[发明专利]一种海底油气管线管道路由测量声纳设备

摘要

本发明涉及水声定位声纳设备领域，特别是涉及一种应用于海洋油气工程施工中的海底油气管线管道路由测量声纳设备。本发明包括管道路由测量声纳船载分系统、管道路由测量声纳ROV分系统以及外接辅助设备。通过在管道路由测量水面支持船只及其附属的测量ROV上分别安装本发明中的测量声纳船载分系统与测量声纳ROV分系统，可实现水面支持船对测量ROV的实时跟踪定位，通过操作控制ROV沿海底铺设管线行进测量海底管道路由。本发明适用于测量铺设于1500m水深以浅的海底油气管线的管道路由，并具备跟踪定位作业于1500m水深以浅的ROV、AUV等水下平台的功能。

主权项

一种海底油气管线管道路由测量声纳设备，其特征在于：包括管道路由测量声纳船载分系统(1)、管道路由测量声纳ROV分系统(2)以及外接辅助设备(3)；所述管道路由测量声纳船载分系统(1)安装于管道路由测量水面支持船只上，用于声学测量管道路由测量声纳ROV分系统相对支持船只的位置，并利用外接辅助设备(3)输入信息计算管道路由测量声纳ROV分系统(2)的大地坐标；所述管道路由测量声纳ROV分系统(2)安装于水下管道路由探查使用的ROV上，用于发射管道路由测量声信号，管道路由测量声纳船载分系统(1)检测管道路由测量声信号后可确定管道路由测量声纳ROV分系统的位置完成路由测量作业；所述管道路由测量声纳船载分系统(1)由管道路由圆形测量阵(4)、路由测量信息综合处理机(5)、人机交互计算机(6)组成；所述管道路由测量声纳ROV分系统(2)由收发合置声学测量换能器(7)、声纳ROV分系统控制处理舱(8)、电池包(9)、耐压水密外壳(10)组成；所述外接辅助设备(3)由GPS定位设备(11)和声速剖面仪(12)组成；所述管道路由圆形测量阵(4)用于接收测量声纳ROV分系统(2)发射的声信号，将其转换为电信号；将路由测量信息综合处理机(5)发射的电信号转换为声信号发射到水中；所述路由测量信息综合处理机(5)用于测量计算管道路由测量声纳ROV分系统(2)的大地坐标，并完成海底油气管线管道路由声纳的整体控制；所述声纳ROV分系统控制处理舱(8)用于接收外触发电信号、解析声触发信号或根据周期自触发信号发射管道路由测量声信号，并完成对海底油气管线管道路由声纳ROV分系统的整体控制；声纳ROV分系统控制处理舱(8)位于耐压水密外壳(10)中，通过电缆与所述收发合置声学测量换能器(7)以及电池包(9)相连；GPS定位设备(11)通过电缆将测量数据传输至人机交互计算机(6)，所述声速剖面仪(12)用于采集作业水域的声速剖面数据，并输入到管道路由测量声纳ROV分系统(2)中；所述路由测量信息综合处理机(5)用于完成信号检测与测量解算、数据传输与通信和系统控制，包括：外部机箱以及机箱内部的预处理单元(16)、抽样量化单元(17)、总体管理单元(18)、路由信息解析单元(19)、并‑串转换单元(20)、功放单元(21)；其中总体管理单元(18)与预处理单元(16)、抽样量化单元(17)、路由信息解析单元(19)相连，路由信息解析单元(19)与并‑串转换单元(20)、功放单元(21)相连；预处理单元(16)与抽样量化单元(17)相连，抽样量化单元(17)与路由信息解析单元(19)相连，路由信息解析单元(19)与并‑串转换单元(20)相连，预处理单元(16)通过电缆与机箱外部的管道路由圆形测量阵(4)相连；并‑串转换单元(20)通过电缆分别与人机交互计算机(6)以及外接辅助设备(3)相连；所述预处理单元(16)用于实现对各个通道信号的放大滤波以及增益控制；预处理单元依次采用高精度仪表放大器AD616实现固定增益放大，压控电压源二阶带通滤波电路实现带通滤波，利用继电器改变放大器反馈电阻实现电路增益调整，集成滤波器LTC1562完成后级带通滤波，经过光耦隔离后通过ADA4841集成运放完成单元的末级驱动，将放大滤波调理后的信号送入抽样量化单元(17)；所述抽样量化单元(17)由8通道的双极性A/D采集芯片构成，用于完成对调理后信号的模/数转换与采集，采集过程受总体管理单元(18)的控制，并将采集后的数据经总体管理单元(18)送入路由信息解析单元(19)处理；总体管理单元(18)由一片FPGA组成，用于控制A/D采集、预处理单元(16)的增益、以及路由测量信息综合处理机(5)的内部同步，总体管理单元(18)具有外同步输入与同步输出接口；所述路由信息解析单元(19)由三片DSP芯片组成，其中两片从片DSP完成对经由总体管理单元(18)数据的接收并进行波形检测与解算，解算结果传递给主片DSP，主片DSP综合与之相连的并‑串转换单元(20)上传的外接辅助设备(3)测量的GPS、罗经数据，完成对ROV位置的解算；所述的并‑串转换单元(20)由TL16C754串并转换芯片组成，能够实现外接辅助设备(3)及人机交互计算机(6)的多路串口数据转换为并行传输，完成人机交互计算机(6)与路由信息解析单元(20)的双向信息传输以及外接辅助设备(3)数据的录入；所述功放单元(21)与路由信息解析单元(19)中的主片DSP相连，完成对声触发信号的功率发射，所述功放单元(21)首先通过双通道不可重复单稳态触发器、或非门、非门三种逻辑芯片组成对DSP产生信号进行整形调整，利用集成驱动芯片MIC4418驱动功放管IRFP210，通过匹配网络将功率信号加载到管道路由圆形测量阵(4)的声学发射换能器基元上，完成对声触发信号的发射；所述声纳ROV分系统控制处理舱(8)包括预处理单元(23)、抽样量化单元(24)、分系统总控单元(25)、功放单元(26)、自触发生成单元(27)；分系统总控单元(25)与预处理单元(23)、抽样量化单元(24)、功放单元(26)、自触发生成单元(27)分别相连，预处理单元(23)依次与抽样量化单元(24)、分系统总控单元(25)相连；预处理单元(23)用于实现对单通道信号的放大滤波，其中放大电路采用限幅放大原理，先后经过三级不同增益的限幅放大完成对信号的放大处理；滤波电路采用8阶巴特沃思滤波器，滤波后信号经过末级放大、光耦隔离、末级驱动后送入抽样量化单元(24)；抽样量化单元(24)采用单通道A/D芯片实现，该单元受分系统总控单元(25)控制采集，当处于声触发模式时开启抽样量化单元(24)采集声触发信号；分系统总控单元(25)由一片DSP芯片组成，用于完成外/自触发信号的接收、声触发信号的处理、对抽样量化单元(24)、功放单元(26)、分系统工作模式以及分系统电源的管理控制；自触发生成单元(27)采用高精度时钟芯片，定时产生内部触发脉冲触发分系统总控单元(25)控制功放单元(26)发射管道路由测量声信号；功放单元(26)采用D类功放电路原理，由功率管和变压器两部分组成；所述耐压水密外壳(10)为1500m耐压水密外壳；声触发模式下，管道路由测量声纳船载分系统(1)通过管道路由圆形测量阵(4)以一定周期向测量声纳ROV分系统发射声触发信号；ROV分系统(2)通过收发合置声学测量换能器(7)接受该触发，通过电缆传输至声纳ROV分系统控制处理舱(8)进行检测解析，间隔一定时间后向管道路由测量声纳船载分系统(1)发射管道路由测量声信号；外触发模式下，ROV向管道路由测量声纳ROV分系统(2)提供脐带缆接口，管道路由测量水面支持船只定期通过脐带缆向ROV分系统(2)传输外触发信号，声纳ROV分系统控制处理舱(8)接收外触发后向管道路由测量声纳船载分系统(1)发射管道路由测量声信号；自触发模式下，管道路由测量声纳ROV分系统(2)在安装前与管道路由测量声纳船载分系统(1)对时，随后ROV分系统(2)自主产生一定周期的自触发信号，产生自触发信号后向管道路由测量声纳船载分系统(1)发射管道路由测量声信号。