前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统及方法技术方案

前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，包括搭载平台和前视声呐成像检测装置，搭载平台上设有前视声呐成像检测装置，前视声呐成像检测装置包括换能器和电子舱，换能器内设有接收阵、发射阵和接线板，接收阵和发射阵通过接线板和电子舱内设置的信号处理模块相连接。电子舱内设有前放模块、调理模块、信号处理模块、发射模块和电源模块，前放模块和发射模块分别与接线板相连接，前放模块通过调理模块和信号处理模块相连接。本发明专利技术的有益效果是采用声呐成像技术作为检测手段，具有准确性高、定位精准的优点。对于微泄漏的输气管道以及油气水混输管道检测精度高，可以检测到孔径1mm的泄放情况。使用船舶或者ROV搭载声呐成像设备，不受管线距离的限制。不受管线距离的限制。不受管线距离的限制。

【技术实现步骤摘要】
前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及海洋工程水下装备与系统领域，更具体地说涉及一种前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统。

技术介绍

[0002]海底管道一旦发生泄漏，会造成直接的经济损失，以及对海洋生态环境造成污染和破坏。因此有必要建立泄漏监测系统，泄漏监测系统可以降低泄漏的后果，进而将海底管道泄漏风险降到最低。
[0003]目前适用于海底管道泄漏监测技术多采用统计计算法，光纤法以及声波法，其中各种监测方法一般只能达到50Km的监测范围，同时对于泄漏量小于1％的泄漏效果很差。存在无法发现报警的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术中的不足，提供了一种前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。
[0006]前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，包括搭载平台和前视声呐成像检测装置，搭载平台上设有前视声呐成像检测装置，前视声呐成像检测装置包括换能器和电子舱，换能器内设有接收阵、发射阵和接线板，接收阵和发射阵通过接线板和电子舱内设置的信号处理模块相连接。
[0007]所述电子舱内设有前放模块、调理模块、信号处理模块、发射模块和电源模块，前放模块和发射模块分别与所述接线板相连接，前放模块通过调理模块和信号处理模块相连接，发射模块与信号处理模块相连接，电源模块分别与前放模块、调理模块、信号处理模块和发射模块连接。
[0008]所述信号处理模块包括采集预处理单元和控制单元，采集预处理单元分别与发射驱动、ADC、DAC和闪存相连接，采集预处理单元和控制单元通过并口连接，控制单元分别与闪存、内存装置、本地储存和连接端口相连接。
[0009]所述发射模块包括隔离驱动模块、过流检测模块、全桥回路、输出变压器和匹配网络，发射高压模块向全桥回路发射高压，过流检测模块对全桥回路进行电流取样，过流检测模块向隔离驱动模块传输状态信息，隔离驱动模块向信号源模块传输状态信息，信号源模块向信号源模块发射门控信号，隔离驱动模块向全桥回路传输正负半周信号，全桥回路依次与输出变压器、匹配网络和发射阵连接。
[0010]所述发射阵包括水平弧形发射声基阵和垂直相控发射声基阵；
[0011]水平弧形发射声基阵为多路陶瓷条在水平方向拼接成弧组成，水平弧形发射声基阵的水平开角为90
°
、垂直开角为15
°
、发射声源级大于205dB、发送电压响应级大于163dB；
[0012]垂直相控发射声基阵为一体化陶瓷条结构，垂直相控发射声基阵的水平开角为
60o
±6°
、垂直开角为2
°±
0.2
°
、垂直方向基元数为10路、垂直波束覆盖范围为
±8°
、发射声源级不小于205dB、发送电压响应级不小于163dB。
[0013]所述接收阵包括水平多波束接收声基阵，水平多波束接收声基阵的水平波束开角为1
°
、水平向覆盖范围为90
°
、垂直波束开角为15
°
、水平多波束接收声基阵接收电压灵敏度级不小于
‑
200dB、基元间接收电压灵敏度级不大于5dB。
[0014]所述水平多波束接收声基阵为水平方向拼接设置的两路基元模块拼接组成，基元模块包含50路基元。
[0015]所述换能器为薄圆盘结构，接收阵和发射阵设置在圆盘结构的顶部，圆盘结构的底部与电子舱通过密封圈机械连接。
[0016]前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测方法，
[0017]通过前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统获取海底管道微泄漏气泡的反射信号，采用脉冲压缩技术和近场动态聚焦技术对采集的微泄漏气泡数据进行高分辨率成像，声呐成像检测系统的脉冲压缩的过程公式具体如下，
[0018]z
n
(t)＝s
n
(t)*h(t)n＝1,2,3,
…
,N
[0019][0020]其中，s
n
(t)为第n个接收通道的微泄漏回波信号，h(t)为匹配滤波器系数，s0(
‑
t)为声纳系统的发射信号，*为共轭运算，N为接收通道数目，z
n
(t)为匹配滤波的输出；
[0021]前视声纳系统的近场动态聚焦过程公式具体如下，
[0022]Y(t)＝W
H
Z(t)
[0023]W为加权系数与距离和角度有关，Z(t)为所有接收通道的匹配滤波输出矢量，Y(t)是输出的波束域数据，H为共轭转置运算；
[0024]图像采用中值滤波实现图像降噪处理，以获得海底管道微泄漏气泡的精细化图像，假设经过处理之后，声呐图像中只含有微泄漏气泡回波；
[0025]对获取的多张海底管道微泄漏气泡图像的图像域进行微泄漏气泡特征量提取，对海底管道微泄漏气泡图像进行求解均值处理，对多张海底管道微泄漏气泡图像进行统计处理，获得微泄漏气泡的动态幅度检测门限；
[0026]T
d
＝βE{Y(t)}
[0027]E{
·
}为求解均值，β为检测门限系数，T
d
为动态幅度检测门限；
[0028]通过上述过门限检测，对检测出的疑似泄漏点进行求解能量和能量检测，以判断出海底管道是否发生微泄漏，根据泄漏能量判断出微泄漏量，采用声纳图像对泄漏进行定位；
[0029][0030]为过动态幅度门限的泄漏监测处的数值，K为过动态幅度门限的泄漏监测点数目，P
d
是动态能量检测门限；
[0031]利用门限和泄漏能量特征量联合实现海底管道微泄漏的检测和定位。
[0032]本专利技术的有益效果为：本专利技术采用声呐成像技术作为检测手段，具有准确性高、定
位精准的优点。对于微泄漏的输气管道以及油气水混输管道检测精度高，可以检测到孔径1mm的泄放情况。使用船舶或者ROV搭载声呐成像设备，不受管线距离的限制。
附图说明
[0033]图1是前视声纳电子舱板卡排布框图；
[0034]图2是信号处理电路硬件功能框图；
[0035]图3是单路发射电路具体框图；
[0036]图4声基阵布局图；
[0037]图中：1、水平多波束接收阵；2、垂直相控发射阵；3、水平弧形发射阵。
具体实施方式
[0038]下面通过具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0039]实施例
[0040]本专利技术的工作原理如下，利用无人遥控潜水器作为搭载平台搭载输气管道微泄漏前视声呐成像检测设备进行精准检测，无人遥控潜水器受控于工作船，在无人潜水器沿海底输气管道路快速巡视过程中，实时生成前视声图并显示。当检测到气体泄漏，则发出泄漏报警，并显示泄漏位置。
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，其特征在于：包括搭载平台和前视声呐成像检测装置，搭载平台上设有前视声呐成像检测装置，前视声呐成像检测装置包括换能器和电子舱，换能器内设有接收阵、发射阵和接线板，接收阵和发射阵通过接线板和电子舱内设置的信号处理模块相连接。2.根据权利要求1所述的前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，其特征在于：所述电子舱内设有前放模块、调理模块、信号处理模块、发射模块和电源模块，前放模块和发射模块分别与所述接线板相连接，前放模块通过调理模块和信号处理模块相连接，发射模块与信号处理模块相连接，电源模块分别与前放模块、调理模块、信号处理模块和发射模块连接。3.根据权利要求2所述的前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，其特征在于：所述信号处理模块包括采集预处理单元和控制单元，采集预处理单元分别与发射驱动、ADC、DAC和闪存相连接，采集预处理单元和控制单元通过并口连接，控制单元分别与闪存、内存装置、本地储存和连接端口相连接。4.根据权利要求2所述的前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，其特征在于：所述发射模块包括隔离驱动模块、过流检测模块、全桥回路、输出变压器和匹配网络，发射高压模块向全桥回路发射高压，过流检测模块对全桥回路进行电流取样，过流检测模块向隔离驱动模块传输状态信息，隔离驱动模块向信号源模块传输状态信息，信号源模块向信号源模块发射门控信号，隔离驱动模块向全桥回路传输正负半周信号，全桥回路依次与输出变压器、匹配网络和发射阵连接。5.根据权利要求2所述的前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，其特征在于：所述发射阵包括水平弧形发射声基阵和垂直相控发射声基阵；水平弧形发射声基阵为多路陶瓷条在水平方向拼接成弧组成，水平弧形发射声基阵的水平开角为90
°
、垂直开角为15
°
、发射声源级大于205dB、发送电压响应级大于163dB；垂直相控发射声基阵为一体化陶瓷条结构，垂直相控发射声基阵的水平开角为60o
±6°
、垂直开角为2
°±
0.2
°
、垂直方向基元数为10路、垂直波束覆盖范围为
±8°
、发射声源级不小于205dB、发送电压响应级不小于163dB。6.根据权利要求2所述的前视声呐成像设备的海底输气管道微泄漏检测系统，其特征在于：所述接收阵包括水平多波束接收声基阵，水平多波束接收声基阵的水平波束开角为1
°
、水平向覆盖范围为90
°
、垂直波束开角为15
°<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晓斌，罗懿，王晓东，刘海超，李希明，陈小刚，韩雪艳，高海宾，
申请(专利权)人：中海油天津管道工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：