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一种轻便型掩埋管缆路由探测系统

阅读：778发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种轻便型掩埋管缆路由探测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种轻便型掩埋管缆路由探测系统,通过挂架将挂鱼固定安装在作业船只侧舷；挂鱼内部发射换能器阵在所述声纳电子箱的驱动下，发射低频声波信号；挂鱼内部接收换能器阵接收掩埋管缆的回波信号，信号输入到所述声纳电子箱中；声纳电子箱完成低频声信号的发射、接收、处理和传输，通过低频信号实现掩埋管缆影像的声图显示、管缆位置定位；由于探测系统通过挂架挂在船只侧舷，因此不需要大型A架或龙门吊，更加轻便，由于探测系统直接设置在船舷上，不需要拖体，因此，位置定位精确，从而使得探测的电缆信息更加准确。由于探测系统采用低频信号进行检测，有效防止了信号在水中的衰减；通过连续大范围的成像，使得探测的效率更高。，下面是一种轻便型掩埋管缆路由探测系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种轻便型掩埋管缆路由探测系统,其特征在于，包括挂鱼、挂杆、声纳电子箱、显控单元、位置姿态传感器，
所述挂鱼为声电转换设备，包括发射换能器阵和接收换能器阵；
所述发射换能器阵将高压电信号转换为低频声波信号，所述高压电信号来源于所述声纳电子箱；
所述接收换能器阵接收低频声波信号回波，并将所述回波转换为模拟电信号，所述模拟电信号输入到所述声纳电子箱中；
所述挂杆将所述挂鱼固定在作业船只舷侧；
所述声纳电子箱产生所述高压电信号，接收所述模拟电信号采集获得通道数据和所述位置姿态传感器的数据，对所述通道数据和所述传感器数据进行融合处理，获得水底掩埋管缆声图，并将所述水底掩埋管缆声图输出到所述显控单元中；
所述显控单元完成所述系统的控制、声图显示和管缆目标定位；
所述位置姿态传感器完成所述系统的位置定位和姿态采集，并输出所述系统的位置和姿态数据。
2.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述换能器阵列、声纳电子箱、显控单元、位置姿态传感器对掩埋管缆区域进行连续大范围成像，获得掩埋管缆的连续位置信息。
3.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述发射换能器阵和接收换能器阵采用分体设置。
4.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述发射换能器阵与接收换能器阵阵面在同一个平面内。
5.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述接收线阵列轴向水平，且与船只艏向平行，所述挂鱼的接收线列阵阵面倾斜向下设置，阵面与水平面具有倾斜夹角。
6.根据权利要求5所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述发射换能器阵向海底以所述倾斜夹角发射低频声波，接收换能器阵以所述倾斜夹角接收海底及目标回波。
7.根据权利要求3所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，发射换能器阵和接收换能器阵的信号通过水密缆接入到所述声纳电子箱。
8.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述声纳电子箱包括了电源模块、发射模块、接收模块、处理模块和传输模块，所述高压驱动电路，产生高压电信号驱动所述发射换能器阵；所述信号采集电路完成所述接收换能器阵各通道信号的放大、滤波和A/D转换，形成阵元域数据；所述信号处理电路对所述形成阵元域数据进行合成孔径处理，生成水底声图。
9.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述显控单元安装了声纳显控软件，所述显控软件能够完成系统参数下载、系统启停控制、声图显示和管缆目标管理功能。
10.根据权利要求1所述的掩埋管缆路由探测系统，其特征在于，所述发射换能器阵和接收换能器阵的频率小于20kHz。

说明书全文

一种轻便型掩埋管缆路由探测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及海底管缆调查领域，特别是涉及海底掩埋管缆路由探测系统。

背景技术

[0002] 随着随着海洋油气资源、风电资源的不断开发和利用，海域内所铺设的海底管道和电缆数量已经越来越多，每年都会有大量新的管缆铺设在海底。在沿岸海域，为了避免管缆被船只锚链损坏，通常管缆均采用掩埋铺设的方式布放。在新管缆铺设之前，需要对管缆经过海域的其他掩埋管缆位置和管缆路由进行调查，以便合理确定新管缆的铺设位置和施工方案。

[0003] 现有的声纳采用拖体拖曳方式作业，拖体体积大，重量重。在作业时对作业船只要求高：需要船只具备大型A架或龙门吊，并且具备较大的甲板操作空间。在应用于掩埋管缆探测时，由于拖体与船体通过拖缆连接，拖体本身的精确位置获取困难，直接影响对掩埋管缆的定位精度。

发明内容

[0004] 因此本发明的目的在于提出一种轻便型掩埋管缆探测系统，以实现对掩埋管缆的高效扫测和精确定位，且可以方便适装于不同船只。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

[0006] 一种轻便型掩埋管缆路由探测系统,其特征在于，包括挂鱼、挂杆、声纳电子箱、显控单元、位置姿态传感器，

[0007] 所述挂鱼为声电转换设备，包括发射换能器阵和接收换能器阵；

[0008] 所述发射换能器阵将高压电信号转换为低频声波信号，所述高压电信号来源于所述声纳电子箱；

[0009] 所述接收换能器阵接收低频声波信号回波，并将所述回波转换为模拟电信号，所述模拟电信号输入到所述声纳电子箱中；

[0010] 所述挂杆将所述挂鱼固定在作业船只舷侧；

[0011] 所述声纳电子箱产生所述高压电信号，接收所述模拟电信号采集获得通道数据和所述位置姿态传感器的数据，对所述通道数据和所述传感器数据进行融合处理，获得水底掩埋管缆声图，并将所述水底掩埋管缆声图输出到所述显控单元中；

[0012] 所述显控单元完成所述系统的控制、声图显示和管缆目标定位；

[0013] 所述位置姿态传感器完成所述系统的位置定位和姿态采集，并输出所述系统的位置和姿态数据。

[0014] 进一步地，所述换能器阵列、声纳电子箱、显控单元、位置姿态传感器对掩埋管缆区域进行连续大范围成像，获得掩埋管缆的连续位置信息。

[0015] 进一步地，所述发射换能器阵和接收换能器阵采用分体设置。

[0016] 进一步地，所述发射换能器阵与接收换能器阵阵面在同一个平面内。

[0017] 进一步地，所述接收线阵列轴向水平，且与船只艏向平行，所述挂鱼的接收线列阵阵面倾斜向下设置，阵面与水平面具有倾斜夹角。

[0018] 进一步地，所述发射换能器阵向海底以所述倾斜夹角发射低频声波，接收换能器阵以所述倾斜夹角接收海底及目标回波。

[0019] 进一步地，发射换能器阵和接收换能器阵的信号通过水密缆接入到所述声纳电子箱。

[0020] 进一步地，所述声纳电子箱包括了电源模块、发射模块、接收模块、处理模块和传输模块，所述高压驱动电路，产生高压电信号驱动所述发射换能器阵；所述信号采集电路完成所述接收换能器阵各通道信号的放大、滤波和A/D转换，形成阵元域数据；所述信号处理电路对所述形成阵元域数据进行合成孔径处理，生成水底声图。

[0021] 进一步地，所述显控单元安装了声纳显控软件，所述显控软件能够完成系统参数下载、系统启停控制、声图显示和管缆目标管理功能。

[0022] 进一步地，所述发射换能器阵和接收换能器阵的频率小于20kHz。

[0023] 采用以上技术方案，本申请具有以下技术效果：

[0024] 1.由于探测系统通过挂架挂在船只侧舷，因此不需要大型A架或龙门吊，因此操作更加方便，由于探测系统直接设置在船舷上，不需要拖体，因此，位置定位精确，从而使得探测的电缆信息更加准确。

[0025] 2.由于探测系统采用低频信号进行检测，有效防止了信号在水中的衰减；通过连续大范围的成像，使得探测的信息准确度更高。

[0026] 3.发射基阵和接收基阵向船沿外侧倾斜安装，声波信号从发射基阵和接收基阵倾斜向下照射海底和掩埋管缆，从而使得探测的有效范围更大，探测的信息更全面。

[0027] 4.通过从发射基阵和接收基阵阵面的设置、多个线性排列的接收基阵以及接收线阵列的轴向与船只艏向的关系设置，有效保障了成像的全面性和准确性。附图说明

[0028] 图1轻便型掩埋管缆探测系统组成框图。

[0029] 图2换能器基阵安装布置图一(侧视图)。

[0030] 图3换能器基阵安装布置图二(尾视图)。

[0031] 图4声纳电子箱内部电路组成框图。

[0032] 换能器基阵10、声纳电子箱20、显控单元30、位置姿态传感器40、挂架101、作业船只600、

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 下面结合附图与具体实施方式对本方法做更详细的说明。

[0035] 根据图1所示，本发明的轻便型掩埋管缆探测系统，由挂鱼10、声纳电子箱20、显控单元30、位置姿态传感器40和挂杆50组成。挂鱼10完成声信号发射和接收；声纳电子箱20完成低频声信号的驱动、采集、处理和传输，输出掩埋管缆声图到显控单元30中；显控单元30完成系统控制并完成掩埋管缆声图显示和定位；位置姿态传感器40完成挂鱼的位置定位和姿态采集。

[0036] 挂鱼10包括了发射换能器阵101和多通道接收换能器阵102，接收换能器阵和发射换能器阵组成线列阵，如图2所示。

[0037] 本发明的轻便型掩埋管缆探测系统各部分在作业船只上的安装布置图如图2和图3所示。

[0038] 挂鱼10通过法兰安装在挂架50上，挂杆50与船只600一侧船舷刚性固定。安装完毕后挂鱼10位于水面以下，其线列阵轴向呈水平状态，且线列阵轴向与船只600的船艏向平行。挂鱼10的基阵面与水平夹角为50°，发射换能器阵101的垂直波束倾斜照射到水底及掩埋管缆上，产生对应声回波，返回到接收换能器阵102上。

[0039] 显控单元30和声纳电子箱20布置在作业船甲板上或舱室内，显控单元能够完成系统参数下载、系统启停控制、声图显示和管缆目标管理功能。所述显控单元可以输入传感器和换能器基阵的位置偏移，从而精确获得基阵位置和姿态，进而定位出掩埋目标的精确位置。

[0040] 位置姿态传感器40固定安装在挂杆上方，测量挂鱼中心的位置和姿态。

[0041] 由于探测系统通过挂架挂在船只侧舷，因此不需要大型A架或龙门吊，因此操作更加方便，由于探测系统直接设置在船舷上，不需要拖体，因此，位置定位精确，从而使得探测的电缆信息更加准确。

[0042] 本发明提供的轻便型掩埋管缆探测系统，只有换能器基阵布放在水中，换能器基阵与作业船只刚性连接。系统在作业时，操作简单，布放方便；且无需A架，对作业船只要求低。

[0043] 挂鱼10的发射和接收信号通过水密电缆引入到作业船舱内，连接至声纳电子箱20。位置姿态传感器40的数据通过数据线连接至声纳电子箱20。显控单元30通过数据线与声纳电子箱20连接。

[0044] 声纳电子箱20内部电路模块包括：高压驱动电路201，信号采集电路202，电源转换电路203，信号处理电路204和数据传输电路205。其中，电源转换电路203完成电压转换，为声纳电子箱20内所有电路的供电；高压驱动电路201产生高压电信号，输出给发射换能器阵；信号采集电路202对接收换能器阵102的通道信号进行放大、滤波和A/D转换，形成阵元域数据；信号处理电路204对所述阵元域数据进行合成孔径处理，生成水底声图；数据传输电路205完成信号采集电路202、信号处理电路204、位置姿态传感器40和显控单元30的数据交换和传输。

[0045] 发射换能器阵101发射的声波频率和接收换能器阵102接收的声波频率均为20kHz以下的声信号，有效防止了信号在水中的衰减，确保声波能够穿透海床，有效探测到海床下的掩埋目标。

[0046] 在探测作业时，船只600按照直线匀速航行，轻便型掩埋管缆探测系统按照固定周期，向水底发射声波并采集回波信号。通过将船只不同位置处接收换能器阵102接收信号，进行合成孔径处理，轻便型掩埋管缆探测系统可以实时获得水底及掩埋管缆声图，并以瀑布图方式在显控单元30的显控软件上显示。

[0047] 在发现掩埋管缆后，根据瀑布图上掩埋管缆的走向，调整船只600的航行方向，使船只600航行方向与掩埋管缆走向一致，从而实现本发明的轻便型掩埋管缆探测系统对掩埋管缆的跟踪探测。

[0048] 通过显控单元30的显控软件打点定位功能，可以输出掩埋管缆的位置信息，从而实现对掩埋管缆的定位。

[0049] 本发明采用合成孔径技术，更加适用于用于水下声纳的成像技术，该技术利用小孔径基阵的移动，虚拟出长度几十倍的大孔径基阵的成像效果，从而在方位向获得极高的分辨率。由于合成孔径声纳具有成像分辨率与声信号频率无关，因此可以用较低的频率获得高的成像分辨率。低频水声信号能够穿透海床，因此低频率的合成孔径声纳可以对掩埋管缆进行大扫测宽度成像，使得管缆探测的数据具有较高的效率和精准度。

[0050] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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