CN110953448B - 一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置，包括基座、位于在基座上的支架、设置在支架上的摄像仓、照明舱、电机舱和控制舱，所述支架由四个支撑板和支架杆组成的层状结构，控制舱设置在4号支撑板上，摄像仓设置在1号支撑板下端面，摄像仓下端设置有连接轴，连接轴穿过2号支撑板，照明舱设置在连接轴的下端，电机舱设置在照明舱的下端，四号支撑板的下端中心位置设置有导向筒、下端周向上等间距设置有两个锁紧耳。本发明中摄像机和照明灯竖直排列，在设备工作过程中，不会出现照明灯运动到摄像机正前方的情况，防止照明灯将摄像机正前方的悬浮粒子照亮，使摄像机视距大大减少，严重影响观察远处物体的成像质量。

Description

一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置
技术领域
本发明涉及一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置，属于海洋石油工程领域。
背景技术
随着国际社会对能源需求的增加，世界对海洋能源的开发也进一步增加。目前浅海油气开采技术基本成熟，装备种类多，数量规模较大，仍是未来短期海洋资源产业发展的主要方向，但随着石油资源开发范围的扩大，世界范围内的深海油气开发活动也日渐活跃。在深海开发过程中除了兴建大量的水面油气生产平台外，水下生产系统也已经成为深海海洋工程技术的重要组成。作为深水浮式水面设施，如张力腿平台、半潜式平台、立柱式平台、浮式生产储卸设施的重要支持，水下生产系统通过海底管道和立管与其建立联系，可以搭建起灵活多样的海洋石油开发形式。水下生产系统对于水深的要求不敏感，且不受海面恶劣风浪环境的影响，其安全性高，适用范围广，在未来极地冰区的海洋油气开发中也有广阔的应用前景。
由于各大石油公司对于深水油气资源开采力度的加大，使得水下生产系统在海域中面临的问题逐渐增多，所以保障水下生产系统的可靠性对于深水油气勘探十分关键。但是由于水下生产系统都固定在海床上，想要了解水下生产系统的安全情况多数情况下只能使用ROV来对水下生产系统进行巡检，此外水下生产系统所在海域的过往船只的拖网作业和抛锚也会对水下生产造成一定的伤害，如何实现对水下生产系统的安全监测也尤为重要，它承担着安全有效控制水下生产系统、保证海洋石油安全、可靠开发的重任。
发明内容
本发明的目的是为了实现对水下生产系统的监测而提供一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置。
本发明的目的是这样实现的：包括基座、位于在基座上的支架、设置在支架上的摄像仓、照明舱、电机舱和控制舱，所述支架由四个支撑板和支架杆组成的层状结构，控制舱设置在4号支撑板上，摄像仓设置在1号支撑板下端面，摄像仓下端设置有连接轴，连接轴穿过2号支撑板，照明舱设置在连接轴的下端，电机舱设置在照明舱的下端，四号支撑板的下端中心位置设置有导向筒、下端周向上等间距设置有两个锁紧耳。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述电机舱包括设置在3号支撑板上的电机舱本体、设置在电机舱本体底端的电连接器、信号连接器和油堵以及油嘴、设置在4号支撑板上的压力补偿器，电机舱本体的上端与照明舱的下端连接，压力补偿器与油嘴之间设置有油管，电机舱和压力补偿器腔内均填充一定体积的绝缘油，电连接器和信号连接器连接电机舱本体内部元器件和控制舱内部元器件。
2.所述基座包括基座下盘、基座上盘、设置在基座上盘和基座下盘之间的肋板、设置在基座上盘中间位置的导向机构，所述导向机构包括导向喇叭口和导向筒，且导向喇叭口和导向筒在基座下盘和基座上盘之间，在基座上盘下端面设置有与锁紧耳配合的锁紧耳廓、锁紧耳和锁紧耳廓通过锁紧
3.所述摄像仓和照明舱均包括舱筒、设置在舱筒两侧的舱盖和玻璃罩法兰，在摄像舱舱体上端设置有与1号支撑板连接的顶部轴、下端设置有与连接轴连接的连接轴法兰，在照明舱的上下两端分别设置有连接法兰，在摄像舱内设置有摄像机，在照明舱内设置有照明灯法兰，照明灯通过照明灯法兰从舱筒内部固定在照明舱的舱盖上，舵机固定在照明灯法兰上，控制器固定在舱体内部舱盖上。
4.紫外线防护装置设置在摄像仓和照明舱的玻璃罩法兰上，每个紫外线防护装置包括与玻璃罩法兰固连的紫外线支架、设置在紫外线支架上的两个紫外线夹子、设置在紫外线夹子上的两个紫外线灯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中摄像机和照明灯竖直排列，在设备工作过程中，不会出现照明灯运动到摄像机正前方的情况，防止照明灯将摄像机正前方的悬浮粒子照亮，使摄像机视距大大减少，严重影响观察远处物体的成像质量。
本发明中摄像机和照明灯通过连接轴固定成一体，并通过电机舱提供同轴水平方向的同步旋转运动，摄像机和照明灯通过自带的小型云台和舵机提供俯仰运动，在工作过程中，摄像机的视线和照明灯的光线可以聚焦到一点，在保证成像质量的前提下，减小后向散射，增强图像的对比度。
本发明中采用电机舱为摄像舱和照明舱提供水平方向的旋转运动，摄像机和照明灯通过自带的小型云台和舵机提供俯仰运动，传统监测系统中摄像机和照明灯分别由两台二自由度云台承载，而本发明中的结构形式消除了传统设备长时间运转带来二自由度云台水平方向上的误差，并且减少了整体设备的自由度，便于控制。
本发明采用的电机舱通过外接压力补偿器对舱内进行正压力补偿，不仅对舱体外壳减重，还可以防止泄露时海水进入舱内损坏元器件，而且可以适应多种水深作业。
本发明采用紫外线防护装置在摄像舱和照明舱外侧照射玻璃罩的方式，对比将紫外线灯放置在玻璃罩内的方式，该发明采用的玻璃罩无需透过紫外线，采用普通抗压玻璃即可，并且将紫外线防护装置直接放置在海水中，可以解决紫外线灯的散热问题，增加设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图2是本发明基座结构示意图；
图3是本发明支架结构示意图；
图4是本发明照明舱和紫外线防护装置结构示意图；
图5是本发明照明舱和紫外线防护装置结构剖视图；
图6是本发明摄像舱和紫外线防护装置结构示意图；
图7是本发明摄像舱和紫外线防护装置结构剖视图；
图8是本发明电机舱结构示意图；
图9是本发明紫外线防护装置结构示意图。
图中主要标号说明：1.摄像舱，2.连接轴，3.照明舱，4.控制舱，5.基座，6.电机舱，7.紫外线防护装置，8.支架，101.摄像舱玻璃罩，102.摄像舱玻璃罩法兰，103.连接轴法兰，104.摄像舱舱筒，105.摄像舱舱盖，106.顶部轴，107.摄像机，301.照明舱玻璃罩法兰，302.电机舱法兰，303.照明舱舱筒，304.照明舱舱盖，305.连接轴法兰，306.照明舱玻璃罩，307.照明灯，308.照明灯法兰，309.控制器，310.舵机，501.基座下盘，502.肋板，503.导向筒，504.空白插座架，505.螺栓套，506.ROV锁紧把手，507.锁紧套筒，508.锁紧耳廓，509.基座上盘，510.导向喇叭口，601.油堵，602.信号连接器，603.油管，604.补偿器，605.电连接器，606.油嘴，607.电机舱本体，701.紫外线灯，702.紫外线夹子，703.紫外线支架，801.4号支撑板，802.导向筒，803.锁紧耳，804.3号支撑板，805.2号支撑板，806.滑动轴承座，807.1号支撑板，808.吊装装置，809.封盖，810.支架杆。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图9，本发明包括基座5、支架8、连接轴2、照明舱3、紫外线防护装置7、摄像舱1、控制舱4和电机舱6以及低表面能涂层；所述支架通过对接锁紧装置与基座进行连接，控制舱和电机舱放置在支架上，所述连接轴通过摄像舱底部和照明舱顶部的连接轴法兰将摄像舱和照明舱连接成一体，电机舱与照明舱之间通过照明舱底部的电机舱法兰连接，摄像舱与支架之间通过顶部轴与支架顶端的滑动轴承配合，紫外线防护装置固定在摄像舱和照明舱玻璃罩法兰的前表面，低表面能涂层涂装于整体设备非透明部分的外表面。
所述基座包括基座下盘、基座上盘、导向喇叭口、导向筒、锁紧耳廓、锁紧轴套、ROV锁紧把手、空白插座架、肋板和螺栓套；导向喇叭口与导向筒组合，分布在基座上盘与基座下盘之间的中心位置，连接基座上、下盘；肋板均匀分布在导向喇叭口与导向筒的周围；螺栓套均匀分布在基座下盘的底部；ROV锁紧把手和锁紧轴套配合固定在锁紧耳廓上，对称分布在导向喇叭口和导向筒的左右两侧；空白插座架及空白插座同样对称分布在导向喇叭口和导向筒的左前方和右前方。
所述支架包括支撑板、支撑杆、导向筒、滑动轴承座、锁紧耳和封盖以及吊装装置；四块支撑板从上到下依次为1号支撑板、2号支撑板、3号支撑板和4号支撑板，通过三组共九根长短不一的支撑杆将四块支撑板连接，并通过位于1号支撑板上端和4号支撑板下端的封盖固定；吊装装置分布在1号支撑板的上表面；导向筒居中分布在4号支撑板的下底面；锁紧耳在4号支撑板的下底面左右对称分布。
所述摄像舱包括舱筒、舱盖、玻璃罩、玻璃罩法兰、摄像机、顶部轴和连接轴法兰。玻璃罩利用玻璃罩法兰固定在摄像舱舱筒的前表面，摄像舱尾部利用舱盖密封，摄像机从舱筒内部固定在摄像舱的舱盖上，顶部轴和连接轴法兰分别位于摄像舱舱筒的上下两侧。
所述照明舱包括舱筒、舱盖、玻璃罩、玻璃罩法兰、照明灯、舵机、控制器、电机舱法兰和连接轴法兰以及照明灯法兰。玻璃罩利用玻璃罩法兰固定在照明舱舱筒的前表面，照明舱尾部利用照明舱舱盖密封，照明灯通过照明灯法兰从舱筒内部固定在照明舱的舱盖上，照明灯和舵机均固定在照明灯法兰上，控制器固定在内部舱盖上，电机舱法兰和连接轴法兰分别位于照明舱舱筒的上下两侧。
所述电机舱由电机舱本体、压力补偿器、油堵、油管、油嘴和电连接器以及信号连接器组成，电连接器、信号连接器和油堵以及油嘴均安装在电机舱本体底部，电机舱和压力补偿器通过油嘴和油管连接，电机舱和压力补偿器腔内均填充一定体积的绝缘油，电连接器和信号连接器连接电机舱本体内部元器件和控制舱内部元器件。
所述紫外线防护装置由紫外线灯和紫外线支架以及紫外线夹子组成，紫外线夹子利用螺钉将紫外线灯紧固在紫外线支架上，紫外线支架通过螺钉固定在摄像舱和照明舱的玻璃罩法兰的前端面上，紫外线灯从摄像舱和照明舱的外侧呈一定角度照射玻璃罩。所述紫外线防护装置每组包括4个紫外线灯，1个紫外线支架和1个紫外线夹子。紫外线灯通过紫外线夹子固定在紫外线支架上。所述基座上盘的上表面和4号支撑板的下表面均在相同位置制有4个相同大小的对接凸台。所述基座的导向喇叭口和导向筒通过焊接的方式固定，并在导向喇叭口和导向筒的前后两侧开有“Y”形导向槽。所述基座的ROV锁紧把手的锁紧销与锁紧套筒上的锁紧槽配合，并利用套装在ROV锁紧把手的锁紧轴上的弹簧压紧。所述支架的导向筒前后两侧均制有导向键，在对接过程中与基座上的“Y”形导向槽配合。所述连接轴的中段穿过位于支架2号支撑板中部的通孔，且与连接轴上下两端凸台配合的连接轴法兰均在端面制有密封槽。
电机舱法兰303与电机舱6和电机舱6与3号支撑板804均通过止口定位并利用螺钉紧固，连接轴法兰103、305在凸台端面制有密封槽，利用密封圈防止海洋生物进入中空的连接轴2，连接轴法兰103、306与连接轴2也通过止口配合并利用螺钉紧固，顶部轴106与滑动轴承座806配合。紫外线防护装置7中的紫外线LED灯701通过紫外线夹子702固定在紫外线支架703上，紫外线支架703通过螺钉固定在玻璃罩法兰102、302外端面，使紫外线LED灯保持一定角度照射玻璃罩101、306。
油堵601、油嘴606和电连接器605以及信号连接器602固定在电机舱本体607的底部，电机舱本体607和压力补偿器604通过油嘴606和油管603连接，电机舱本体607和压力补偿器604腔内均填充一定体积的绝缘油，电连接器605和信号连接器602连接电机舱本体607内部元器件和控制舱4内部元器件。
通过吊装装置808将支架8、摄像舱1、电机舱6、连接轴2和照明舱3以及控制舱4吊起，与基座5对接，支架8的导向筒802与基座5的导向喇叭口810接触，导向筒802随着导向喇叭口810滑入导向筒503，导向筒802的导向键与导向筒802的“Y”形槽接触，滑入导向键槽，直至滑到导向键槽的末端，支架8的支撑板4 801下表面的凸台与基座5中底座509的上表面的凸台接触，完成对接。完成对接之后，ROV将ROV锁紧把手506向外拉出，顺时针旋转之后向内推入再顺时针旋转，完成锁紧。
水下监测系统开始工作时，通过控制舱4内的控制器控制电机舱6的旋转角度，再通过调整摄像舱1和照明舱3内的小型云台和舵机的俯仰角度，配合调整摄像机107参数和照明灯307亮度，直至能够看清被观察物体。
需要将支架8连带摄像舱1、连接轴2、照明舱3、控制舱4、电机舱6、紫外线防护装置7提到岸上时，只需利用ROV逆时针旋转ROV锁紧把手506，再向外拉出之后逆时针旋转向内推入，完成解锁，再通过吊装装置808将设备提到岸上即可。
结合图1-图6，本发明工作原理：摄像机和照明灯通过连接轴固定成一体，通过控制器调整电机舱的旋转角度，进而调整摄像机和照明灯的水平旋转角度，摄像机通过自带的小型云台提供俯仰运动，照明灯通过舵机进行上下摆动，在观察某一点时调整俯仰角度和摄像机参数以及照明灯亮度直至能看清被观察对象。
紫外线防护装置、低表面能涂层共同组成海洋污损防护系统，即保证捕捉图像的清晰度又延长了整体设备的寿命；每组紫外线防护装置包括4个紫外线灯，4个紫外线灯通过控制系统循环开闭，外侧照射摄像舱和照明舱玻璃罩，利用紫外线的杀菌功能来灭杀海洋污损生物，防止海洋污损生物污染玻璃罩，影响所捕捉图像的清晰度；使用低表面能涂层可以抑制生物分泌液体的浸润，使其在材料表面的分散性变差，从而防止生物附着，或者是附着不牢固。
在设备中某个部件出现问题时，通过ROV将支架从基座上解锁，将支架提到岸边，进行零部件的更换或维修。
综上，本发明公开了一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置，包括基座、支架、连接轴、照明舱、紫外线防护装置、摄像舱、控制舱和电机舱以及低表面能涂层；摄像舱和照明舱通过法兰和连接轴连接成一体，利用电机舱对摄像舱和照明舱提供水平方向的同步旋转，摄像机和照明灯竖直方向的俯仰运动分别由摄像舱内摄像机自带的云台和照明舱内的舵机提供，实现360°全方位监控；电机舱通过外接补偿器进行正压力补偿，通过控制舱对整体设备进行供电、控制信号传输和视频信号传输。采用低表面能涂层和紫外线防护装置组合的方式对整体装置进行海洋污损防护；本发明在实现对水下生产系统的监测的基础上，解决了传统监测装置长时间工作产生的水平方向的旋转误差的问题。

Claims (3)

1.一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置，其特征在于：包括基座、位于在基座上的支架、设置在支架上的摄像仓、照明舱、电机舱和控制舱，所述支架由四个支撑板和支架杆组成的层状结构，控制舱设置在4号支撑板上，摄像仓设置在1号支撑板下端面，摄像仓下端设置有连接轴，连接轴穿过2号支撑板，照明舱设置在连接轴的下端，电机舱设置在照明舱的下端，四号支撑板的下端中心位置设置有导向筒、下端周向上等间距设置有两个锁紧耳；所述基座包括基座下盘、基座上盘、设置在基座上盘和基座下盘之间的肋板、设置在基座上盘中间位置的导向机构，所述导向机构包括导向喇叭口和导向筒，且导向喇叭口和导向筒在基座下盘和基座上盘之间，在基座上盘下端面设置有与锁紧耳配合的锁紧耳廓、锁紧耳和锁紧耳廓通过锁紧套筒实现锁紧，锁紧套筒上设置有ROV锁紧把手并通过ROV锁紧把手实现锁紧动作；所述摄像仓和照明舱均包括舱筒、设置在舱筒两侧的舱盖和玻璃罩法兰，在摄像舱舱体上端设置有与1号支撑板连接的顶部轴、下端设置有与连接轴连接的连接轴法兰，在照明舱的上下两端分别设置有连接法兰，在摄像舱内设置有摄像机，在照明舱内设置有照明灯法兰，照明灯通过照明灯法兰从舱筒内部固定在照明舱的舱盖上，舵机固定在照明灯法兰上，控制器固定在舱体内部舱盖上。
2.根据权利要求1所述的一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置，其特征在于：所述电机舱包括设置在3号支撑板上的电机舱本体、设置在电机舱本体底端的电连接器、信号连接器和油堵以及油嘴、设置在4号支撑板上的压力补偿器，电机舱本体的上端与照明舱的下端连接，压力补偿器与油嘴之间设置有油管，电机舱和压力补偿器腔内均填充一定体积的绝缘油，电连接器和信号连接器连接电机舱本体内部元器件和控制舱内部元器件。
3.根据权利要求1或2所述的一种摄像照明水平同轴旋转的水下监测装置，其特征在于：紫外线防护装置设置在摄像仓和照明舱的玻璃罩法兰上，每个紫外线防护装置包括与玻璃罩法兰固连的紫外线支架、设置在紫外线支架上的两个紫外线夹子、设置在紫外线夹子上的两个紫外线灯。
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