基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，該裝置包括無人自主航行器和水下機器人，其中無人自主航行器上搭載有用于管道位置探測的磁異探測器和用于溢油檢測的熒光計傳感器組，用于實現(xiàn)大范圍快速巡檢；水下機器人上搭載有管道位置精確探測機構和熒光計傳感器，用于實現(xiàn)管道位置探測與高精度定位及微小泄漏準確檢測。該檢測裝置檢測速度快、費用較低，能夠滿足海洋石油安全生產(chǎn)的需要。
【專利說明】基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種海底輸油管道泄漏檢測裝置，具體涉及一種基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，屬于海洋工程水下裝備與系統(tǒng)【技術領域】。

【背景技術】
[0002]海底輸油管道是海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，它是連續(xù)地輸送大量原油最快捷、安全和經(jīng)濟可靠的運輸方式。隨著管道運行時間的延長，管道老化和腐蝕造成的穿孔經(jīng)常發(fā)生，不僅損失大量的原油，而且還對海洋環(huán)境造成污染，人身安全造成威脅，給國家和企業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失。因此，在海底管道在發(fā)生微小泄漏時及時報警提示，采取必要措施減少損失，盡可能避免海洋污染，具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]現(xiàn)有海底輸油管道管外檢測技術中，采用直升飛機沿管巡視或直接采用水下機器人搭載聲波傳感器進行泄漏檢測應用較多。前者無法對微小泄漏進行檢測，即使巡視出泄漏，也無法準確確定海底管道泄漏的位置及泄漏程度。后者檢測效率較低，成本很高，同時無法確定該海域的原油泄漏量。
實用新型內(nèi)容
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，采用該裝置能夠探測并高精度定位海底輸油管道的泄漏位置，同時能夠?qū)崿F(xiàn)微小泄漏準確檢測。
[0005]所述的基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置包括無人自主航行器和水下機器人，外圍設備為工作母船；所述工作母船通過臍帶纜收放機構與水下機器人相連；所述無人自主航行器通過水聲通信單元與工作母船通信，用于向工作母船發(fā)送泄漏警報信號和泄漏管道位置。
[0006]所述無人自主航行器的前透水艙內(nèi)搭載有用于探測海底輸油管道位置的磁異探測器和熒光傳感器組，后透水艙內(nèi)搭載有熒光傳感器組；所述熒光傳感器組包括兩個以上用于檢測海底輸油管道是否漏油的熒光傳感器。
[0007]所述水下機器人上搭載有管道位置精確探測機構和熒光傳感器；所述管道位置精確探測機構包括探測框架和三個磁力梯度計，三個磁力梯度計并排安裝在探測框架上，探測框架固定在水下機器人上。
[0008]作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，所述熒光傳感器包括光源、透鏡組A、透鏡組B、分光鏡、入射濾光鏡、棱鏡、返回濾光鏡、光電二極管和光電倍增管；其中光源為脈沖式^!!氣光源；入射濾光鏡的透射波長為360nm，返回濾光鏡的透射波長為235nm ；
[0009]所述光源觸發(fā)，發(fā)出入射光后，入射光穿過位于光源后方的透鏡組A變?yōu)槠叫泄?，并照射在位于透鏡組A后的分光鏡上；所述分光鏡將光線分為兩束，一束直接被光電二極管采集；另一束通過位于分光鏡后方的入射濾光鏡后變?yōu)閱紊贤夤猓辉撌鴨紊贤夤馔ㄟ^位于入射濾光鏡后方的棱鏡反射，直接照射在待測海水上；待測海水返回的光線通過透鏡組B整形成平行光后，照射到位于透鏡組B后方的返回濾光鏡；經(jīng)返回濾光鏡過濾后的光線進入光電倍增管。
[0010]作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，所述無人自主航行器的前透水艙內(nèi)還設置有側掃聲吶和變焦攝像機。
[0011]作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，所述無人自主航行器的后透水艙內(nèi)還設置有溫鹽深儀。
[0012]作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，所述水下機器人上還設置有攝像頭、水聲定位模塊和激光尺度儀。
[0013]有益效果
[0014](I)該檢測裝置將無人自主航行器和水下機器人作為搭載平臺，采用無纜的無人自主航行器能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍快速巡檢，而采用有纜的水下機器人可實現(xiàn)泄漏小范圍準確檢測。無人自主航行器和水下機器人配合使用，能夠快速、準確地對管道進行泄漏檢測及定位，極大地提高了檢測效率，降低了檢測費用，滿足海洋石油安全生產(chǎn)的需要。該檢測裝置屬于管外檢測，不需停產(chǎn)，適用于所有口徑海底輸油管道。
[0015](2)在無人自主航行器上搭載磁異探測器、側掃聲吶和變焦攝像機，在對管道位置進行快速檢測時，以磁異探測器為主，側掃聲吶及變焦攝像機為輔進行管道位置探測，采用多源信息融合方式進行判斷，有效的降低了在復雜海底環(huán)境中因可能的磁場干擾而對管道的誤判，提高了管道位置探測的準確度及可靠性。
[0016](3)通過熒光傳感器來檢測管道有無泄漏及泄漏量，具有靈敏度高，反應快的優(yōu)點，能夠有效提高檢測效率。
[0017](4)在無人自主航行器的前后透水艙內(nèi)均搭載有用于溢油檢測的熒光傳感器，能夠縮短溢油檢測模塊的整體采樣時間,大大提高了溢油檢測的準確度及可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為該檢測裝置的整體結構示意圖；
[0019]圖2為無人自主航行器的結構示意圖；
[0020]圖3為熒光傳感器的結構示意圖。
[0021]其中:1_水下無人航行器、4-管道位置探測機構、5-溢油檢測機構、6-水下機器人、7-管道位置精確探測機構、8-溢油精確檢測機構、9-水上控制模塊、10-臍帶纜收放機構、34-水聲通信模塊、35-控制模塊、36-蓄電池、37-導航模塊、38-避碰聲吶、39-照明模塊、41-磁異探測器、42-側掃聲吶、43-變焦攝像機、51-熒光傳感器、52-CTD傳感器、200-工作母船

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0023]本實施例提供一種基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，能夠達到快速、準確對管道泄漏檢測及定位的目的，極大地提高了檢測效率，降低了檢測費用，滿足了海洋石油安全生產(chǎn)的需要。
[0024]該裝置的整體結構如圖1所示，包括無人自主航行器I和水下機器人6，外圍設備為工作母船200。
[0025]其中無人自主航行器上設置有蓄電池36、控制模塊35、水聲通信模塊34、導航模塊37、避碰聲吶38以及照明模塊39，實現(xiàn)其動力、通信、導航、避碰和照明等基本功能。此夕卜，在無人自主航行器上搭載管道位置探測機構4和溢油檢測機構5，如圖2所示。
[0026]所述管道位置探測機構布置在無人自主航行器的前透水艙內(nèi)，包括磁異探測器41、側掃聲吶42和變焦攝像機43。所述磁異探測器41、側掃聲吶42和變焦攝像機43分別與控制模塊35相連，將探測信號實時發(fā)送給控制模塊35。當在磁異探測器的探測范圍內(nèi)有輸油管道時，其所探測的磁場強度信號會有跳變，出現(xiàn)峰值。為排除海底復雜環(huán)境帶來的可能磁場干擾，在控制模塊35中設置有最小峰值；若磁異探測器所探測的磁場強度信號的峰值超過預設的最小峰值，則判斷無人自主航行器的下方有輸油管道；在磁異探測器所探測的磁場強度信號的峰值沒有超過預設最小峰值的情況下，若側掃聲吶或變焦攝像機的圖像中有輸油管道時，則也可判斷無人自主航行器的下方有輸油管道。每次判斷到當前位置的下方有輸油管道時，無人自主航行器改變航行方向，從而在所探測到的管道的上方沿Z形曲線航行，進行快速巡視。
[0027]所述溢油檢測模塊5包括CTD傳感器(溫鹽深儀)52和兩個熒光傳感器組，每個熒光傳感器組由兩個熒光傳感器組成。其中CTD傳感器52和一個熒光傳感器組位于無人自主航行器的前透水艙內(nèi)，另一個熒光傳感器組位于無人自主航行器的后透水艙內(nèi)，采用兩組四個熒光傳感器能夠大幅縮短溢油檢測采樣時間間隔。所述CTD傳感器52和熒光傳感器分別與控制模塊35相連，將檢測信號實時發(fā)送給控制模塊35。當熒光傳感器檢測到輸油管道的某個位置漏油后，通過水聲通信模塊34向工作母船200發(fā)出泄漏警報，同時將CTD傳感器52和變焦攝像機43的檢測信息通過水聲通信模塊34發(fā)送給工作母船200，工作母船200結合CTD傳感器52和變焦攝像機43的檢測信息對原油泄漏狀況進行輔助判斷，以提高溢油檢測的準確度及可靠性。
[0028]所述水下機器人通過臍帶纜收放機構10與工作母船200相連，水下機器人上設置有照明模塊、含云臺裝置的攝像頭、多波束前視聲吶、水聲定位模塊及激光尺度儀。水下機器人的視頻圖像、電力、控制等信號均由位于工作母船200上的水上控制模塊9通過臍帶纜收放模塊10提供，其在水下的運動由操作人員在工作母船200上監(jiān)視和控制。此外，在水下機器人上搭載有管道位置精確探測機構7和溢油精確檢測機構8。
[0029]所述管道位置精確探測機構7由探測框架和三個磁力梯度計組成。三個磁力梯度計并排安裝在探測框架上，探測框架固定在水下機器人上。水上控制模塊9中設有顯示單元，水上控制模塊9將管道位置精確探測模塊7檢測到的磁信號合成三維彩色圖像，并在顯示單元上實時顯示；操作人員依據(jù)該圖像控制水下機器人向最強磁場區(qū)域運動，以迅速到達漏油管道所在位置。
[0030]所述溢油精確檢測機構8為熒光傳感器，該傳感器實時輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由軟件儲存并以圖像形式呈現(xiàn)在水上控制模塊的顯示單元上。LED燈及含云臺裝置的攝像頭獲得的圖像信息經(jīng)水上控制模塊輔助判斷原油的泄漏情況，如管道破損程度、大小等信息；同時水下機器人上的激光尺度儀能夠測量管道破損的尺寸。
[0031]采用熒光傳感器進行溢油檢測的原理如圖3所示。所述熒光傳感器包括光源、兩個透鏡組(分別為透鏡組A和透鏡組B)、分光鏡、入射濾光鏡、棱鏡、返回濾光鏡、光電二極管和光電倍增管。其中光源為脈沖式疝氣光源，脈沖長度2ms，光源觸發(fā)頻率約為4Hz ;入射濾光鏡的透射波長為360nm，返回濾光鏡的透射波長為235nm。
[0032]其溢油檢測原理為:光源被觸發(fā)時，入射光穿過位于光源后方的透鏡組A變?yōu)槠叫泄猓⒄丈湓谖挥谕哥R組A后的分光鏡上。分光鏡將光線分為兩束,一束直接被光電二極管采集，作為參考光強X ;另一束通過位于分光鏡后方的入射濾光鏡后變?yōu)閱紊贤夤?紫外光的波長為360nm)。該束單色紫外光通過位于入射濾光鏡后方的棱鏡反射,直接照射在待測海水上。
[0033]由于紫外光照射到有碳氫化合物的海水上才會激發(fā)熒光，若輸油管道泄漏，則該位置的待測海水中會含有足量的碳氫化合物，由此從待測海水返回的光線中，實際包括了360nm的散射光和235nm的受激熒光。從待測海水返回的光線通過透鏡組B整形成平行光后，由位于透鏡組B后方的返回濾光鏡濾去360nm的散射光。則從返回濾光鏡出來的光線中只有235nm的受激熒光，使用光電倍增管檢測受激熒光的強度Y。熒光傳感器將參考光強X和受激熒光的強度Y發(fā)送給水上控制模塊，水上控制模塊中的除法器結合參考光強X和激熒光的強度Y，Y/X即為熒光的相對強度；水上控制模塊將熒光的相對強度Y/X在一個脈沖周期內(nèi)對時間積分，所得值對應于所測碳氫化合物濃度，即海水中原油的濃度。
[0034]采用該檢測裝置進行輸油管道泄露檢測的過程為:
[0035]若海底輸油管道的具體位置坐標已知，則不啟用管道位置探測機構4。直接將無人自主航行器放在海底設定位置，使其沿著預設的軌跡在管道的上方進行快速巡視。若海底輸油管道的具體位置坐標未知，則啟用管道位置探測機構4探測管道，使無人自主航行器在所探測到的管道的上方沿Z形曲線航行，進行快速巡視。
[0036]無人自主航行器在快速巡視過程中，其上搭載的熒光計傳感器實時檢測管道是否有泄漏，若沒有發(fā)現(xiàn)泄漏，則無人自主航行器一直按照既定任務巡航；若檢測到有泄漏，通過水聲通信模塊34向工作母船200發(fā)出泄漏警報，同時導航模塊37將當前位置信息發(fā)送給工作母船200。
[0037]工作母船200接收到泄漏警報后，航行到導航模塊37所發(fā)送的位置信息所在處。然后下放水下機器人。水下機器人依據(jù)基于無人自主航行器所提供的泄漏大致位置，通過管道位置精確探測機構7尋找管道，水下機器人上的熒光傳感器發(fā)現(xiàn)泄漏位置后，水下機器人停止前進并坐沉管道上部，通過熒光傳感器檢測并記錄原油泄漏量，可通過含云臺裝置的攝像頭觀測并記錄泄漏大小及范圍，通過水聲定位模塊定位并記錄泄漏位置。
[0038]綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，其特征在于，包括無人自主航行器和水下機器人，外圍設備為工作母船；所述工作母船通過臍帶纜收放機構與水下機器人相連；所述無人自主航行器通過水聲通信單元與工作母船通信，用于向工作母船發(fā)送泄漏警報信號和泄漏管道位置； 所述無人自主航行器的前透水艙內(nèi)搭載有用于探測海底輸油管道位置的磁異探測器和熒光傳感器組，后透水艙內(nèi)搭載有熒光傳感器組；所述熒光傳感器組包括兩個以上用于檢測海底輸油管道是否漏油的熒光傳感器； 所述水下機器人上搭載有管道位置精確探測機構和熒光傳感器；所述管道位置精確探測機構包括探測框架和三個磁力梯度計，三個磁力梯度計并排安裝在探測框架上，探測框架固定在水下機器人上。
2.如權利要求1所述的基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，其特征在于，所述突光傳感器包括光源、透鏡組A、透鏡組B、分光鏡、入射濾光鏡、棱鏡、返回濾光鏡、光電二極管和光電倍增管；其中光源為脈沖式疝氣光源；入射濾光鏡的透射波長為360nm，返回濾光鏡的透射波長為235nm ； 所述光源觸發(fā)，發(fā)出入射光后，入射光穿過位于光源后方的透鏡組A變?yōu)槠叫泄?，并照射在位于透鏡組A后的分光鏡上；所述分光鏡將光線分為兩束，一束直接被光電二極管米集；另一束通過位于分光鏡后方的入射濾光鏡后變?yōu)閱紊贤夤?；該束單色紫外光通過位于入射濾光鏡后方的棱鏡反射，直接照射在待測海水上；待測海水返回的光線通過透鏡組B整形成平行光后，照射到位于透鏡組B后方的返回濾光鏡；經(jīng)返回濾光鏡過濾后的光線進入光電倍增管。
3.如權利要求1或2所述的基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，其特征在于，所述無人自主航行器的前透水艙內(nèi)還設置有側掃聲吶和變焦攝像機。
4.如權利要求1或2所述的基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，其特征在于，所述無人自主航行器的后透水艙內(nèi)還設置有溫鹽深儀。
5.如權利要求1或2所述的基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測裝置，其特征在于，所述水下機器人上還設置有攝像頭、水聲定位模塊和激光尺度儀。
【文檔編號】F17D5/06GK204083823SQ201420543173
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】吳濤, 張輝意, 景東風, 肖前進, 魏偉, 游卓, 王磊, 錢家昌, 陳虹, 劉俊杰 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所