DE112012003206T5

DE112012003206T5 - Unterwassererkennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012003206T5
Application number: DE112012003206.3T
Authority: DE
Inventors: Frank Tore Saether
Original assignee: Naxys AS
Current assignee: Naxys AS
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-07-03
Also published as: NO333337B1; AU2012290770A1; MX2014001337A; NO20111092A1; RU2014102670A; CA2842516C; BR112014002322A2; GB2493366A; AU2015282361A1; WO2013019119A1; CN103782147A; GB2493366B; RU2589458C2; AU2015282361B2; GB201113278D0; US20140283585A1; CA2842516A1; CN103782147B

Abstract

Eine Unterwassererkennungsvorrichtung (100) zur Erkennung des Vorhandenseins einer oder mehrerer Blasen (270) in einer Wasserumgebung enthält eine erste Struktur (210), die eine untere Umfangskante (220) zur Abgrenzung eines Bereichs enthält, über den die Vorrichtung (100) betrieben werden kann, um die eine oder mehreren Blasen (270) zu sammeln, eine zweite Struktur (230) zur räumlichen Konzentration der in dem von der Umfangskante (220) abgegrenzten Bereich empfangenen einen oder mehreren Blasen (270) in einer Erkennungsregion (240) und eine Erkennungsanordnung (240, 250) zur Erkennung des Übergangs der im Betrieb von der Blasenkonzentrationsstruktur (210) konzentrierten einen oder mehreren Blasen in die Erkennungsregion (240) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (S2) enthält, das die eine oder mehreren die Erkennungsregion (240) durchquerenden Blasen (270) anzeigt. Die Vorrichtung (100) wird optional auf ein ferngesteuertes Wasserfahrzeug (ROV) montiert. Die Vorrichtung (100) wird vorteilhafterweise zur Untersuchung von Quellen einer oder mehrerer Blasen (270) in Wasserumgebungen verwendet, zum Beispiel von Ölsuche- und/oder Förderungslecks, von beschädigten elektrischen Unterseekabeln, von Lecks in Meeresboden-Gasrohrleitungen und dergleichen.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Unterwassererkennungsvorrichtung, zum Beispiel auf eine Unterwassererkennungsvorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Blasen, die von Unterwasseranlagen und von Meeresbodenregionen hochsteigen. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Verwendung der obigen Vorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Blasen. Weiter bezieht sich die Erfindung auf Softwareprodukte, die in maschinenlesbaren Medien gespeichert sind, wobei die Softwareprodukte in Rechnerhardware zur Anwendung der obigen Verfahren ausführbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, dass in Flüssigkeiten Blasen auftreten. Es ist außerdem allgemein bekannt, dass in wasserbedeckten Regionen, zum Beispiel in Sümpfen und Teichen, Blasen als Ergebnis des Verrottens einer organischen Vegetation, wodurch Methangas entsteht, natürlich hochsteigen. Man ist sich vielleicht weniger bewusst, dass Blasen auch in einer Meeresumgebung natürlich erzeugt werden, aber aufgrund einer anscheinend chaotischen Wellenbewegung an der Meeresoberfläche nicht bemerkt werden. In einer Meeresumgebung kann die Bildung von Blasen verschiedene Vorgänge anzeigen, die unter einem Meeresboden auftreten, zum Beispiel geologische Spalten entlang tektonischer Verwerfungslinien, geologische Vorgänge wie Heißwasserquellen, und dergleichen.
Wenn eine Offshorebohrung nach Gas und/oder Öl in einer Meeresumgebung 10, wie in 1 dargestellt, durchgeführt wird, wird ein Bohrloch 20 in eine geologische Formation 30 gebohrt, die eine einen Meeresboden 40 bildende Oberfläche hat. Es ist eine übliche Praxis, das Bohrloch 20 mit einem Stahleinsatzrohr 50 auszukleiden. Bei Tiefwasseranlagen ist es auch eine übliche Praxis, das Einsatzrohr 50 am Meeresboden 40 mit einer Ventilanordnung 60 zu verschließen. Die Ventilanordnung 60 wird aufgrund ihrer oberflächlichen Ähnlichkeit mit einer nach oben spitz zulaufenden Form eines Nadelbaums oft als ”Weihnachtsbaum” bezeichnet. Die dem Bohrloch 20 räumlich benachbarte geologische Formation 30 ist oft von poröser Beschaffenheit und kann den hohen Drücken nicht standhalten, die innerhalb des Einsatzrohrs 50 auftreten, insbesondere, wenn ein vom Bohrloch 20 abgefangener Öl- und/oder Erdgasvorrat 70 in seiner frühen Förderungsstufe und auf hohem Eigendruck ist. In späteren Stufen der Förderung vom Öl- und/oder Erdgasvorrat ist es oft notwendig, Fluide unter beträchtlichem Druck in den Öl- und/oder Erdgasvorrat 70 zu injizieren, wodurch das Einsatzrohr 50 einen hohen Innendruck erfährt. Die Ventilanordnung 60 ermöglicht die Befestigung von Schlauchleitungen am Einsatzrohr 50 über die Ventilanordnung 60, zum Beispiel, wenn eine schwimmende Öl- und/oder Gasförderungsplattform verwendet wird.
Wie die Erfahrung beim Deep-Water-Horizon-Unfall im Golf von Mexico im Jahr 2010 lehrt, kann das Einsatzrohr 50 lecken oder sogar brechen. Ein solcher Bruch kann durch Fabrikationsfehler in einem Material entstehen, das zur Herstellung des Einsatzrohrs 50 verwendet wird, oder kann daraus entstehen, dass das Einsatzrohr 50 im Betrieb über seine Konstruktionsauslegungen hinaus belastet wird (zum Beispiel dadurch, dass übermäßiger Druck angewendet wird, um höhere Förderungsraten vom Öl und/oder Erdgasvorrat 70 zu bewirken). Wenn das Einsatzrohr 50 bricht, sickern Fluide vom Bohrloch 20 in benachbarte Regionen der geologischen Formation 30 und werden oft als ein Druckverlust im Bohrloch 20 erfahren. Irgendwann versickern die Fluide von einem Bruch im Einsatzrohr 50 im Meeresboden 40 und sind der Ausgangspunkt gelegentlicher Blasen in einem ausgedehnten Bereich des Meeresbodens 40. Da die optische Sichtbarkeit am Meeresboden 40 oft durch Feststoffe verschleiert wird, insbesondere, wenn es Aktivitäten gibt, die Sediment am Meeresboden 40 aufwirbeln, können diese gelegentlichen Blasen manchmal bei Verwendung üblicher Techniken nur schwierig erkannt werden. Es ist bekannt, dass Rohöl Gasblasen entmischt, wenn es drucklos wird, und ein solches entmischtes Gas, das innerhalb der geologischen Formation 30 nahe dem Bohrloch 20 erzeugt wird, kann eventuell Feststoff am Meeresboden 40 aufwirbeln und daher eine optische Verschleierung verursachen.
Ähnliche Betrachtungen betreffen auch Unterwasser-Rohrleitungen für Öl und/oder Gas, die nach langer Nutzungsdauer gelegentliche Fehler entwickeln können, zum Beispiel ”Nadellöcher”, von denen Gaslecks auftreten können. Es ist äußerst wünschenswert, kleine Lecks zu erkennen und zu reparieren, ehe sie zu größeren Lecks werden, die einen beträchtlichen Umweltschaden verursachen. In einer Situation ähnlich 1 ist die Erkennung gelegentlicher Lecks über einen ausgedehnten Meeresbodenbereich 40 unter optisch verschleierten Bedingungen aber eventuell ein schwierig zu behebendes technisches Problem.
Daraus folgt, dass es einen Bedarf für eine robuste Vorrichtung gibt, die in der Lage ist, in einer Meeresumgebung 10 zu arbeiten und von einem ausgedehnten Bereich des Meeresbodens 40 stammende Blasen bei gleichzeitigem Vorhandensein von Feststoffen zu erkennen, die die oben erwähnte optische Verschleierung verursachen können.
US 2003/0056568 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung eines Schiffsgasaustritts durch Einsetzen einer lokalen Sonde am Meeresgrund und Erzeugen von Blasen im Wasser nahe der Sonde, und Erkennung der Blasen und Schätzen der Konzentration von gelöstem Gas im Wasser und Vergleich mit dem nahen Schiffsgasaustritt.
GB 2176604 A offenbart eine akustische Erkennung von Gaslecks durch Verwendung eines passiven und aktiven Sonarerkennungssystems, das außerhalb einer Rohrleitung montiert ist.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung trachtet danach, eine verbesserte Vorrichtung zu liefern, die geeignet ist, um eine oder mehr Blasen in einer Wasserumgebung zu sammeln und zuverlässig zu erkennen.
Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Unterwassererkennungsvorrichtung wie im beiliegenden Anspruch 1 definiert bereitgestellt: es wird eine Unterwassererkennungsvorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins einer oder mehrerer Blasen in einer Wasserumgebung bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine erste Struktur, die eine untere Umfangskante zur Abgrenzung eines Bereichs enthält, in dem die Vorrichtung die eine oder mehreren Blasen sammeln kann, eine zweite Struktur zur räumlichen Konzentration der in dem von der unteren Umfangskante abgegrenzten Bereich empfangenen einen oder mehreren Blasen in einer Erkennungsregion, und eine Erkennungsanordnung zur Erkennung des Übergangs der im Betrieb von der Blasenkonzentrationsstruktur konzentrierten einen oder mehreren Blasen in die Erkennungsregion und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (S2) enthält, das die eine oder mehreren die Erkennungsregion durchquerenden Blasen anzeigt.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Unterwassererkennungsvorrichtung geeignet ist, um die eine oder mehreren Blasen über einen eventuell ausgedehnten Bereich in der Wasserumgebung zu sammeln und die Blasen auf eine Weise zu erkennen, die gegenüber einer Verunreinigung durch Teilchen in der Wasserumgebung stabil ist.
Optional ist die Vorrichtung eingerichtet, um mindestens eine von einer oder mehreren Gasblasen oder einer oder mehreren Ölblasen zu erkennen. ”Öl” soll hier so verstanden werden, dass es ein breites Spektrum von flüssigen Kohlenwasserstoffen enthält.
Optional ist in der Unterwassererkennungsvorrichtung die zweite Struktur als eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Struktur zur räumlichen Abgrenzung eines Volumens ausgeführt, in dem die eine oder mehreren Blasen im Betrieb konzentriert sind.
Optional enthält in der Unterwassererkennungsvorrichtung die Erkennungsanordnung einen oder mehrere Sensoren zur passiven Erkennung von von der einen oder mehreren im Betrieb die Erkennungsregion durchquerenden Blasen erzeugten Tönen, um ein erkanntes Signal (S1) zu erzeugen, und eine Signalverarbeitungsanordnung zur Verarbeitung des erkannten Signals, um das ein Vorhandensein und/oder ein Nichtvorhandensein der einen oder mehreren Blasen in der Erkennungsregion anzeigende Ausgangssignal (S2) zu erzeugen.
Optional enthält in der Unterwassererkennungsvorrichtung die Erkennungsanordnung eine Signalquelle zur Abfrage im Betrieb der Erkennungsregion unter Verwendung einer Abfragestrahlung und einen oder mehrere Sensoren zur Erkennung einer oder mehrerer im Erkennungsbereich vorhandener Blasen durch übertragene Teile und/oder reflektierte Teile der Abfragestrahlung. Noch optionaler sind in der Unterwassererkennungsvorrichtung die Signalquelle und die ein oder mehrere Sensoren der Erkennungsanordnung in einer gemeinsamen Einheit untergebracht. Noch optionaler ist die Signalquelle zur Erzeugung der Abfragestrahlung in Frequenz und/oder Amplitude einstellbar, um eine nicht-lineare Resonanz in der einen oder mehreren Blasen zu stimulieren, und das die eine oder mehreren in der Erkennungsregion vorhandenen Blasen anzeigende Ausgangssignal (S2) wird von der Erkennungsanordnung von harmonischen Signalkomponenten erzeugt, die als Folge der Anregung der nicht-linearen Resonanz in der einen oder mehreren Blasen erzeugt werden.
Optional enthält die Erkennungsanordnung eine Signalverarbeitungseinheit zur Messung einer Laufzeit der Abfragestrahlung durch die Erkennungsregion und/oder einer akustischen Impedanz der Erkennungsregion, um das Vorhandensein einer oder mehrerer innerhalb der Erkennungsregion hochsteigender Blasen festzustellen.
Optional enthält die Vorrichtung weiter eine Anordnung zur periodischen Betriebsunterbrechung einer Lieferung von gesammelten Blasen von der Blasenkonzentrationsstruktur zur Erkennungsregion, um es der Vorrichtung zu ermöglichen, zwischen das Vorhandensein von Blasen in der Erkennungsregion und die Abwesenheit von Blasen in der Erkennungsregion anzeigenden Signalen von der Erkennungsanordnung zu unterscheiden. Noch optionaler enthält in der Unterwassererkennungsvorrichtung die Anordnung zur periodischen Betriebsunterbrechung der Lieferung von gesammelten Blasen von der Blasenkonzentrationsstruktur zur Erkennungsregion mindestens eines von:

(i) einem gesteuerten Ventil, das im Betrieb räumlich unter der Erkennungsanordnung angeordnet ist; und
(ii) einer gesteuerte Blasensammelanordnung, die periodisch eine oder mehrere gesammelte Blasen von dort in die Erkennungsregion freisetzen kann.

Optional enthält in der Unterwassererkennungsvorrichtung die Erkennungsregion weiter in dieser Hinsicht einen Temperatursensor und einen Drucksensor, um es der Signalverarbeitungsanordnung zu ermöglichen, Größen der einen oder mehreren Blasen von ihren gemessenen nicht-linearen Resonanzfrequenzen zu bestimmen.
Optional ist die Vorrichtung eingerichtet, um für den Betrieb auf ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) montiert zu werden.
Optional ist in der Unterwassererkennungsvorrichtung die Erkennungsregion mit einer Gasanalyseanordnung zur Analyse einer chemischen Zusammensetzung der im Betrieb die Erkennungsregion durchquerenden einen oder mehreren Blasen versehen.
Optional kann die Signalverarbeitungsanordnung die Erkennungsanordnung mit einer Frequenz in einem Bereich von 1 kHz bis 10 MHz, bevorzugter in einem Bereich von 10 kHz bis 5 MHz, und am bevorzugtesten in einem Bereich von 100 kHz bis 1 MHz anregen.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Verwendung einer Unterwassererkennungsvorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins einer oder mehrerer Blasen in einer Wasserumgebung bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren enthält:

(a) Verwendung einer ersten Struktur, die eine untere Umfangskante zur Abgrenzung eines Bereichs für die Vorrichtung zum Sammeln der einen oder mehreren Blasen enthält;
(b) Verwendung einer zweiten Struktur zur räumlichen Konzentration der in dem von der unteren Umfangskante abgegrenzten Bereich empfangenen einen oder mehreren Blasen in einer Erkennungsregion; und
(c) Verwendung einer Erkennungsanordnung zur Erkennung der im Betrieb von der zweiten Struktur in der Erkennungsregion konzentrierten einen oder mehreren Blasen und Erzeugung eines die die Erkennungsregion durchquerenden eine oder mehreren Blasen anzeigenden Ausgangssignals (S2).

Optional enthält das Verfahren die Ausführung der zweiten Struktur als eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Struktur zur räumlichen Abgrenzung eines Volumens, in dem die eine oder mehreren Blasen im Betrieb konzentriert sind.
Optional enthält das Verfahren die Verwendung eines oder mehrerer Sensoren in der Erkennungsanordnung zur passiven Erkennung von von den im Betrieb die Erkennungsregion durchquerenden einen oder mehreren Blasen erzeugten Tönen, um ein erkanntes Signal (S1) zu erzeugen, und die Verwendung einer Signalverarbeitungsanordnung zur Verarbeitung des erkannten Signals (S1), um das ein Vorhandensein und/oder ein Nichtvorhandensein der einen oder mehreren Blasen in der Erkennungsregion anzeigende Ausgangssignal zu erzeugen.
Optional enthält das Verfahren die Verwendung einer Signalquelle der Erkennungsanordnung zur Abfrage der Erkennungsregion im Betrieb unter Verwendung einer Abfragestrahlung, und die Verwendung eines oder mehrerer Sensoren zur Erkennung im Erkennungsbereich vorhandener einer oder mehrerer Blasen mittels übertragener Teile und/oder reflektierter Teile der Abfragestrahlung. Noch optionaler enthält das Verfahren die Frequenz- und/oder Amplitudeneinstellung der Signalquelle zur Erzeugung der Abfragestrahlung, um eine nicht-lineare Resonanz in den einen oder mehreren Blasen zu stimulieren, und die Erzeugung des das Vorhandensein der einen oder mehreren Blasen in der Erkennungsregion anzeigenden Ausgangsignals von harmonischen Signalkomponenten, die als Folge der Anregung der nicht-linearen Resonanz in der einen oder mehreren Blasen erzeugt werden.
Optional enthält das Verfahren weiter die Verwendung einer Anordnung zur periodischen Betriebsunterbrechung einer Lieferung von gesammelten Blasen von der Blasenkonzentrationsstruktur an die Erkennungsregion, um es der Vorrichtung zu ermöglichen, zwischen das Vorhandensein von Blasen in der Erkennungsregion anzeigenden und die Abwesenheit von Blasen in der Erkennungsregion anzeigenden Signalen von der Erkennungsanordnung zu unterscheiden. Noch optionaler enthält das Verfahren die derartige Ausführung der Anordnung zur periodischen Betriebsunterbrechung der Lieferung von gesammelten Blasen von der Blasenkonzentrationsstruktur an die Erkennungsregion, dass sie mindestens eines enthält von:

(i) einem gesteuerten Ventil, das räumlich im Betrieb unter der Erkennungsanordnung angeordnet ist; und
(ii) einer gesteuerten Blasensammelanordnung, die periodisch eine oder mehrere gesammelte Blasen von dort in die Erkennungsregion freisetzen kann.

Optional enthält das Verfahren die Verwendung hinsichtlich der Erkennungsregion eines Temperatursensors und eines Drucksensors, um es der Signalverarbeitungsanordnung zu ermöglichen, Größen der einen oder mehreren Blasen von ihren gemessenen nicht-linearen Resonanzfrequenzen zu bestimmen.
Optional enthält das Verfahren die Anwendung der Vorrichtung zur Montage in ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) für den Betrieb.
Optional enthält das Verfahren die Versorgung der Erkennungsregion mit einer Gasanalyseanordnung zur Analyse einer chemischen Zusammensetzung der einen oder mehreren die Erkennungsregion im Betrieb durchquerenden Blasen.
Optional enthält das Verfahren den Betrieb der Signalverarbeitungsanordnung, um die Erkennungsanordnung mit einer Frequenz in einem Bereich von 1 kHz bis 10 MHz, bevorzugter in einem Bereich von 10 kHz bis 5 MHz, und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 100 kHz bis 1 MHz anzuregen.
Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung wird ein Softwareprodukt bereitgestellt, das in einem maschinenlesbaren Datenspeichermedium gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Softwareprodukt in einer Rechnerhardware zur Durchführung eines Verfahrens nach dem zweiten Merkmal der Erfindung ausführbar ist.
Es versteht sich, dass Merkmale der Erfindung in verschiedenen Kombinationen kombiniert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung, wie sie von den beiliegenden Ansprüchen begrenzt wird, zu verlassen.
Beschreibung der Zeichnungen
Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Darstellung einer Wasserumgebung ist, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeiten können;
2 eine Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Darstellung einer Sensoranordnung zur Verwendung in der Vorrichtung der 2 ist;
4 eine Darstellung einer alternativen Sensoranordnung zur Verwendung in der Vorrichtung der 2 ist;
5 eine Darstellung einer Halsregion der Vorrichtung der 2 ist;
6 eine Darstellung einer optionalen Konfiguration für eine Sensoranordnung ist, wobei ein oder mehrere akustische Wandler betrieben werden können, um eine akustische Strahlung in die Halsregion zu emittieren, durch die Fluide fließen, die zum Beispiel eventuell eine oder mehrere Blasen darin enthalten;
7 eine Darstellung einer ringförmigen Anordnung von Wandlern ist, die für die Sensoranordnung der Vorrichtung in 2 verwendet wird; und
8 eine Darstellung der Vorrichtung der 2 zusammen mit einem Wasserfahrzeug für den Transport der Vorrichtung zu einem Nutzungsstandort ist.
In den beiliegenden Zeichnungen wird eine unterstrichene Zahl verwendet, um einen Gegenstand, über dem die unterstrichene Zahl positioniert ist, oder einen Gegenstand darzustellen, dem die unterstrichene Zahl benachbart ist. Eine nicht unterstrichene Zahl bezieht sich auf einen Gegenstand, der durch eine Linie bezeichnet wird, die die nicht unterstrichene Zahl mit dem Gegenstand verbindet. Wenn eine Zahl nicht unterstrichen ist und von einem zugeordneten Pfeil begleitet wird, wird die nicht unterstrichene Zahl verwendet, um einen allgemeinen Gegenstand zu bezeichnen, auf den der Pfeil zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
Die Ultraschall-Blasenerkennung ist bekannt und liefert Vorteile der Erkennung von Blasen, selbst wenn gleichzeitig Feststoffe vorhanden sind, die eine optische Verschleierung verursachen können. Eine Blase in einer Flüssigkeit enthält im Allgemeinen eine Mischung von Permanentgas und Dampf, und sie ist in etwa stabil in Zeiträumen, in denen Auflösung und Auftriebskraft vernachlässigt werden können, wenn ein Teildruck einer Gaskomponente der Blase einengende Drücke aufgrund der Oberflächenspannung und eines Drucks in der die Blase umgebenden Flüssigkeit ausgleicht. Ein angewendetes akustisches Feld, nämlich eine angewendete Ultraschallstrahlung, kann die Blase in eine nicht-lineare Schwingung antreiben, die bei kleinen Amplituden in etwa einer Bewegung eines Oszillators mit einem Freiheitsgrad entspricht.
Die Blase kann so schwingen und weist eine natürliche Resonanzfrequenz υ₀ auf, wie sie durch die Gleichung 1 (Eq. 1) definiert wird:
wobei bedeuten

ρ: = eine Dichte des Meerwassers, in dem die Blase vorhanden ist;
p₀: = ein statischer Druck innerhalb der Blase;
σ: = eine Oberflächenspannung des Meerwassers;
κ: = ein Polytropenindex; und
R₀: = ein Radius der Blase.

Frühere Untersuchungen von Blasen haben gezeigt, dass Resonanzsignaturen der Blase verwendet werden können, um Blasen durch ihre Anregung in eine schwingende Resonanzbewegung zu kennzeichnen. Wenn die Bewegung der Blase einem nicht-linearen Oszillator entspricht, wie es zum Beispiel durch Verwendung hoher Intensitäten akustischer Abfrage erzielbar ist, stellt sich heraus, dass die Blase eine Frequenzvervielfachung verursachen kann; zum Beispiel wird die Blase durch akustische Strahlung auf ihrer Resonanzfrequenz υ₀, wie sie durch die Gleichung 1 (Eq. 1) definiert wird, mit einer Amplitude abgefragt, die eine nicht-lineare Schwingung der Blase verursacht, was dazu führt, dass die Blase eine Strahlung emittiert, die eine zweite Harmonische auf einer Frequenz 2υ₀ hat. Außerdem haben frühere Untersuchungen auch gezeigt, dass die Abfrage von Blasen in der Wasserumgebung 10 unter Verwendung von Signalen mit akustischen Frequenzen von bis zu 200 kHz messbare Ergebnisse liefert, obwohl auch höhere Frequenzen verwendet wurden, zum Beispiel über einen Frequenzbereich von 100 kHz bis 1 MHz. Wasser selbst kann als ein nicht komprimierbares und daher unfähiges Medium betrachtet werden, solche Resonanzen aufzuweisen; desgleichen sind im Wasser vorhandene Feststoffe nicht in der Lage, eine solche nicht-lineare Resonanz aufzuweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Unterwassererkennungsvorrichtung zur Erkennung einer oder mehrerer Blasen, die von einem ausgedehnten Meeresbodenbereich 40 oder von einem ausgedehnten Bereich einer Unterwasserstruktur aufsteigen, zum Beispiel einer Meeresboden-Gasrohrleitung oder einem Stromkabel. Die Vorrichtung ist in 2 allgemein mit 100 bezeichnet und enthält einen Hauptkörper 110, eine Nabelschnurverbindung 120 mit einer Wasseroberfläche und eine Sensoranordnung 130. Die Vorrichtung 100 kann in der Wasserumgebung 10, zum Beispiel einer Meeresumgebung, mittels Fluidantrieben, Propellern und/oder gesteuerten Schaufeln betätigt werden. Vorteilhafterweise enthält die Sensoranordnung 130 eine oder mehrere Kameras zur Betriebsinspektion einer räumlichen Nachbarschaft der Vorrichtung 100 im Betrieb, zum Beispiel, um die Betätigung der Vorrichtung 100 im Betrieb zu unterstützen.
Die Sensoranordnung 130 enthält auch eine Sensoranordnung 200 wie in 3 dargestellt. Die Sensoranordnung 200 enthält eine zum Beispiel als eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige trichterförmige Struktur ausgeführte erste Struktur 210 zum Sammeln einer oder mehrerer Blasen, die eine untere Umfangskante 220 enthält, eine zweite Struktur 230, die in einer allgemein nach oben zugespitzten Form ausgeführt ist, um eine oder mehrere Blasen räumlich zu konzentrieren, die in einem von der unteren Umfangskante 220 abgegrenzten Blasensammelbereich empfangen werden, und eine Halsregion 240 für den Empfang der einen oder mehreren in der zweiten Struktur 230 zusammen konzentrierten Blasen; die Halsregion 240 ist auch als eine ”Erkennungsregion” bekannt. Vorteilhafterweise hat die Halsregion 240 einen effektiven Querschnittsbereich, das kleiner ist als ein von der unteren Umfangskante 220 begrenztes Blasensammelbereich. Die Halsregion 240 enthält eine Wandleranordnung 250 zur Erkennung im Betrieb der einen oder mehreren Blasen, die in der Blasenkonzentrationsregion 230 gesammelt werden und in die Halsregion 240 mittels ihres Eigenauftriebs und/oder mit Hilfe eines Kraftfluidstroms hochsteigen, der von einer Turbine oder dergleichen geliefert wird. Optional ist die zweite Struktur 230 in einer im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Art wie oben erwähnt ausgeführt, auch wenn andere Formen der Region 230 bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, zum Beispiel unsymmetrische nach oben spitz zulaufende Strukturen gekrümmter und/oder geradliniger Form.
Wie in 4 dargestellt, enthält die Wandleranordnung 250 optional mindestens einen akustischen Sensor, der in seiner einfachsten Form als ein Aquaphon 260 zum Abhören einer Bewegung einer oder mehrerer gesammelter Blasen 270 durch die Halsregion 240 und Erzeugen eines entsprechenden Sensorsignals S1 ausgeführt ist. Die Vorrichtung 100 enthält eine Signalverarbeitungseinheit 280 zur Verarbeitung des Signals S1, um ein Ausgangssignal S2 zu erzeugen, das die eine oder mehreren gesammelten Blasen 270 anzeigt. Optional kann die Signalverarbeitungseinheit 280 betrieben werden, um das Signal S1 hinsichtlich der Signalfrequenz zu filtern und dann eine Amplituden- und Frequenzanalyse von Signalkomponenten durchzuführen, die im gefilterten Signal S1 vorhanden sind, um das Ausgangssignal S2 zu erzeugen, zum Beispiel mittels Durchführen einer Fourier-Spektrumsanalyse und/oder einer Vergleichsanalyse mit vorbestimmten Signal-Templates. Vorteilhafterweise wird eine neuronale Netzanalyse des gefilterten Signals S1 verwendet, um das Vorhandensein der einen oder mehreren Blasen 270 zu ermitteln. Optional wird die Signalverarbeitungseinheit 280 unter Verwendung einer Rechnerhardware ausgeführt, die eines oder mehrere Softwareprodukte ausführen kann, die in maschinenlesbaren Datenspeichermedien gespeichert sind; die Softwareprodukte können optional digitale rekursive Filter verwenden, deren Frequenzbereiche dynamisch veränderbar sind, um nach den obigen Komponenten im Signal S1 in verschiedenen Frequenzbereichen zu suchen, zum Beispiel 10 Hz bis 100 Hz, 100 Hz bis 1 kHz, usw. In anderen Worten, die Wandleranordnung 250 wird in einem solchen Fall zum passiven Abhören von in der Halsregion 240 auftretenden Blubbergeräuschen und dann zur Analyse der Blubbergeräusche, nämlich des Signals S1, verwendet, um mit hoher Zuverlässigkeit zu bestätigen, ob eine oder mehrere Blasen 270 für die Erzeugung der Blubbergeräusche verantwortlich sind.
Wie in 5 dargestellt, ist die Halsregion 240 vorteilhafterweise mit einem Ventil 300 versehen, das sich räumlich unter der Wandleranordnung 250 befindet, zum Beispiel unter dem Aquaphon 260. Optional ist das Ventil 300 als ein gesteuertes Drosselventil ausgeführt, obwohl optional andere Arten von gesteuerten Ventilen verwendet werden können, zum Beispiel:

(i) linear gesteuerte Nadelventile und Schieberventile; und/oder
(ii) einer oder mehrere durch ein Fluid aufblähbare Körper zum Blockieren der Strömung der Blasen, wenn sie in einem durch ein Fluid aufgeblähten Zustand sind, und um in einem Fluid-entleerten Zustand die Bewegung der Blasen 210 in die Halsregion 240 zu erlauben.

Der Zweck des Ventils 300 ist es, eine oder mehrere Blasen 270 zu sammeln, die danach unter Verwendung der Wandleranordnung 250 periodisch zur Erkennung freigesetzt werden; alternative Anordnungen, die zu einem solchen Sammeln von Blasen für das periodische Freisetzen zum Zweck der Erkennung in der Wandleranordnung 250 führen, liegen auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel durch Verwendung eines oder mehrerer gesteuerter Blasensammelhohlräume, die in einem ersten Zustand betrieben werden können, um in dem von der unteren Umfangskante 220 abgegrenzten Bereich empfangene Blasen zu sammeln, und in einem zweiten Zustand betrieben werden können, um die gesammelten Blasen zur Erkennung über die Wandleranordnung 250 freizusetzen. Die Blasensammelhohlräume werden zum Beispiel unter Verwendung eines oder mehrerer hohler Bauteile mit zugeordneten einer oder mehreren Öffnungen ausgeführt, die gedreht werden, um zwischen den obigen ersten und zweiten Zuständen umzuschalten.
Im Betrieb wird das Ventil 300 periodisch geschlossen, um eine oder mehrere Blasen 270 unter dem Ventil 300 zu sammeln, und dann geöffnet, um es der einen oder mehreren Blasen 270 zu erlauben, sich an der Wandleranordnung 250 vorbei zu bewegen, zum Beispiel am Aquaphon 260 vorbei, um ein klar unterscheidbares Blubbergeräusch in dem Signal S1 zu erzeugen, das periodisch von der Signalverarbeitungseinheit 280 verarbeitet wird, um das Ausgangssignal S2 zu erzeugen. Optional wird das Öffnen und Schließen des Drosselventils 300 von der Signalverarbeitungseinheit 280 gesteuert. Wenn keine eine oder mehrere Blasen 270 vorhanden sind, hat das Öffnen und Schließen des Ventils 300 wenig Wirkung auf das Signal S1; wenn dagegen eine oder mehrere Blasen 270 vorhanden sind, verursacht das periodische Öffnen des Ventils 300 einen entsprechenden Anstieg einer oder mehreren Blasen 270, wenn sie vorhanden sind, was klar als eine oder mehrere wahrnehmbare Signalkomponenten im Signal S1 wahrnehmbar ist. Das Öffnen und Schließen des Ventils 300 betrifft entsprechend alternative Ausführungen des Ventils 300, wie sie oben erläutert wurden.
Optional wird die Sensoranordnung 200 aktiv ausgeführt, wobei durch die Halsregion 240 strömendes Fluid unter Verwendung einer akustischen Strahlung abgefragt und entsprechende übertragene und/oder reflektierte akustische Signale erkannt und dann in der Signalverarbeitungseinheit 280 verarbeitet werden; in anderen Worten wird die Wandleranordnung 250 vorteilhafterweise ausgeführt, um in der Lage zu sein, in einer aktiven Abfrageart zu arbeiten, um eine oder mehrere in der Halsregion 240 vorhandene Blasen 270 zu erkennen. Optional wird eine aktive optische Abfrage verwendet. In 6 ist eine optionale Konfiguration für die Sensoranordnung 200 gezeigt, wobei ein oder mehrere akustische Wandler 350 eine akustische Strahlung in die Halsregion 240 emittieren, durch die Fluide strömen, die eventuell zum Beispiel eine oder mehrere Blasen 270 enthalten. Der eine oder die mehreren akustischen Wandler 350 sind mit der oben erwähnten Signalverarbeitungseinheit 280 gekoppelt, die auch eine Signalquellenanordnung 380 zur Anregung des einen oder der mehreren Wandler 350 enthält.
Vorteilhafterweise werden der eine oder die mehreren Wandler 350 als eine oder mehrere piezoelektrische Vorrichtungen und/oder eine oder mehrere elektromagnetische Vorrichtungen ausgeführt. Optional sind der eine oder die mehreren akustischen Wandler 350 in einem mit dem Aquaphon 260 gemeinsam genutzten Gehäuse untergebracht.
Außerdem sind ein oder mehrere Empfangssensoren 360 für den Empfang reflektierter und/oder übertragener Strahlung von in der Halsregion 240 vorhandenem Fluid enthalten. Optional wird eine ringförmige Wandleranordnung zur Ausführung eines oder mehrerer der Wandler 350, 360 verwendet, zum Beispiel wie in 7 dargestellt, wobei der eine oder die mehreren Wandler 350 einzeln oder in Gruppen angeregt werden können, und der eine oder die mehreren Sensoren 360 verwendet werden, um Signale einzeln oder in Gruppen zu empfangen. Zum Beispiel wird eine Vielzahl von Sensoren 360 verwendet, um eine entsprechende Vielzahl von Signalen S1 zu erzeugen, die voneinander subtrahiert werden, um Umgebungsgeräusche zu entfernen, die den Sensoren 360 gemeinsam sind, und um unterschiedliche akustische Signale davon zu isolieren, die stark von der einen oder mehreren in der Halsregion 240 vorhandenen Blasen 270 beeinflusst werden. Eine solche Vorgehensweise kann zur Erkennung von in Querrichtung nicht gleichmäßigen Verteilungen von Blasen 270 in der Halsregion 240 verwendet werden. Der eine oder die mehreren das Signal S1 erzeugenden akustischen Sensoren 360 sind mit der Signalverarbeitungseinheit 280 gekoppelt, die eine Signalanalyse durchführt, um das Ausgangssignal S2 zu erzeugen, das das Vorhandensein einer oder mehrerer Blasen 270 in der Halsregion 240 anzeigt.
Bezüglich 6, optional auch bezüglich 7, kann die Signalverarbeitungseinheit 280 betrieben werden, um den einen oder die mehreren Wandler 350 in einem Frequenzbereich und/oder in einem Intensitätsbereich anzuregen und gleichzeitig das Signal S1 von dem einen oder den mehreren Sensoren 360 zu empfangen. Der Frequenzbereich liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von 1 kHz bis 10 MHz, bevorzugter in einem Bereich von 10 kHz bis 5 MHz, und am bevorzugtesten in einem Bereich von 100 kHz bis 1 MHz. Außerdem wird der Frequenzbereich zum Erhalt von Informationen bezüglich von Radien R₀ der einen oder mehreren in der Halsregion 240 vorhandenen Blasen 270 verwendet; die Signalverarbeitungseinheit 280 kann die obige Gleichung 1 (Eq. 1) anwenden, um die Radien R₀ zu berechnen. Optional ist die Halsregion 240 mit zusätzlichen Sensoren zur Bestimmung verschiedener Parameter in der Gleichung 1 (Eq. 1) bestückt, zum Beispiel der statische Wasserdruck p₀ bezüglich der Halsregion 240, und eine Temperatur T bezüglich der Halsregion 240, von der eine Dichte ρ des Wassers in der Halsregion 240 von der Signalverarbeitungseinheit 280 berechnet werden kann; optional sind die zusätzlichen Sensoren räumlich in der Halsregion 240 angeordnet. Der Intensitätsbereich wird verwendet, um die eine oder mehreren Blasen 270, wenn sie in der Halsregion 240 vorhanden sind, in zunehmende Grade nicht-linearer Resonanz anzutreiben, zum Beispiel zur Erzeugung Harmonischer zweiter und höherer Ordnung der akustischen Strahlung, die von dem einen oder den mehreren Wandler 350 erzeugt wird und von dem einen oder den mehreren Sensoren 360 erkannt werden kann, um das Signal S1 zu erzeugen. Optional ist das Ventil 300 räumlich unter den ein oder mehreren Wandlern und Sensoren 350, 360 enthalten, um periodisch die Fluidströmung durch die Halsregion 240 zu unterbrechen, zum Beispiel, um periodisch die eine oder mehreren Blasen 270 zu unterbrechen, wobei das Fehlen der einen oder mehreren Blasen 270 in der Halsregion 240 als Ergebnis des Verhinderns ihres Hochsteigens in eine räumliche Nähe des einen oder der mehreren Wandler und Sensoren 350, 360 durch das Ventil 300 zu einem Fehlen von in dem Signal S1 vorhandenen Harmonischen führt, wenn die Intensität der von dem einen oder mehreren Wandler 350 emittierten akustische Strahlung variiert.
Nun wird der Betrieb der Vorrichtung 100 unter Bezug auf die 2 bis 8 beschrieben. Wie in 8 dargestellt, wird die Vorrichtung 100 an Deck 500 eines Schiffs 520 zu einem Wasserstandort 530 transportiert, wo eine oder mehrere Blasen 270 in der Wasserumgebung 10 dort untersucht werden sollen. Solch eine oder mehrere Blasen 270 steigen eventuell von einem oder mehreren hoch von: der geologischen Formation 30 am Standort 530, vom Meeresboden 40 am Standort 530; von der geologischen Formation 30; von der am Meeresboden 40 enthaltenen Vorrichtung 540, zum Beispiel einer Rohrleitung und/oder einem Stromkabel und/oder einem gesunkenen Wasserfahrzeug. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung nützlich, wenn ein elektrisch abgeschirmtes Unterwasserkabel einen Isolierfehler entwickelt, der nicht mittels elektromagnetischer Strahlungserkennung erkannt werden kann, da eine äußere geerdete elektromagnetische Abschirmung des Kabels intakt ist, der aber mittels einer fehlerhaften inneren Kabelisolierung erkannt werden kann, die zu einer Erwärmung und Verkohlung einer Kunststoffisolierung führt, die die Erzeugung einer oder mehrerer Gasblasen verursacht.
Wenn das Schiff 520 am Standort 530 ankommt, wird die Vorrichtung 100 in die Wasserumgebung 10 gehoben, zum Beispiel unter Verwendung eines auf das Deck 500 montierten Krans. Die Vorrichtung 10 bewegt sich innerhalb der Wasserumgebung 10 herum, während sie nach der einen oder den mehreren Blasen 270 mittels der ersten Struktur 210 sucht, die eine oder mehrere nach oben bewegliche Blasen 270 sammelt und sie über die zweite Struktur 230 zu der Halsregion 240 und damit zu der Wandleranordnung 250 zur wie oben beschriebenen Erkennung führt. Die Vorrichtung 100 ist zweckmäßig als ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) ausgeführt, zum Beispiel nach Art eines Mini-U-Boots oder dergleichen. Die Vorrichtung 100 ist vorteilhafterweise geeignet, um sich selbst mittels Fernsteuerung vom Schiff 520 zu manövrieren, und/oder um sich autonom mittels lokaler Steuerung zu manövrieren, die innerhalb der Vorrichtung 100 ausgeführt ist, zum Beispiel über eine Computeranordnung, die Software zum Führen der Vorrichtung 100 zur systematischen Suche nach einer oder mehreren Blasen 270 innerhalb einer abgegrenzten räumlichen Region in einer Wasserumgebung 10 ausführen kann. Optional kann die Computeranordnung betrieben werden, um die Vorrichtung 100 zu führen, um eine allgemeine Suche nach Blasen in einer ersten Betriebsart durchzuführen, und um eine gründliche Suche innerhalb einer gegebenen Region in einer zweiten Betriebsart durchzuführen, falls eine oder mehrere Blasen 270 in der ersten Betriebsart erkannt werden. Eine solche Vorgehensweise der Vorrichtung 100 ermöglicht es eventuell, große Bereiche des Meeresbodens 40 bei der Suche nach eine oder mehrere Blasen 270 verursachenden Merkmalen und/oder Strukturen genau festzulegen. Zum Beispiel werden in der ersten Betriebsart Gasblasen 270 erkannt, während in der zweiten Betriebsart eine ausführlichere Analyse einschließlich chemischer Analyse der gesammelten Blasen 270 durchgeführt wird.
Optional hat die Halsregion 240 einen waagrechten Querschnittsbereich, der weniger als 50% eines von der unteren Umfangskante 220 abgegrenzten Blasensammelbereichs, noch optionaler weniger als 25% des Blasensammelbereichs der unteren Umfangskante 220, und am optionalsten weniger als 10% des Blasensammelbereichs der unteren Umfangskante 220 beträgt. Optional, wie oben erwähnt, wird die zweite Struktur 230 als eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige, nach oben spitz zulaufende Struktur, eine allgemein nach oben spitz zulaufende Struktur, eine unsymmetrische nach oben spitz zulaufende Struktur, eine nach oben spitz zulaufende Struktur, deren räumliche Ausdehnung im Betrieb dynamisch verändert werden kann, oder eine beliebige Kombination solcher optionaler Ausführungen ausgeführt.
Optional enthält die Vorrichtung 100 eine Anordnung zum Sammeln der einen oder mehreren Blasen 270, nachdem sie die Halsregion 240 durchquert haben, für eine nachfolgende Analyse zur Bestimmung ihrer chemischen Beschaffenheit, zum Beispiel Methan, Gaszerfallsprodukte einer überhitzten elektrischen Kunststoffisolierung, Luftblasen von einem gesunkenen beschädigten U-Boot usw. Optional wird die Analyse der einen oder mehreren gesammelten Blasen 270 durchgeführt, wenn die Vorrichtung 100 zu ihrem entsprechenden Schiff 520 und dem zugehörigen Deck 500 zurückkehrt. Alternativ enthält die Vorrichtung 100 eine oder mehrere Gasanalysevorrichtungen, die räumlich in sie integriert sind, um eine chemische Zusammensetzung der einen oder mehreren gesammelten Blasen 270 aus der Erkennungsregion 240 zu analysieren, zum Beispiel in Echtzeit; solche ein oder mehrere Gasanalysevorrichtungen enthalten vorteilhafterweise mindestens einen von optischen Infrarotsensoren, elektrochemischen Sensoren, Verbrennungssensoren (zum Beispiel Pellistoren), Halbleiter-Gassensoren, akustischen Gassensoren.
Die Vorrichtung 100 ist vorteilhafterweise geeignet, um Ölblasen zu messen, die in Wasser vorhanden sind und in die Halsregion 240 hochsteigen, zum Beispiel von Lecks von Unterwasser-Ölrohrleitungen und von leckenden Unterwasser-Ölventilen, die zum Beispiel ”Weihnachtsbaum”-Unterwasser-Bohrlochmündungen zugeordnet sind. Solche Ölblasen weisen ein hoch-viskoses gedämpftes Verhalten ohne Resonanzwirkungen abhängig von der Ultraschallstrahlung-Abfrageintensität auf. Solche Ölblasen haben aber eine Dichte, die oft geringer ist als Salzwasser, was dazu führt, dass sie sich in die Halsregion 240 bewegen. Die Wandleranordnung 250 ist vorteilhafterweise optional mit einem übertragenden akustischen Wandler und einem entsprechenden empfangenden Wandler zur zeitabhängigen Messung einer akustischen Impedanz der Halsregion 240 ausgestattet. Wenn Ölblasen im Betrieb in die Halsregion 240 eintreten und durch sie hochsteigen, wird die Kopplungseffizienz akustischer Energie, die sich vom übertragenden Wandler zum empfangenden Wandler ausbreitet, moduliert. Wenn zum Beispiel der übertragende Wandler unter Verwendung eines Signals konstanter Amplitude und Frequenz angeregt wird, variiert ein entsprechendes Ausgangssignal vom empfangenden Wandler, wenn Ölblasen in die Halsregion 240 eintreten. Durch Messen zeitlicher Veränderungen im Ausgangssignal vom empfangenden Wandler, zum Beispiel in der Signalverarbeitungseinheit 280, durch rekursive Filterung, schnelle Fourier-Transformation (FFT) oder dergleichen, können Spektralsignaturen für Gasblasen und Ölblasen ermittelt werden. Optional wird das Ventil 300 in einem geschlossenen Zustand verwendet, um Gas- und Ölblasen darunter zu sammeln, und dann in einen offenen Zustand umgeschaltet, um es den Gasblasen zu erlauben, zuerst hochzusteigen, später gefolgt von den Ölblasen. Zeitliche Merkmale der akustischen Kopplung zwischen dem übertragenden Wandler und dem empfangenden Wandler, wenn zuerst Gasblasen und danach Ölblasen in der Halsregion 240 hochsteigen, können eine wertvolle Information bezüglich Lecks und anderer unter Wasser stattfindender Vorgänge liefern. Zusätzlich oder alternativ wird die Laufzeit von Impulsen akustischer Strahlung, um sich vom übertragenden Wandler zum empfangenden Wandler auszubreiten, gemessen, um eine Dichte der Halsregion 240 festzustellen. Zeitliche Änderungen der Laufzeit werden von der Signalverarbeitungseinheit 280 überwacht, um eine Beschaffenheit von Blasen, entweder Gas oder Öl, zu ermitteln, die sich durch die Halsregion 240 ausbreiten.
Abwandlungen an oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung, wie er von den beiliegenden Ansprüchen begrenzt wird, zu verlassen. Ausdrücke wie ”enthaltend”, ”aufweisend”, ”umfassend”, ”bestehend aus”, ”haben”, ”ist”, die zur Beschreibung und Beanspruchung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind als nichtausschließlich zu verstehen, indem sie es erlauben, dass auch nicht ausdrücklich beschriebene Gegenstände, Bauteile oder Elemente vorhanden sind. Ein Bezug auf den Singular ist auch als den Plural betreffend zu interpretieren. In Klammern gesetzte Bezugszeichen in den beiliegenden Ansprüchen sollen das Verständnis der Ansprüche unterstützen und sind keineswegs als von diesen Ansprüchen beanspruchte Gegenstände beschränkend zu interpretieren.

Claims

Unterwassererkennungsvorrichtung (100) zur Erkennung des Vorhandenseins einer oder mehrerer Blasen (270) in einer Wasserumgebung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine erste Struktur (210), die eine untere Umfangskante (220) zur Abgrenzung eines Bereichs enthält, in dem die Vorrichtung (100) die eine oder mehreren Blasen (270) sammeln kann, eine zweite Struktur (230) zur räumlichen Konzentration der in dem von der unteren Umfangskante abgegrenzten Bereich empfangenen einen oder mehreren Blasen (270) in einer Erkennungsregion (240), und eine Erkennungsanordnung (240, 250) zur Erkennung des Übergangs der im Betrieb von der Blasenkonzentrationsstruktur (210) konzentrierten einen oder mehreren Blasen in die Erkennungsregion (240) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (S2) enthält, das die eine oder mehreren die Erkennungsregion (240) durchquerenden Blasen (270) anzeigt.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eingerichtet ist, um mindestens eine der einen oder mehreren Gasblasen (270), einen oder mehreren Ölblasen (270) zu erkennen.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur (230) als eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Struktur zur räumlichen Abgrenzung eines Volumens ausgeführt ist, in dem die eine oder mehreren Blasen (270) im Betrieb konzentriert sind.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsanordnung (240, 250) einen oder mehrere Sensoren (260, 300) zur passiven Erkennung von der einen oder mehreren im Betrieb die Erkennungsregion (240) durchquerenden Blasen (270) erzeugten Tönen, um ein erkanntes Signal (S1) zu erzeugen, und eine Signalverarbeitungsanordnung (280) zur Verarbeitung des erkannten Signals (S1) enthält, um das ein Vorhandensein und/oder ein Nichtvorhandensein der einen oder mehreren Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigende Ausgangssignal (S2) zu erzeugen.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsanordnung (240, 250) eine Signalquelle (380) zur Abfrage im Betrieb der Erkennungsregion (240) unter Verwendung einer Abfragestrahlung und einen oder mehrere Sensoren zur Erkennung einer oder mehrerer in dem Erkennungsbereich (240) vorhandener Blasen (270) durch übertragene Teile und/oder reflektierte Teile der Abfragestrahlung enthält.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle (380) und die ein oder mehreren Sensoren der Erkennungsanordnung (240, 250) in einer gemeinsamen Einheit untergebracht sind.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsanordnung (240, 250, 280) eine Signalverarbeitungseinheit (280) zur Messung einer Laufzeit der Abfragestrahlung durch die Erkennungsregion (240) und/oder einer akustischen Impedanz der Erkennungsregion (240) enthält, um das Vorhandensein einer oder mehrerer innerhalb der Erkennungsregion (240) hochsteigender Blasen (270) festzustellen.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zur Erzeugung der Abfragestrahlung in Frequenz und/oder Amplitude einstellbar ist, um eine nicht-lineare Resonanz in der einen oder mehreren Blasen (270) zu stimulieren, und das das Vorhandensein der einen oder mehreren Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigende Ausgangssignal (S2) von der Erkennungsanordnung (240, 250) von harmonischen Signalkomponenten erzeugt wird, die als Folge der Anregung der nicht-linearen Resonanz in der einen oder mehreren Blasen (270) erzeugt werden.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) weiter eine Anordnung (300) zur periodischen Betriebsunterbrechung einer Lieferung von gesammelten Blasen (270) von der Blasenkonzentrationsstruktur (210) an die Erkennungsregion (240) enthält, um es der Vorrichtung (100) zu ermöglichen, zwischen das Vorhandensein von Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigenden und die Abwesenheit von Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigenden Signalen von der Erkennungsanordnung (240, 250) zu unterscheiden.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur periodischen Betriebsunterbrechung der Lieferung von gesammelten Blasen (270) von der ersten Struktur (210) an die Erkennungsregion (240) mindestens eines enthält von: (i) einem gesteuerten Ventil (300), das im Betrieb räumlich unter der Erkennungsanordnung (240, 250) angeordnet ist; und (ii) einer gesteuerten Blasensammelanordnung, die betreibbar ist, um periodisch eine oder mehrere gesammelte Blasen (270) von dort in die Erkennungsregion (240) freizusetzen.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsregion (240) weiter in dieser Hinsicht einen Temperatursensor und einen Drucksensor enthält, um es der Signalverarbeitungsanordnung (280) zu ermöglichen, Größen der einen oder mehreren Blasen (270) von ihren gemessenen nichtlinearen Resonanzfrequenzen zu bestimmen.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eingerichtet ist, um für den Betrieb auf ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) montiert zu werden.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsregion (240) mit einer Gasanalyseanordnung zur Analyse einer Zusammensetzung der einen oder mehreren im Betrieb die Erkennungsregion (240) durchquerenden Blasen (270) versehen ist.
Unterwassererkennungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsanordnung (280) betreibbar ist, um die Erkennungsanordnung (240, 250) mit einer Frequenz in einem Bereich von 1 kHz bis 10 MHz, bevorzugter in einem Bereich von 10 kHz bis 5 MHz, und am bevorzugtesten in einem Bereich von 100 kHz bis 1 MHz anzuregen.
Verfahren zur Verwendung einer Unterwassererkennungsvorrichtung (100) zur Erkennung des Vorhandenseins einer oder mehrerer Blasen (270) in einer Wasserumgebung (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren enthält: (a) die Verwendung einer ersten Struktur (210), die eine untere Umfangskante (220) zur Abgrenzung eines Bereichs für die Vorrichtung (100) zum Sammeln der einen oder mehreren Blasen (270) enthält; (b) die Verwendung einer zweiten Struktur (230) zur räumlichen Konzentration der in dem von der unteren Umfangskante (220) abgegrenzten Bereich empfangenen einen oder mehreren Blasen (270) in einer Erkennungsregion (240); und (c) die Verwendung einer Erkennungsanordnung (240, 250) zur Erkennung der von der zweiten Struktur (210) in der Erkennungsregion (240) im Betrieb konzentrierten einen oder mehreren Blasen (270) und zur Erzeugung eines die Erkennungsregion (240) durchquerende eine oder mehreren Blasen (270) anzeigenden Ausgangssignals (S2).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung der Signalverarbeitungsanordnung (280) zur Erkennung mindestens einer von einer oder mehreren Gasblasen (270), einer oder mehreren Ölblasen (270) enthält.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Ausführung der zweiten Struktur (230) als eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Struktur zur räumlichen Abgrenzung eines Volumens enthält, in dem die eine oder mehreren Blasen (270) im Betrieb konzentriert sind.
Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung eines oder mehrerer Sensoren (300) in der Erkennungsanordnung (240, 250) zur passiven Erkennung von von den im Betrieb die Erkennungsregion (240) durchquerenden einen oder mehreren Blasen (270) erzeugten Tönen, um ein erkanntes Signal (S1) zu erzeugen, und die Verwendung einer Signalverarbeitungsanordnung (280) zur Verarbeitung des erkannten Signals (S1) enthält, um das ein Vorhandensein und/oder ein Nichtvorhandensein der einen oder mehreren Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigende Ausgangssignal (S2) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung einer Signalquelle (380) der Erkennungsanordnung (240, 250) zur Abfrage im Betrieb der Erkennungsregion (240) unter Verwendung der entsprechenden Abfragestrahlung, und die Verwendung eines oder mehrerer Sensoren zur Erkennung der im Erkennungsbereich (240) vorhandenen einen oder mehreren Blasen (270) mittels übertragener Teile und/oder reflektierter Teile der Abfragestrahlung enthält.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung einer Signalverarbeitungseinheit (280) in der Erkennungsanordnung (240, 250, 280) zur Messung einer Laufzeit der Abfragestrahlung durch die Erkennungsregion (240) und/oder einer akustischen Impedanz der Erkennungsregion (240) zur Bestimmung des Vorhandenseins von einer oder mehreren Blasen (270) enthält, die in der Erkennungsregion (240) hochsteigen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Frequenz- und/oder Amplitudeneinstellung der Signalquelle zur Erzeugung der Abfragestrahlung, um eine nicht-lineare Resonanz in den einen oder mehreren Blasen (270) zu stimulieren, und die Bestimmung vom das Vorhandensein der einen oder mehreren Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigenden Signal (S1) von harmonischen Signalkomponenten enthält, die als Folge der Anregung der nicht-linearen Resonanz in der einen oder mehreren Blasen (270) zur Erzeugung des Ausgangssignals (S2) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter die Verwendung einer Anordnung (300) zur periodischen Betriebsunterbrechung einer Lieferung von gesammelten Blasen (270) von der Blasenkonzentrationsstruktur (210) an die Erkennungsregion (240) enthält, um es der Vorrichtung (100) zu ermöglichen, zwischen das Vorhandensein von Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigenden und die Abwesenheit von Blasen (270) in der Erkennungsregion (240) anzeigenden Signalen von der Erkennungsanordnung (240, 250) zu unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die derartige Ausführung der Anordnung zur periodischen Betriebsunterbrechung der Lieferung von gesammelten Blasen (270) von der zweiten Struktur (210) an die Erkennungsregion (240) enthält, dass sie mindestens eines enthält von: (i) einem gesteuerten Ventil (300), das räumlich im Betrieb unter der Erkennungsanordnung (240, 250) angeordnet ist; und (ii) einer gesteuerten Blasensammelanordnung, die betrieben werden kann, um periodisch eine oder mehrere gesammelte Blasen (270) von dort in die Erkennungsregion (240) freizusetzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung hinsichtlich der Erkennungsregion (240) eines Temperatursensors und eines Drucksensors enthält, um es der Signalverarbeitungsanordnung (280) zu ermöglichen, Größen der einen oder mehreren Blasen (270) von ihren gemessenen nicht-linearen Resonanzfrequenzen zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Anwendung der Vorrichtung (100) zur Montage für den Betrieb in ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Versorgung der Erkennungsregion (240) mit einer Gasanalyseanordnung zur Analyse einer Zusammensetzung der einen oder mehreren die Erkennungsregion (240) im Betrieb durchquerenden Blasen (270) enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Betrieb der Signalverarbeitungsanordnung (280) enthält, um die Erkennungsanordnung (240, 250) mit einer Frequenz in einem Bereich von 1 kHz bis 10 MHz, bevorzugter in einem Bereich von 10 kHz bis 5 MHz, und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 100 kHz bis 1 MHz anzuregen.
Softwareprodukt, das in einem maschinenlesbaren Datenspeichermedium gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Softwareprodukt in einer Rechnerhardware (280) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 27 ausführbar ist.