NO763051L - - Google Patents

Abstract

■Fr^Bgangssæåt,® f pr styring av ; en undarvaiuas-konstruksjon 0

Description

Hår arbeide ønskes utført på et fullstendig neddykket objekt oller utstyr hvis plassering er ukjent*er den vanlig© praksis for tiden å anvende dykkare for fØret S lokalisere

objektet*og så å manøvrere en konstruksjon oller spesiell enhet over objektet. £n slik konstruksjon kan f-eks. vær© on ned-gravningsmaskin for rørledninger* hvilken maskin kan vaoro montert på en ålede eo» slepes av et overfiatefartøy. Ved hjelp av telefonforbindelse ellar lignende as sis tar or dykkexne overflate-fartøyot med å anbringe sleden slik at den skrevar over rør-ledningen. Derefter assisterer de fartøyet sed å styre sleden langa rørledningens trasa efterhvert aom nedgravingen skrider frem. Rørledningen anbringes pa bunnen av den grøft a ota graves og blir deretter dekket med material©fra sjøbunnen, uår olje-boring efterhvert blir foretatt på dypere og dypere vann* blir dot imidlertid nødvendig at dykkerne arbeider under temmelig ubehagelige vanntrykk.

Dot er et generelt formål mod denne oppfinnelse å til-veiebringe styring av en neddykket konstruksjon*så som en

8lede som bærer en nodgravningsmaekin, fra et overflatefartøy uten dykkerassictanse. Det anvendes sonar for å styre eller manøvrere fartøyet.

Det er allerede kjent metoder som bruker sonar til u overvåke objekter under vann. Én slik metode anvender dobbeltvirkende sonar (dual-ranging sonar)*som typisk omfatter fem hovedkomponenter: en sender/mottager* en programenhot (split-trace programstar). en skriver*en slepekabel og to transdusere som er montert på et undervannslegcme som slepes. En kort beskrivelse av dls3c komponenter vil være nyttig for en for-ståelse av det sonarsystcm som brukas ved utførelsen av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Sender/mottageren inneholder en senderseksjon så vel som en mottagerseksjon. Senderen frembringer et kort bøigetog av elektrisk energi som føres til transduserne gjennom kabelen. Hver transduser omdanner det elektriske bøigetog til en vifte-formet akustisk stråle.som sendes ut i vannet; De akustiske stråler fra de to transdusere ligger ved siden av hverandre og er rettet; nedad, men bort fra hverandre. Hver akustisk stråle blir reflektert fra sjøbunnen og fra neddykkede objekter som befinner seg i strålebanen. Den samme transduser som sender ut den akustiske impuls, blir også brukt til å detektere dens reflekterte stråle eller ekko, og til å omdanne ekkoet tilbake til en .elektrisk puls som gjennom slepekabelen overføres til mottagerseksjonen i den sender/mottager som utsendelsen kommer fra.

Programenheten genererer pulser for tidsstyring av sender/mottageren og eliminering av uønsket støy fra den mot-tagerkanal som.ikke er i bruk, slik at når sending og mottagning skjer med én transduser, vil signaler som detekteres av den annen transduser ikke bli mottatt.

: Slepekabelen kombinerer trekk-kabler med en kjerne av elektriske ledere som forbinder undervanns-transduserne med sender/mottagerne på overflatefartøyet.

Skriveren eller registreringsinnretningen tilveie-bringer en visuell presentasjon av.de signaler som blir mottatt ved sonar-overvåkningen.

Oppfinnelsen angår generelt en fremgangsmåte for styring av en undervanns-konstruksjon omkring et neddykket, lyd-reflekterende objekt ved anvendelse av en dobbeltvirkende sonar som er montert på et overfiatefartøy som sleper konstruksjonen. Konstruksjonen bærer i det minste to elektro-akustiske transdusere, plassert i avstand fra hverandre. Lydstråler blir i rekkefølge utsendt av transduserne. Strålene er rettet mest nedad og mot hverandre. Ekkoet av hver lydstråle blir detektert og registrert av sonaren. Registreringene blir brukt av den som styrer overflatefartøyet for å manøvrere konstruksjonen omkring objektet.

Fortrinnsvis blir registreringene også brukt til å avstedkomme en kontinuerlig presentasjon av posisjonen av konstruksjonen i forhold til objektet.

I et mer spesielt aspekt anvender denne oppfinnelse på konstruksjonen to par transdusere son er plassert med innbyrdes avstand cg som brakes under posisjonering av konstruksjonen over objektet. Lydstråler blir i rekkefølge utsendt frå et første par transdusere. Ce resulterende ekkoer som detekteres med de samme transdusere som utfører sendingen, brukes av eller på overflatefartøyet til først å lokalisere og så til å styre konstruksjonen mot objektet. Flår det førsto par transdusere befinner seg over objektet*blir lydstr&lor i rekkefølge utsendt fra begge par transdusere. £tø resulterende ekkoer blir detektert og blir brukt på overfiatefartøy«t til å styra konstruksjonen inntil det annet par transdusere også befinner seg over objektet.

De fire transdusere er fortrinnsvis montert på konstruksjonen ved bjørnene 1 et rektangel.

Z et ytterligare spesielt aspekt innebærer denne oppfinnelse en fremgangsmåte for manøvrering av en rørnedgravnings-elede i vann omkring en rørledning som ligger på sjøbunnen. Sleden omfatter to langstrakte pongtonger som er anordnet i avstand fra hverandre. En transduser er montert nær hver ende av hver pongtong. Et sonar-navigasjonssystem er anbrakt på et overfiatefartøy. Systemet or forbundet med tranaduserne gjennom en lang kabel som også kan tjene som slepeline. For lokalisering av rørledningen blir sleden trukket av overflatefartøyet til et område som generelt or kjont å vare i nærheten av rør-ledningen. Elektriske signaler påtrykkes dot ene par transdusere for å bevirke at disse i rekkefølge utsender lydst råler i vannet. De detekterte ekkoer blir registrert og de registrerte ekkoer blir brukt for først å lokalisere rørledningen*og så til å manøvrere sleden mot rørledningen. Hår den fremre ende av sleden er nær eller over rørledningen, blir elektriske signaler påtrykket begge par transdusere for å bevirke at disse i rekke-følge utsender l<y>dstråler i vannet.

Det er ønskelig at hver trensduser utnyttes til å detektere da ekkoer som frembringes av lydstråler utsendt av samme transduser. De ekkoer som detekteres av de to par transdusere*blir brukt til å frembringe presentasjoner av rør- . ledningen og av sjøbunnen. Disse presentasjoner blir brukt av den som styrer overflatefartøyet til å sentrere sleden slik at den skrevar over rørledningen. Dereftor er det bildet som tilveiebringes av' det første par transduser<e*>tilstrekkelig til å styre sleden over og langs rørledningen.

Prinsippene for denne oppfinnelse skal i det følgende

forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1.skjematisk viser et modifisert.sonar-navigasjonssystem for fjernmanøvrering av en slede i forhold til en rørlednings i henhold til fremgangsmåten ifølge denne opp-. finnelse. Fig. 2 viser et blokk-skjema for det navigasjonssystem som anvendes på fig. 1. Fig. 3 viser situasjonen ved starten av.en leteaksjon for å finne en rørledning. Fig. 4 viser en bevegelsesbane for sleden mot rør-ledningen. Fig. 5 og 6 viser posisjonering av den fremre ende av sleden slik at denne skrever over rørledningen. Fig. 7 viser sentrering av begge ender av sleden slik at denne skrever over rørledningen. Fig. 7A og 7B illustrerer hvordan katodestrålerør- bilder kan vise posisjonene av henholdsvis den fremre og den bakre ende av sleden i forhold til rørledningen, hvilke bilder er nyttige for sentreringen av sleden som vist på fig. 7, og Fig. 8 viser sleden over rørledningen idet denne blir gravet ned av den maskin som er montert på sledenv .Selv om denne oppfinnelse er spesielt beregnet for manøvrering av en neddykket konstruksjon omkring et stort sett stasjonært, lydreflekterende objekt, skal oppfinnelsen i det

følgende illustreres og beskrives under spesiell henvisning til fjernstyring av en slede, påmontert et graveapparat som brukes til å grave en grøft i sjøbunnen med sikte på nedgravning av en

rørledning i denne.

På fig. 1 er det vist en kjent rørnedgravningsslede 10 som bærer.grave- eller stråle-enheter 12 (fig. 8) for grøfte-.graving.. Sleden kan være selvgående, men vanligvis er den fjérn-manøvrert fra et overfiatefartøy, så som en pram 14, som selv blir slepet av en båt 21. På dekket på prammen 14 er det ... ,J' montert vinsjer 16 og 17 med respektive slepeliner 18 og 19 som. er forbundet med sledens konstruksjon 11. Konstruksjonen 11 er montert på to parallelle pongtonger 40 og 41.

Prammen 14 har et operasjonsrom 20 i hvilket det er anordnet en del (som vist ovenfor den strekede linje L på fig. 2)

av. et akustisk.navigasjonssystem eller en sonar 24 som omfatter i det minste to 'og fortrinnsvis fire transdusere anordnet parvis,

nemlig-bakre transdusere 25, 25 * og fremre transdusere 26, 26' .

siepe-linen eller -kabelen 18 inneholder i tillegg til

■ trekkelementér også en kjerne bestående av elektriske ledere 27, 27 '., 28, 2 $'. Lederne 27, 27' forbinder trans dus erne 25, 25'

med en sender/mottager 31. Lederne 28, 28' forbinder transduserne 26, 26' med en sender/mottager 32. Utgangen av hver sender/mottager påtrykkes en programenhét 37 som. er forbundet med et katodestrålerør 38 med en fremvisnings- eller presenta-sjons-skjerm 38*, og en skriver 39. Den retning som signalene flyter i, er vist med piler på de ledninger som forbinder de forskjellige blokker på fig. 2 med hverandre.

Hver transduser kan være av piezoelektrisk, keramisk type* Hver transduser er innrettet til å arbeide i en særskilt retning og ved" forholdsvis høye frekvenser. For de krav som stilles av rør-gravesleden 10 er en operativ signalfrekvens på

omkring 100 kilohertz (kH) tilstrekkelig. Hver transduser brukes til å utsende akustiske impulser samt til å detektere de resulterende reflekterte akustiske ekkoer. Transduserne er om-sluttet av kraftige kapslinger, montert nær endene av de parallelle pongtonger 40 og 41. De akustiske impulser som utsendes av hvert par transdusere 25, 25<*>eller 26, 26' dirigeres stort sett nedad og. mot hverandre, dvs. mot det sentrale lengde-

plan 50 for sleden (fig. 6).

Hver.nedad-utsendt impuls 42 som er rettet med en vinkel i forhold til vertikalen, frembringer et reflektert akustisk ekko 43. De akustiske impulser 42 genereres på sekvens-messig måte slik at deres returnerende ekkoer ikke interfererer med hverandre. Transduserne 25, 25<*>drives av senderseksjonen i sender/mottageren 31, og transduserne 26, 26<*>drives av senderseksjonen i sender/mottageren 32. De ekkoer som detekteres av transduserne 25, 25' overføres til mottagers eks j onen i sender/ mottageren 31, og de ekkoer som detekteres av transduserne 26, 26* overføres til mottagerseksjonen i sender/mottågeren 32.

, Transduserne 25, 25<*>, 26, 26<*>er fortrinnsvis plassert ved de fire hjørner i et rektangel på sleden 10, slik det best

fremgår av fig. 2 og 7. Deri sideveis, avstanden mellom hvert par transdusere 25, 25' eller 26, 26' må være tilstrekkelig.stor sammenlignet med bølgelengden ved signalfrekvensen på transduserne, til å muliggjøre den ønskede oppløsning ved målingen.

I en utførelsesform var sideveis-avstanden mellom transduserne 25, 25' omkring 8 meter og den langsgående avstand mellom transduserne 25 og 26 var omkring 12 meter. Med slike dimen-sjoner og en signalfrekvens på omkring 100 kH, lå oppløsningen ved målingen innenfor noen få centimeteri

Program-enheten 37 styrer tidsforløpet av sending og mottagning i sender/mottagerne 31 bg 32. Selv om det bare er

vistén progråm-enhet 37 for begge sender/mottagerne 31, 32,

kan det i noen anvendelser være ønskelig å anordne en særskilt program-enhet for hver sender/mottager. Senderseksjonen i hver sender/mottager får aktiverings-signaler fra program-enheten med en nøyaktig bestemt repetisjonstakt. Hvert aktiverings-signal er en firkant-bølge med fast frekvens som driver senderen. Senderen genererer korte elektriske pulser med den ønskede

sigrtalfrekvens. Disse pulser blir i.rekkefølge omdannet av transduserne til tilsvarende akustiske impulser eller stråler som sendes ut i vannet.

En andel av hver utsendt akustisk stråle blir reflektert fra mulige reflekterende gjenstander i banen eller for-plantningsveien og den øvrige del av strålen går videre og blir svekket av sjøbunnen 23. Refleksjonen fra et metallrør er av større intensitet enn fra en forholdsvis bløt.sjøbunn. Da forplantningstiden frem og tilbake for hver akustisk puls

og dennes ekko er direkte proporsjonal med avstanden mellom transduseren og røret, kan tidsmålinger omdannes til målinger av skråavstand, hvorved det fremkommer en sonar-avstandsbestemmelse eller -registrering. Anvendelse av to transdusere resulterer i én utførelse som er kjent som dobbeltvirkende sonar (dual-ranging sonar).

Målinger av skråavstand kan utføres som følger: de detekterte signaler blir fra sender/mottagerne 31, 32 overført til program-enheten 37 som behandler de detekterte signaler for frembringelse av en presentasjon eller fremvisning 38* på

katodestrålerøret 38, og for å gi en opptegning eller registrering på skriveren 39. Skriveren 39 har en penn eller et skrive-

organ (ikke vist) som foretar en markering på et papir i over-ensstemmelse med intensiteten av det.mottatte ekko. Pennen skriver over; et papirark og en klokkémekanisme. fremfører papiret vinder pennen. De elektriske utganger fra de to par transdusere

25, 25* og 26, 26' blir fortrinnsvis registrert på samme papirark, men på motsatte sider av en senterlinje som representerer det langsgående s<y>mmetriplan 50 for sleden 10 (fig> 6). På en slik registrering er et lyd-reflekterende objekt, så som en neddykket rørledning 22, lett avlesbar på grunn av den mørkere opptegning eller kurve som denne medfører. Ut fra den registrering som fremkommer ved hjelp av skriveren 39, kan de ønskede skrå-avstarider måles ut.

Den del av de akustiske impulser 42 som forplanter seg vertikalt nedad mot sjøbunnen 23, blir reflektert oppad som

ekkoer 43* . Disse ekkoer 43 * vil være de første som returnerer til transduserne og vil følgelig på skriveren 39 avstedkomme en opptegning som er mørkere og nærmere enn noen annen opptegning av sjøbunnen 23. Fra denne mørkere opptegning kan den vertikale avstand eller høyde H av transduserne over sjøbunnen 23 måles ut. Da transduserne er montert på sleden 10, er høyden H også høyden av sleden 10 i forhold til sjøbunnen 23.

Katodestrålerør^bildene 38' (fig. 7A og 7B) er presentasjoner oppnådd ved anvendelse av de fremre og de bakre

transdusere på sleden. Disse presentasjoner vil, når de sammen-holdes, vise posisjonene av begge ender av sleden i forhold til røret 22, i x/Y-koordinater. Høyden av sleden 10 kan også måles ut fra en vertikal skala 60 på presentasjonene,38'. Virkemåten av sonaren 24 skal nå forklares mer fullstendig under henvisning til (1) lokalisering av rørledningen 22, (2) sentrering av sleden 10 skrevs over rørledningen, og

(3) styring av sleden over rørledningen. Ved starten er den generelle beliggenhet av rør-ledningen 22 kjent. Prammen 14 beveges til det kjente område og sleden blir senket på linene 18, 19 til en høyde H^(fig. 3), f.eks. mellom 20 og 50 meter over sjøbunnen 23. Sonaren 24 blir energisert slik at det leveres elektriske pulser til senderseksjonen i sender/mottageren 32 som mater de fremre transdusere 26, 26'. Hver transduser utsender en akustisk impuls 4i.. Disse impulser rettes mest mot hverandre, dvs. mot planet 50 (fig.: 6). Det bemerkes på fig. 3 at rørledningen 22 ligger utenfor området for de akustiske stråler 42 som utsendes fra transduseren 26% men rørledningen 22 ligger innenfor området for de akustiske stråler 42 som kommer fra transduseren 26.

Høyden av sleden 10 og skrå-avstanden mellom transduseren 26 og rørledningen 22 fremkommer ved hjelp av skriveren 39 slik som tidligere forklart. En overskytende høydemåiing H kan også utføres på konvensjonell måte ved anvendelse av to trykkrdetektorer eller hydrofoner 35, 36 (fig. 1) for deteksjon av ankomsttidene fOr ekkosignalene, slik det vil innsees av fagfolk på området.

Sleden 10 slepes av prammen 14 i retning av.pilen 49 (fig. 4) inntil den skrå-avstanden som måles blir i det vesentlige lik høyden H^ (fig. 3). Mens sleden 10 beveges i retningen 49, vil den fra transduseren 26 * utsendte stråle til slutt begynne å treffe røret 22. Skrå-avstanden mellom transduseren 26* og rørledningen 22 fremkommer Også ved hjelp av skriveren 39.

Det er ønskelig å gjøre skrå-avstandene mellom transduserne 26 4 26' og rørledningen 22 i det vesentlige lik«. Når de virkelig blir nesten like, er den fremre enden av sleden 10 tilnærmet sentrert.

Sleden blir så senket til en høyde ^ som kan være mellom 5 og 10 meter (fig. 5). Begge par transdusere 26, 26' og

25, 25* blir så ehergisert, nemlig det ene par efter det andre.

I hvert par blir transduserne energisert efter hverandre. Sleden 10 blir så manøvrert inntil de fire transdusere på skriveren 39 frembringer målte høyderHjsom er hesten like, og målte skrå-avstander som er i det vesentlige like (fig. 6, 7). Når dette skjer vil det langsgående symmetriplan 50 for sleden 10

inneholde lengdeaksen for rørledningen 22.

Som tidligere beskrevet kan de målinger som er opp-nåelige fra skriveren 39, også bli oppnådd fra katodestrålerør-bilder eller -presentasjoner 38<*>som blir brukt under manøvrer-ingen av overflatefartøyene 14 og 21, og følgelig for manøvrering av sleden 10 slik at den ønskede sentrering av sleden skrevende over rørledningen 22 blir tilveiebrakt.

Fig. 7A viser et katodestrålerør-bilde 38* av den fremre ende av sleden.10, og fig. 7B viser et bilde 38* av den bakre ende av sleden. I hver av disse fremvisninger blir det frembrakt referansebilder av grave-enhetene 12, av pongtongene

40, 41, av røret 22 og av sjøbunnen 23. Referairseplanet 50 er vist med strekede, linjer. Referansebildene av røret 22 og sjø-bunnen 23 er likeledes vist med strekede linjer, mens deres virkelige avbildninger 22, 23 er vist med heltrukne linjer. Høyden H av sleden kan måles ut fra den Vertikale skala 60.

For sentrering av sleden over rørledningen blir sleden manøvrert'inntil de fremviste virkelige avbildninger (vist med . heltrukne linjer) av røret 22 og av sjøbunnen 23 faller sammen med deres respektive referansebilder 22 og 23 (som vist med strekede linjer) . Når dette skjer,, hviler sleden 10 på sjø-bunnen 23 og røret er symmetrisk plassert mellom enhetene 12 (fig. 8).

Grave-enhetene 12 som bæres av sleden, er hå klare til å grave en grøft 51 i det øyemed å nedgrave jpøret i denne ned til et nivå 22<*>. Grøften 51 og nivået 22' er vist med strekede linjer.

For overvåking av posisjonen av sleden i forhold, til rørledningen under.den fremadskridende nedgravnihg, vil energi-sering av de fremre transdusere 26, 26' være tilstrekkelig. Enhver avvikélse av det virkelige bilde av røret 22 i forhold til referansebildet av senterplanet 50 for sleden 10 vil bli angitt på katodestrålerør-presentasjonen 38' som vist i fig. 7A. Korreksjoner kan straks utføres av den som styrer prammen 14 for igjen å sentrere sleden i forhold til rørledningen.

Således kan hele nedgravningsoperasjonen utføres uten dykkerassistanse, endog på flere hundre meters vanndybde. Andre anvendelser av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil fremgå for fagfolk på området.

Claims (6)

1.F remgangsmåte for styring av en undervanns-konstruksjon omkring et neddykket, lydreflekterende objekt, ka r a k- , t er is er t ved at en dobbeltvirkende sonar er montert på et overfiatefartøy som sleper konstruksjonen, hvilken konstruksjon bærer i det minste to elektro-akustiske transdusere som er plassert med innbyrdes avstand og som tjener til i rekkefølge å utsende lydstråler i vannet og til å detektere ekkoene av lyd-strålene for registrering ved hjelp av sonaren, hvilke lydstråler rettes hovedsakelig nedad og mot hverandre, og at de registreringer som foretas.av sonaren blir anvendt på overflatefartøyet for å manøvrere konstruksjonen omkring det neddykkede objekt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, kar ak t er i- s e r t ved at de nevnte registreringer anvendes til å gi en kontinuerlig presentasjon av posisjonen av konstruksjonen i for hold til objektet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og/eller 2, karakterisert ved at konstruksjonen bærer fire elektro-akustiske transdusere som er plassert i avstand fra hverandre, at lydstråler i rekkefølge blir utsendt fra et første par transdusere og de ekkoer som detekteres av sonaren, blir brukt på overflatefartøyet til først å lokalisere Objektet og så til å styre konstruksjonen mot objektet, og at lydstråler så i rekke-følge blir utsendt fra begge par transdusere og de ekkoer som detekteres av sonaren, blir brukt på overflatefartøyet til å sentrere konstruksjonen over objektet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at transduserne er montert på, konstruksjonen ved hjørnene i.ét rektangel. .

5. :Fremgangsmåte for fjernmanøvrering av en rør- nedgravningsslede i vann, omkring en rørledning som ligger på sjøbunnen, hvilken slede omfatter to langstrakte pongtonger som er plassert i avstand fra hverandre, karakterisert ved at en .transduser er montert ved den fremre ende av-hyer <:> pongtong, at et sonar-navigasjonssystem er anbrakt på et over- fiatefartøy og er forbundet med transduserne gjennom en lang kabel inneholdende elektriske ledere, at elektriske signaler fra sonaren påtrykkes transduserne for å bevirke at disse i rekke- følge utsender lydstråler i vannet, at ekkoer blir detektert av trahsduserhé for registrering ved hjelp av sonaren, og at de. registrerte ekkoer blir brukt til først å lokalisere rørledningen og så til å manøvrere sleden mot og over rørledningen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, k a r a k t e r i- ;_■ :s er t ved at når sleden befinner seg over rørledningen, blir elektriske;signaler påtrykket et annet par .transdusere montert ved den bakre ende av pongtongene, for å bevirke.at begge par transdusere i rekkefølge utsender lydstråler inn i vannet, hvor hver transduser detekterer de ekkoer som er frembrakt av lyd- strålene fra samme transduser, at de ekkoer som detekteres av sonaren, blir brukt til å konstruere bilder av rørledningen og av sjøbunnen i forhold til konstruksjonen, og at bildene brukes på overflatefartøyet til å sentrere sleden skrevs over rør-ledningen.