基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置及方法与流程

本发明涉及海缆入水角检测，尤其涉及一种基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置及方法。

背景技术：

1、海缆在敷缆过程中容易出现过度弯曲打扭的情况，容易破坏海缆结构，使其不能正常工作，严重危害了海缆敷缆过程中的安全可靠性。传统的应对方法是采用导缆笼进行海缆敷缆作业，但是导缆笼具有只适合浅海的局限性，而且导缆笼过于笨重，大大增加了敷缆作业的工作量。目前主要采用的是悬链线敷缆方法，具体做法是测出电缆的入水角和入犁角等参数，导入具体的模型中得到悬链线，对敷缆作业进行指导。

2、在海缆敷缆作业中，实时获取海缆入水角十分重要。而很多情况下仅仅是相关工作人员凭经验判断，这种方式不够准确且耗费较高的人工成本。目前还有采用图像识别对入水段海缆的姿态进行三维重构然后对入水角进行估计的方式，这种方式对摄像头的安装位置和拍摄质量要求较高，因为海缆入水处特殊的水上水下环境，要布置不影响海缆敷缆的多维度高清摄像机不仅难度很大且成本也较高，并且进行三维重构需要实时传送大容量照片，不仅对通信链路要求较高，还要耗费大量的算力进行图像处理。

技术实现思路

1、本发明提供基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置及方法，解决的技术问题在于：如何较为简单且精准地测量海缆入水角。

2、为解决以上技术问题，本发明提供基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，包括采用弹簧钢片制作而成的弹簧钢片海缆导轨，以及沿着所述弹簧钢片海缆导轨的长度方向等间隔均匀布置在所述弹簧钢片海缆导轨上的多个应变片弯曲传感器，所述弹簧钢片海缆导轨的一端固定在敷缆船上。

3、优选的，所述弹簧钢片海缆导轨设置成截面为小半圆环的长导管结构，所述小半圆环的内半径大于或等于海缆的半径。

4、优选的，当所述弹簧钢片海缆导轨水平放置，以所述长导管结构与水平面的切线为对称线，所述应变片弯曲传感器对称贴合在所述长导管结构的外弧面的底部。

5、优选的，相邻两个所述应变片弯曲传感器之间在所述弹簧钢片海缆导轨上的距离大于等于1米小于等于2米。

6、优选的，所述弹簧钢片海缆导轨的长度位于安全敷缆时的最小入水角和最大入水角时入水段海缆的长度之间。

7、优选的，所述应变片弯曲传感器上设置有报警模块，当该应变片弯曲传感器测得的弯曲角度值超过其预设范围时，所述报警模块进行报警。

8、本发明还提供一种基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测方法，其关键在于，包括步骤：

9、s1、将所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置安装于敷缆船上；

10、s2、将海缆放置于所述弹簧钢片海缆导轨上，开始入水敷缆；

11、s3、布置在所述弹簧钢片海缆导轨上的多个应变片弯曲传感器输出其测量的弯曲角度值；

12、s4、根据当前时刻的多个弯曲角度值获取当前时刻的所述弹簧钢片海缆导轨上的海缆的位形；

13、s5、根据获取的海缆的位形推算当前时刻的海缆入水角。

14、进一步地，所述步骤s4包括步骤：

15、s41、将当前时刻的多个弯曲角度值与弯曲角度值标准库中进行匹配，并判断弯曲角度值标准库中是否有相似度在预设阈值上的弯曲角度预设值组合，若是则进入下一步，若否则进行报警；所述弯曲角度值标准库为提前标定的在各个允许的海缆入水角下第一个应变片弯曲传感器、第二个应变片弯曲传感器至第n个应变片弯曲传感器的弯曲角度值；

16、s42、将相似度最高的弯曲角度预设值组合所对应的海缆位形作为输出。

17、进一步地，在所述步骤s41中，当前时刻的多个弯曲角度值与弯曲角度值标准库中的第i组弯曲角度预设值组合之间的相似度di通过下式计算：

18、

19、其中，a1,a2,…,an表示当前时刻的第一个应变片弯曲传感器、第二个应变片弯曲传感器至第n个应变片弯曲传感器的弯曲角度值，bi1,bi2,…,bin表示第i组弯曲角度预设值组合中第一个应变片弯曲传感器、第二个应变片弯曲传感器至第n个应变片弯曲传感器的弯曲角度值。

20、进一步地，在所述步骤s3中，当有应变片弯曲传感器测得的弯曲角度值超过其预设范围时，进行报警，然后停止敷缆。

21、本发明提供的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置及方法，基于弹簧钢片的弹性应变特性采用弹簧钢片制作了弹簧钢片海缆导轨，该弹簧钢片海缆导轨会随着海缆的弯曲而弯曲，不影响海缆的正常敷缆，同时该给海缆一个导向作用，使得入水段的海缆不容易弯曲打扭。基于应变片弯曲传感器对于材料结构应变的高精度、分布式传感测量特性，将应变片弯曲传感器等间隔均匀地粘贴在弹簧钢片海缆导轨上，利用应变片弯曲传感器来检测海缆导轨的弯曲程度，从而得到海缆敷缆过程中的入水角信息，这种方式结构简单，运算简单，检测精度较高，同时弹簧钢片海缆导轨不仅不会影响海缆敷缆，反而对海缆敷缆有所帮助。

技术特征：

1.基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，其特征在于，包括采用弹簧钢片制作而成的弹簧钢片海缆导轨(1)，以及沿着所述弹簧钢片海缆导轨(1)的长度方向等间隔均匀布置在所述弹簧钢片海缆导轨(1)上的多个应变片弯曲传感器(2)，所述弹簧钢片海缆导轨(1)的一端固定在敷缆船上。

2.根据权利要求1所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，其特征在于：所述弹簧钢片海缆导轨(1)设置成截面为小半圆环的长导管结构，所述小半圆环的内半径大于或等于海缆的半径。

3.根据权利要求2所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，其特征在于：当所述弹簧钢片海缆导轨(1)水平放置，以所述长导管结构与水平面的切线为对称线，所述应变片弯曲传感器(2)对称贴合在所述长导管结构的外弧面的底部。

4.根据权利要求2所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，其特征在于：相邻两个所述应变片弯曲传感器(2)之间在所述弹簧钢片海缆导轨(1)上的距离大于等于1米小于等于2米。

5.根据权利要求2所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，其特征在于：所述弹簧钢片海缆导轨(1)的长度位于安全敷缆时的最小入水角和最大入水角时入水段海缆的长度之间。

6.根据权利要求1所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置，其特征在于：所述应变片弯曲传感器(2)上设置有报警模块，当该应变片弯曲传感器(2)测得的弯曲角度值超过其预设范围时，所述报警模块进行报警。

7.基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测方法，其特征在于，包括步骤：

8.根据权利要求7所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测方法，其特征在于，所述步骤s4包括步骤：

9.根据权利要求8所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测方法，其特征在于，在所述步骤s41中，当前时刻的多个弯曲角度值与弯曲角度值标准库中的第i组弯曲角度预设值组合之间的相似度di通过下式计算：

10.根据权利要求8所述的基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测方法，其特征在于，在所述步骤s3中，当有应变片弯曲传感器(2)测得的弯曲角度值超过其预设范围时，进行报警，然后停止敷缆。

技术总结
本发明涉及海缆入水角检测技术领域，具体公开了一种基于应变片弯曲传感器的海缆入水角检测装置及方法，基于弹簧钢片的弹性应变特性采用弹簧钢片制作了弹簧钢片海缆导轨，该弹簧钢片海缆导轨会随着海缆的弯曲而弯曲，不影响海缆的正常敷缆，同时该给海缆一个导向作用，使得入水段的海缆不容易弯曲打扭。基于应变片弯曲传感器对于材料结构应变的高精度、分布式传感测量特性，将应变片弯曲传感器等间隔均匀地粘贴在弹簧钢片海缆导轨上，利用应变片弯曲传感器来检测海缆导轨的弯曲程度，从而得到海缆敷缆过程中的入水角信息，这种方式结构简单，运算简单，检测精度较高，同时弹簧钢片海缆导轨不仅不会影响海缆敷缆，反而对海缆敷缆有所帮助。

技术研发人员：李彦,张志刚,虞乾浩,曾濠,周迪,杜杨
受保护的技术使用者：浙江启明海洋电力工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15