專利名稱：四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型結(jié)構(gòu)的海纜探測(cè)天線陣，能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量 情況，實(shí)時(shí)方便的測(cè)量海纜的路由及埋深，為一種四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣。
背景技術(shù)：
[0002]隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，海纜，包括海底電纜和海底光纜，已成為跨海通信的主 要手段，在全球范圍內(nèi)的廣泛使用，目前，全世界已有幾十萬公里的海纜。自海纜大量應(yīng)用 以來，由于各種原因，包括人為和自然因素，海纜通信線路存在諸多安全問題。一方面因自 然災(zāi)害造成的損害，另一方面，各類海上工程項(xiàng)目在海底光纜路由附近施工，直接危及海光 纜的安全。為了防止和避免對(duì)光纜造成損害，影響光纜通信，就需要對(duì)海纜的路由以及埋設(shè) 深度準(zhǔn)確的探測(cè)。同時(shí)這也為以后的維護(hù)與修理工作帶來便利。因此對(duì)海纜路由與埋深探 測(cè)的研究有重要的理論意義和實(shí)際意義。[0003]交流磁場(chǎng)探測(cè)法作為一種探測(cè)技術(shù)，在海纜路由與埋深探測(cè)方面應(yīng)用較廣。啞點(diǎn) 法與峰值法都是基于交流磁場(chǎng)探測(cè)法用來測(cè)量海纜的路由及埋深。但是這些傳統(tǒng)方法由于 傳感器單一，探頭線圈需要在海纜左右來回移動(dòng)來找到峰值點(diǎn)或者啞點(diǎn)來確定海纜的位置 和走向，容易造成誤判，且所要求的參數(shù)多，包括海纜的埋深、偏距和偏角，而適用的計(jì)算方 程少，需要多次不同點(diǎn)的測(cè)量，導(dǎo)致測(cè)量的準(zhǔn)確度不夠高。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提高海纜路由及埋深測(cè)量的準(zhǔn)確度，能根據(jù)不 同的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，達(dá)到最佳的測(cè)量效果，更加靈活方便。[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣，包括天線陣列和 數(shù)據(jù)傳輸模塊，天線陣列的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊以有線方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；[0006]所述天線陣列包括四個(gè)探棒和一個(gè)菱形框架，每個(gè)探棒上繞有線圈，探棒采用磁 性材料，構(gòu)成電感式探棒，四個(gè)探棒分別固定在菱形框架的四個(gè)頂點(diǎn)處，探棒之間彼此獨(dú)立 無數(shù)據(jù)連接，各探棒分別通過電纜連接至數(shù)據(jù)傳輸模塊，四個(gè)探棒均位于菱形的同一平面， 每個(gè)探棒以各自所在的菱形對(duì)角線為軸線，所述菱形邊長(zhǎng)可調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)菱形框架中心 到四個(gè)頂點(diǎn)的距離。[0007]本實(shí)用新型天線陣列由四根探棒組成，探棒上繞有線圈。四個(gè)探棒分別固定在菱 形框架的四個(gè)頂點(diǎn)處，相對(duì)的兩個(gè)角上的探棒的朝向與兩個(gè)角的連線，即對(duì)角線平行，組成 邊長(zhǎng)可調(diào)的菱形陣列。測(cè)量時(shí)探棒陣列與海纜相對(duì)位置固定不變，天線陣一組相對(duì)的兩個(gè) 探棒垂直于海平面，另一組則平行于海平面。此時(shí)，海纜中通過的交流電會(huì)向四周傳播電磁 波，陣列中的探棒感受到電磁波的變化，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。垂直于海平面的探棒產(chǎn) 生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小只與海纜的埋深以及探棒的投影與海纜的水平距離有關(guān)，平行海平 面的探棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與海纜的埋深，探棒的投影與海纜的水平距離還有探棒自 身與海纜的夾角有關(guān)。這四根探棒形成了一個(gè)菱形的陣列。最后將這四根探棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值代入到計(jì)算公式中，便可得到海纜的路由及埋深的具體數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸模塊由 RS-232總線，電流環(huán)串行借口和數(shù)據(jù)采集盒組成，數(shù)據(jù)采集盒將采集到的數(shù)據(jù)通過USB傳 輸?shù)缴衔粰C(jī)。最后上位機(jī)的界面軟件實(shí)時(shí)顯示每個(gè)探棒測(cè)得數(shù)據(jù)的波形圖，并對(duì)測(cè)得的數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析處理，得到海纜的路由及埋深信息。[0008]本實(shí)用新型包含兩個(gè)部分，一個(gè)部分是優(yōu)化結(jié)構(gòu)的天線陣列，包括位于菱形四個(gè) 角的四根探棒。本實(shí)用新型的天線陣是由四根探棒構(gòu)成的菱形陣列，由于海纜的路由及埋 深檢測(cè)中有偏角、偏距和埋深3個(gè)未知量，測(cè)量中每根探棒都可以得到一個(gè)方程，這樣一次 測(cè)量便可得到4個(gè)方程，每測(cè)一個(gè)點(diǎn)都能得到一組海纜的路由和埋深的參數(shù)。傳統(tǒng)的啞點(diǎn) 法，峰值法等由于天線單一，需要在多個(gè)點(diǎn)去測(cè)量來得到海纜的參數(shù)且容易造成誤判的情 況，本實(shí)用新型的天線陣優(yōu)化了天線的個(gè)數(shù)，少了則無法每一次都得到一組參數(shù)，多了則會(huì) 增加儀器費(fèi)用。天線陣中垂直海平面的探棒得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只與偏距和埋深有關(guān)，與夾 角無關(guān)，且二者的投影重合，這樣設(shè)計(jì)有利于簡(jiǎn)化方程和計(jì)算；平行海平面的兩根探棒處于 同一高度，偏角相同，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小只與偏距有關(guān)，這樣設(shè)計(jì)便可以比較兩根探棒感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小判斷哪個(gè)探棒更靠近海纜。因此，本實(shí)用新型的天線陣測(cè)得的海纜埋深和 路由信息的準(zhǔn)確度將提高很多且方便；第二部分為數(shù)據(jù)傳輸模塊，操作人員通過上位機(jī)軟 件發(fā)出指令控制數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸。
[0009]圖1為本實(shí)用新型的天線陣列結(jié)構(gòu)圖。[0010]圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖。[0011]圖3為本實(shí)用新型的測(cè)量實(shí)例一示意圖。[0012]圖4為本實(shí)用新型的測(cè)量實(shí)例二示意圖。
具體實(shí)施方式
[0013]本實(shí)用新型提出了四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣，通過合理選擇探棒的數(shù) 量，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)菱形陣列，且菱形邊長(zhǎng)可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)節(jié)好 陣列的邊長(zhǎng)達(dá)到最佳的測(cè)量效果。每點(diǎn)都能得到一組海纜的參數(shù)，因此能高效準(zhǔn)確的測(cè)量 出海纜的路由及埋深，具備很高的實(shí)用價(jià)值。[0014]如圖1，天線陣列由四根探棒組成，探棒上繞有線圈。制造探棒的材料要求磁性較 高，一般選用棒形鐵芯。探棒上繞有銅線線圈，由于天線陣列測(cè)的是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，而 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與線圈匝數(shù)成正比。為減小環(huán)境噪聲影響，應(yīng)盡量增多線圈的匝數(shù)，保證測(cè) 量值足夠大。四個(gè)探棒分別固定在菱形框架的四個(gè)頂點(diǎn)處，均位于菱形的同一平面，且菱形 相對(duì)角上的兩個(gè)探棒朝向與兩個(gè)角的連線，即對(duì)角線平行，所述菱形邊長(zhǎng)可調(diào)節(jié)。如圖2， 實(shí)際測(cè)量時(shí)，將構(gòu)成菱形框架的天線陣列固定好，天線陣列一組相對(duì)的兩個(gè)探棒垂直于海 平面，另一組則平行于海平面。此時(shí)，天線陣列與海纜的夾角Θ，天線陣列中探棒I和2的 投影到海纜的垂直距離X以及埋深b都是未知的。由于海纜中通的是交流電，向外傳播電 磁波，處于電磁場(chǎng)中的探棒上的線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這里天線陣列與海纜的夾角是指 天線陣列中相對(duì)海平面水平放置的探棒與海纜之間的夾角，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理，當(dāng)探 棒與海纜成一定角度時(shí)，探棒中才會(huì)因海纜的電磁波產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。操作人員通過上位機(jī)軟件發(fā)送指令控制數(shù)據(jù)傳輸模塊開始采集探棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)據(jù)。根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)，比較平行海平面的兩個(gè)探棒的數(shù)據(jù)，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值較大的那個(gè)編號(hào)為3，另一個(gè)編號(hào)為4，再將垂直海平面的兩根探棒編號(hào)為1，2，將這四個(gè)探棒測(cè)得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值代入理論公式中進(jìn)行計(jì)算，最終可以得到陣列中心所在點(diǎn)處陣列與海纜的夾角Θ，陣列豎直探棒的投影到海纜的垂直距離X以及埋深&，h0為公式中的解h與高度計(jì)測(cè)得的海床深度 V的差值，其中理論公式如下:[0015]當(dāng)天線陣列的投影位于海纜的一側(cè)時(shí):
權(quán)利要求1.四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣，其特征是包括天線陣列和數(shù)據(jù)傳輸模塊，天線 陣列的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊以有線方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；所述天線陣列包括四個(gè)探棒和一個(gè)菱形框架，每個(gè)探棒上繞有線圈，探棒采用磁性材 料，構(gòu)成電感式探棒，四個(gè)探棒分別固定在菱形框架的四個(gè)頂點(diǎn)處，探棒之間彼此獨(dú)立無數(shù) 據(jù)連接，各探棒分別通過電纜連接至數(shù)據(jù)傳輸模塊，四個(gè)探棒均位于菱形的同一平面，每個(gè) 探棒以各自所在的菱形對(duì)角線為軸線，所述菱形邊長(zhǎng)可調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)菱形框架中心到四 個(gè)頂點(diǎn)的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)天線陣，其特征是數(shù)據(jù)傳輸 模塊包括RS-232總線，電流環(huán)串行接口和數(shù)據(jù)采集盒，上位機(jī)控制數(shù)據(jù)的采集和傳輸。
專利摘要四棒式邊長(zhǎng)可調(diào)型海纜探測(cè)器，包括天線陣列和數(shù)據(jù)傳輸模塊，天線陣列的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊由有線的方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。本結(jié)構(gòu)的天線陣列，能根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量情況，調(diào)節(jié)陣列的邊長(zhǎng)使測(cè)量結(jié)果最佳化。本實(shí)用新型的天線陣測(cè)得的海纜埋深和路由信息的準(zhǔn)確度將提高很多且方便；操作人員通過上位機(jī)軟件發(fā)出指令控制數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸，比傳統(tǒng)方法的準(zhǔn)確度提高很多，并且易于安裝。
文檔編號(hào)G01R29/08GK203164435SQ20122051059
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者周鵬, 趙四新, 梁大開, 范旭東, 章曉燕, 黃金源, 王躍飛, 孫武 申請(qǐng)人:南京丹海電子科技有限公司