CN109254294A - 一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统，该系统包含：发射超声波信号的声波发射器，设置在水下装备的外表面；接收所述超声波信号的信号接收器，设置在水下装备的外表面；信号处理模块，接收由超声波信号转化的电信号；检测壁厚的声呐测厚仪，设置在水下装备上；接收预警信号的逻辑控制模块，将预警信号发送至声呐测厚仪，启动声呐测厚仪检测壁厚，并将数据反馈至逻辑控制模块，逻辑控制模块通过对比原始厚度数据判断腐蚀情况。本发明能在平常情况下监测设备生物附着情况和检测设备腐蚀情况，在设备腐蚀情况严重时预警，可以规避因生物腐蚀导致的安全事故。
Description
技术领域
本发明涉及水下装备生物环境监测领域，具体涉及一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统。
背景技术
海洋腐蚀除了化学腐蚀、电化学腐蚀外，污损生物及它们的代谢产物也对水下装备（也可称水下设备）存在严重的腐蚀作用。由于海洋水下环境的复杂情况，目前无法对设备的腐蚀情况进行迅速、直接的观察与监测，导致设备在水下腐蚀严重程度不明，很大几率在危险期发生事故，造成重大生命财产损失。
目前，常规的对污损生物措施为设备定期上岸进行人工去除，这种方式不能对紧急情况做出及时反应。出于防治的角度，需要一种能实时监测水下设备生物环境的方法。本发明设计能在平常情况下监测设备生物附着情况和检测设备腐蚀情况，在设备腐蚀情况严重时预警，可以规避因生物腐蚀导致的安全事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统，设计一种能监测与预警的水下生物环境数据探测装置，通过定期发射信号，当有表面出现牡蛎等生物附着时，开始进行信号监测，信号的强弱反应了附着情况的严重性，当发现表面附着严重时，则发出预警信号，启动预警模块，在启动后进行测厚，判断腐蚀情况，解决上述监测生物环境问题。
为了达到上述目的，本发明公开了一种新型探测水下装备生物环境数据的系统，包含：
发射超声波信号的声波发射器，设置在所述水下装备的外表面；
接收所述超声波信号的信号接收器，设置在所述水下装备的外表面；
信号处理模块，接收由所述超声波信号转化的电信号；
检测壁厚的声呐测厚仪，设置在所述水下装备上；
接收作为预警信号的电信号的逻辑控制模块，将预警信号发送至所述声呐测厚仪，启动所述声呐测厚仪进行检测壁厚，并将测量数据反馈至所述逻辑控制模块中。
优选地，所述声波发射器设置在所述水下装备外表面的第一端，所述信号接收器设置在所述水下装备外表面的第二端。
优选地，所述超声波信号通过模拟量输出模块转化为电信号输入到所述信号处理模块。
优选地，所述信号处理模块设置有可以记录且处理初始信号以及将后续信号与初始信号进行比较的内载程序模块，当比较结果为当前信号衰减至设定阈值时，所述信号处理模块输出用于表示附着情况严重的电信号，该电信号作为预警信号输入到所述逻辑控制模块。
优选地，所述设定阈值为初始信号的50%。
优选地，所述逻辑控制模块设置有可在接收预警信号后启动所述声呐测厚仪的内载程序模块，所述声呐测厚仪启动后按照程序定义的时间定期检测壁厚，记录实时数据；所述逻辑控制模块的内载程序模块中包含预先输入的水下装备壁厚的原始尺寸数据。
优选地，当所述声呐测厚仪检测的壁厚数据与所述逻辑控制模块的内载程序模块中的水下装备壁厚原始数据之间的差值达到设定数值时，所述逻辑控制模块输出对应信号给外界进行预警。
优选地，所述声呐测厚仪设置在所述水下装备的管道或各个仪器上；和/或，所述声呐测厚仪设置在所述水下装备外表面与海水的直接接触部位或管线或弯管上；所述声呐测厚仪设置有电信号输入/输出接口和继电器。
优选地，所述信号处理模块和所述逻辑控制模块均设置在所述水下装备内或者其他密封环境内。
本发明提供了一种采用如上文所述的系统的新型探测水下装备生物环境数据的方法，该方法包含以下过程：
声波发射器定时发射超声波信号；
信号接收器接收该超声波信号，并通过模拟量输出模块转化为电信号；
信号处理模块接收所述电信号并记录和处理初始信号，将后续信号与初始信号进行比较，当比较结果为当前信号衰减至设定阈值时，所述信号处理模块输出用于表示附着情况严重的电信号，该电信号作为预警信号输入到所述逻辑控制模块；
所述逻辑控制模块接收到所述预警信号后，发出信号启动声呐测厚仪，实时检测水下装备的厚度并将测量数据回馈给逻辑控制模块，逻辑控制模块通过对比水下装备原始厚度数据判断腐蚀情况，当所述声呐测厚仪检测的壁厚数据与所述逻辑控制模块中的水下装备壁厚数据差值达到设定差值时，所述逻辑控制模块输出对应信号给外界进行预警。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明能在平常情况下监测设备生物附着情况和检测设备腐蚀情况，在设备腐蚀情况严重时预警，可以规避因生物腐蚀导致的安全事故。
附图说明
图1本发明的水下装备生物环境数据探测系统示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的新型探测水下装备生物环境数据的系统包含声波发射器①、信号接收器②、声呐测厚仪⑤、信号处理模块③和逻辑控制模块④。
其中，本发明在逻辑结构上分为监测模块和预警模块。监测模块是在水下设备外表面上安装声波发射器①与信号接收器②，定期发射信号，当有表面出现牡蛎等生物附着时，开始进行信号监测，信号的强弱反应了附着情况的严重性，当发现表面附着严重时，则发出预警信号，启动预警模块。该预警模块是在水下设备重要部位及易腐蚀部位安装声呐测厚仪⑤，在启动声呐测厚仪⑤后进行测厚，判断腐蚀情况，解决上述监测生物环境问题。
具体地，在水下设备外表面两端分别安装声波发射器①和信号接收器②。声呐测厚仪⑤安装在水下设备的重要部位（例如管道或各个仪器）及易腐蚀部位（例如，外表面与海水有直接接触部位或管线或弯管）。信号处理模块③和逻辑控制模块④安装在水下设备内部或其他密封环境内，用于保证信号处理模块③和逻辑控制模块④在水下的正常工作。
其中，声波发生器①用于定期发射超声波信号；信号接收器②用于接收超声波信号，并通过4~20mA模拟量输出模块转化为电信号输入到信号处理模块③。
示地，信号处理模块③采用WM8994芯片，其内载程序能记录并处理初次接收到的信号并将后续信号与之进行比对，当发现当前信号衰减一定比例时（例如初始信号的50%，该比例数值可水下设备以及水下环境等情况人为设定）时，输出电信号，此时表示设备表面生物附着情况严重，该输出的电信号作为预警信号输入到逻辑控制模块④。
逻辑控制模块④同样可以采用西门子S7-200CN PLC（型号6ES7212-1AB23-0XB8CPU222 DC/DC/DC，8输入/6输出），其内载程序能在接收预警信号后开始启动声呐测厚仪⑤，开始按照程序定义的时间（例如每天9:00 AM）定期检测壁厚，记录实时数据。程序中有预先输入的设备壁厚的原始尺寸，逻辑控制模块④内置程序通过对比原始厚度数据判断腐蚀情况。当检测的壁厚数据与原始数据差值大于2mm时，则输出信号给外界进行预警，这一过程均由预设的程序来完成。
声呐测厚仪⑤加载有电信号输入与输出接口及继电器，在接收逻辑控制模块④输入的电信号后开始测厚并将测量数据输出到逻辑控制模块④中记录。
本发明的系统能完成对水下设备的生物环境（附着生物）和腐蚀情况进行监测。
本发明公开了一种新型探测水下装备生物环境数据的方法，该方法包含以下过程：
声波发射器①定时发射超声波信号，信号接收器②接收该超声波信号并通过4~20mA模拟量输出模块转化为电信号输出，信号处理模块③对电信号进行记录和处理。
当水下设备表面出现附着生物（如牡蛎、藤壶、海葵等）时，信号接收器②接收到的超声波信号会逐渐减弱，当发现当前信号衰减至特定阈值时（例如初始信号的50%，该阈值可根据水下设备以及水下环境等情况进行人为设定）时，输出电信号，此时表示设备表面生物附着情况严重，该输出的电信号作为预警信号输入到逻辑控制模块④。
逻辑控制模块④在接收到预警信号后，内置程序运行，发出信号启动声呐测厚仪⑤，声呐测厚仪⑤开始实时检测水下设备的厚度并将测量数据回馈给逻辑控制模块④，则逻辑控制模块④内置程序通过对比原始厚度数据判断腐蚀情况。当声呐测厚仪⑤检测的壁厚数据与逻辑控制模块中的水下装备壁厚数据差值达到设定差值（例如大于2mm）时，逻辑控制模块输出对应信号给外界进行预警。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，包含：
发射超声波信号的声波发射器，设置在所述水下装备的外表面；
接收所述超声波信号的信号接收器，设置在所述水下装备的外表面；
信号处理模块，接收由所述超声波信号转化的电信号；
检测壁厚的声呐测厚仪，设置在所述水下装备上；
接收作为预警信号的电信号的逻辑控制模块，将预警信号发送至所述声呐测厚仪，启动所述声呐测厚仪进行检测壁厚，并将测量数据反馈至所述逻辑控制模块中。
2.如权利要求1所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述声波发射器设置在所述水下装备外表面的第一端，所述信号接收器设置在所述水下装备外表面的第二端。
3.如权利要求1所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述超声波信号通过模拟量输出模块转化为电信号输入到所述信号处理模块。
4.如权利要求1或3所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述信号处理模块设置有可以记录且处理初始信号以及将后续信号与初始信号进行比较的内载程序模块，当比较结果为当前信号衰减至设定阈值时，所述信号处理模块输出用于表示附着情况严重的电信号，该电信号作为预警信号输入到所述逻辑控制模块。
5.如权利要求4所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述设定阈值为初始信号的50%。
6.如权利要求1所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述逻辑控制模块设置有可在接收预警信号后启动所述声呐测厚仪的内载程序模块，所述声呐测厚仪启动后按照程序定义的时间定期检测壁厚，记录实时数据；
所述逻辑控制模块的内载程序模块中包含预先输入的水下装备壁厚的原始尺寸数据。
7.如权利要求6所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
当所述声呐测厚仪检测的壁厚数据与所述逻辑控制模块的内载程序模块中的水下装备壁厚原始数据之间的差值达到设定数值时，所述逻辑控制模块输出对应信号给外界进行预警。
8.如权利要求1或6或7所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述声呐测厚仪设置在所述水下装备的管道或各个仪器上；和/或，所述声呐测厚仪设置在所述水下装备外表面与海水的直接接触部位或管线或弯管上；
所述声呐测厚仪设置有电信号输入/输出接口和继电器。
9.如权利要求1所述的新型探测水下装备生物环境数据的系统，其特征在于，
所述信号处理模块和所述逻辑控制模块均设置在所述水下装备内或者其他密封环境内。
10.一种采用如权利要求1-9任意一项所述的系统的新型探测水下装备生物环境数据的方法，其特征在于，该方法包含以下过程：
声波发射器定时发射超声波信号；
信号接收器接收该超声波信号，并通过模拟量输出模块转化为电信号；
信号处理模块接收所述电信号并记录和处理初始信号，将后续信号与初始信号进行比较，当比较结果为当前信号衰减至设定阈值时，所述信号处理模块输出用于表示附着情况严重的电信号，该电信号作为预警信号输入到所述逻辑控制模块；
所述逻辑控制模块接收到所述预警信号后，发出信号启动声呐测厚仪，实时检测水下装备的厚度并将测量数据回馈给逻辑控制模块，逻辑控制模块通过对比水下装备原始厚度数据判断腐蚀情况，当所述声呐测厚仪检测的壁厚数据与所述逻辑控制模块中的水下装备壁厚数据差值达到设定差值时，所述逻辑控制模块输出对应信号给外界进行预警。
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