CN116430455A - 一种可自主部署的海底飞行节点地震仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,包括运载器本体和沉耦架,所述运载器本体和所述沉耦架可拆卸连接;所述运载器本体内部安装有控制系统,以及与之电连的通信系统,定位系统和动力系统;所述控制系统用于根据通过所述通信系统获得的指令信息和所述定位系统获得的定位信息,驱动所述动力系统完成自主部署。本发明公开的海底飞行节点地震仪可实现自主部署,提升部署效率。
Description
技术领域
本发明涉及节点地震仪技术领域,更具体的说是涉及一种可自主部署的海底飞行节点地震仪。
背景技术
目前,海底地震系统逐渐成为海底石油储层信息和地震检测信息主要的采集方式。
对于海底地震系统,一般分为海底电缆(OBC)系统和海底节点(OBN)系统。虽然OBC系统具有快速部署和回收的优势,但它在深水定位精度和电缆处理方面存在问题,因此更适合于浅水。与OBC系统相比,OBN系统单独部署在海床上,可以独立收集和记录地震数据。因此,OBN系统可以满足超深水油气盆地勘探评估和高分辨率四分量海底地震数据的采集需求。
但是,现有OBN系统中的地震探测节点通常是通过ROV单独布置,导致在地震勘探的部署效率低下。
因此,如何实现OBN系统中,地震探测节点的自主部署是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,旨在解决传统海底节点系统中,节点地震仪部署困难的缺点。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,包括运载器本体和沉耦架,所述运载器本体和所述沉耦架可拆卸连接;
所述运载器本体内部安装有控制系统,以及与之电连的通信系统,定位系统和动力系统;
所述控制系统用于根据通过所述通信系统获得的指令信息和所述定位系统获得的定位信息,驱动所述动力系统完成自主部署。
作为优选,所述通信系统包括独立数传平台和水面通信舱,水面通信舱9包括:铱星通信、WIFI通信、4G通信。
作为优选,所述定位系统包括:水面定位舱、LBL长基线定位系统和电子罗盘。
作为优选,所述LBL长基线定位系统包括:长基线换能器和长基线电子舱。
作为优选,所述动力系统包括:位于所述运载器本体左右两侧的主推器,和位于所述运载器本体前后端的垂推器。
作为优选,所述动力系统还在所述运载器本体前端设有侧向推进器。
作为优选,所述运载器本体和所述沉耦架之间通过框架结构形成一空间,所述空间内设置能源系统,所述能源系统分别与控制系统、通信系统、定位系统与动力系统相连,用于提供电能。
作为优选,所述运载器本体的上部以非密封的方式固定有与之形状相匹配的上盖,用于提供本体机构的正浮力,所述通信系统和所述定位系统中的长基线换能器穿过所述上盖显露。
作为优选,所述运载器本体还设有起吊吊钩,所述起吊吊钩穿过所述上盖进行显露。
作为优选,所述运载器本体上还安装有数据采集系统,所述数据采集系统包括OBS检波器和深度计。
经由上述的技术方案可知,本发明公开提供了一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,与现有技术相比,本发明可基于通信系统和定位系统获取的信息,由控制系统进行处理,进一步驱动动力系统使海底飞行节点地震仪自主航行到指定地点,进一步在动力系统即重力的作用下,下潜实现自主部署,本发明提供的可自主部署的节点地震仪可有效解决传统海底节点系统部署效率低的问题,并且可广泛用于超深水油气盆地勘探和海底地震数据测量领域,有利于水下机器人行业的发展。
另一方面,本发明实施例给出了一种高集成且小巧的节点地震仪,并且可在低功耗模式下完成长时间的地震波数据采集。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的节点地震仪的整体结构示意图。
图2附图为本发明提供的节点地震仪的结构分解示意图一。
图3附图为本发明提供的节点地震仪的结构分解示意图二。
图4附图为本发明提供的节点地震仪的结构分解示意图三。
图5附图为本发明提供的数据采集系统的结构示意图。
图6附图为本发明提供的节点地震仪的正视图。
图7附图为本发明提供的节点地震仪的俯视图。
图8附图为本发明提供的定位流程图。
图9附图为本发明提供的运载器本体和沉耦架可拆卸连接的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,通过设计多个相辅相成、密切相连的系统,并将其集成安装于运载器本体中,进一步以运载器本体为核心,研发了完整的可实现自主部署的海底飞行节点地震仪。
具体的,本申请海底飞行节点地震仪,包括运载器本体和沉耦架,其中运载器本体和沉耦架可拆卸连接;
其中,本发明运载器本体采用开架式结构,且使用深水浮力材料。
所述运载器本体内部安装有控制系统,以及与之电连的通信系统,定位系统和动力系统;
进一步,控制系统主要由核心主控板卡、低功耗控制板卡、导航板卡、驱动板卡等硬件板卡及各板卡对应的片内软件算法构成,主要实现对运载器本体的空间运动控制、通信导航处理、数据存储等功能。具体的,控制系统中的板卡内软件算法采用现有的先进控制算法,用于实现对海底飞行节点地震仪的自动部署时的精准控制。其中,核心主控板卡用于海底飞行节点地震仪的自主控制;导航板卡用于海底飞行节点地震仪的运动导航;驱动板卡用于驱动海底飞行节点电机。低功耗模式下,低功耗板卡通过继电器断开非必要运行设备的电源,以节约能源;在结束低功耗模式时,低功耗板卡唤醒其他设备。各个板卡之间使用串口通信或使用CAN总线通信,最终使得各个板卡形成一个完整的控制系统。
基于本发明公开的海底飞行节点地震仪,在实现自主部署时,由核心主控板根据定位系统的定位信息发送海底飞行节点运动的控制信号,利用导航板卡进行导航,驱动板利用控制信号驱动运载器本体的电机完成自主航行到达指定位置;主控系统通过通信定位系统与地面设备完成信息交互并进入低功耗模式,利用低功耗控制板控制数据采集系统采集地震波数据。
通信系统包括独立数传平台和水面通信仓,独立数传电台可与地面站系统独立完成信息交互;而水面通信舱包括:铱星通信、WIFI通信、4G通信,用于不同应用场景下,海底飞行节点地震仪与地面终端的通信,使地面端可以在不同距离和工况下远程控制海底飞行节点地震仪的工作状态,具体的,近距离调试时采用WIFI通信,通信延时低;中远距离时采用独立数传平台/4G通信,在远海作业时不具备4G通信条件,采用数传电台通信;铱星通信用于中国第二岛链内的通信。
定位系统包括:水面定位舱、LBL长基线定位系统和电子罗盘。
其中,LBL长基线定位系统包括:长基线换能器和长基线电子舱。
动力系统包括:位于所述运载器本体左右两侧的主推器,和位于所述运载器本体前后端的垂推器。
此外,动力系统还在运载器本体前端设有侧向推进器;
控制系统,与上述系统连接,用于根据通过所述通信系统获得的指令信息和所述定位系统获得的定位信息,驱动所述动力系统完成自主部署。自主部署全过程由控制系统控制完成,首先控制运载器本体在水面到达指定位置;然后控制系统利用长基线水下定位系统和电子罗盘组合导航实现运载器本体的下潜,以保证自主部署的精确性。
具体的,下潜过程分为快速下潜和微调下潜,快速下潜时由垂直推进器与运载器本体和沉耦架的重力共同作用采用螺旋式下潜方式进行下潜,当下潜至离海床一定距离(优选为100米)后进行微调下前,此时在运载器本体和沉耦架的重力下自由下潜,同时利用水平推进器进行位置的精确调试,以便落底后到达精确的站位。
一种实施例中,运载器本体上还安装有数据采集系统,数据采集系统包括OBS检波器和深度计。OBS检波器用于采集地震波与超深水油气田勘探数据;深度计用于获取海底飞行节点地震仪的深度信息。
运载器本体和沉耦架之间通过框架结构形成一空间,该空间内设置能源系统,能源系统分别与控制系统、通信系统、定位系统与动力系统相连,用于提供电能。
作为优选,本申请能源系统采用锂离子电芯串并联形式组成了3000wh/24V的电池组,通过能源系统舱固定于海底飞行节点地震仪的底部降低整体重心,以提高海底飞行节点地震仪在运动时的稳定性。
同时,运载器本体的上部有与之形状相匹配的上盖,所述通信系统和所述定位系统中的长基线换能器穿过所述上盖显露,以利于通信信号的发射与接收。
且运载器本体还设有起吊吊钩,所述起吊吊钩穿过所述上盖进行显露。
此外,本申请沉耦架下面均匀布设多个平面支脚。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结出节点地震仪的具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
首先如图1所示,为本发明一种可实现自主部署的海底飞行节点地震仪整体结构示意图,包括运载器本体1和沉耦架2;
具体结构参见附图2-7,其中,运载器本体1采用开架式结构,由外围结构,两层支撑固定架构成整体式结构。具体实现时,运载器本体结构采用深水浮力材料根据设计图分块加工成型,最后粘接在一块,形成完整的运载器本体1。使用深水浮力材料整体三维雕刻成型技术代替传统的框架结构,相同体积下重量减轻了三分之一以上,同时不需在配置浮力材料用于提供浮力,对于各种耐压设备的部署提供了较大的空间,方便部署安装。
进一步,运载器本体1中,两层支撑固定架之间右侧安装有控制系统舱16、控制系统舱内安装控制系统15,包括核心主控板卡、低功耗控制板卡、导航板卡、驱动板卡等硬件板卡;在勘探地震波数据时,海底飞行节点地震仪在控制系统的驱动控制下,可以自主潜航到勘探区域,在低功耗模式下完成长时间的地震波数据采集。
其次,运载器本体1上还安装有与控制系统相连的通信系统、定位系统和动力系统;
如图,通信系统包括独立数传平台19和水面通信舱20,二者固定于上层支撑固定架7上;且水面通信舱20内部设有铱星通信、WIFI通信和4G通信,
定位系统包括水面定位舱21、长基线换能器17、长基线电子舱6和电子罗盘23,长基线换能器17用于接收或发送需要与长基线基阵交互的水声信号,长基线电子舱6,用于接收并处理长基线换能器17的电信号,并与电子罗盘23通过组合导航完成水下的导航定位,定位流程如图8所示。
其中水面定位舱21位于水面通信舱20的下方,水面通信舱20通过水面定位舱21进行固定,长基线换能器17固定安装于上层支撑固定架7上,长基线电子舱6安装于两层支撑固定架之间,即控制系统舱16的另一侧,而电子罗盘23采用悬挂安装的方式固定于节点地震仪的后端。
本申请中,将动力系统设置为多个推进器,分布如图所示,由两个左右对称设置的水平推进器4和14、两个前后对称的垂直推进器9和18和两个侧向推进器8构成。其中两个水平推进器提供运载器本体前进动力,同时利用差速原理提供转向动力;垂直推进器主要用于提供运载器本体上浮下潜动力;侧向推进器主要用于提供运载器本体平移与转向动力。五个推进器通过相互配合实现运载器本体在三维空间的运动,为运载器本体提供动力。
进一步,在下层支撑固定板与沉耦架之间设置有框架结构13,由于聚丙烯材料耐压能力强且相对于金属材质密度低,适合在深海中使用。为此,该框架结构采用采用聚丙烯材料雕刻,并在框架结构形成的空间内布设有能源系统10,能源系统10由锂离子电芯通过串并联形式组成了3000wh/24V的电池组,以此为系统提供持续不断的电能,其最大放电电流可达150A。
此外,数据采集系统中的OBS检波器22通过柔性连接固定于下层支撑固定板的前端,用于采集地震波与超深水油气田勘探数据;深度计24固定于下层支撑固定板的上表面,用于获取海底飞行节点地震仪的深度信息。
同时,为了实现本申请节点地震仪的稳定部署,本发明在沉耦架的下方均匀布设多个平面支脚11,同时,为了对能源系统提供稳定的支撑,在沉耦架的中间部位设置成平面结构12。
如上所述,本发明沉耦架与运载器本体为可拆卸连接,一种实施例中,为了便于作业完成后能够自主上浮并与母船通信,完成海底飞行节点地震仪的回收,可将沉耦架与运载器本体通过旋转机构连接。
具体如图9所示,所述旋转机构27,安装在所述运载器本体1的外壳上,通过柔性绳连接有电化学腐蚀熔断器24,进一步,运载器本体上设有起吊吊钩,一种实施例中,起吊吊钩设置于运载器本体内部,并穿越运载器本体显露在外面,所述电化学腐蚀熔断器24位于运载器本体顶端,并固定于所述起吊吊钩上。
其中,电化学腐蚀熔断器24与抛载控制器电连,用于在抛载控制器的控制下熔断,使旋转机构27旋转,沉耦架2与运载器本体1脱离,实现节点地震仪的回收。
其中旋转机构有多个,分别可旋转的固定于所述运载器本体的外壳上,一种实施例中,如图2和3所示,该旋转机构固定于运载器本体的左右两侧。两个旋转机构分别通过柔性绳连接至电化学腐蚀熔断器24的两端。
一种实施例中,旋转机构的结构如图4所示,为横杆式结构,并在与横杆垂直的方向延伸出竖杆,用于与所述柔性绳固定连接,在竖杆的两侧均匀延伸出多个短杆,短杆向远离运载器本体的方向偏离,用于固定连接在沉耦架上的绳索。优选的,竖杆顶端与运载器本体偏离角度与短杆偏离的角度一致。
为进一步优化上述技术方案,柔性绳26为两段式结构,包括柔性绳一和柔性绳二,其中柔性绳一通过力分解连接机构25与柔性绳二相连,其中,力分解连接机构25为一竖勾形状,如图5所示,本发明以力分解连接机构拐角的位置为轴旋转固定于运载器本体外壳上。
抛载控制器安装于运载器本体内部,优选的,可安装于控制系统舱16内,进一步,控制系统舱内还安装有控制系统,用于接收回收指令,其中,抛载控制器与控制系统电连,抛载控制器用于接收控制系统的处理信号产生电流,从而使电化学腐蚀熔断器通电熔断,使运载器本体1与沉耦架2脱离。
当需要将沉耦架2抛弃运载器本体上浮时,抛载控制器使电化学腐蚀熔断器24通电熔断,放松顶部柔性绳一的约束,固定于运载器本体两侧的力分解连接机构25会绕旋转轴旋转,吊钩29上的柔性绳二脱钩,使旋转机构27绕旋转轴旋转,固定于沉耦架2上的绳索28脱离运载器本体1,最终使沉耦架2与运载器本体1脱离。
为进一步优化上述技术方案,本发明在上层支撑固定架7上设有起吊吊钩5,以便于调取进行投放,同时设置了上盖3,其中独立数传电台19、水面通信舱20、长基线换能器17和起吊吊钩5均穿过上盖3进行显露。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,包括运载器本体和沉耦架,所述运载器本体和所述沉耦架可拆卸连接;
所述运载器本体内部安装有控制系统,以及与之电连的通信系统,定位系统和动力系统;
所述控制系统用于根据通过所述通信系统获得的指令信息和所述定位系统获得的定位信息,驱动所述动力系统完成自主部署。
2.根据权利要求1所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述通信系统包括独立数传平台和水面通信舱,所述水面通信舱包括:铱星通信、WIFI通信、4G通信。
3.根据权利要求1所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述定位系统包括:水面定位舱、LBL长基线定位系统和电子罗盘。
4.根据权利要求3所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述LBL长基线定位系统包括:长基线换能器和长基线电子舱。
5.根据权利要求1所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述动力系统包括:位于所述运载器本体左右两侧的主推器,和位于所述运载器本体前后端的垂推器。
6.根据权利要求5所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述动力系统还在所述运载器本体前端设有侧向推进器。
7.根据权利要求1所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述运载器本体和所述沉耦架之间通过框架结构形成一空间,所述空间内设置能源系统,所述能源系统分别与控制系统、通信系统、定位系统与动力系统相连,用于提供电能。
8.根据权利要求1所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述运载器本体的上部以非密封的方式固定有与之形状相匹配的上盖,所述运载器本体内部设有起吊吊钩,所述起吊吊钩穿过所述上盖进行显露。
9.根据权利要求1所述的一种可自主部署的海底飞行节点地震仪,其特征在于,所述运载器本体上还安装有数据采集系统,所述数据采集系统包括OBS检波器和深度计。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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