基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)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(cè)裝置，該裝置包括無人自主航行器和水下機(jī)器人，其中無人自主航行器上搭載有用于管道位置探測(cè)的磁異探測(cè)器和用于溢油檢測(cè)的熒光計(jì)傳感器組，用于實(shí)現(xiàn)大范圍快速巡檢；水下機(jī)器人上搭載有管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)和熒光計(jì)傳感器，用于實(shí)現(xiàn)管道位置探測(cè)與高精度定位及微小泄漏準(zhǔn)確檢測(cè)。該檢測(cè)裝置檢測(cè)速度快、費(fèi)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(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種海底輸油管道泄漏檢測(cè)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(cè)裝置，屬于海洋工程水下裝備與系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[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(jì)可靠的運(yùn)輸方式。隨著管道運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，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(duì)海洋環(huán)境造成污染，人身安全造成威脅，給國(guó)家和企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在海底管道在發(fā)生微小泄漏時(shí)及時(shí)報(bào)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(shí)意義。
[0003]現(xiàn)有海底輸油管道管外檢測(cè)技術(shù)中，采用直升飛機(jī)沿管巡視或直接采用水下機(jī)器人搭載聲波傳感器進(jìn)行泄漏檢測(cè)應(yīng)用較多。前者無法對(duì)微小泄漏進(jìn)行檢測(cè)，即使巡視出泄漏，也無法準(zhǔn)確確定海底管道泄漏的位置及泄漏程度。后者檢測(cè)效率較低，成本很高，同時(shí)無法確定該海域的原油泄漏量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]有鑒于此，本實(shí)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(cè)裝置，采用該裝置能夠探測(cè)并高精度定位海底輸油管道的泄漏位置，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)微小泄漏準(zhǔn)確檢測(cè)。
[0005]所述的基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測(cè)裝置包括無人自主航行器和水下機(jī)器人，外圍設(shè)備為工作母船；所述工作母船通過臍帶纜收放機(jī)構(gòu)與水下機(jī)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(bào)信號(hào)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(cè)海底輸油管道位置的磁異探測(cè)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(gè)以上用于檢測(cè)海底輸油管道是否漏油的熒光傳感器。
[0007]所述水下機(jī)器人上搭載有管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)和熒光傳感器；所述管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)包括探測(cè)框架和三個(gè)磁力梯度計(jì)，三個(gè)磁力梯度計(jì)并排安裝在探測(cè)框架上，探測(cè)框架固定在水下機(jī)器人上。
[0008]作為本實(shí)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(zhǎng)為360nm，返回濾光鏡的透射波長(zhǎng)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?；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(cè)海水上；待測(cè)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(jìn)入光電倍增管。
[0010]作為本實(shí)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(shè)置有側(cè)掃聲吶和變焦攝像機(jī)。
[0011]作為本實(shí)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(shè)置有溫鹽深儀。
[0012]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方式，所述水下機(jī)器人上還設(shè)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(cè)裝置將無人自主航行器和水下機(jī)器人作為搭載平臺(tái)，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(jī)器人可實(shí)現(xiàn)泄漏小范圍準(zhǔn)確檢測(cè)。無人自主航行器和水下機(jī)器人配合使用，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)管道進(jìn)行泄漏檢測(cè)及定位，極大地提高了檢測(cè)效率，降低了檢測(cè)費(fèi)用，滿足海洋石油安全生產(chǎn)的需要。該檢測(cè)裝置屬于管外檢測(cè)，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(cè)器、側(cè)掃聲吶和變焦攝像機(jī)，在對(duì)管道位置進(jìn)行快速檢測(cè)時(shí)，以磁異探測(cè)器為主，側(cè)掃聲吶及變焦攝像機(jī)為輔進(jìn)行管道位置探測(cè)，采用多源信息融合方式進(jìn)行判斷，有效的降低了在復(fù)雜海底環(huán)境中因可能的磁場(chǎng)干擾而對(duì)管道的誤判，提高了管道位置探測(cè)的準(zhǔn)確度及可靠性。
[0016](3)通過熒光傳感器來檢測(cè)管道有無泄漏及泄漏量，具有靈敏度高，反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高檢測(cè)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(cè)的熒光傳感器，能夠縮短溢油檢測(cè)模塊的整體采樣時(shí)間,大大提高了溢油檢測(cè)的準(zhǔn)確度及可靠性。

【專利附圖】

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

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]本實(shí)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(cè)裝置，能夠達(dá)到快速、準(zhǔn)確對(duì)管道泄漏檢測(cè)及定位的目的，極大地提高了檢測(cè)效率，降低了檢測(cè)費(fèi)用，滿足了海洋石油安全生產(chǎn)的需要。
[0024]該裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括無人自主航行器I和水下機(jī)器人6，外圍設(shè)備為工作母船200。
[0025]其中無人自主航行器上設(shè)置有蓄電池36、控制模塊35、水聲通信模塊34、導(dǎo)航模塊37、避碰聲吶38以及照明模塊39，實(shí)現(xiàn)其動(dòng)力、通信、導(dǎo)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(cè)機(jī)構(gòu)4和溢油檢測(cè)機(jī)構(gòu)5，如圖2所示。
[0026]所述管道位置探測(cè)機(jī)構(gòu)布置在無人自主航行器的前透水艙內(nèi)，包括磁異探測(cè)器41、側(cè)掃聲吶42和變焦攝像機(jī)43。所述磁異探測(cè)器41、側(cè)掃聲吶42和變焦攝像機(jī)43分別與控制模塊35相連，將探測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送給控制模塊35。當(dāng)在磁異探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)有輸油管道時(shí)，其所探測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)會(huì)有跳變，出現(xiàn)峰值。為排除海底復(fù)雜環(huán)境帶來的可能磁場(chǎng)干擾，在控制模塊35中設(shè)置有最小峰值；若磁異探測(cè)器所探測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的峰值超過預(yù)設(shè)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(cè)器所探測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的峰值沒有超過預(yù)設(shè)最小峰值的情況下，若側(cè)掃聲吶或變焦攝像機(jī)的圖像中有輸油管道時(shí)，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(dāng)前位置的下方有輸油管道時(shí)，無人自主航行器改變航行方向，從而在所探測(cè)到的管道的上方沿Z形曲線航行，進(jìn)行快速巡視。
[0027]所述溢油檢測(cè)模塊5包括CTD傳感器(溫鹽深儀)52和兩個(gè)熒光傳感器組，每個(gè)熒光傳感器組由兩個(gè)熒光傳感器組成。其中CTD傳感器52和一個(gè)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(gè)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(gè)熒光傳感器能夠大幅縮短溢油檢測(cè)采樣時(shí)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(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送給控制模塊35。當(dāng)熒光傳感器檢測(cè)到輸油管道的某個(gè)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(bào)，同時(shí)將CTD傳感器52和變焦攝像機(jī)43的檢測(cè)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(jié)合CTD傳感器52和變焦攝像機(jī)43的檢測(cè)信息對(duì)原油泄漏狀況進(jìn)行輔助判斷，以提高溢油檢測(cè)的準(zhǔn)確度及可靠性。
[0028]所述水下機(jī)器人通過臍帶纜收放機(jī)構(gòu)10與工作母船200相連，水下機(jī)器人上設(shè)置有照明模塊、含云臺(tái)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(jī)器人的視頻圖像、電力、控制等信號(hào)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(yùn)動(dòng)由操作人員在工作母船200上監(jiān)視和控制。此外，在水下機(jī)器人上搭載有管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)7和溢油精確檢測(cè)機(jī)構(gòu)8。
[0029]所述管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)7由探測(cè)框架和三個(gè)磁力梯度計(jì)組成。三個(gè)磁力梯度計(jì)并排安裝在探測(cè)框架上，探測(cè)框架固定在水下機(jī)器人上。水上控制模塊9中設(shè)有顯示單元，水上控制模塊9將管道位置精確探測(cè)模塊7檢測(cè)到的磁信號(hào)合成三維彩色圖像，并在顯示單元上實(shí)時(shí)顯示；操作人員依據(jù)該圖像控制水下機(jī)器人向最強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，以迅速到達(dá)漏油管道所在位置。
[0030]所述溢油精確檢測(cè)機(jī)構(gòu)8為熒光傳感器，該傳感器實(shí)時(shí)輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由軟件儲(chǔ)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(tái)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(shí)水下機(jī)器人上的激光尺度儀能夠測(cè)量管道破損的尺寸。
[0031]采用熒光傳感器進(jìn)行溢油檢測(cè)的原理如圖3所示。所述熒光傳感器包括光源、兩個(gè)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(zhǎng)度2ms，光源觸發(fā)頻率約為4Hz ;入射濾光鏡的透射波長(zhǎng)為360nm，返回濾光鏡的透射波長(zhǎng)為235nm。
[0032]其溢油檢測(cè)原理為:光源被觸發(fā)時(shí)，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(qiáng)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(zhǎng)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(cè)海水上。
[0033]由于紫外光照射到有碳?xì)浠衔锏暮Ｋ喜艜?huì)激發(fā)熒光，若輸油管道泄漏，則該位置的待測(cè)海水中會(huì)含有足量的碳?xì)浠衔?，由此從待測(cè)海水返回的光線中，實(shí)際包括了360nm的散射光和235nm的受激熒光。從待測(cè)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(cè)受激熒光的強(qiáng)度Y。熒光傳感器將參考光強(qiáng)X和受激熒光的強(qiáng)度Y發(fā)送給水上控制模塊，水上控制模塊中的除法器結(jié)合參考光強(qiáng)X和激熒光的強(qiáng)度Y，Y/X即為熒光的相對(duì)強(qiáng)度；水上控制模塊將熒光的相對(duì)強(qiáng)度Y/X在一個(gè)脈沖周期內(nèi)對(duì)時(shí)間積分，所得值對(duì)應(yīng)于所測(cè)碳?xì)浠衔餄舛?，即海水中原油的濃度?br> [0034]采用該檢測(cè)裝置進(jìn)行輸油管道泄露檢測(cè)的過程為:
[0035]若海底輸油管道的具體位置坐標(biāo)已知，則不啟用管道位置探測(cè)機(jī)構(gòu)4。直接將無人自主航行器放在海底設(shè)定位置，使其沿著預(yù)設(shè)的軌跡在管道的上方進(jìn)行快速巡視。若海底輸油管道的具體位置坐標(biāo)未知，則啟用管道位置探測(cè)機(jī)構(gòu)4探測(cè)管道，使無人自主航行器在所探測(cè)到的管道的上方沿Z形曲線航行，進(jìn)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(jì)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)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(wù)巡航；若檢測(cè)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(bào)，同時(shí)導(dǎo)航模塊37將當(dāng)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(bào)后，航行到導(dǎo)航模塊37所發(fā)送的位置信息所在處。然后下放水下機(jī)器人。水下機(jī)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(cè)機(jī)構(gòu)7尋找管道，水下機(jī)器人上的熒光傳感器發(fā)現(xiàn)泄漏位置后，水下機(jī)器人停止前進(jìn)并坐沉管道上部，通過熒光傳感器檢測(cè)并記錄原油泄漏量，可通過含云臺(tái)裝置的攝像頭觀測(cè)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(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于水下無人航行器的海底輸油管道泄漏檢測(cè)裝置，其特征在于，包括無人自主航行器和水下機(jī)器人，外圍設(shè)備為工作母船；所述工作母船通過臍帶纜收放機(jī)構(gòu)與水下機(jī)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(bào)信號(hào)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(cè)海底輸油管道位置的磁異探測(cè)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(gè)以上用于檢測(cè)海底輸油管道是否漏油的熒光傳感器； 所述水下機(jī)器人上搭載有管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)和熒光傳感器；所述管道位置精確探測(cè)機(jī)構(gòu)包括探測(cè)框架和三個(gè)磁力梯度計(jì)，三個(gè)磁力梯度計(jì)并排安裝在探測(cè)框架上，探測(cè)框架固定在水下機(jī)器人上。
2.如權(quán)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(cè)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(zhǎng)為360nm，返回濾光鏡的透射波長(zhǎng)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(cè)海水上；待測(cè)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(jìn)入光電倍增管。
3.如權(quán)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(cè)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(shè)置有側(cè)掃聲吶和變焦攝像機(jī)。
4.如權(quán)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(cè)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(shè)置有溫鹽深儀。
5.如權(quán)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(cè)裝置，其特征在于，所述水下機(jī)器人上還設(shè)置有攝像頭、水聲定位模塊和激光尺度儀。
【文檔編號(hào)】F17D5/06GK204083823SQ201420543173
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】吳濤, 張輝意, 景東風(fēng), 肖前進(jìn), 魏偉, 游卓, 王磊, 錢家昌, 陳虹, 劉俊杰 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所