專利名稱：系泊鋼纜無損檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼纜檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種系泊鋼纜無損檢測裝置和方法。
背景技術(shù)：
鋼纜被廣泛應(yīng)用于包括系泊系統(tǒng)在內(nèi)的眾多場合。1984年，美國研究人員曾對 8000多個從鋼纜實(shí)驗(yàn)室和應(yīng)用現(xiàn)場獲取的記錄進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明正在使用的鋼纜中，大約有10%其強(qiáng)度損耗超過15%，其中20%以上強(qiáng)度損耗超過額定強(qiáng)度的30%，換句話說，工作中的鋼纜中大約10%工作在具有潛在危險的狀態(tài)，其中2%以上工作在相當(dāng)危險的狀態(tài)；另一方面，已被更換下來的鋼纜中，70%以上僅有很少甚至沒有強(qiáng)度損耗。日本的統(tǒng)計結(jié)果也表明更換下來的鋼纜中，50%以上其強(qiáng)度達(dá)新品的90%以上，還有不少超過100%，也即它們還使用在磨合期。浮式處理裝置(又稱FPS0)是全海式油田開發(fā)的核心單元，是集油氣水處理、生活、 發(fā)電、熱站和原油外輸與一體的極為復(fù)雜的生產(chǎn)裝置，F(xiàn)PSO在油田的整個開發(fā)過程中往往扮演著重要角色，一旦出現(xiàn)問題將造成極為嚴(yán)重的后果。目前我國的FPSO大多采用轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)，實(shí)踐證明要保證此類FPSO的安全，必須先保證其單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的安全；因此單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的安全性對于FPSO至關(guān)重要。通過檢驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系泊系統(tǒng)鋼纜是整個單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，除了在日常使用中經(jīng)常發(fā)生斷絲和磨損外，在早期的安裝過程中也經(jīng)常使錨纜受到損傷，這些損傷都使得其強(qiáng)度大大降低。同時，由于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)經(jīng)常被設(shè)計成不解脫，更換錨纜不但影響生產(chǎn)，而且費(fèi)用和成本也很大。所以如何科學(xué)、準(zhǔn)確的評估受損錨纜的強(qiáng)度，具有非常重要的意義。系泊鋼纜無損檢測和評價就是在不破壞系泊鋼纜使用狀態(tài)的情況下，應(yīng)用一定的檢測技術(shù)和分析方法，對系泊鋼纜的狀態(tài)特性加以測定，并按一定的準(zhǔn)則對其評價的過程。 其中，系泊鋼纜檢測儀和檢測結(jié)果是最根本的，只有準(zhǔn)確獲取系泊鋼纜損傷缺陷的狀態(tài)，才談得上進(jìn)一步對系泊鋼纜的評價。目前已有的技術(shù)對鋼纜進(jìn)行無損探傷和定量檢測，主要是針對陸地上使用的鋼纜的一些檢驗(yàn)和檢測方案，而對于系泊鋼纜的無損檢驗(yàn)往往是通過潛水員在水下觀測，但這種檢測方法存在不可靠性和局限性。一方面，由于系泊鋼纜所處環(huán)境惡劣，鋼纜中斷絲、腐蝕磨損等問題要比預(yù)料得多，另一方面，內(nèi)部已經(jīng)正在劣化的鋼纜從外表根本看不出來，因此，現(xiàn)行的檢驗(yàn)方法存在著一定的盲目性和風(fēng)險性。由于鋼纜檢測手段和方法的不完善，目前系泊鋼纜的使用現(xiàn)狀是，雖然花費(fèi)很大的精力和時間進(jìn)行系泊鋼纜的各項(xiàng)檢驗(yàn)和檢測， 但是事故仍然經(jīng)常發(fā)生；即使不惜巨大浪費(fèi)實(shí)行定期更換，也讓人有某種程度的擔(dān)心。這就需要提供一種更加準(zhǔn)確、可靠的系泊鋼纜檢測方案，使得檢測人員能根據(jù)確切的檢測結(jié)果判斷在役系泊鋼纜的殘余強(qiáng)度，并在一定的情況下實(shí)測該系泊鋼纜的破斷拉力，掌握真正的安全系數(shù)。掌握了真正的安全系數(shù)既可確保安全運(yùn)行，又能決定更換日期，這將有利于安全生產(chǎn)，節(jié)約資源，以及有效利用資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于在各種水深環(huán)境下準(zhǔn)確可靠地檢測系泊鋼纜的無損檢測裝置和方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種系泊鋼纜無損檢測裝置，包括遠(yuǎn)程操縱潛水器、系泊鋼纜無損檢測儀和控制工具包，所述系泊鋼纜無損檢測儀安裝在所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上，所述系泊鋼纜無損檢測儀包括信號處理及采集部分和檢測部分，所述信號處理及采集部分設(shè)置在防水殼體內(nèi)，所述防水殼體安裝在所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上，所述檢測部分可操縱地通過所述控制工具包與所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)連接，所述遠(yuǎn)程操縱潛水器用于在水下環(huán)境運(yùn)載所述系泊鋼纜無損檢測儀，所述系泊鋼纜無損檢測儀由所述遠(yuǎn)程操縱潛水器帶到水下系泊鋼纜所在位置時，所述檢測部分在所述控制工具包的引領(lǐng)下對鋼纜進(jìn)行在線檢測，檢測到的數(shù)據(jù)傳送到所述信號處理及采集部分。優(yōu)選地，所述檢測部分為在待測鋼纜處產(chǎn)生磁場并檢測鋼纜漏磁信號的裝置，所述檢測部分的主體包括第一半環(huán)和第二半環(huán)，所述第一半環(huán)和所述第二半環(huán)以可開合的方式活動連接且合攏時界定套管形空間，所述控制工具包包括與第一半環(huán)相連的傳動桿件和用于驅(qū)動所述傳動桿件的驅(qū)動模塊，所述傳動桿件的運(yùn)動使得所述第一半環(huán)與所述第二半環(huán)打開或閉合，所述驅(qū)動模塊優(yōu)選為液壓油缸。優(yōu)選地，所述控制工具包還包括軸桿，所述軸桿的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿的另一端耦合到所述檢測部分并配置成所述軸桿的旋轉(zhuǎn)使得所述檢測部分在垂直所述軸桿的平面上轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，所述控制工具包還包括鉸接桿，所述鉸接桿的一端可樞轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述鉸接桿的另一端耦合到所述檢測部分并配置成所述鉸接桿的轉(zhuǎn)動使得所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，所述控制工具包還包括軸桿和鉸接桿，所述軸桿的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿的另一端耦合到所述檢測部分并配置成所述軸桿的旋轉(zhuǎn)使得所述檢測部分在垂直所述軸桿的平面上轉(zhuǎn)動，所述鉸接桿為中空筒狀，所述鉸接桿的一端可樞轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿套置于所述鉸接桿內(nèi)部，所述鉸接桿的轉(zhuǎn)動使得所述軸桿連同所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，所述信號處理及采集部分具有USB接口，所述防水殼體上為所述USB接口開設(shè)有可開閉的讀取窗。一種系泊鋼纜無損檢測方法，包括以下步驟
a.將包括信號處理及采集部分和檢測部分的系泊鋼纜無損檢測儀安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上，其中將所述信號處理及采集部分安置在防水殼體內(nèi)，通過所述控制工具包將所述檢測部分可操縱地與所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)連接；
b.操縱遠(yuǎn)程操縱潛水器運(yùn)送所述系泊鋼纜無損檢測儀進(jìn)入水下環(huán)境，將所述系泊鋼纜無損檢測儀帶到系泊鋼纜所在位置時，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)和所述控制工具包，引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測，所述檢測部分將檢測到的數(shù)據(jù)傳送到所述信號處理及采集部分；
c.操縱遠(yuǎn)程操縱潛水器攜采集到數(shù)據(jù)的所述系泊鋼纜無損檢測儀返回水面。優(yōu)選地，步驟b中所述檢測部分在待測鋼纜處產(chǎn)生磁場并檢測鋼纜漏磁信號，所述檢測部分的主體包括第一半環(huán)和第二半環(huán)，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括通過所述控制工具包中的驅(qū)動模塊驅(qū)動傳動桿件，打開連接在所述傳動桿件上的所述第一半環(huán)，將所述第一半環(huán)和所述第一半環(huán)扣合在待測鋼纜上，并沿鋼纜長度方向移動以實(shí)施檢測。更優(yōu)選地，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括在第一半環(huán)和第二半環(huán)扣合鋼纜前，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)控制可旋轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上的軸桿旋轉(zhuǎn)，帶動所述檢測部分旋轉(zhuǎn)以便所述檢測部分與鋼纜的長度方向平行。更優(yōu)選地，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括在第一半環(huán)和第二半環(huán)扣合鋼纜前，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)控制可樞轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上的鉸接桿樞轉(zhuǎn)，帶動所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動以便所述檢測部分與鋼纜的長度方向平行。
本發(fā)明有益的技術(shù)效果是
本發(fā)明中采用遠(yuǎn)程操縱潛水器(Remote Operate Vehicles，以下簡稱R0V)、系泊鋼纜無損檢測儀和控制工具包(或稱ROV工具包)，通過ROV在水下環(huán)境運(yùn)載系泊鋼纜無損檢測儀，由ROV帶到水下系泊鋼纜所在位置時，系泊鋼纜無損檢測儀的檢測部分(傳感器部分)在控制工具包的引領(lǐng)下對鋼纜進(jìn)行在線檢測，檢測到的數(shù)據(jù)傳送到無損檢測儀的信號處理及采集部分，再操縱ROV將檢測結(jié)果帶回，由此，本發(fā)明可有效實(shí)現(xiàn)深海系泊系統(tǒng)鋼纜的實(shí)時檢測，而通過獲取準(zhǔn)確可靠的在線檢測數(shù)據(jù)，可以及早地對鋼纜的無損探傷結(jié)果進(jìn)行定量分析和科學(xué)評判，掌握在役系泊鋼纜的殘余強(qiáng)度。相比現(xiàn)有的通過人員潛水實(shí)地獲取鋼纜檢測數(shù)據(jù)，本發(fā)明可適用于所有水下環(huán)境以及各種水深，對系泊鋼纜的斷絲、腐蝕和磨損都能進(jìn)行全面和準(zhǔn)確地檢測而不受人力和安全因素的限制，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明系泊鋼纜無損檢測裝置一個實(shí)施例的框架示意圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例中的ROV工具包和系泊鋼纜無損檢測儀的檢測部分的連接結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明另一個實(shí)施例中的ROV工具包的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4a-4b為圖3所示ROV工具包中的鉸接桿的俯視圖和側(cè)視圖； 圖5為本發(fā)明一個實(shí)施例中的檢測部分的檢測示意圖； 圖6為本發(fā)明一個實(shí)施例中的系泊鋼纜無損檢測儀的功能框圖； 圖7為本發(fā)明系泊鋼纜無損檢測方法一個實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請參閱圖1，在一種實(shí)施例中，系泊鋼纜無損檢測裝置包括ROV 100、控制工具包200和系泊鋼纜無損檢測儀300，所述系泊鋼纜無損檢測儀安裝在所述ROV 100上，所述系泊鋼纜無損檢測儀300包括信號處理及采集部分(未圖示)和檢測部分，所述信號處理及采集部分設(shè)置在防水殼體(未圖示)內(nèi)，所述防水殼體安裝在所述ROV 100上，所述檢測部分可操縱地通過所述控制工具包與所述ROV 100上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)(未圖示)連接，所述ROV用于在水下環(huán)境運(yùn)載所述系泊鋼纜無損檢測儀，所述系泊鋼纜無損檢測儀300由所述ROV帶到水下系泊鋼纜所在位置時，所述檢測部分在所述控制工具包的引領(lǐng)下對鋼纜進(jìn)行在線檢測，檢測到的數(shù)據(jù)傳送到所述信號處理及采集部分。較優(yōu)地，所述系泊鋼纜無損檢測儀以可拆卸的方式安裝在所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上。請參閱圖2，在優(yōu)選的實(shí)施例里，所述檢測部分為在待測鋼纜處產(chǎn)生磁場并檢測鋼纜漏磁信號的裝置，所述檢測部分的主體包括第一半環(huán)101和第二半環(huán)102，所述第一半環(huán)和所述第二半環(huán)以可開合的方式活動連接且合攏時界定套管形空間，所述控制工具包包括與第一半環(huán)101相連的傳動桿件201和用于驅(qū)動所述傳動桿件的驅(qū)動模塊202，所述傳動桿件的運(yùn)動使得所述第一半環(huán)101與所述第二半環(huán)打開或閉合，所述驅(qū)動模塊202優(yōu)選為液壓油缸。所述檢測部分還可以進(jìn)一步包括安裝在主體上的導(dǎo)輪，導(dǎo)輪可沿鋼纜滾動以帶動檢測部分沿鋼纜長度方向運(yùn)動以便實(shí)施檢測的。在較優(yōu)的實(shí)施例里，所述控制工具包還包括軸桿(未圖示)，所述軸桿的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在ROV上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿的另一端耦合到所述檢測部分， 所述軸桿旋轉(zhuǎn)時帶動所述檢測部分在垂直所述軸桿的平面上轉(zhuǎn)動。如圖3示，在較優(yōu)的實(shí)施例里，所述控制工具包還包括鉸接桿203，所述鉸接桿203 的鉸接端204可樞轉(zhuǎn)地安裝在ROV上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述鉸接桿的另一端耦合到所述檢測部分，所述鉸接桿203樞轉(zhuǎn)時帶動所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接端 204轉(zhuǎn)動。如圖2所示，驅(qū)動模塊202可以安裝在鉸接桿203上。在一個實(shí)施例里，所述控制工具包同時包括軸桿和鉸接桿203，所述軸桿的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在ROV上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿的另一端耦合到所述檢測部分，所述軸桿的旋轉(zhuǎn)可使所述檢測部分在垂直所述軸桿的平面上轉(zhuǎn)動，所述鉸接桿203為中空筒狀，所述鉸接桿的一端可樞轉(zhuǎn)地安裝在ROV上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿套置于所述鉸接桿203內(nèi)部，所述鉸接桿的樞轉(zhuǎn)使得所述軸桿連同所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接端204轉(zhuǎn)動。按此配置，控制工具包可以同時利用軸桿和鉸接桿調(diào)整檢測部分的傾角，以便與鋼纜的位置和走向相一致。鉸接桿203的具體形態(tài)可參見圖如和圖4b。圖5示意性地展示了一個實(shí)施例中的檢測部分在檢測鋼纜時的操作情況。在優(yōu)選的實(shí)施例里，所述信號處理及采集部分具有用于讀寫數(shù)據(jù)的USB接口，所述防水殼體上為所述USB接口單獨(dú)開設(shè)有可開閉的讀取窗，方便插入閃存盤快速地讀取數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施例中，系泊鋼纜無損檢測儀的功能框圖如圖6所示。該檢測儀的工作原理如下
檢測部分具有傳感器，其可勵磁而使鋼纜磁化飽和。當(dāng)受測鋼纜通過傳感部件時，傳感部件中的高磁積能稀土釹鐵硼永久磁鋼軸向、快速、深度磁化鋼纜并達(dá)到磁飽和；檢測部分實(shí)施鋼纜漏磁信號檢測與采集，鋼纜內(nèi)外部的斷絲、銹蝕、松股引發(fā)擴(kuò)散的漏磁信號，由聚磁環(huán)集中并通過周圍的磁敏元件獲取。鋼纜內(nèi)外部的金屬截面積的磨損變化引發(fā)的磁通量的變化，則被巧妙布置的磁敏元件獲取。根據(jù)鋼纜與傳感部件的相對位移由光電位置編碼器對數(shù)據(jù)處理部件發(fā)出采樣指令。信號處理與采集部分包括預(yù)處理單元(未圖示)、A D轉(zhuǎn)換單元、微處理器、存儲單元(未圖示)和USB接口。其中預(yù)處理單元包括對采集的信號進(jìn)行放大、濾波、整形等環(huán)節(jié)，所得模擬信號由 A D轉(zhuǎn)換單元處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸入存儲單元。A/D轉(zhuǎn)換單元可以用數(shù)據(jù)采集板，其可將經(jīng)過預(yù)處理的傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為可供計算機(jī)處理的數(shù)字信號，為實(shí)現(xiàn)缺陷的定量分析提供基礎(chǔ)。微處理器可基于(例如)MMC軟件協(xié)調(diào)各模塊的工作，控制數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)寫入等。USB接口提供微處理器和移動存儲設(shè)備例如閃存盤之間的通信通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從微處理器到移動存儲設(shè)備的傳輸；移動存儲設(shè)備作為外部的采集終端，可從信號處理與采集部分記錄和存儲所有檢測信息與數(shù)據(jù)，并將信息與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至計算機(jī)。信號處理與采集部分的電源可采用DC/DC 二級穩(wěn)壓電源的供電方式，提高檢測信號的信噪比和穩(wěn)定性。在計算機(jī)上，可采用專用軟件對檢測結(jié)果進(jìn)行分析診斷。例如基于理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計，基于多次的再學(xué)習(xí)，建立最小離散率的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，對解壓后的數(shù)字量進(jìn)行分析處理，實(shí)時顯示鋼纜內(nèi)外部的斷絲，銹蝕、磨損、金屬截面積變化的定性、定量的數(shù)值，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程提出診斷報告和治療方案。另外，也可以采用信號處理軟件，該軟件在小波變換分析的基礎(chǔ)上，連續(xù)、動態(tài)地觀察測量數(shù)據(jù)信號及其變化情況，同時具有對信號進(jìn)行定量分析的功能，可以對測量結(jié)果進(jìn)行定量分析。在另一方面，本發(fā)明還提供一種系泊鋼纜無損檢測方法，參見圖7，一種實(shí)施例的檢測方法包括如下步驟
步驟a.將包括信號處理及采集部分和檢測部分的系泊鋼纜無損檢測儀安裝在ROV 上，其中將所述信號處理及采集部分安置在防水殼體內(nèi)，通過所述控制工具包將所述檢測部分可操縱地與所述ROV上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)連接；
步驟b.操縱ROV運(yùn)送所述系泊鋼纜無損檢測儀進(jìn)入水下環(huán)境，將所述系泊鋼纜無損檢測儀帶到系泊鋼纜所在位置時，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)和所述控制工具包，引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測，所述檢測部分將檢測到的數(shù)據(jù)傳送到所述信號處理及采集部分；
步驟c.操縱ROV攜采集到數(shù)據(jù)的所述系泊鋼纜無損檢測儀返回水面。在一些實(shí)施例里，步驟b中所述檢測部分在待測鋼纜處產(chǎn)生磁場并檢測鋼纜漏磁信號，所述檢測部分的主體包括第一半環(huán)和第二半環(huán)，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括通過所述控制工具包中的驅(qū)動模塊驅(qū)動傳動桿件，打開連接在所述傳動桿件上的所述第一半環(huán)，將所述第一半環(huán)和所述第一半環(huán)扣合在待測鋼纜上，并沿鋼纜長度方向移動以實(shí)施檢測。在較優(yōu)的實(shí)施例里，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括在第一半環(huán)和第二半環(huán)扣合鋼纜前，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)控制可旋轉(zhuǎn)地安裝在ROV上的軸
8桿旋轉(zhuǎn)，帶動所述檢測部分旋轉(zhuǎn)以便所述檢測部分與鋼纜的長度方向平行。在較優(yōu)的實(shí)施例里，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括在第一半環(huán)和第二半環(huán)扣合鋼纜前，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)控制可樞轉(zhuǎn)地安裝在ROV上的鉸接桿樞轉(zhuǎn)，帶動所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動以便所述檢測部分與鋼纜的長度方向平行。更優(yōu)選地，可同時利用鉸接桿和軸桿調(diào)整檢測部分的轉(zhuǎn)動方向。在本發(fā)明方法的實(shí)施例中，均可參照于前述裝置實(shí)施例的特征來進(jìn)行優(yōu)化配置。以下進(jìn)一步說明各種實(shí)施例中可采用的檢測及采集方案。采用磁檢測方法檢測系泊鋼纜時，由于系泊鋼纜的特殊性，表面極不規(guī)則，加之系泊鋼纜的直徑很大，采用陸上的傳統(tǒng)方式進(jìn)行檢測就會造成磁場分布的不均勻性，使測量產(chǎn)生很大誤差。因此，對系泊鋼纜的磁化不能采取單回路勵磁的方式，而優(yōu)選采取周向多回路軸向勵磁的磁化方式。對于周向多回路軸向勵磁的磁化方式，主要考慮磁力線之間的干涉問題，由于磁場的非線性以及矢量性，多個磁場疊加之后，系泊鋼纜中的磁化強(qiáng)度不一定增加，因此在磁路設(shè)計時合理布置磁路，可保證多回路磁化的效果。本發(fā)明的方法可包括實(shí)施斷絲檢測的步驟。斷絲檢測可采用漏磁檢測方式，基于此方案的傳感器由勵磁裝置和漏磁檢測裝置兩部分組成。勵磁裝置將鋼纜磁化至一定的磁場強(qiáng)度，通常采用永久磁鋼作為勵磁的磁源；漏磁檢測裝置探測斷絲產(chǎn)生的擴(kuò)散漏磁場，用于這類磁場檢測的磁敏檢測元件有感應(yīng)線圈、霍爾元件、磁敏管等，感應(yīng)線圈檢測時的感應(yīng)輸出電壓隨線圈掃描磁場時速度的變化而變動，磁敏管的溫漂影響較大，因此，基于霍爾效應(yīng)的霍爾元件在檢測這類磁場時比較優(yōu)越。在系泊鋼纜斷絲檢測時斷絲斷口向外擴(kuò)散的漏磁場強(qiáng)度從斷口處向外圍呈空間負(fù)指數(shù)衰減，因而磁敏元件能夠探測到的內(nèi)部斷絲磁場強(qiáng)度將十分微弱。另一方面，鋼纜內(nèi)層上的斷絲產(chǎn)生的可被測量到的磁場因外層鋼絲的屏蔽效應(yīng)而變得更加微弱。優(yōu)選地，可以實(shí)施聚磁檢測，即在系泊鋼纜斷絲檢測中采用基于聚磁檢測技術(shù)的漏磁場測量方法，探測不同層次上的鋼纜斷絲產(chǎn)生的漏磁場，均布于鋼纜周向的聚磁環(huán)將鋼纜產(chǎn)生的漏磁場收集導(dǎo)向到霍爾元件中，讓霍爾元件探測鋼纜周向某一周向角范圍內(nèi)的平均磁場。根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例，還可包括磨損信號檢測的步驟。一般情況下，對系泊鋼纜的磨損檢測采用測量鋼纜主磁通的方法，在這種測量方法中，檢測元件通常采用檢測線圈，這就給鋼纜現(xiàn)場檢測帶來兩個問題，(1)由于線圈必須纏繞在鋼纜上，造成傳感器的安裝極為麻煩；(2)檢測線圈的靈敏度與鋼纜相對于線圈的運(yùn)行速度有關(guān)。采用霍爾元件測量磁場具有無速度影響的優(yōu)點(diǎn)，且能獲得絕對磁場的量值。但是，當(dāng)將霍爾元件直接置于磁化鋼纜的主磁路測量時，由于回路內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度很大 (一般在0. 6 1. 0T)，霍爾元件的輸出信號飽和，對微小的磁場變化將不敏感。為此，優(yōu)選采用磁橋回磁路測量，將霍爾元件置于磁橋路中測量磁感應(yīng)強(qiáng)度在平衡點(diǎn)處的微小變化(磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在士 IOOmT內(nèi))，從而保證霍爾元件的高靈敏度和線性度。在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的系泊鋼纜無損檢測方法還進(jìn)一步包括基于檢測信號對系泊鋼纜缺陷進(jìn)行定量分析的步驟，所述檢測與定量分析包括以下內(nèi)容
9標(biāo)定一對于斷絲檢測，確定門限值，實(shí)現(xiàn)鋼纜斷絲的定量分析； 參數(shù)設(shè)置一提供不同結(jié)構(gòu)的鋼纜參數(shù)及定量分析所需的參數(shù)； 在線采集一當(dāng)傳感器沿鋼纜運(yùn)動時，光碼盤發(fā)出外觸發(fā)信號，將傳感器的信號采集到計算機(jī)里，實(shí)現(xiàn)檢測信號的等空間采樣，保證定量分析； 歷史數(shù)據(jù)一對以往采集到信號進(jìn)行離線分析； 歷史結(jié)果一對過去的分析結(jié)果進(jìn)行重新顯示； 波形分析一對采集到的信號進(jìn)行波形顯示。優(yōu)選地，所述定量分析步驟包括以下至少一個方面的分析和處理過程 1、斷絲信號的定量識別
系泊鋼纜的斷絲信號表現(xiàn)為突變信號，由于鋼纜斷絲缺陷分布狀態(tài)與集中程度存在的不確定性直接影響著檢測信號的變化，從而使得定量反映斷絲狀態(tài)的信息被包含在信號變化的多方面特征中，如信號的峰峰值、波形寬度、變化率等。因此，對于斷絲缺陷定量識別， 采用基于特征抽取的方法提取信號的特征模式，然后進(jìn)行模板匹配實(shí)現(xiàn)缺陷的定量分析。2、磨損缺陷的定量分析
根據(jù)磁橋回路檢測原理可知鋼纜的金屬截面積Sw為5；=之―式^ ,所以當(dāng)傳感器測出恥后，鋼纜的截面積Sw可由上式計算得到。系泊鋼纜磨損對應(yīng)的磁通量的變化量實(shí)際是整個磁路磁通變化的絕對變化，由理論分析可知，鋼纜的磨損量與元件輸出的信號幅值之間成正比例關(guān)系。由于元件在士 IOOmT 內(nèi)的輸出呈線性關(guān)系，為確保在實(shí)際測量過程中傳感器有盡可能大的測量范圍，在傳感器設(shè)計階段，應(yīng)保證主磁路的磁特性與即將檢測的鋼纜的磁特性盡可能一致，也就是使流經(jīng)平衡磁路中的磁通量接近于零。另外，系泊鋼纜的磨損檢測實(shí)際上是測量磁路中磁場的絕對強(qiáng)度，測量的是各點(diǎn)磨損的實(shí)際大小，因此，系泊鋼纜變形以及斷絲引起的漏磁場對檢測結(jié)果會有很大影響，為此，必須在軟件上采用平滑技術(shù)，減小突變漏磁場的影響。3、銹蝕的定量檢測
系泊鋼纜的銹蝕主要可以分為點(diǎn)蝕和腐蝕兩類，銹蝕造成鋼纜有效金屬截面積的減少，不僅破斷載荷要降低，而且由于應(yīng)力裂紋引起發(fā)脆，使疲勞早期出現(xiàn)。顯著的銹蝕還會降低鋼纜的彈性。目前，對于系泊鋼纜銹蝕的定量檢測還缺乏有效的手段，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，采用當(dāng)量銹蝕的概念對銹蝕實(shí)現(xiàn)定量評價。所謂當(dāng)量銹蝕的概念是從鋼纜的強(qiáng)度出發(fā)， 分析不同銹蝕程度對鋼纜強(qiáng)度的影響，結(jié)合磁性檢測的檢測結(jié)果，給出一個定量指標(biāo)，確定系泊鋼纜的使用狀況。在一個實(shí)施例里，特別來說，可包括以下優(yōu)選步驟對于系泊鋼纜的點(diǎn)蝕等局部缺陷通過漏磁場檢測方法檢出，將其信號強(qiáng)度與特征和斷絲信號相比較，確定出鋼纜的點(diǎn)蝕程度與鋼纜斷絲數(shù)之間的關(guān)系；對于鋼纜的腐蝕等大范圍的缺陷，采用磁橋回路原理將其檢測出來，確定鋼纜銹蝕后的有效金屬截面積，結(jié)合系泊鋼纜的強(qiáng)度理論， 給出系泊鋼纜由于銹蝕造成的實(shí)際承載截面積。上述實(shí)施例中的系泊鋼纜銹蝕定量檢測方法可以有效和較準(zhǔn)確地檢測出銹蝕的程度。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種系泊鋼纜無損檢測裝置，其特征在于，包括遠(yuǎn)程操縱潛水器、系泊鋼纜無損檢測儀和控制工具包，所述系泊鋼纜無損檢測儀安裝在所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上，所述系泊鋼纜無損檢測儀包括信號處理及采集部分和檢測部分，所述信號處理及采集部分設(shè)置在防水殼體內(nèi)，所述防水殼體安裝在所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上，所述檢測部分可操縱地通過所述控制工具包與所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)連接，所述遠(yuǎn)程操縱潛水器用于在水下環(huán)境運(yùn)載所述系泊鋼纜無損檢測儀，所述系泊鋼纜無損檢測儀由所述遠(yuǎn)程操縱潛水器帶到水下系泊鋼纜所在位置時，所述檢測部分在所述控制工具包的引領(lǐng)下對鋼纜進(jìn)行在線檢測，檢測到的數(shù)據(jù)傳送到所述信號處理及采集部分。
2.如權(quán)利要求1所述的系泊鋼纜無損檢測裝置，其特征在于，所述檢測部分為在待測鋼纜處產(chǎn)生磁場并檢測鋼纜漏磁信號的裝置，所述檢測部分的主體包括第一半環(huán)和第二半環(huán)，所述第一半環(huán)和所述第二半環(huán)以可開合的方式活動連接且合攏時界定套管形空間，所述控制工具包包括與第一半環(huán)相連的傳動桿件和用于驅(qū)動所述傳動桿件的驅(qū)動模塊，所述傳動桿件的運(yùn)動使得所述第一半環(huán)與所述第二半環(huán)打開或閉合，所述驅(qū)動模塊優(yōu)選為液壓油缸。
3.如權(quán)利要求2所述的系泊鋼纜無損檢測裝置，其特征在于，所述控制工具包還包括軸桿，所述軸桿的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿的另一端耦合到所述檢測部分并配置成所述軸桿的旋轉(zhuǎn)使得所述檢測部分在垂直所述軸桿的平面上轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求2所述的系泊鋼纜無損檢測裝置，其特征在于，所述控制工具包還包括鉸接桿，所述鉸接桿的一端可樞轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述鉸接桿的另一端耦合到所述檢測部分并配置成所述鉸接桿的轉(zhuǎn)動使得所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求2所述的系泊鋼纜無損檢測裝置，其特征在于，所述控制工具包還包括軸桿和鉸接桿，所述軸桿的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿的另一端耦合到所述檢測部分并配置成所述軸桿的旋轉(zhuǎn)使得所述檢測部分在垂直所述軸桿的平面上轉(zhuǎn)動，所述鉸接桿為中空筒狀，所述鉸接桿的一端可樞轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上并耦合到所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，所述軸桿套裝于所述鉸接桿內(nèi)部，所述鉸接桿的轉(zhuǎn)動使得所述軸桿連同所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的系泊鋼纜無損檢測裝置，其特征在于，所述信號處理及采集部分具有USB接口，所述防水殼體上為所述USB接口開設(shè)有可開閉的讀取窗。
7.一種系泊鋼纜無損檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 a.將包括信號處理及采集部分和檢測部分的系泊鋼纜無損檢測儀安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上，其中將所述信號處理及采集部分安置在防水殼體內(nèi)，通過所述控制工具包將所述檢測部分可操縱地與所述遠(yuǎn)程操縱潛水器上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)連接；b.操縱遠(yuǎn)程操縱潛水器運(yùn)送所述系泊鋼纜無損檢測儀進(jìn)入水下環(huán)境，將所述系泊鋼纜無損檢測儀帶到系泊鋼纜所在位置時，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)和所述控制工具包，引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測，所述檢測部分將檢測到的數(shù)據(jù)傳送到所述信號處理及采集部分；c.操縱遠(yuǎn)程操縱潛水器攜采集到數(shù)據(jù)的所述系泊鋼纜無損檢測儀返回水面。
8.如權(quán)利要求7所述的系泊鋼纜無損檢測方法，其特征在于，步驟b中所述檢測部分在待測鋼纜處產(chǎn)生磁場并檢測鋼纜漏磁信號，所述檢測部分的主體包括第一半環(huán)和第二半環(huán)，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括通過所述控制工具包中的驅(qū)動模塊驅(qū)動傳動桿件，打開連接在所述傳動桿件上的所述第一半環(huán)，將所述第一半環(huán)和所述第一半環(huán)扣合在待測鋼纜上，并沿鋼纜長度方向移動以實(shí)施檢測。
9.如權(quán)利要求8所述的系泊鋼纜無損檢測方法，其特征在于，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括在第一半環(huán)和第二半環(huán)扣合鋼纜前，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)控制可旋轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上的軸桿旋轉(zhuǎn)，帶動所述檢測部分旋轉(zhuǎn)以便所述檢測部分與鋼纜的長度方向平行。
10.如權(quán)利要求8或9所述的系泊鋼纜無損檢測方法，其特征在于，所述引領(lǐng)所述檢測部分對鋼纜進(jìn)行在線檢測進(jìn)一步包括在第一半環(huán)和第二半環(huán)扣合鋼纜前，通過所述運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)控制可樞轉(zhuǎn)地安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上的鉸接桿樞轉(zhuǎn)，帶動所述檢測部分圍繞所述鉸接桿的鉸接部轉(zhuǎn)動以便所述檢測部分與鋼纜的長度方向平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種系泊鋼纜無損檢測裝置，包括遠(yuǎn)程操縱潛水器、系泊鋼纜無損檢測儀和控制工具包，系泊鋼纜無損檢測儀安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上，系泊鋼纜無損檢測儀包括信號處理及采集部分和檢測部分，信號處理及采集部分設(shè)置在防水殼體內(nèi)，防水殼體安裝在遠(yuǎn)程操縱潛水器上，檢測部分可操縱地通過控制工具包與遠(yuǎn)程操縱潛水器上的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)連接，遠(yuǎn)程操縱潛水器用于在水下運(yùn)載系泊鋼纜無損檢測儀，系泊鋼纜無損檢測儀由遠(yuǎn)程操縱潛水器帶到水下系泊鋼纜所在位置時，檢測部分在控制工具包的引領(lǐng)下對鋼纜進(jìn)行在線檢測，檢測到的數(shù)據(jù)傳送到信號處理及采集部分。還公開了一種相應(yīng)的系泊鋼纜無損檢測方法。本發(fā)明尤其適于在各種水深準(zhǔn)確可靠地檢測鋼纜。
文檔編號G01N27/72GK102426188SQ20111036348
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者葉衛(wèi)列, 陳瑞峰 申請人:深圳市潤渤船舶與石油工程技術(shù)有限公司