本發(fā)明涉及一種探測儀，特別是一種基于水下機器人的水下管線探測儀。

背景技術：

水下管線探測技術是隨著水下工程崛起而發(fā)展起來的新技術，近年來，各種海底線纜工程、管道工程、橋隧工程，以及近岸的港池工程等陸續(xù)立項開工，諸多海島填海造陸和各種聯(lián)網(wǎng)，以及海洋環(huán)境、資源調(diào)查和保護等也會啟動。海纜施工、埋設、檢測、維修、海纜路由的勘察和運維檢測等工程業(yè)務急劇增加。海底管道面臨復雜多變的海洋環(huán)境，受到風浪、洋流、風暴潮等自然因素作用，以及采砂、錨害等人為因素影響，易發(fā)生管道裸露、懸跨等安全隱患，海底管道長期懸跨、裸露，在風浪、海流的沖擊下，極易產(chǎn)生疲勞斷裂，海底管道一旦出現(xiàn)泄漏等事故，將導致停產(chǎn)，污染海洋環(huán)境，造成生態(tài)災害，甚至引起爆炸造成人身傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。如何精確有效的確定海底電纜的位置埋深顯得十分重要。

目前，廣泛采用的水下電纜檢測方法主要有：聲波管線儀探測法，多波束側(cè)掃聲納探測、磁法探測、水下機器人(ROV)攝像、潛水員潛水拍照等。然而當探測水域為深水區(qū)或者時渾濁水域時，上述常規(guī)探測方法則無法探測管線位置及埋深。

而由于目前運用水下機器人代替水下機器人水下工作具有效率高、深度大、不影響水下結(jié)構、適應各種環(huán)境、可靠性高等特點，是水下管線探測的主要發(fā)展方向之一。然而目前，我國還沒有能夠運用于水下機器人的水下管線探測儀。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種基于水下機器人的水下管線探測儀。

本發(fā)明是通過以下的技術方案實現(xiàn)的：一種基于水下機器人的水下管線探測儀，包括水上控制裝置和水下探測裝置；所述水上控制裝置通過臍帶纜與水下探測裝置連接；

所述水下探測裝置設置在水下機器人上，用于探測海底管線的位置及埋深；

所述水上控制裝置用于控制水下探測裝置的工作。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述水下探測裝置包括：

探測模塊，用于檢測海底管線的位置、埋深和方向；

數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述探測模塊所探測到的數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)存儲模塊，用于接收所述數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)；

通訊模塊，用于將所述數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送至水上控制裝置；

水下探測裝置主體，用于存放所述數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和通訊模塊。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述探測模塊包括兩個三分量天線，每個三分量天線由三個分別測量X軸、Y軸和Z軸方向數(shù)據(jù)的線圈組成；所述X軸、Y軸和Z軸之間相互正交；所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括兩個數(shù)據(jù)采集單元，分別通過通訊光纜信號線與兩個三分量天線連接，接收由所述兩個三分量天線所采集的數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述探測模塊還包括高度計和傾角傳感器；所述高度計和傾角傳感器的數(shù)據(jù)配合所述三分量天線的電磁信號可計算海底管線的埋深、平面的位置及方向。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括：管線儀電磁主板控制器和數(shù)據(jù)存儲單元；所述管線儀電磁主板控制器及數(shù)據(jù)存儲單元用于接收數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至所述通訊模塊。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述通訊模塊包括：通訊單元、控制單元和板卡供電單元；所述通訊單元用于傳輸數(shù)據(jù)至水上裝置；所述控制單元用于控制通訊單元的工作；所述板卡供電單元用于為水下探測裝置供電。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述探測模塊安裝于水密探頭中，并通過探頭活動支架與所述裝置主體連接。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述水下探測裝置主體為封閉殼體。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述水上控制裝置包括水面計算機操作系統(tǒng)、混合通訊機和電源；所述混合通訊機用于接收水下探測裝置的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至計算機操作系統(tǒng)進行顯示；所述電源用于為混合通訊機供電。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述水上控制裝置還包括GPS系統(tǒng)和超短基線定位系統(tǒng)，用于進行水平定位。

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明解決了深水區(qū)域渾濁條件下聲波管線儀探測法，多波束側(cè)掃聲納探測、磁法探測、ROV攝像、潛水員潛水拍照等無法探測管線位置及埋深的難題。通過采用水上設備和水下設備相結(jié)合的方式，以ROV為載體，潛入深水區(qū)域，使用電磁感應原理進行無損探測，克服了小管徑、淤泥砂層覆蓋、渾濁水域的管線探測難點。進一步，通過采用GPS、USBL、高度計、傾角傳感器相結(jié)合的方式克服了管線探測平面位置及埋深的精度問題。通過操作水上設備，實現(xiàn)計算機遠程控制。通過操作ROV追蹤海底管線行走的方式提高工作效率、保證工作成果，大大提高了探測結(jié)果的可靠性。該水下管線探測儀通過將水上計算機與搭載在ROV上的管線探測儀信息相互反饋實現(xiàn)了水下管線探測遠程控制，管線探測數(shù)據(jù)管理及儲存、結(jié)果分析并反饋、管線位置及方向指示等。該設備能夠在渾水及各種水域使用。水下的水密性能能夠承受1000米水深壓力。

為了更好地理解和實施，下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于水下機器人的水下管線探測儀的安裝示意圖。

圖2是本發(fā)明的水下管線探測儀的連接示意圖。

圖3是本發(fā)明的水下管線探測儀的具體結(jié)構連接框圖。

具體實施方式

本發(fā)明為了解決深水渾濁條件下掩埋管線探測的難題，提供了一種基于水下機器人的水下管線探測儀。具體通過以下的實施例進行介紹：

請參閱圖1，其為本發(fā)明的基于水下機器人的水下管線探測儀的安裝示意圖。

本發(fā)明提供了一種基于水下機器人的水下管線探測儀，包括水上控制裝置1和水下探測裝置2。所述水上控制裝置1通過臍帶纜3與水下探測裝置2連接。其中，所述臍帶纜通過絞車與水下探測裝置連接。

所述水下探測裝置設置在水下機器人5上，用于探測海底管線6的位置及埋深。

所述水上控制裝置設置在工作船4上，用于控制水下探測裝置2的工作。其中，所述工作船4上設有水下機器人收放系統(tǒng)41、水下機器人配電箱42、水面操作間43和超短基線定位系統(tǒng)(USBL)44。

請參閱圖2，其為本發(fā)明的基于水下機器人的水下管線探測儀的結(jié)構模塊框圖。

具體的，所述水下探測裝置2主要包括以下幾大模塊：探測模塊21、數(shù)據(jù)采集模塊22、數(shù)據(jù)存儲模塊23、通訊模塊24和水下探測裝置主體25。

其中，所述探測模塊21，用于檢測海底管線的位置、埋深和方向。

所述數(shù)據(jù)采集模塊22，用于采集所述探測模塊所探測到的數(shù)據(jù)。

所述數(shù)據(jù)存儲模塊23，用于接收所述數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)。

所述通訊模塊24，用于將所述數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送至水上控制裝置。

所述水下探測裝置主體25，用于存放所述數(shù)據(jù)采集模塊21、數(shù)據(jù)存儲模塊22和通訊模塊23。為了防止內(nèi)部的模塊損壞，所述水下探測裝置主體25為封閉殼體。而且，該裝置主體25的殼體為高壓防水殼體。

接下來，具體介紹上述幾個功能模塊的具體構成。進一步，請參閱圖2，其為本發(fā)明的基于水下機器人的水下管線探測儀的具體結(jié)構連接框圖。

其中，所述探測模塊21具體包括兩個三分量天線，三分量天線一211和三分量天線二212。每個三分量天線由三個分別測量X軸、Y軸和Z軸方向數(shù)據(jù)的線圈組成。所述X軸、Y軸和Z軸之間相互正交。

所述數(shù)據(jù)存儲模塊22包括兩個數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元一221和數(shù)據(jù)采集單元二222，且分別通過通訊光纜信號線與兩個三分量天線連接，接收由所述兩個三分量天線所采集的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)采集單元一221和數(shù)據(jù)采集單元二222由高精度儀表放大器、高速程控放大器、防混疊濾、模數(shù)轉(zhuǎn)換組成。其中，上述組件的技術指標分別為：

高精度儀表放大器的參數(shù)為：噪聲<1nV/Hz，帶寬>4M Hz；

高速程控放大器的參數(shù)為：噪聲<10nV/Hz，增益切換速度<10us，最大增益>＝1000；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)為：采樣速度>600KHz，分辨率24b。

而進一步，所述探測模塊21還包括高度計214和傾角傳感器213。所述高度計214和傾角傳感器213的數(shù)據(jù)配合所述三分量天線的電磁信號可計算海底管線的埋深、平面的位置及方向。

其中，兩個三分量天線和傾角傳感器213是安裝在水密探頭26中，并通過探頭活動支架27與所述裝置主體25連接。

具體的，所述數(shù)據(jù)存儲模塊23包括：管線儀電磁主板控制器231和數(shù)據(jù)存儲單元232。所述管線儀電磁主板控制器231及數(shù)據(jù)存儲單元232用于接收數(shù)據(jù)采集模塊22的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至所述通訊模塊24。

所述通訊模塊24包括：通訊單元241、控制單元242、板卡供電單元243和電子倉244。所述通訊單元241用于傳輸數(shù)據(jù)至水上裝置1；所述控制單元242用于控制通訊單元241的工作。所述板卡供電單元243用于為水下探測裝置2供電。具體的，當數(shù)據(jù)存儲模塊23將該數(shù)據(jù)發(fā)送至通訊模塊時，通過通訊單元241、控制單元242、板卡供電單元243和電子倉244將數(shù)據(jù)傳輸給水上設備進行分析保存。

所述水上控制裝置1包括水面計算機操作系統(tǒng)11、混合通訊機12和甲板電源13。所述混合通訊機12用于接收水下探測裝置2的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至計算機操作系統(tǒng)11進行顯示。所述甲板電源13用于為混合通訊機12供電。其中，所述水面計算機操作系統(tǒng)11通過上位機軟件控制所述水下探測裝置，并進行管理和記錄數(shù)據(jù)信息，同時將信號反饋到水下機器人5信息系統(tǒng)中。所述水上控制裝置1還包括GPS系統(tǒng)14，用于進行水平定位。所述水上控制裝置還設有一個超短基線定位系統(tǒng)44，其一部分安裝在工作船上，另一部分安裝在水下機器人上，用于對水下機器人進行定位。其中，所述超短基線定位系統(tǒng)44包括發(fā)射換能器、應答器、接收基陣組成。所述發(fā)射換能器和接收基陣安裝在船上，所述應答器29固定在水下載體上，即水下機器人。

以下介紹本發(fā)明的基于水下機器人(ROV)的水下管線探測儀的工作過程：

(1)首先探明水下檢測管線基本情況，如檢測對象性質(zhì)(電纜、通信光纜、石油管道等)，是否存在交流電信號，如沒有，需加載固定頻率電信號。

(2)水面測試。在海底管線設計路線區(qū)域水下測試。測試過程設備的安全；確保系統(tǒng)工作正常和狀態(tài)的穩(wěn)定性；確保數(shù)據(jù)的可靠性；確保管線探測數(shù)據(jù)和其它設備可同步。

(3)將水下管線探測儀安裝至水下載體ROV，并進行調(diào)試及測試。

(4)水下管線探測儀隨載體ROV潛水按照預調(diào)查路線進行探測。

(5)探測數(shù)據(jù)與其他設備同步，并進行數(shù)據(jù)采集工作，記錄和保存。

(6)水面人員操作遠程控制軟件，根據(jù)水下管線探測儀顯示的管線路徑方向，適時調(diào)整ROV路線，保存管線信號在可探測范圍內(nèi)，同時保持ROV運行穩(wěn)定，高度在合理范圍內(nèi)。

(7)數(shù)據(jù)收集，處理歸檔，完成施工報告等。

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明解決了深水區(qū)域渾濁條件下聲波管線儀探測法，多波束側(cè)掃聲納探測、磁法探測、ROV攝像、潛水員潛水拍照等無法探測管線位置及埋深的難題。通過采用水上設備和水下設備相結(jié)合的方式，以ROV為載體，潛入深水區(qū)域，使用電磁感應原理進行無損探測，克服了小管徑、淤泥砂層覆蓋、渾濁水域的管線探測難點。進一步，通過采用GPS、USBL、高度計、傾角傳感器相結(jié)合的方式克服了管線探測平面位置及埋深的精度問題。通過操作水上設備，實現(xiàn)計算機遠程控制。通過操作ROV追蹤海底管線行走的方式提高工作效率、保證工作成果，大大提高了探測結(jié)果的可靠性。該水下管線探測儀通過將水上計算機與搭載在ROV上的管線探測儀信息相互反饋實現(xiàn)了水下管線探測遠程控制，管線探測數(shù)據(jù)管理及儲存、結(jié)果分析并反饋、管線位置及方向指示等。該設備能夠在渾水及各種水域使用。水下的水密性能能夠承受1000米水深壓力。

本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權利要求和等同技術范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。