四棒式边长可调型海缆探测天线阵制造技术

四棒式边长可调型海缆探测器，包括天线阵列和数据传输模块，天线阵列的数据通过数据传输模块由有线的方式传输到上位机。本结构的天线阵列，能根据不同的现场实际测量情况，调节阵列的边长使测量结果最佳化。本实用新型专利技术的天线阵测得的海缆埋深和路由信息的准确度将提高很多且方便；操作人员通过上位机软件发出指令控制数据传输模块进行数据的采集和传输，比传统方法的准确度提高很多，并且易于安装。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

四棒式边长可调型海缆探测天线阵
本技术涉及一种新型结构的海缆探测天线阵，能够根据不同的现场实际测量 情况，实时方便的测量海缆的路由及埋深，为一种四棒式边长可调型海缆探测天线阵。
技术介绍
随着通信技术的不断发展，海缆，包括海底电缆和海底光缆，已成为跨海通信的主 要手段，在全球范围内的广泛使用，目前，全世界已有几十万公里的海缆。自海缆大量应用 以来，由于各种原因，包括人为和自然因素，海缆通信线路存在诸多安全问题。一方面因自 然灾害造成的损害，另一方面，各类海上工程项目在海底光缆路由附近施工，直接危及海光 缆的安全。为了防止和避免对光缆造成损害，影响光缆通信，就需要对海缆的路由以及埋设 深度准确的探测。同时这也为以后的维护与修理工作带来便利。因此对海缆路由与埋深探 测的研究有重要的理论意义和实际意义。交流磁场探测法作为一种探测技术，在海缆路由与埋深探测方面应用较广。哑点 法与峰值法都是基于交流磁场探测法用来测量海缆的路由及埋深。但是这些传统方法由于 传感器单一，探头线圈需要在海缆左右来回移动来找到峰值点或者哑点来确定海缆的位置 和走向，容易造成误判，且所要求的参数多，包括海缆的埋深、偏距和偏角，而适用的计算方 程少，需要多次不同点的测量，导致测量的准确度不够高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是:提高海缆路由及埋深测量的准确度，能根据不 同的测量现场实际情况，达到最佳的测量效果，更加灵活方便。本技术的技术方案为:四棒式边长可调型海缆探测天线阵，包括天线阵列和 数据传输模块，天线阵列的数据通过数据传输模块以有线方式传输到上位机；所述天线阵列包括四个探棒和一个菱形框架，每个探棒上绕有线圈，探棒采用磁 性材料，构成电感式探棒，四个探棒分别固定在菱形框架的四个顶点处，探棒之间彼此独立 无数据连接，各探棒分别通过电缆连接至数据传输模块，四个探棒均位于菱形的同一平面， 每个探棒以各自所在的菱形对角线为轴线，所述菱形边长可调节，实现调节菱形框架中心 到四个顶点的距离。本技术天线阵列由四根探棒组成，探棒上绕有线圈。四个探棒分别固定在菱 形框架的四个顶点处，相对的两个角上的探棒的朝向与两个角的连线，即对角线平行，组成 边长可调的菱形阵列。测量时探棒阵列与海缆相对位置固定不变，天线阵一组相对的两个 探棒垂直于海平面，另一组则平行于海平面。此时，海缆中通过的交流电会向四周传播电磁 波，阵列中的探棒感受到电磁波的变化，线圈中会产生感应电动势。垂直于海平面的探棒产 生的感应电动势的大小只与海缆的埋深以及探棒的投影与海缆的水平距离有关，平行海平 面的探棒产生的感应电动势大小与海缆的埋深，探棒的投影与海缆的水平距离还有探棒自 身与海缆的夹角有关。这四根探棒形成了一个菱形的阵列。最后将这四根探棒的感应电动势的绝对值代入到计算公式中，便可得到海缆的路由及埋深的具体数据。数据传输模块由 RS-232总线，电流环串行借口和数据采集盒组成，数据采集盒将采集到的数据通过USB传 输到上位机。最后上位机的界面软件实时显示每个探棒测得数据的波形图，并对测得的数 据进行分析处理，得到海缆的路由及埋深信息。本技术包含两个部分，一个部分是优化结构的天线阵列，包括位于菱形四个 角的四根探棒。本技术的天线阵是由四根探棒构成的菱形阵列，由于海缆的路由及埋 深检测中有偏角、偏距和埋深3个未知量，测量中每根探棒都可以得到一个方程，这样一次 测量便可得到4个方程，每测一个点都能得到一组海缆的路由和埋深的参数。传统的哑点 法，峰值法等由于天线单一，需要在多个点去测量来得到海缆的参数且容易造成误判的情 况，本技术的天线阵优化了天线的个数，少了则无法每一次都得到一组参数，多了则会 增加仪器费用。天线阵中垂直海平面的探棒得到的感应电动势只与偏距和埋深有关，与夹 角无关，且二者的投影重合，这样设计有利于简化方程和计算；平行海平面的两根探棒处于 同一高度，偏角相同，因此感应电动势大小只与偏距有关，这样设计便可以比较两根探棒感 应电动势的大小判断哪个探棒更靠近海缆。因此，本技术的天线阵测得的海缆埋深和 路由信息的准确度将提高很多且方便；第二部分为数据传输模块，操作人员通过上位机软 件发出指令控制数据传输模块进行数据的采集和传输。附图说明图1为本技术的天线阵列结构图。图2为本技术的系统示意图。图3为本技术的测量实例一示意图。图4为本技术的测量实例二示意图。具体实施方式本技术提出了四棒式边长可调型海缆探测天线阵，通过合理选择探棒的数 量，优化其结构，形成一个菱形阵列，且菱形边长可调，可根据实际测量的现场情况调节好 阵列的边长达到最佳的测量效果。每点都能得到一组海缆的参数，因此能高效准确的测量 出海缆的路由及埋深，具备很高的实用价值。如图1，天线阵列由四根探棒组成，探棒上绕有线圈。制造探棒的材料要求磁性较 高，一般选用棒形铁芯。探棒上绕有铜线线圈，由于天线阵列测的是感应电动势的大小，而 感应电动势大小与线圈匝数成正比。为减小环境噪声影响，应尽量增多线圈的匝数，保证测 量值足够大。四个探棒分别固定在菱形框架的四个顶点处，均位于菱形的同一平面，且菱形 相对角上的两个探棒朝向与两个角的连线，即对角线平行，所述菱形边长可调节。如图2， 实际测量时，将构成菱形框架的天线阵列固定好，天线阵列一组相对的两个探棒垂直于海 平面，另一组则平行于海平面。此时，天线阵列与海缆的夹角Θ，天线阵列中探棒I和2的 投影到海缆的垂直距离X以及埋深b都是未知的。由于海缆中通的是交流电，向外传播电 磁波，处于电磁场中的探棒上的线圈会产生感应电动势。这里天线阵列与海缆的夹角是指 天线阵列中相对海平面水平放置的探棒与海缆之间的夹角，根据电动势产生的原理，当探 棒与海缆成一定角度时，探棒中才会因海缆的电磁波产生感应电动势。操作人员通过上位机软件发送指令控制数据传输模块开始采集探棒上感应电动势的数据。根据采集得到的数据，比较平行海平面的两个探棒的数据，将感应电动势值较大的那个编号为3，另一个编号为4，再将垂直海平面的两根探棒编号为1，2，将这四个探棒测得的感应电动势的绝对值代入理论公式中进行计算，最终可以得到阵列中心所在点处阵列与海缆的夹角Θ，阵列竖直探棒的投影到海缆的垂直距离X以及埋深&，h0为公式中的解h与高度计测得的海床深度 V的差值，其中理论公式如下:当天线阵列的投影位于海缆的一侧时:权利要求1.四棒式边长可调型海缆探测天线阵，其特征是包括天线阵列和数据传输模块，天线 阵列的数据通过数据传输模块以有线方式传输到上位机；所述天线阵列包括四个探棒和一个菱形框架，每个探棒上绕有线圈，探棒采用磁性材 料，构成电感式探棒，四个探棒分别固定在菱形框架的四个顶点处，探棒之间彼此独立无数 据连接，各探棒分别通过电缆连接至数据传输模块，四个探棒均位于菱形的同一平面，每个 探棒以各自所在的菱形对角线为轴线，所述菱形边长可调节，实现调节菱形框架中心到四 个顶点的距离。2.根据权利要求1或2所述的四棒式边长可调型海缆探测天线阵，其特征是数据传输 模块包括RS-232总线，电流环串行接口和数据采集盒，上位机控制数据的采集和传输。专利摘要四棒式边长可调型海缆探测器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
四棒式边长可调型海缆探测天线阵，其特征是包括天线阵列和数据传输模块，天线阵列的数据通过数据传输模块以有线方式传输到上位机；所述天线阵列包括四个探棒和一个菱形框架，每个探棒上绕有线圈，探棒采用磁性材料，构成电感式探棒，四个探棒分别固定在菱形框架的四个顶点处，探棒之间彼此独立无数据连接，各探棒分别通过电缆连接至数据传输模块，四个探棒均位于菱形的同一平面，每个探棒以各自所在的菱形对角线为轴线，所述菱形边长可调节，实现调节菱形框架中心到四个顶点的距离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，赵四新，梁大开，范旭东，章晓燕，黄金源，王跃飞，孙武，
申请(专利权)人：南京丹海电子科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：