)驗判斷相結(jié)合來確定的。在確定附接到負載的浮力元件的數(shù)量后，rov抓住負載并開始提升。通常情況下，即使安裝了浮力元件，負載仍然過重，rov需要使用全部推力才能提起負載。當rov使用全部推力提升負載時，存在由于壓力而導(dǎo)致rov失去推進器動力的風(fēng)險。這可能導(dǎo)致rov和負載與水下或提升操作附近的其他裝備碰撞，從而造成對昂貴的裝備的損壞。此外，rov推進器在水下附近全力操作，可能會攪動海床，導(dǎo)致視野減弱或喪失。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是彌補或減少現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點，或至少提供一種有用的現(xiàn)有技術(shù)的替代方案。

2、該目的通過以下描述和權(quán)利要求書中指明的特征來實現(xiàn)。

3、本發(fā)明由獨立專利權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定本發(fā)明的有利實施例。

4、第一方面，本發(fā)明涉及一種水下負載監(jiān)測裝置，包括：

5、-負載傳感器，具有第一端和第二端；

6、-中央處理單元，用于處理來自所述負載傳感器的測量值；

7、-電池，用于為所述中央處理單元供電；

8、-激活設(shè)備，用于將所述中央處理單元從空閑操作模式激活到活動操作模式；

9、-第一負載附接件和第二負載附接件，分別連接到所述負載傳感器的所述該第一端和所述第二端；以及

10、-用于來自所述負載傳感器的處理后的測量值的輸出設(shè)備。

11、根據(jù)本發(fā)明，所述水下負載監(jiān)測裝置的所述特征具有如下效果。

12、首先，該水下負載監(jiān)測裝置可以用于測量所述負載傳感器的所述第一端和第二端之間的應(yīng)變力。例如，這可以用于監(jiān)測施加到水下負載的浮力的大小。該水下負載監(jiān)測裝置可以通過所述第一負載附接件或所述第二負載附接件附接到水下負載，并且一個或多個浮力元件可以附接到所述第一負載附接件或第二負載附接件中的另一者。浮力元件的正浮力產(chǎn)生可由負載傳感器測量的應(yīng)變力。中央處理單元可以處理應(yīng)變測量值，以計算由浮力元件產(chǎn)生的浮力。然后，處理的后測量值(即，施加到水下負載的浮力)可以由操作人員通過輸出設(shè)備讀取。這在水下提升操作期間具有優(yōu)勢。通過使用該水下負載監(jiān)測裝置，操作員可以更好地控制施加到水下負載的浮力大小。操作員可以在提升水下負載之前，對附接到或分離到水下負載的浮力元件數(shù)量進行微調(diào)，從而降低與水下提升操作相關(guān)的風(fēng)險。

13、如果知道待提升的水下負載的重量，則可以將該重量包括在計算中，這樣可以通過輸出設(shè)備得出待提升的負載的總重量。

14、第二，該水下負載監(jiān)測裝置由電池驅(qū)動，由于該水下負載監(jiān)測裝置不需要電纜，因此在水下操作期間，操作員更容易操縱和移動該水下負載監(jiān)測裝置。該水下負載監(jiān)測裝置可以存放在海床上，靠近執(zhí)行操作的地方，以提高水下提升操作的效率。優(yōu)選地，該水下負載監(jiān)測裝置包括一個以上的電池。

15、此外，所述激活設(shè)備用于將所述中央處理單元從空閑操作模式激活到活動操作模式。因此，操作員可以選擇何時激活該水下負載監(jiān)測裝置，并且當該水下負載監(jiān)測裝置不使用時，該水下負載監(jiān)測裝置可以處于空閑操作模式。在空閑操作模式中，電池電量不會耗盡，因此該激活設(shè)備可以為該水下負載監(jiān)測裝置節(jié)省電池電量。因此，在電池需要更換或再次充電之前，該水下負載監(jiān)測裝置可以在水下停留更長的時間(例如，六個月或一年)。

16、負載傳感器可以包括應(yīng)變力計。該負載傳感器可以包括光纖布拉格光柵(fbg)傳感器。該負載傳感器可以包括應(yīng)變力計和fbg傳感器。

17、該水下負載監(jiān)測裝置可以在設(shè)定時間(例如，15分鐘、30分鐘或1小時)后自動從活動操作模式切換到空閑操作模式。如果在設(shè)定時間內(nèi)沒有記錄到應(yīng)變力變化，則該水下負載監(jiān)測裝置可以自動從活動操作模式切換到空閑操作模式。

18、在空閑操作模式中，所述中央處理單元處于非激活狀態(tài)(即，不處理來自負載傳感器的信號或其他信號，也不將這些信號發(fā)送到輸出設(shè)備)，從而可以延長電池的使用壽命。

19、在活動模式中，所述中央處理單元處于激活狀態(tài)，并且可以處理來自所述負載傳感器的信號或其他信號，并將處理后的信號發(fā)送到所述輸出設(shè)備。

20、在根據(jù)本發(fā)明的水下負載監(jiān)測裝置的實施例中，所述激活設(shè)備用于將所述輸出設(shè)備重置。

21、如果所述水下負載監(jiān)測裝置在水下上下移動，周圍的靜水壓力可能壓縮或拉伸所述負載傳感器，這可以被中央處理單元解釋為浮力的消除或增加。因此，一種有利的方式是：在增加浮力元件之前，可以將輸出重置為零以獲得新的參考點，從而補償靜水壓力的變化。

22、在一些示例中，所述激活設(shè)備用于將所述中央處理單元從所述活動操作模式去激活用到所述空閑操作模式。這樣，操作員可以選擇何時去激活(例如停用)所述水下負載監(jiān)測裝置，從而進一步節(jié)省電池電量。

23、在根據(jù)本發(fā)明的水下負載監(jiān)測裝置的實施例中，所述激活設(shè)備包括磁鐵。該磁鐵可以由例如rov臂上的互補磁鐵觸發(fā)。該激活設(shè)備可以包括兩個磁鐵。其中，觸發(fā)第一磁鐵可以激活所述中央處理單元，觸發(fā)第二磁鐵可以去激活所述中央處理單元。觸發(fā)所述第一磁鐵或第二磁鐵可以重新校準所述負載傳感器。同時觸發(fā)所述第一磁鐵和第二磁鐵可以重新校準所述負載傳感器、激活或去激活所述中央處理單元。

24、在根據(jù)本發(fā)明的水下負載監(jiān)測裝置的又一實施例中，所述激活設(shè)備包括光傳感器。該光傳感器可以由例如rov臂上的互補光源(諸如激光)觸發(fā)。該激活設(shè)備可以包括兩個光傳感器。其中，觸發(fā)第一光傳感器可以激活所述中央處理單元，觸發(fā)第二光傳感器可以去激活所述中央處理單元。觸發(fā)所述第一光傳感器或第二光傳感器可以重新校準負載傳感器。同時觸發(fā)所述第一光傳感器和第二光傳感器可以重新校準負載傳感器、激活或去激活所述中央處理單元。

25、所述激活設(shè)備可以包括一個或多個光傳感器以及一個或多個磁鐵的組合。

26、在該水下負載監(jiān)測裝置的又一實施例中，當所述負載傳感器測量到超出設(shè)定值范圍的應(yīng)變力時，所述激活設(shè)備用于將所述中央處理單元從空閑操作模式激活到活動操作模式。

27、所述激活設(shè)備可以用于從所述負載傳感器讀取應(yīng)變力測量信號。如果測量的應(yīng)變力超過設(shè)定的上限閾值，該激活設(shè)備可以將中央處理單元從空閑操作模式激活到活動操作模式。類似地，如果測量的應(yīng)變力低于設(shè)定的下限閾值，則該激活設(shè)備可以將所述中央處理單元從空閑操作模式激活到活動操作模式。

28、該水下負載監(jiān)測裝置可以連接在海上結(jié)構(gòu)(諸如魚籠或浮式風(fēng)力渦輪機)和該海上結(jié)構(gòu)的錨定點之間，用于監(jiān)測該海上結(jié)構(gòu)和該錨定點之間的應(yīng)變力。該水下負載監(jiān)測裝置可以在這一系統(tǒng)中安裝較長時間。因此，當由負載傳感器測量到的應(yīng)變力超過設(shè)定的上限閾值或低于設(shè)定的下限閾值時可以激活所述中央處理單元是有利的。因為這可以延長該水下負載監(jiān)測裝置電池的使用壽命。例如，該閾值可以是與初始設(shè)定應(yīng)變力值相比增加或減少的百分比變化。

29、在一些示例中，該水下負載監(jiān)測裝置還包括一個或多個傳感器。該一個或多個傳感器可以向所述中央處理單元發(fā)送信號。

30、所述一個或多個傳感器可以包括壓力傳感器。

31、如果該水下負載監(jiān)測裝置在水下上下移動，周圍的靜水壓力可以壓縮或拉伸負載傳感器，這可以解釋為浮力的消除或增加。來自壓力傳感器的測量值可以由中央處理單元處理，并用于浮力計算，以補償靜水壓力的影響。因此，壓力傳感器可以減少重置所述輸出設(shè)備的需要。

32、所述一個或多個傳感器可以包括用于檢測石油或氣體的泄漏的傳感器(例如，密度傳感器、溫度傳感器或粘度傳感器)。

33、在使用rov進行水下提升操作期間，可能存在例如石油或氣體例如從靠近提升操作地點的連接處、接頭或終端頭泄漏的風(fēng)險。傳感器可以檢測到泄漏，且該水下負載監(jiān)測裝置的中央處理單元可以向rov操作員發(fā)出警告，以停止提升操作。

34、該水下負載監(jiān)測裝置還可以在對例如管道進行檢查和維護期間使用。在檢查或維護期間，管道可以被浮力元件稍微提升。該水下負載監(jiān)測裝置可以連接在該管道和該浮力元件之間，以監(jiān)測施加到管道的浮力，并在檢查或維護過程中檢測管道的泄漏情況。

35、在鉆探期間，該水下負載監(jiān)測裝置還可以位于靠近井筒的位置，以檢測鉆探期間的最終泄漏情況。

36、所述中央處理單元還可以向無人潛航器(uuv)發(fā)送信號，使該uuv開始檢查周圍環(huán)境來尋找泄漏。

37、所述一個或多個傳感器可以包括用于檢測海中其他化學(xué)物質(zhì)的傳感器。

38、在該水下負載監(jiān)測裝置的實施例中，該水下負載監(jiān)測裝置還包括殼體，該殼體至少包括所述負載傳感器。該水下負載監(jiān)測裝置的一些組件可以與殼體分離。例如，所述電池、中央處理單元、激活設(shè)備和輸出設(shè)備可以包括在rov內(nèi)，該rov用于從殼體發(fā)送和接收數(shù)據(jù)(諸如來自負載傳感器的測量值)。來自負載傳感器的測量值可以通過聲納發(fā)送器發(fā)送到rov內(nèi)的聲納接收器，以將應(yīng)變力測量值發(fā)送到中央處理單元，該聲納發(fā)送器可以包括在殼體內(nèi)。

39、所述殼體還可以包括所述中央處理單元、所述電池、所述激活設(shè)備和所述輸出設(shè)備。

40、在公共的殼體內(nèi)至少包括所述負載傳感器，以方便在水下操作期間操縱和移動該水下負載監(jiān)測裝置。殼體還可以防止負載傳感器和殼體內(nèi)的其他組件與氣體接觸，并且可以因此降低爆炸風(fēng)險。

41、在根據(jù)本發(fā)明的水下負載監(jiān)測裝置的實施例中，所述輸出設(shè)備包括顯示器，該顯示器用于顯示來自負載傳感器的處理后的測量值。設(shè)備上的輸出結(jié)果可以由rov的相機讀取。rov的操作員可以通過將相機對準該水下負載監(jiān)測裝置的顯示器，通過向上層傳輸信號，輕松讀取輸出結(jié)果(即，附接到水下負載的浮力)。例如，該顯示器可以將處理后的應(yīng)變力測量值顯示為數(shù)值，或顯示為示出處理后的應(yīng)變力測量值隨時間變化的圖形。

42、在根據(jù)本發(fā)明的水下負載監(jiān)測裝置的實施例中，所述輸出設(shè)備包括聲納發(fā)送器，所述聲納發(fā)送器用于發(fā)送處理后的測量值。例如，處理后的測量值可以發(fā)送到rov。采用這樣的方式，處理后的測量值可以通過rov的臍帶纜或系繩進一步從rov發(fā)送到海面處的rov操作員。操作員可以獲得關(guān)于增加到待提升的負載的浮力大小的信息，而無需將rov的相機對準該水下負載監(jiān)測裝置。

43、第二方面，本發(fā)明涉及一種水下負載監(jiān)測系統(tǒng)，該水下負載監(jiān)測系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的水下負載監(jiān)測裝置、rov、以及用于觸發(fā)該水下負載監(jiān)測裝置中的激活設(shè)備的互補激活設(shè)備。

44、該互補激活設(shè)備可以連接到手柄，供rov用rov臂握持和操縱。所述互補激活設(shè)備可以與所述rov集成。

45、在根據(jù)本發(fā)明的水下負載監(jiān)測系統(tǒng)的實施例中，rov還包括聲納接收器，該聲納接收器用于接收來自所述水下負載監(jiān)測裝置的處理后的測量值。采用這樣的方式，處理后的測量值可以通過rov臍帶纜或系繩進一步從rov發(fā)送到海面處的rov操作員。該操作員可以獲得關(guān)于增加到待提升的負載的浮力大小的信息，而無需將rov的相機對準該水下負載監(jiān)測裝置。

46、第三方面，本發(fā)明涉及一種用于提升水下負載的方法，該方法包括以下步驟：

47、-提供根據(jù)本發(fā)明的第二方面的水下負載監(jiān)測系統(tǒng)；

48、-將所述水下負載監(jiān)測裝置的所述第一負載附接件附接到所述水下負載；

49、-激活所述水下負載監(jiān)測裝置；

50、-將浮力元件附接到所述水下負載監(jiān)測裝置的所述第二負載附接件；以及

51、-提升所述水下負載。

52、根據(jù)本發(fā)明的第三方面的方法可以用于提升水下負載，并能更好地控制待提升的重量。每當浮力元件添加到了該水下負載監(jiān)測裝置，rov操作員就可以檢查總共添加的浮力。這樣，當rov操作員開始提升水下負載時，可以降低rov以全推力操作rov的風(fēng)險。因此，可以降低rov因壓力而失去推進器發(fā)動機動力的風(fēng)險并減小由此可能造成的損壞。

53、根據(jù)本發(fā)明的第三方面的方法還可以包括將水下負載移動到所需位置的步驟。

54、第四方面，本發(fā)明涉及一種估計水下負載的重量的方法。該方法包括以下步驟：

55、-錨定所述水下負載；

56、-提供根據(jù)本發(fā)明的第二方面的所述水下負載監(jiān)測系統(tǒng)；

57、-將所述水下負載監(jiān)測裝置的所述第一負載附接件附接到所述水下負載；

58、-激活所述水下負載監(jiān)測裝置；

59、-將浮力元件逐步附接到所述水下負載監(jiān)測裝置的所述第二負載附接件，直到所述浮力元件和所述水下負載具有總的中性浮力；以及

60、-從所述負載傳感器讀取所述處理后的測量值。

61、由于靜水壓力的影響，水下負載的重量通常是未知的且很難估計。使用根據(jù)本發(fā)明的第四方面的方法，可以估計出水下負載的重量，有利于后續(xù)提升水下負載的操作。

62、rov操作員可以逐步向該水下負載監(jiān)測裝置添加浮力元件，直到所述浮力元件和所述水下負載具有總中性浮力或略微正浮力。從所述輸出設(shè)備讀取的浮力之后可以給出該水下負載的估計的重量。

63、第五方面，本發(fā)明涉及一種用于海上結(jié)構(gòu)(諸如魚籠或浮式風(fēng)力渦輪機)的系泊監(jiān)測系統(tǒng)。該系泊監(jiān)測系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的水下負載監(jiān)測裝置，其中，所述水下負載監(jiān)測裝置連接在所述海上結(jié)構(gòu)和所述海上結(jié)構(gòu)的錨定點之間。

64、錨定點可以是水下錨或系泊點。所述海上結(jié)構(gòu)(諸如支撐結(jié)構(gòu)、錨浮標、碼頭或系泊浮標)可以系泊到所述水下錨或該系泊點。

65、所述水下負載監(jiān)測裝置的所述第一負載附接件或所述第二負載附接件中的一者可以連接到所述海上結(jié)構(gòu)，且所述第一負載附接件或第二負載附接件中的另一者可以連接到該錨泊點。所述水下負載監(jiān)測裝置可以直接連接到該錨定點，或直接連接到與錨定點連接的繩索或鏈條。所述水下負載監(jiān)測裝置可以直接連接到該海上結(jié)構(gòu)，或直接連接到與錨定點連接的繩索或鏈條。

66、惡劣的天氣可能導(dǎo)致該海上結(jié)構(gòu)在水中移動，這可能在該海上結(jié)構(gòu)和該錨點之間產(chǎn)生應(yīng)變力。根據(jù)本發(fā)明的第五方面的系泊監(jiān)測系統(tǒng)可以測量該海上結(jié)構(gòu)和該錨點之間的這種應(yīng)變力，并且因此該系泊監(jiān)測系統(tǒng)可以用于監(jiān)測該海上結(jié)構(gòu)的系泊或錨定。

67、在該系泊監(jiān)測系統(tǒng)的實施例中，所述中央處理單元在監(jiān)測期間處于活動操作模式。

68、在該系泊監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，當所述負載傳感器測量到超出設(shè)定值范圍的應(yīng)變力時，所述激活設(shè)備用于將中央處理單元從空閑操作模式激活到活動操作模式。

69、該水下負載監(jiān)測裝置可以長期安裝在系泊監(jiān)測系統(tǒng)中。因此，當由負載傳感器測量到的應(yīng)變力超過設(shè)定的上限閾值或低于設(shè)定的下限閾值時，激活中央處理單元，可以延長該水下負載監(jiān)測裝置的電池的使用壽命。

70、在該系泊監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，所述水下負載監(jiān)測裝置的所述輸出設(shè)備包括聲納發(fā)送器。該輸出設(shè)備可以將來自所述負載傳感器的處理后的應(yīng)變力測量值發(fā)送到例如地面處的控制室。所述輸出設(shè)備可以以給定的時間間隔發(fā)送處理后的應(yīng)變力測量值?；蛘撸鲚敵鲈O(shè)備可以在所述負載傳感器測量到超出設(shè)定值范圍的應(yīng)變力的情況下發(fā)送處理后的應(yīng)變力測量值。