一種海底管線檢測信息實時傳輸系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海洋勘測技術領域，尤其涉及一種海底管線信息檢測實時傳輸系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國海洋油氣資源的開發，圍繞我國海洋油氣資源開發而大規模建設的海底管線數量不斷攀升，已經從1999年的2000多公里增加到現在的6000多公里，在各個鉆井平臺之間以及鉆井平臺與內陸工業基地之間形成了縱橫交錯的海底油氣管線網，這些海底油氣管線網已經成為我國國防工業現代化建設的重要生命線工程。但由于惡劣的海底環境，使得海底管線因疲勞效應、材料腐蝕老化和海底地質變化等多方面因素的破壞，常常因損傷累積發生管線泄漏甚至管線斷裂的惡劣事故，造成了巨大的經濟損失和嚴重的海洋生態環境破壞。海底管線實時在線監測，進而實現管線健康安全實時在線評估，是亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0003]本發明的發明目的在于提供一種海底管線檢測信息實時傳輸系統，能將海底管線傳感器監測到的結果，通過水下通信網絡系統實時傳輸給艦船監控系統，實現海底管線的實時在線監測。
[0004]實現本發明目的的技術方案:
[0005]—種海底管線信息檢測實時傳輸系統，海底管線上設有傳感器，其特征在于:包括海底管線固定節點子系統、浮標節點子系統、艦船監控子系統，
[0006]海底管線固定節點子系統中，每個海底管線固定節點具有傳感器接口單元、第一羅經模塊、第一 DSP信號處理單元、第一信號發射調理單元和第一矢量換能器，傳感器接口單元輸出端、第一羅經模塊輸出端接第一 DSP信號處理單元，第一 DSP信號處理單元輸出端接第一信號發射調理單元，第一信號發射調理單元輸出端接第一矢量換能器；
[0007]浮標節點子系統中，每個浮標節點具有第二矢量換能器、第二信號發射調理單元、第二信號接收調理單元、第二羅經模塊和第二 DSP信號處理單元，第二矢量換能器分別與第二信號發射調理單元輸出端、第二信號接收調理單元輸入端連接，第二信號發射調理單元輸入端、第二信號接收調理單元輸出端與第二 DSP信號處理單元連接，第二羅經模塊輸出端接第二 DSP信號處理單元；
[0008]艦船監控子系統具有第三矢量換能器、第三信號接收調理單元、第三DSP信號處理單元和PC機，第三矢量換能器接第三信號接收調理單元輸入端，第三信號接收調理單元輸出端接第三DSP信號處理單元，第三DSP信號處理單元經接口電路接PC機；
[0009]第二矢量換能器和第一矢量換能器之間可相互發送接收信息，第二矢量換能器和第三矢量換能器之間可相互發送接收信息。
[0010]第一信號發射調理單元和第二信號發射調理單元的電路結構為，由D/A轉換電路、電壓跟隨電路、發射功率調配電路、功率放大電路、阻抗匹配電路依次連接組成。
[0011]第二信號接收調理單元、第三信號接收調理單元的電路結構為，由低噪聲放大電路、帶通濾波器電路、電壓一級放大電路、AGC自動增益控制電路、A/D轉換電路依次連接組成。
[0012]海底管線固定節點子系統還具有值班電路，值班電路輸入端接傳感器接口單元，值班電路根據傳感器接口單元的信號，控制第一 DSP信號處理單元進入工作狀態或休眠狀
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[0013]第一信號發射調理單元和第二信號發射調理單元中的功率放大電路采用D類功放。
[0014]第一信號發射調理單元和第二信號發射調理單元中的發射功率調配電路采用四阻通道全集成固態電位器。
[0015]第二信號接收調理單元、第三信號接收調理單元中的低噪聲放大電路結構為，低噪聲放大芯片(U1)的輸入端接第三非極性電容(C3)，低噪聲放大芯片(U1)的輸出端接第四非極性電容(C4)，低噪聲放大芯片(U1)經濾波電路接電源。
[0016]第二矢量換能器和第一矢量換能器之間可相互發送接收信息，第二矢量換能器和第三矢量換能器之間可相互發送接收信息。
[0017]本發明具有的有益效果:
[0018]本發明專利提供了一種海底管線檢測信息實時傳輸系統，包括海底管線固定節點、浮標節點、艦船監控三個子系統，具有小型化、系統化、低功耗、實時性的優點，能將海底管線傳感器監測到的結果通過水下通信網絡系統實時傳輸給艦船監控系統，實現海底管線的實時在線監測。本發明能夠有效降低檢測成本，實現對海底管線的全程化、立體化、網絡化在線實時監測，有助于進一步提高海底管線使用壽命，有效避免因海底油氣管線損壞給石油公司造成的經濟損失甚至對生態環境的破壞，對海洋油氣資源安全生產開發以及海洋生態環境保護具有深遠的意義，同時，面對數量逐年攀升的海底管線網絡，海底管線實時監測系統具有可觀的市場前景。
[0019]本發明接收端即第二信號接收調理單元、第三信號接收調理單元中，設置有低噪聲放大電路，通過對接收到的前端模擬信號低噪聲放大，可有效降低水聲信道高噪聲對通信結果的干擾。
[0020]本發明發送端即第一信號發射調理單元和第二信號發射調理單元中設有發射功率調配電路，且發射功率調配電路采用四阻通道全集成固態電位器，使得功率放大電路可實現功率限制和直流監測保護，功率限制是指限制功率放大器輸出的最大功率，避免矢量換能器在超過額定功率是損壞，直流監測保護是指可以防止輸入電容短路產生的持續輸出直流電壓而導致所述矢量換能器燒毀。
[0021]本發明第一信號發射調理單元和第二信號發射調理單元中，采用D類功放功率放大電路，本發明海底管線固定節點子系統設有值班電路，均能夠有效降低系統功耗。其中，值班電路可根據是否收到傳感器喚醒信號來確定所述DSP信號處理單元進入工作狀態還是休眠狀態，增加系統持續工作時間，確保海底管線實時監測系統安全可靠運行。
[0022]本發明第一矢量換能器、第二矢量換能器、第三矢量換能器均采用圓管形式，外設充油屏蔽保護套，能夠有效延長設備使用壽命，保證工作可靠性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明海底管線固定節點子系統框圖；
[0024]圖2是本發明浮標節點子系統框圖；
[0025]圖3是本發明艦船監控子系統框圖；
[0026]圖4是本發明第一信號發射調理單元和第二信號發射調理單元的電路框圖；
[0027]圖5是本發明第二信號接收調理單元、第三信號接收調理單元的電路框圖；
[0028]圖6是本發明接收調理單元中的低噪聲放大電路原理圖。
【具體實施方式】
[0029]本發明提供一種海底管線檢測信息實時傳輸系統，包括海底管線固定節點子系統、浮標節點子系統、艦船監控子系統。
[0030]海底管線固定節點子系統，主要實現海底管線傳感器波形數據和水聲波形數據文件的采集并且上傳采集的波形數據信息。如圖1所示，每個海底管線固定節點子具有傳感器接口單元、第一羅經模塊、第一 DSP信號處理單元、第一信號發射調理單元和第一矢量換能器，傳感器接口單元輸出端、第一羅經模塊輸出端接第一 DSP信號處理單元，第一 DSP信號處理單元輸出端接第一信號發射調理單元，第一信號發射調理單元輸出端接第一矢量換能器。傳感器接口單元作為所述海底管線固定節點子系統輸入端，提供與海底管線監測所用傳感器接口，包括IIC、UART、SPI三種接口電路，用于連接安裝于海底管線上的傳感器。第一羅經模塊提供本節點姿態方位信息，所采集到的姿態方位信息通過IIC通訊協議連接第一 DSP信號處理單元。第一 DSP信號處理單元采用低功耗、高速、高性能DSP芯片，完成對海底管線監測傳感器采集到的信號進行處理并進行存儲，并在所述DSP芯片中完成信號同步、信道分析、信道均衡以及對處理結果發送前的數字信號調制。DSP芯片采用型號為TMS320C2834X。第一矢量換能器采用收發合置形式，通過收發轉換電路實現發射和接收功能的轉換。海底管線固定節點子系統還具有值班電路，值班電路輸入端接傳感器接口單元，值班電路根據傳感器接口單元的信號，控制第一 DSP信號處理單元進入工作狀態或休眠狀
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[0031]如圖4所示，第一信號發射調理單元由D/A轉換電路、電壓跟隨電路、發射功率調配電路、功率放大電路、阻抗匹配電路依次連接組成。阻抗匹配電路輸出端接第一矢量換能器，D/A轉換電路輸入端接第一 DSP信號處理單元。所說功率放大電路采用D類功放，D類功放芯片型號為TPA3112型號。所說發射功率調配電路采用四阻通道全集成固態電位器MAX5160調節發射功率，所說D/A轉換電路參考電壓為基準，實現后端發射功率從0到100%精準平滑調節，從而使得功率放大電路具有功率限制和直流監測保護功能，功率限制可