RU2688634C1

RU2688634C1 - Towed device

Info

Publication number: RU2688634C1
Application number: RU2018133426A
Authority: RU
Inventors: Руслан Хайдарович Юсипов; Вадим Николаевич Белотелов; Виктор Михайлович Махов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Транскор-К"
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-05-21

Abstract

FIELD: geophysics.SUBSTANCE: invention relates to the field of studies of territories and structures, in particular to recording characteristics of parameters of physical fields of objects and territories, and can be used in different fields of application, such as geophysical research, diagnostics of buildings and extended structures, for example pipelines, seismic survey, field anomaly detection system, for example considering stress-strain state of structure and features (potentially hazardous areas, defects of continuity of metal and other materials, leaks of the transported product, search for ore deposits and hidden objects). Device comprises a frame, a facility for placing on said frame of at least one device, recording parameter of physical field, placed in a protective waterproof housing, at least one buoyancy change means, protection means ensuring integrity of the device when in contact with the bottom and/or with other underwater objects, as well as facilities providing stiffness of the whole structure, at that, the device is made with possibility of towing, and the frame is equipped with hydraulic stabilizers, in the form of floating anchors-parachutes or water anchors, providing tension of tow ropes.EFFECT: high accuracy of determining characteristics of the physical field of an underwater object while simplifying hardware design.9 cl

Description

Изобретение относится к области исследований территорий и сооружений, в частности, к регистрации характеристик параметров физических полей скрытых или открытых подземных или подводных объектов и территорий, и может быть использовано в разных сферах применения, таких как геофизические исследования, диагностика зданий и протяженных сооружений, например, трубопроводов, сейсморазведка, система поиска аномалий полей, например, с учетом напряженно-деформированного состояния конструкции и особенностей (потенциально опасных участков, дефектов сплошности металла и других материалов, утечек транспортируемого продукта, поиска рудных месторождений и скрытых предметов).The invention relates to the field of research areas and structures, in particular, to register the characteristics of the parameters of the physical fields of hidden or open underground or underwater objects and territories, and can be used in various applications, such as geophysical surveys, diagnostics of buildings and lengthy structures, for example pipelines, seismic prospecting, a field anomaly search system, for example, taking into account the stress-strain state of the structure and features (potentially dangerous areas, Combustion of metal and other materials, leakage of the transported product, search for ore deposits and hidden objects).

Известна (RU, патент 2451309, опубл. 20.05.2012) подводная исследовательская сейсмическая система для использования при подземных сейсмических исследованиях, содержащая исследовательское судно и по меньшей мере одну сейсмокосу, выполненную с возможностью буксирования судном; причем сейсмокоса связана с детектирующей аппаратурой, контроллером глубины погружения, по меньшей мере одним задатчиком высоты и системой рулевого управления; при этом контроллер глубины погружения и указанный, по меньшей мере, один задатчик высоты выполнены с возможностью удерживания сейсмокосы в положении вблизи морского дна при буксировании ее судном; при этом контроллер глубины погружения является активно управляемым устройством и обеспечивает вертикальное и - горизонтальное маневрирование, а указанный, по меньшей мере, один задатчик высоты выполнен с возможностью поддержания положения и осуществления коррекции положения сейсмокосы по высоте над морским дном; детектирующая аппаратура выполнена с возможностью приема и записи данных, когда сейсмокоса находится в движении относительно морского дна при ее буксировании судном.Known (RU, patent 2451309, publ. 20.05.2012) underwater research seismic system for use in underground seismic surveys, containing a research vessel and at least one seimosoku made with the possibility of towing the vessel; moreover, the seismocos is connected with the detecting equipment, the controller of the depth of immersion, at least one setpoint height and steering system; wherein the controller of the depth of immersion and the specified at least one setpoint height is made with the possibility of holding seimoskosy in a position near the seabed when towing her vessel; the dive depth controller is an actively controlled device and provides vertical and horizontal maneuvering, and the specified at least one height adjuster is configured to maintain the position and correct the position of the seismic plane above the seabed; the detecting equipment is designed to receive and record data when the seismic mowing device is in motion relative to the seabed when it is towed by the vessel.

Недостатком известного устройства следует признать невысокую точность регистрируемых характеристик физического поля и ограниченность применения (лишь для сейсмического сигнала).A disadvantage of the known device is the low accuracy of the recorded characteristics of the physical field and the limited application (only for a seismic signal).

Известно (RU, патент 2454684, опубл. 27.06.2012) буксируемое устройство для электромагнитной съемки, включающее: несущую раму передатчика круговой формы или приближающейся к круговой; контур передатчика для генерирования первичного магнитного поля в направлении земли, при этом несущая рама передатчика поддерживает контур передатчика; соединительные тросы и буксирный трос для подвешивания несущей рамы передатчика с летательного аппарата, при этом каждый соединительный трос снабжен первым концом, с помощью которого подвешен соответствующий участок окружности несущей рамы передатчика, и концом, противоположным первому концу, соединяющимся с буксирным тросом; несколько натяжных тросов, которые отходят от центрального узла к соответствующим участками несущей рамы передатчика; трубчатую несущую раму приемника, образующую многоугольное или круговое кольцо, поддерживаемой, по меньшей мере, несколькими натяжными тросами; оболочку, расположенную внутри несущей рамы приемника; и устройство контура сенсорного устройства, подвешенное при помощи упругих элементов внутри оболочки, при этом оболочка подвешена с помощью упругих дополнительных элементов со стороны несущей рамы приемника.It is known (RU, patent 2454684, publ. 27.06.2012) a towed device for electromagnetic shooting, comprising: a carrier frame of a transmitter of a circular shape or approaching a circular shape; a transmitter circuit for generating a primary magnetic field in the direction of the earth, while the transmitter carrier frame supports the transmitter circuit; connecting cables and towing cable for suspending the carrier frame of the transmitter from the aircraft, each connecting cable provided with a first end, through which the corresponding section of the carrier’s frame of the transmitter is suspended, and the opposite end of the first end connecting to the towline; several tension cables that depart from the central node to the corresponding sections of the transmitter carrier frame; a tubular support frame receiver, forming a polygonal or circular ring, supported by at least a few tension cables; a shell located inside the carrier frame of the receiver; and the device contour of the sensor device, suspended using elastic elements inside the shell, while the shell is suspended using elastic additional elements from the carrier frame of the receiver.

Устройство предназначено только для аэрогеологии.The device is intended only for aerogeology.

Известно буксирное устройство для подводных носителей аппаратуры (SU, авторское свидетельство 683150, опубл. 23.11. 1987), состоящее из кабель-буксира, по длине которого распределены съемные элементы цилиндрической формы, в которых размещены грузы или носители аппаратуры. Съемные элементы шарнирно прикреплены к кабель-буксиру с использованием кронштейнов и зажимов. Кроме этого каждый съемный элемент жестко связан с обтекателем, который выполнен в виде гидродинамической поверхности и состоит из двух симметричных секций, шарнирно соединенных носовыми частями с возможностью фиксации хвостовых частей в сложенном положении.A towing device for underwater equipment carriers is known (SU, inventor's certificate 683150, publ. 23.11. 1987), consisting of a cable-tug, along whose length cylindrical removable elements are distributed, in which the cargo or equipment carriers are placed. Removable elements are pivotally attached to the cable-tug using brackets and clamps. In addition, each removable element is rigidly connected to the fairing, which is made in the form of a hydrodynamic surface and consists of two symmetric sections, pivotally connected by nose pieces with the possibility of fixing the tail parts in the folded position.

Недостатком устройства является прерывистость буксируемой линии, имеющей протяженные участки кабель-буксира, не защищенные обтекателями, что снижает эксплуатационную надежность линии. Это связано с тем, что буксировка линии сопровождается сильными колебаниями, вызванными нестационарностью потока в кильватерном следе. Вследствие этого происходит произвольное разворачивание шарнирно закрепленных съемных блоков, скручивание кабель-буксира, раскрытие обтекателей, что может привести в повреждению кабельной системы. Также недостатком следует признать невысокую точность измерения параметров физического поля вследствие недостаточной фиксации ориентации датчиков по направлению регистрации векторов физических полей.The disadvantage of this device is the discontinuity of the towed line, having extended sections of the cable-tug, not protected by fairing, which reduces the operational reliability of the line. This is due to the fact that the towing of the line is accompanied by strong fluctuations caused by unsteady flow in the wake. As a result, there is an arbitrary unfolding of hinged removable blocks, twisting the cable-tug, disclosure of the fairing, which can lead to damage to the cable system. Also, the disadvantage is the low accuracy of measuring the parameters of the physical field due to insufficient fixation of the orientation of the sensors in the direction of registration of the vectors of physical fields.

Указанный источник информации принят в качестве ближайшего аналога.The specified source of information adopted as the closest analogue.

Техническая проблема, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в расширении арсенала средств исследования физических полей различных подводных объектов.The technical problem solved by the use of the developed device consists in expanding the arsenal of tools for studying the physical fields of various underwater objects.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении точности определения характеристик физического поля подводного объекта при одновременном упрощении аппаратурного оформления.The technical result achieved in the implementation of the developed device is to improve the accuracy of determining the characteristics of the physical field of the underwater object while simplifying the hardware design.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное буксируемое устройство. Разработанное буксируемое устройство предназначено для размещения, по меньшей мере, одного перемещаемого вдоль выбранной оси прибора для регистрации физических полей над поверхностью подводного объекта. Оно содержит раму, средство размещения на указанной раме, по меньшей мере, одного прибора, регистрирующего параметр физического поля, размещенного в защитном водонепроницаемом корпусе, по меньшей мере, одного средства изменения плавучести, средств защиты, обеспечивающих сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средств, обеспечивающих жесткость всей конструкции, при этом устройство выполнено с возможностью буксировки, которая осуществляется с использованием самодвижущегося судна на поверхности воды или в толще воды.To achieve the technical result proposed to use the developed towed device. The designed towed device is designed to accommodate at least one device moved along the selected axis for recording physical fields above the surface of the underwater object. It contains a frame, means for placing on said frame at least one device registering a parameter of a physical field, placed in a protective waterproof case, at least one means of changing buoyancy, means of protection ensuring the safety of the device in contact with the bottom and / or with other underwater objects, as well as means of providing rigidity to the whole structure, the device being designed to be towed, which is carried out using a self-propelled vessel on the surface water or in the water column.

В предпочтительном варианте реализации устройство выполнено с возможностью буксировки с использованием, по меньшей мере, двух лееров, закрепленных на устройстве с образованием системы растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции.In a preferred embodiment, the device is configured to be towed using at least two rails attached to the device to form a system of stretch marks, ensuring uniform transfer of tension to the structural elements.

В некоторых вариантах реализации разработанного устройства буксировку осуществляется с использованием двух лееров (тросов), сброшенных с судна и закрепленных на левом и правом концах конструкции.In some embodiments of the developed device, towing is carried out using two handrails (cables), dropped from the vessel and fixed on the left and right ends of the structure.

Однако, не исключен вариант реализации, при котором буксировку осуществляют с использованием нескольких лееров, в том числе образующих кошель (трал) или иную систему растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции.However, it is not excluded an embodiment in which towing is carried out using several handrails, including those forming a purse (trawl) or other system of stretch marks, ensuring uniform transfer of tension to the structural elements.

Рама может быть дополнительно оборудована гидростабилизаторами, обеспечивающими стабилизацию перемещения и плавность хода устройства, а также равномерность движения в режиме многочисленных течений и разных направлений ветра и волн и путем натяжения буксировочных лееров за счет тормозного усилия, прикладываемого к задней части конструкции; причем, предпочтительно, гидростабилизаторы дополнительно снабжены средствами изменения плавучести, обеспечивающими в совокупности требуемую плавучесть задней части конструкции, необходимую для максимально приближенного к горизонтальному положению конструкции.The frame can be additionally equipped with hydraulic stabilizers, providing stabilization of movement and smoothness of the device, as well as the uniformity of movement in the mode of numerous currents and different wind directions and waves and by pulling towing rails due to the braking force applied to the rear of the structure; moreover, preferably, the hydraulic stabilizers are additionally provided with means for changing the buoyancy, which together provide the required buoyancy of the rear part of the structure necessary for the structure as close as possible to the horizontal position.

Гидростабилизаторы могут быть выполнены в виде плавучих якорей-парашютов или водяных якорей (фирма «Attackpoint», РФ - конусовидных, пирамидальных, парашют штормовой дороги, Жордана). Количество гидростабилизаторов зависит от необходимости корректировки курса устройства при наличии смещающих течений в разных направлениях (поперечном, сдвиговом и т.п.).Hydraulic stabilizers can be made in the form of floating anchors, parachutes or water anchors (the company "Attackpoint", the Russian Federation - conical, pyramidal, the parachute of the storm road, Jordan). The number of hydraulic stabilizers depends on the need to adjust the heading of the device in the presence of bias currents in different directions (transverse, shear, etc.).

Их обычно закрепляют на задней части рамы.They are usually fixed on the back of the frame.

Устройство может дополнительно содержать крепление для размещения, по меньшей мере, одного средства подводной навигации, обеспечивающего определение положения устройства под водой в каждый момент времени и/или его пространственной ориентации.The device may further comprise a mount for accommodating at least one means of underwater navigation, providing for determining the position of the device under water at any time and / or its spatial orientation.

В частности, устройство может быть оборудовано системой инерциальной навигации, позволяющей определять перемещения устройства и его пространственную ориентацию; также устройство может быть оборудовано инклинометром и системой определения курсовой ориентации для определения ориентации устройства, причем для определения курсовой ориентации буксируемое устройство может содержать, например, магнитометр (компас).In particular, the device can be equipped with an inertial navigation system, which allows to determine the movement of the device and its spatial orientation; the device can also be equipped with an inclinometer and a course orientation system for determining the orientation of the device, and, for determining the course orientation, the towed device may contain, for example, a magnetometer (compass).

В некоторых вариантах реализации для определения ориентации устройство содержит, по меньшей мере, пару приборов подводной навигации, расположенных в разнесенных на конструкции местах.In some embodiments, for determining orientation, the device comprises at least a pair of underwater navigation devices located in spaced locations on the structure.

Устройство предпочтительно содержит источник электрической энергии или кабель подключения к внешнему источнику электрической энергии, в частности, к электрической системе буксирующего плавсредства.The device preferably contains a source of electrical energy or a cable connecting to an external source of electrical energy, in particular, to the electrical system of the towing craft.

В зависимости от варианта реализации разработанного устройство оно может быть выполнено с возможностью передачи информации от приборов и систем, закрепленных на раме, по радиоканалу, гидроакустическому каналу, проводному каналу или иному доступному каналу связи, при этом возможен вариант, когда на устройстве установлено репрограммируемое запоминающее устройство (РПЗУ), к которому подключены выходы всех приборов и систем. После окончания работы записанную информацию о зарегистрированных параметрах физического поля с РПЗУ переносят в память персонального компьютера.Depending on the implementation of the developed device, it can be configured to transmit information from instruments and systems mounted on the frame, over the air, hydroacoustic channel, wired channel or other available communication channel, and it is possible that the device is reprogrammable (RPZU), which is connected to the outputs of all instruments and systems. After completion of the work, the recorded information on the registered parameters of the physical field with the RPZU is transferred to the memory of the personal computer.

Сущность разработанного технического решения будет проиллюстрирована на примере реализации устройства, а также на примере его использования.The essence of the developed technical solution will be illustrated by the example of the device implementation, as well as by the example of its use.

Буксируемое устройство содержит раму прямоугольной формы, на которой установлены магнитометр бесконтактный сканирующий и видео-камеры, по проводному каналу подключенных к бортовому компьютеру буксировщика, на раме закрепили два якоря-парашюта, с разнесением мест крепления на противоположные боковые стороны рамы. К энергопотребляющим узлам присоединили внешние источники электропитания. К раме также закрепили два леерас образованием системы растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции. На раме также закрепили два средства изменения плавучести, выполненных в виде мешков из эластичного водо- и газонепроницаемого материала и подключенных через редуктор к газовому баллону, защитные кожуха, обеспечивающие сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средства, обеспечивающих жесткость всей конструкции, в виде перемычек. На раме также разместили пространственно разнесенные три маяка, предназначенных для определения положения и ориентации устройства в каждый момент времени, что позволит провести устройство над осью исследуемого объекта (трубопровода) с известной относительной ориентацией. Результаты сканирования позволили качественно собрать данные регистрации магнитного поля трубопровода и выявить аномалии напряженно-деформированного состояния. Затем в тех же условиях была проведена съемка магнитограммы по заявленному способу.The towed device contains a rectangular frame, on which a non-contact scanning magnetometer and video cameras are installed. They are connected to the onboard computer of the towing vehicle via a wired channel. Two parachute anchors are fixed on the frame, with separation points mounted on opposite sides of the frame. External power supplies were connected to the power-consuming nodes. Two railings were also attached to the frame with the formation of a system of stretch marks ensuring uniform transfer of tension to the structural elements. The frame also secured two means of changing buoyancy, made in the form of bags of elastic water and gas-tight material and connected through a reducer to a gas cylinder, protective covers that ensure the safety of the device when in contact with the bottom and / or with other underwater objects, as well as providing rigidity of the whole structure, in the form of jumpers. Three beacons, spatially separated, were also placed on the frame, designed to determine the position and orientation of the device at each moment in time, which will allow the device to be held over the axis of the object (pipeline) with a known relative orientation. The results of the scan made it possible to qualitatively collect data on the recording of the magnetic field of the pipeline and to reveal anomalies of the stress-strain state. Then, in the same conditions, a magnetogram was recorded by the claimed method.

Устройство было использовано следующим образом.The device was used as follows.

Просканировали разработанным устройством вдоль оси подводного трубопровода, по меньшей мере, частично заглубленного в грунт, при наличии смещающих поперечных течений и волнения 5 баллов. Движение конструкции с датчиками контролировали системой гидростабилизаторов, установленной на выше охарактеризованном устройстве. Разработанный способ позволяет в каждый момент времени или в конкретные моменты времени определять положение и пространственную ориентацию датчиков.Scanned by the developed device along the axis of the underwater pipeline, at least partially buried in the ground, in the presence of shifting transverse currents and waves of 5 points. The movement of the structure with the sensors was controlled by a hydraulic stabilizer system mounted on the above characterized device. The developed method allows at each time point or at specific points in time to determine the position and spatial orientation of the sensors.

По итогам сканирования был получен массив данных, которые анализировали в постобработке и по которым выстроили карту распределения измеренной физической величины вдоль линейной координаты объекта. Карта выстроили с использованием наложения массива полученных данных на заранее подготовленную карту измеряемого объекта.Based on the scan results, an array of data was obtained, which were analyzed in the post-processing and on which they plotted the distribution map of the measured physical quantity along the linear coordinate of the object. The map was built using the overlay of the received data array on the previously prepared map of the object being measured.

На следующем этапе осуществили анализ данных сканирования с учетом поправки, вносимой за счет известных положения и ориентации всех датчиков по предлагаемому способу. В результате применения способа удалось избавиться от помех, связанных с неравномерностью движения магнитометра и получить магнитограмму, характеризующую реальное состояние объекта исследованияAt the next stage, the analysis of the scan data was carried out, taking into account the amendment introduced by the known position and orientation of all sensors by the proposed method. As a result of the application of the method, it was possible to get rid of the noise associated with the uneven movement of the magnetometer and to obtain a magnetogram characterizing the real state of the object of study

Как следует из полученных результатов, выравнивание движения регистрирующего устройства с применением предлагаемого способа позволило избавиться от помех, вызванных рывками и недопустимыми отклонениями при перемещении магнитометра вдоль оси объекта. При плавном поступательном равномерном движении системы регистрации удалось получить подтверждение того, что аномалии распределения магнитного поля вдоль оси скрытого объекта отсутствуют, т.е. удалось избавиться от ложных сигналов (показаний на наличие несуществующих дефектов трубопровода).As follows from the obtained results, the alignment of the motion of the recording device using the proposed method made it possible to get rid of interference caused by jerks and unacceptable deviations when moving the magnetometer along the axis of the object. With a smooth progressive uniform motion of the registration system, it was possible to obtain confirmation that there are no anomalies in the distribution of the magnetic field along the axis of the hidden object, i.e. managed to get rid of spurious signals (indications for the presence of non-existent pipeline defects).

Claims

1. A towed device for placing at least one device moved along a selected axis for registering physical fields above a hidden or open object, characterized in that it contains a frame, means for placing at least one device on said frame registering the parameter of the physical field placed in a protective waterproof case, at least one means of changing the buoyancy, means of protection, ensuring the safety of the device in contact with the bottom and / or with other underwater objects as well as means providing rigidity to the whole structure, while the device is designed to be towed using a self-propelled vessel on the water surface or in the water column, while the frame is additionally equipped with hydraulic stabilizers, in the form of floating anchors, parachutes or water anchors providing tension towing towers due to the braking force applied to the rear part of the structure, and the hydraulic stabilizers are additionally equipped with means for changing buoyancy, ensuring in aggregate, the required buoyancy of the rear part of the structure, necessary for the structure to be as close as possible to the horizontal position.

2. The device according to p. 1, characterized in that it is made with the possibility of towing at least two lines attached to the device with the formation of a system of stretch marks, ensuring uniform transfer of tension to the structural elements.

3. The device according to p. 1, characterized in that the hydraulic stabilizers are mounted on the rear of the frame.

4. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a mount for accommodating at least one means of underwater navigation, ensuring the determination of the position of the device under water at each time and / or its spatial orientation.

5. The device according to p. 4, characterized in that it is equipped with an inertial navigation system to determine its movement and spatial orientation.

6. The device according to claim 5, characterized in that it is equipped with an inclinometer and a course orientation system for determining the orientation of the device.

7. The device according to p. 6, characterized in that it contains a magnetometer (compass) for determining the directional orientation.

8. The device according to claim 5, characterized in that for determining the orientation, it contains at least a pair of underwater navigation instruments located in spaced locations on the structure.

9. The device according to claim 1, characterized in that it contains a source of electrical energy or a cable connecting to an external source of electrical energy.