CN104697432B - 一种能实现变形自检功能的管缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋管缆形状监控系统，旨在提供一种能实现变形自检功能的管缆。该管缆的硫化橡胶层内在管缆横截面方向上，4个电阻式弯曲传感器和8个电阻式弯曲传感器构成一个弯曲检测单元；多组弯曲检测单元沿管缆长度方向等距离布置，每个弯曲检测单元还包括ADC采样电路、485总线接口和8个参考电阻；各组弯曲检测单元均以并联方式连接至微控制器，微控制器由电缆接至主控计算机。本发明能实时对管缆变形情况进行监督，并根据设定值进行变形过度报警。该过程无需额外的第三视角监控设备，可最大程度地简化辅助设备需求。同样适用于矿山工程，隧道工程等各种缆系监测领域。

Description

一种能实现变形自检功能的管缆

技术领域

本发明涉及的是海洋管缆形状监控系统，更具体涉及一种能实现变形自检功能的管缆。

背景技术

水下缆绳在海洋调查水下设备、海上拖拽系统和系泊系统中有着至关重要的作用，作为电液控制通道为系统提供水下通讯，动力及拉力等。水下缆绳的过度弯曲甚至断裂将严重影响水下设备的工作，其可靠性直接决定了海洋调查水下设备、水下拖拽系统和系泊系统的安全性和有效性。而缆绳在使用过程中，在海水中受力复杂，工况恶劣，很容易产生缆绳的弯曲打结，加剧缆绳的疲劳磨损，如ROV在水下工作过程，其脐带缆往往受力很小，受水流影响较大，ROV在工作过程稍有操作不慎，容易造成脐带缆对ROV缠绕或缠绕他物。拖拽系统的断缆不仅会对救助人员造成相应危害，而且对被救助的人也是十分危险的,被救船只处在失控状态之下，甚至出现触礁、搁浅、沉没或是污染等事故。系泊系统的断缆还会造成海上平台的失稳，更严重者造成整个平台的沉没。

现有水下缆绳的监测主要是通过ROV等水下设备携带的摄像机，但是该监测范围有限，不能全缆监测。中国专利CN203376109U公开了水下脐带缆铺设状态无线监测装置及方法，它是将压力传感器设置在水下脐带缆的压力绳线连接处，检测的压力信号通过无线传输到海面，检测其铺设状态。该装置同样无法实现全缆监测，并且无线传输增加了潜在了误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能实现变形自检功能的管缆，使之实时监测管缆的弯曲变形情况。

为解决技术问题，本发明是通过如下技术方案实现：

提供一种能实现变形自检功能的管缆，包括内芯和包裹于外部的硫化橡胶层；在所述的硫化橡胶层内沿管缆长度方向等距离布置了多组弯曲检测单元；所述弯曲检测单元具备如下结构：在管缆横截面方向上，4个电阻式弯曲传感器以两两对称且均匀布局的方式围成一圈；在管缆的长度方向上，电阻式弯曲传感器以等距间隔布置的方式排成四列；每两圈共8个电阻式弯曲传感器构成一个弯曲检测单元；每个弯曲检测单元还包括ADC采样电路、485总线接口和8个参考电阻；各组弯曲检测单元均由485总线接口以并联方式连接至微控制器，微控制器由电缆接至主控计算机。

本发明中，所述电阻式弯曲传感器的横截面呈扇环形。

本发明中，所述弯曲检测单元中的电路布置关系是：每个采样电阻式弯曲传感器分别与一个参考电阻构成电阻分压电路；各电阻式弯曲传感器的一端共地连接，另一端与参考电阻相连接至供电电源；电阻式弯曲传感器与参考电阻的公共端连接至ADC采样电路；ADC采样电路与485总线相连。参考电阻的阻值取电阻式弯曲传感器的最小值，即电阻式弯曲传感器未弯曲时的阻值。

本发明中，所述ADC采样电路采用8路模拟信号转RS-485/232，数据采集A/D转换模块IPO A/D。该模块具有8路模拟采样信号，隔离转换RS-485/232输出，24位AD转换器，测量精度优于0.05％。

本发明时通过在管缆的硫化橡胶层上设置电阻式弯曲传感器来用于检测管缆的弯曲情况。电阻式弯曲传感器产生的弯曲信号通过导线传输，经AD采样通过485总线接口以总线传输形式连接至电脑，并通过数据处理计算弯曲信息，实时再现管缆的弯曲情况。整个系统的检测工序分为每段缆弯曲变形形状计算与整缆变形形状计算。每段缆弯曲变形形状计算以管缆的长度方向相邻两组弯曲检测单元为划分每段测量区间及最小单位，根据所检测出的该两组弯曲检测单元的变形数据，计算出该测量区间的变形形状。整个管缆则是根据管缆的连续性接合所计算出的各段缆的变形形状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能实时对管缆变形情况进行监督，并根据设定值进行变形过度报警。因而能实现可自检水下管缆的全缆变形状态。该过程无需额外的第三视角监控设备，检测功能由管缆自身实现，可最大程度地简化辅助设备需求。

本发明不仅适用于水下线缆变形监控，同样适用于矿山工程，隧道工程等不具备视像条件下的各种缆系监测领域。

附图说明

图1是一种能实现变形自检功能的管缆轴剖图；

图2是图1中管缆的纵向布置局部示意图；

图3是一组弯曲检测单元的纵向解剖展开示意图；

图4是管缆的监测系统整布置示意图。

图1中：电阻式弯曲传感器1，硫化橡胶层5。

图2中：6—ADC采样电路及485总线，31、32—电阻式弯曲传感器。

图3中：6—ADC采样电路及485总线，5—硫化橡胶层，31-1、31-2、31-3、31-4对应于图2中的电阻式弯曲传感器31，32-1、32-2、32-3、32-4对应于图2中的电阻式弯曲传感器32。

图4中：41—电脑，42—微控制器，43—水面，44—可变形自检管缆，45—ROV。

具体实施方式

结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明中的能实现变形自检功能的的管缆，包括内芯和包裹于外部的硫化橡胶层5；在硫化橡胶层5内沿管缆长度方向等距离布置了多组弯曲检测单元；所述弯曲检测单元具备如下结构：在管缆横截面方向上，4个电阻式弯曲传感器1以两两对称且均匀布局的方式围成一圈；在管缆的长度方向上，电阻式弯曲传感器以等距间隔布置的方式排成四列；每两圈共8个电阻式弯曲传感器构成一个弯曲检测单元，每组弯曲检测单元均包括采样电路和485总线接口；各组弯曲检测单元均通过485总线接口以并联方式连接至微控制器，微控制器由电缆接至主控计算机。电阻式弯曲传感器的横截面呈扇环形。

本发明中，电阻式弯曲传感器为市售产品，购自spectra symbol公司，可选flexsensor4.5"型号的产品。

本发明中，每个采样电阻式弯曲传感器分别与一个参考电阻构成电阻分压电路；各电阻式弯曲传感器的一端共地连接，另一端与参考电阻相连接至供电电源；电阻式弯曲传感器与参考电阻的公共端连接至ADC采样电路；ADC采样电路与485总线相连。参考电阻的阻值取电阻式弯曲传感器的最小值，即电阻式弯曲传感器未弯曲时的阻值。

ADC采样电路采用8路模拟信号转RS-485/232，数据采集A/D转换模块IPO A/D。该模块具有8路模拟采样信号，隔离转换RS-485/232输出，24位AD转换器，测量精度优于0.05％，其工作模式采用多通道连续采集。

在管缆生产时，将电阻式弯曲传感器1、嵌入到管缆的硫化橡胶层5中，采用四列纵向延伸且横向两两对称分布。电阻式弯曲传感器的信号经采样电路进行采样后，由485总线方式传输到微控制器2(设有485接收接口)，再经其连接至主控计算机，由其内置程序进行计算并显示水下管缆的变形形状。

下面结合附图介绍本实施例的工作步骤：

(1)管缆在生产时，根据前述布置方式将电阻式弯曲传感器、采样电路及485总线嵌入管缆的硫化橡胶层，各弯曲检测单元等距布置。

(2)在使用前连接好系统电路：包括水下管缆与微控制器、主控计算机依次连接。

(3)微控制器通过485总线接收管缆的变形信号并传输给主控计算机，主控计算机通过计算每段缆变形形状再将各缆变形形状整合，显示水下管缆全缆变形形状。每段缆的形状视为圆弧且弧长已知(自设)，根据传感器得到的弯曲角度计算其弯曲变形形状。管缆段与段间的连接根据管缆的连续性，即连接处曲率相等进行插值。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种能实现变形自检功能的管缆，包括内芯和包裹于外部的硫化橡胶层；其特征在于，在所述的硫化橡胶层内沿管缆长度方向等距离布置了多组弯曲检测单元；所述弯曲检测单元具备如下结构：在管缆横截面方向上，4个电阻式弯曲传感器以两两对称且均匀布局的方式围成一圈；在管缆的长度方向上，电阻式弯曲传感器以等距间隔布置的方式排成四列；每两圈共8个电阻式弯曲传感器构成一个弯曲检测单元；每个弯曲检测单元还包括ADC采样电路、485总线接口和8个参考电阻；各组弯曲检测单元均由485总线接口以并联方式连接至微控制器，微控制器由电缆接至主控计算机；

所述弯曲检测单元中的电路布置关系是：每个采样电阻式弯曲传感器分别与一个参考电阻构成电阻分压电路；各电阻式弯曲传感器的一端共地连接，另一端与参考电阻相连接至供电电源；电阻式弯曲传感器与参考电阻的公共端连接至ADC采样电路；ADC采样电路与485总线相连。

2.根据权利要求1所述的管缆，其特征在于，所述电阻式弯曲传感器的横截面呈扇环形。

3.根据权利要求1所述的管缆，其特征在于，所述ADC采样电路采用8路模拟信号转RS-485/232，数据采集A/D转换模块IPO A/D。