一种海底管线检测信息实时传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋勘测技术领域，尤其涉及一种海底管线信息检测实时传输系统。
【背景技术】
[0002]随着我国海洋油气资源的开发，围绕我国海洋油气资源开发而大规模建设的海底管线数量不断攀升，已经从1999年的2000多公里增加到现在的6000多公里，在各个钻井平台之间以及钻井平台与内陆工业基地之间形成了纵横交错的海底油气管线网，这些海底油气管线网已经成为我国国防工业现代化建设的重要生命线工程。但由于恶劣的海底环境，使得海底管线因疲劳效应、材料腐蚀老化和海底地质变化等多方面因素的破坏，常常因损伤累积发生管线泄漏甚至管线断裂的恶劣事故，造成了巨大的经济损失和严重的海洋生态环境破坏。海底管线实时在线监测，进而实现管线健康安全实时在线评估，是亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的在于提供一种海底管线检测信息实时传输系统，能将海底管线传感器监测到的结果，通过水下通信网络系统实时传输给舰船监控系统，实现海底管线的实时在线监测。
[0004]实现本发明目的的技术方案:
[0005]—种海底管线信息检测实时传输系统，海底管线上设有传感器，其特征在于:包括海底管线固定节点子系统、浮标节点子系统、舰船监控子系统，
[0006]海底管线固定节点子系统中，每个海底管线固定节点具有传感器接口单元、第一罗经模块、第一 DSP信号处理单元、第一信号发射调理单元和第一矢量换能器，传感器接口单元输出端、第一罗经模块输出端接第一 DSP信号处理单元，第一 DSP信号处理单元输出端接第一信号发射调理单元，第一信号发射调理单元输出端接第一矢量换能器；
[0007]浮标节点子系统中，每个浮标节点具有第二矢量换能器、第二信号发射调理单元、第二信号接收调理单元、第二罗经模块和第二 DSP信号处理单元，第二矢量换能器分别与第二信号发射调理单元输出端、第二信号接收调理单元输入端连接，第二信号发射调理单元输入端、第二信号接收调理单元输出端与第二 DSP信号处理单元连接，第二罗经模块输出端接第二 DSP信号处理单元；
[0008]舰船监控子系统具有第三矢量换能器、第三信号接收调理单元、第三DSP信号处理单元和PC机，第三矢量换能器接第三信号接收调理单元输入端，第三信号接收调理单元输出端接第三DSP信号处理单元，第三DSP信号处理单元经接口电路接PC机；
[0009]第二矢量换能器和第一矢量换能器之间可相互发送接收信息，第二矢量换能器和第三矢量换能器之间可相互发送接收信息。
[0010]第一信号发射调理单元和第二信号发射调理单元的电路结构为，由D/A转换电路、电压跟随电路、发射功率调配电路、功率放大电路、阻抗匹配电路依次连接组成。
[0011]第二信号接收调理单元、第三信号接收调理单元的电路结构为，由低噪声放大电路、带通滤波器电路、电压一级放大电路、AGC自动增益控制电路、A/D转换电路依次连接组成。
[0012]海底管线固定节点子系统还具有值班电路，值班电路输入端接传感器接口单元，值班电路根据传感器接口单元的信号，控制第一 DSP信号处理单元进入工作状态或休眠状
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[0013]第一信号发射调理单元和第二信号发射调理单元中的功率放大电路采用D类功放。
[0014]第一信号发射调理单元和第二信号发射调理单元中的发射功率调配电路采用四阻通道全集成固态电位器。
[0015]第二信号接收调理单元、第三信号接收调理单元中的低噪声放大电路结构为，低噪声放大芯片(U1)的输入端接第三非极性电容(C3)，低噪声放大芯片(U1)的输出端接第四非极性电容(C4)，低噪声放大芯片(U1)经滤波电路接电源。
[0016]第二矢量换能器和第一矢量换能器之间可相互发送接收信息，第二矢量换能器和第三矢量换能器之间可相互发送接收信息。
[0017]本发明具有的有益效果:
[0018]本发明专利提供了一种海底管线检测信息实时传输系统，包括海底管线固定节点、浮标节点、舰船监控三个子系统，具有小型化、系统化、低功耗、实时性的优点，能将海底管线传感器监测到的结果通过水下通信网络系统实时传输给舰船监控系统，实现海底管线的实时在线监测。本发明能够有效降低检测成本，实现对海底管线的全程化、立体化、网络化在线实时监测，有助于进一步提高海底管线使用寿命，有效避免因海底油气管线损坏给石油公司造成的经济损失甚至对生态环境的破坏，对海洋油气资源安全生产开发以及海洋生态环境保护具有深远的意义，同时，面对数量逐年攀升的海底管线网络，海底管线实时监测系统具有可观的市场前景。
[0019]本发明接收端即第二信号接收调理单元、第三信号接收调理单元中，设置有低噪声放大电路，通过对接收到的前端模拟信号低噪声放大，可有效降低水声信道高噪声对通信结果的干扰。
[0020]本发明发送端即第一信号发射调理单元和第二信号发射调理单元中设有发射功率调配电路，且发射功率调配电路采用四阻通道全集成固态电位器，使得功率放大电路可实现功率限制和直流监测保护，功率限制是指限制功率放大器输出的最大功率，避免矢量换能器在超过额定功率是损坏，直流监测保护是指可以防止输入电容短路产生的持续输出直流电压而导致所述矢量换能器烧毁。
[0021]本发明第一信号发射调理单元和第二信号发射调理单元中，采用D类功放功率放大电路，本发明海底管线固定节点子系统设有值班电路，均能够有效降低系统功耗。其中，值班电路可根据是否收到传感器唤醒信号来确定所述DSP信号处理单元进入工作状态还是休眠状态，增加系统持续工作时间，确保海底管线实时监测系统安全可靠运行。
[0022]本发明第一矢量换能器、第二矢量换能器、第三矢量换能器均采用圆管形式，外设充油屏蔽保护套，能够有效延长设备使用寿命，保证工作可靠性。
【附图说明】
[0023]图1是本发明海底管线固定节点子系统框图；
[0024]图2是本发明浮标节点子系统框图；
[0025]图3是本发明舰船监控子系统框图；
[0026]图4是本发明第一信号发射调理单元和第二信号发射调理单元的电路框图；
[0027]图5是本发明第二信号接收调理单元、第三信号接收调理单元的电路框图；
[0028]图6是本发明接收调理单元中的低噪声放大电路原理图。
【具体实施方式】
[0029]本发明提供一种海底管线检测信息实时传输系统，包括海底管线固定节点子系统、浮标节点子系统、舰船监控子系统。
[0030]海底管线固定节点子系统，主要实现海底管线传感器波形数据和水声波形数据文件的采集并且上传采集的波形数据信息。如图1所示，每个海底管线固定节点子具有传感器接口单元、第一罗经模块、第一 DSP信号处理单元、第一信号发射调理单元和第一矢量换能器，传感器接口单元输出端、第一罗经模块输出端接第一 DSP信号处理单元，第一 DSP信号处理单元输出端接第一信号发射调理单元，第一信号发射调理单元输出端接第一矢量换能器。传感器接口单元作为所述海底管线固定节点子系统输入端，提供与海底管线监测所用传感器接口，包括IIC、UART、SPI三种接口电路，用于连接安装于海底管线上的传感器。第一罗经模块提供本节点姿态方位信息，所采集到的姿态方位信息通过IIC通讯协议连接第一 DSP信号处理单元。第一 DSP信号处理单元采用低功耗、高速、高性能DSP芯片，完成对海底管线监测传感器采集到的信号进行处理并进行存储，并在所述DSP芯片中完成信号同步、信道分析、信道均衡以及对处理结果发送前的数字信号调制。DSP芯片采用型号为TMS320C2834X。第一矢量换能器采用收发合置形式，通过收发转换电路实现发射和接收功能的转换。海底管线固定节点子系统还具有值班电路，值班电路输入端接传感器接口单元，值班电路根据传感器接口单元的信号，控制第一 DSP信号处理单元进入工作状态或休眠状
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[0031]如图4所示，第一信号发射调理单元由D/A转换电路、电压跟随电路、发射功率调配电路、功率放大电路、阻抗匹配电路依次连接组成。阻抗匹配电路输出端接第一矢量换能器，D/A转换电路输入端接第一 DSP信号处理单元。所说功率放大电路采用D类功放，D类功放芯片型号为TPA3112型号。所说发射功率调配电路采用四阻通道全集成固态电位器MAX5160调节发射功率，所说D/A转换电路参考电压为基准，实现后端发射功率从0到100%精准平滑调节，从而使得功率放大电路具有功率限制和直流监测保护功能，功率限制可