海底管线内检系统的制作方法

1.本实用新型涉及海底管线维护技术领域，尤其涉及一种海底管线内检系统。


背景技术：

2.现有的管道内部检测机器人一般采用惯性定位、计程轮定位、低频磁感应信号定位等方式记录位置。其中低频磁感应信号会受到金属管道壁一定程度的屏蔽和阻挡，在实际应用的过程中，信号传播距离短，最远定位距离不多于10m，目前的感应信号接收装置只适合在陆地上手持或车载以接收低频磁感应信号，在对海底管线进行内部检测时，由于海底深度的影响，磁感应信号接收装置无法安装于水面载具上以接收管道内检测机器人的定位磁信号，因而只能采用惯性定位、计程轮定位等方式进行位置确定。惯性定位、计程轮定位则由于滑动等因素存在定位不准，累积误差大等问题。即在对海底管线进行内部检测时，现有的定位方式存在定位不准的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种海底管线内检系统，以解决对海底管线进行内部检测时定位不准的问题。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案在于：
5.一种海底管线内检系统，包括水上基准平台、水下潜航器、管道内检机器人；水上基准平台与水下潜航器通过电缆连接；水上基准平台上设置有接收基阵，水下潜航器包括流速计、潜航舱以及安装于潜航舱内的第一信号发射器和磁源信号传感器，管道内检机器人包括磁源定位信标；接收基阵接收第一信号发射器发射的声波信号，磁源信号传感器用于接收磁源定位信标的信号；流速计安装于潜航舱的上表面，用于测量水流速度。
6.进一步的，水上基准平台设置为无人船舶，还包括卫星导航装置，卫星导航装置用于实时获取水上基准平台的坐标。
7.进一步的，水下潜航器还包括水下推进器，两个水下推进器为一组，六组水下推进器分别设置于潜航舱上下左右前后六个面。
8.进一步的，水下潜航器还包括姿态传感器，姿态传感器用于收集潜航舱的三维姿态。
9.进一步的，水下潜航器还包括激光雷达和单波束测声声呐，激光雷达和单波束测声声呐设置于潜航舱前进方向的侧面，用于探测前进方向。
10.进一步的，水下潜航器还包括补光灯和相机；补光灯和相机设置于潜航舱下表面。
11.进一步的，水下潜航器还包括深度计，深度计用于定位潜航舱的水下位置。
12.进一步的，水下潜航器包括至少两个流速计，两个流速计分别设置于潜航舱的上表面和下表面。
13.进一步的，水下潜航器还包括空气泵和悬浮舱，至少四个悬浮舱连接于潜航舱前后左右四个侧面；空气泵与潜航舱连通，用于向潜航舱内充气以调节潜航舱内的水量。
14.进一步的，水下潜航器还包括控制器；控制器与水下推进器、空气泵、姿态传感器、激光雷达、单波束测声声呐、相机、深度计、流速计、第一信号发射器和磁源信号传感器连接，用以收集信号并控制水下推进器和空气泵的运行。
15.综合上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果在于：
16.本实用新型提供的海底管线内检系统包括水上基准平台、水下潜航器、管道内检机器人；水上基准平台与水下潜航器通过电缆连接；水上基准平台上设置有接收基阵，水下潜航器包括流速计、潜航舱以及安装于潜航舱内的第一信号发射器和磁源信号传感器，管道内检机器人包括磁源定位信标；接收基阵接收第一信号发射器发射的声波信号，磁源信号传感器用于接收磁源定位信标的信号；流速计安装于潜航舱的上表面，用于测量水流速度。
17.本实用新型提供的海底管线内检系统通过水下潜航器进行二次定位，避免了金属管道对低频磁感应信号的屏蔽和阻挡，使管道内检机器人可采用低频磁感应信号进行定位，从而准确记录管道内部缺陷的位置，因而避免了采用惯性定位、计程轮定位导致的位置不准的问题。
18.具体的，以水上基准平台的位置为原点，通过接收基阵和第一信号发射器的信号传输确定水下潜航器与水上基准平台的相对位置，进而可以确定水下潜航器的坐标点，即实现一次定位；再通过磁源定位信标和磁源信号传感器确定水下潜航器与管道内检机器人的相对位置，从而确定管道内检机器人相对于水上基准平台的坐标点，即实现二次定位。相当于将水下潜航器作为中继站进行信号传输，避免了低频磁信号传播距离受限的问题。
19.同时，流速计可以判断海底水流速度，进而可以使水下潜航器选择合适的推进速度以与管道内检机器人保持较小的速度差，降低水流对两者相对位置的干扰，减小因两者不同步或位置偏离导致的定位不准。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型实施例提供的海底管线内检系统的结构示意图；
22.图2为水下潜航器的俯视图；
23.图3为水下潜航器的仰视图。
24.图标：100-水上基准平台；200-水下潜航器；300-管道内检机器人；110-接收基阵；120-卫星导航装置；210-流速计；220-潜航舱；230-水下推进器；240-补光灯；250-相机；260-悬浮舱；270-控制器。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和
示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.现有的管道内部检测机器人一般采用惯性定位、计程轮定位、低频磁感应信号定位等方式记录位置，这些定位方式存在信号传播距离受限或者定位不准的问题，影响对位置的准确记录。
29.有鉴于此，本实用新型提供了一种海底管线内检系统，包括水上基准平台100、水下潜航器200、管道内检机器人300；水上基准平台100与水下潜航器200通过电缆连接；水上基准平台100上设置有接收基阵110，水下潜航器200包括流速计210、潜航舱220以及安装于潜航舱220内的第一信号发射器和磁源信号传感器，管道内检机器人300包括磁源定位信标；接收基阵110接收第一信号发射器发射的声波信号，磁源信号传感器用于接收磁源定位信标的信号；流速计210安装于潜航舱220的上表面，用于测量水流速度。
30.本实用新型提供的海底管线内检系统通过水下潜航器200进行二次定位，避免了金属管道对低频磁感应信号的屏蔽和阻挡，使管道内检机器人300可采用低频磁感应信号进行定位，从而准确记录管道内部缺陷的位置，因而避免了采用惯性定位、计程轮定位导致的位置不准的问题。
31.具体的，以水上基准平台100的位置为原点，通过接收基阵110和第一信号发射器的信号传输确定水下潜航器200与水上基准平台100的相对位置，进而可以确定水下潜航器200的坐标点，即实现一次定位；再通过磁源定位信标和磁源信号传感器确定水下潜航器200与管道内检机器人300的相对位置，从而确定管道内检机器人300相对于水上基准平台100的坐标点，即实现二次定位。相当于将水下潜航器200作为中继站进行信号传输，避免了低频磁信号传播距离受限的问题。
32.同时，流速计210可以判断海底水流速度，进而可以使水下潜航器200选择合适的推进速度以与管道内检机器人300保持较小的速度差，降低水流对两者相对位置的干扰，减小因两者不同步或位置偏离导致的定位不准。
33.以下结合图1-图3对本实施例提供的海底管线内检系统的结构和形状进行详细说明：
34.本实施例的可选方案中，如图1所示，水上基准平台100设置为无人船舶，包括接收基阵110和卫星导航装置120。卫星导航装置120用于实时获取水上基准平台100的坐标，以便于确定位置以及进行自动航行。接收基阵110与第一信号发射器配合，用于接收第一信号发射器发射的声波信号，从而确定水上基准平台100与水下潜航器200的相对位置。
35.本实施例的可选方案中，如图2、图3所示，水下潜航器200还包括控制器270、水下推进器230、姿态传感器、激光雷达、单波束测声声呐、补光灯240、相机250、深度计、空气泵和悬浮舱260。其中，控制器270与水下推进器230、空气泵、姿态传感器、激光雷达、单波束测声声呐、相机250、深度计、流速计210、第一信号发射器和磁源信号传感器连接，用以收集信
号并控制水下推进器230和空气泵的运行。
36.具体而言，以两个水下推进器230为一组，六组水下推进器230分别设置于潜航舱220上下左右前后六个面，用于实现对潜航舱220的推进和姿态调整，使潜航舱220与管道内检机器人300保持良好的相对位置以保证定位的准确。如图2、图3所示，潜航舱220上下两侧的水下推进器230呈十字形布置，在向下推进时，下侧的水下推进器230可向上推进以调整下潜姿态，也可通过启用侧面的水下推进器230进行姿态调节，工作时可由控制器270根据潜航舱220的姿态参数对水下推进器230的工作状态进行调整。
37.本实施例中，姿态传感器用于收集潜航舱220的三维姿态，在发现姿态偏离时，及时控制水下推进器230进行姿态调整。
38.本实施例中，至少设置一个流速计210在潜航舱220的上表面用于检测流速，以调整水下推进器230的推进功率，使水下潜航器200与管道内检机器人300保持同步移动，保证定位的准确性，在两者同步移动时可最大限度的减少定位误差。同时，根据下潜过程以及检测过程中的水流情况，调节水下推进器230工作状态，使水下潜航器200运行稳定并避免水下潜航器200发生垂直于海底管道长度方向的偏离。进一步的，在潜航舱220的下表面设置一个流速计210，通过综合上下两个流速计210的数据可以更精准的通过水下推进器230控制姿态，避免上下流速差导致的姿态偏离。在检测过程中，通过流速计210的数据启动相应的水下推进器230，避免水下潜航器200被水流冲击导致位置偏离。即通过设置流速计210可减少潜航舱220姿态偏离的情况，保持潜航舱220姿态稳定。
39.本实施例中，激光雷达和单波束测声声呐设置于潜航舱220前进方向的侧面，用于探测前进方向的情况，避免碰撞障碍物。
40.本实施例中，补光灯240和相机250设置于潜航舱220下表面，具体的，两个补光灯240设置于相机250两侧，用于增强海底照明，提高相机250的成像质量，便于观察海底情况，并可对海底管道的外部情况进行检查。深度计则用于定位潜航舱220的水下位置，辅助潜航舱220的下潜过程，避免相机250识别不准导致过度下潜。
41.本实施例中，四个悬浮舱260连接于潜航舱220前后左右四个侧面，此时侧面的水下推进器230设置于悬浮舱260两侧；空气泵与潜航舱220连通，用于向潜航舱220内充气以调节潜航舱220内的水量，通过改变潜航舱220内的水量以改变水下潜航器200的总重，从而使水下潜航器200下沉、上浮或保持悬浮，在检测过程中，保持悬浮状态可减少能量消耗，且有利于保持姿态稳定，进而保证定位的准确性。
42.管道内检机器人300则通过x射线成像对管线内部进行检测。
43.本实施例提供的海底管线内检系统的工作过程如下：
44.管道内检机器人300在沿管线移动，并通过x射线进行探伤，以惯性定位或计程轮定位方式初步获得管道内检机器人300的位置用于水下潜航器200接近管道内检机器人300。
45.当水下潜航器200到达管道内检机器人300附近时，两者通过磁源信号传感器和磁源定位信标通信以确定两者的相互位置。
46.水下潜航器200与水上基准平台100则通过第一信号发射器和接收基阵110通信以确定两者的相互位置。
47.具体的，以水上基准平台100的坐标为原点，则可以确定水下潜航器200的坐标点，
进而通过水下潜航器200与管道内检机器人300的相对位置确定管道内检机器人300相对于水上基准平台100的位置，最终确定管道内检机器人300的地理坐标，在发现管道缺陷时即可准确标示缺陷位置，便于精准维护。
48.本实施例的可选方案中，第一信号发射器设置为超短基线应答器，水上基准平台100上设置发射换能器，通过发射换能器发射信号，超短基线应答器反馈信号，最终在接收基阵110的接受下确定水下潜航器200的位置。
49.当水下潜航器200、管道内检机器人300同步运行且姿态稳定保持匀速时，可避免因水下潜航器200在水流影响下位置偏离导致的定位不准，使定位更为精准，流速计210、水下推进器230、姿态传感器三者的配合可有效实现这一目的，尽量减小海底管线内检系统的扰动。
50.当水下潜航器200与水上基准平台100同步航行时，则更进一步的提高了定位的准确程度。其中，水下潜航器200通过速计、水下推进器230、姿态传感器控制航行参数，水上基准平台100则可通过卫星导航装置120控制航行参数。
51.本实施例提供的海底管线内检系统通过水上基准平台100作为基准点，将水下潜航器200作为信号中继站，使管道内检机器人300相对于水上基准平台100的位置得以精确确定，保证了对管道缺陷的精准定位，为管道维护提供了可靠的数据支持。同时通过流速计210的设置保证了系统的稳定性以提高定位的精准性，降低了海底复杂的环境对水下潜航器200的干扰，使定位数据更为可靠。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种海底管线内检系统，其特征在于，包括水上基准平台(100)、水下潜航器(200)、管道内检机器人(300)；所述水上基准平台(100)与所述水下潜航器(200)通过电缆连接；所述水上基准平台(100)上设置有接收基阵(110)，所述水下潜航器(200)包括流速计(210)、潜航舱(220)以及安装于所述潜航舱(220)内的第一信号发射器和磁源信号传感器，所述管道内检机器人(300)包括磁源定位信标；所述接收基阵(110)接收所述第一信号发射器发射的声波信号，所述磁源信号传感器用于接收所述磁源定位信标的信号；所述流速计(210)安装于所述潜航舱(220)的上表面，用于测量水流速度。2.根据权利要求1所述的海底管线内检系统，其特征在于,所述水上基准平台(100)设置为无人船舶，还包括卫星导航装置(120)，所述卫星导航装置(120)用于实时获取所述水上基准平台(100)的坐标。3.根据权利要求2所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括水下推进器(230)，两个所述水下推进器(230)为一组，六组所述水下推进器(230)分别设置于所述潜航舱(220)上下左右前后六个面。4.根据权利要求3所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括姿态传感器，所述姿态传感器用于收集所述潜航舱(220)的三维姿态。5.根据权利要求4所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括激光雷达和单波束测声声呐，所述激光雷达和所述单波束测声声呐设置于所述潜航舱(220)前进方向的侧面，用于探测前进方向。6.根据权利要求5所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括补光灯(240)和相机(250)；所述补光灯(240)和所述相机(250)设置于所述潜航舱(220)下表面。7.根据权利要求6所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括深度计，所述深度计用于定位所述潜航舱(220)的水下位置。8.根据权利要求7所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)包括至少两个所述流速计(210)，两个所述流速计(210)分别设置于所述潜航舱(220)的上表面和下表面。9.根据权利要求8所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括空气泵和悬浮舱(260)，至少四个所述悬浮舱(260)连接于所述潜航舱(220)前后左右四个侧面；所述空气泵与所述潜航舱(220)连通，用于向所述潜航舱(220)内充气以调节所述潜航舱(220)内的水量。10.根据权利要求9所述的海底管线内检系统，其特征在于，所述水下潜航器(200)还包括控制器(270)；所述控制器(270)与所述水下推进器(230)、所述空气泵、所述姿态传感器、所述激光雷达、所述单波束测声声呐、所述相机(250)、所述深度计、所述流速计(210)、所述第一信号发射器和所述磁源信号传感器连接，用以收集信号并控制所述水下推进器(230)和所述空气泵的运行。

技术总结
本实用新型涉及海底管线维护技术领域，尤其涉及一种海底管线内检系统，旨在解决对海底管线进行内部检测时定位不准的问题。本实用新型包括水上基准平台、水下潜航器、管道内检机器人；水上基准平台上设置有接收基阵，水下潜航器包括流速计、潜航舱、第一信号发射器和磁源信号传感器，管道内检机器人包括磁源定位信标；接收基阵接收第一信号发射器发射的声波信号，磁源信号传感器用于接收磁源定位信标的信号；流速计用于测量水流速度。通过水下潜航器进行二次定位，避免了金属管道对低频磁感应信号的阻挡，从而准确记录管道内部缺陷的位置，因而避免了采用惯性定位、计程轮定位导致的位置不准的问题。置不准的问题。置不准的问题。


技术研发人员：杨绍国 纪欣 宋凯 唐宇果 陈翔宇
受保护的技术使用者：伟卓石油科技（北京）有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/8/5