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CN116136610B - 水下电成像仪 - Google Patents

水下电成像仪

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CN116136610B
CN116136610B CN202111365697.9A CN202111365697A CN116136610B CN 116136610 B CN116136610 B CN 116136610B CN 202111365697 A CN202111365697 A CN 202111365697A CN 116136610 B CN116136610 B CN 116136610B
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Abstract

水下电成像仪:一种水下远距离隐蔽探测仪器,在水下箱体的两个正交方向布置两对探测杆。每一个方向为一个检测单元。利用微电阻率电成像原理,由近到远,分层旋转连续探测箱体周围各个方向电流线路的微电阻率。干扰源的存在必然引起探测电流线路微电阻率的变化。由正交两条探测电流线路的交点确定出干扰源位置,实现远距离隐蔽探测。本发明具有以下特点:1.探测电流是封闭的,外部仪器无法感知,具有极强的隐蔽性。2.仪器没有运动部件,可靠性强。3.仪器由一般材料一般加工而成,成本低,经济性好。4.探测是依靠电流进行的,延时极小。5.探测只探测探测线路的电阻率,受水流波动影响极小。应用在潜艇,舰艇,海岸探测,海洋搜救,地质勘探领域。

Description

水下电成像仪
(一)技术领域
本发明涉及潜艇及舰艇水下探测仪器,特别是利用微电阻率进行电成像探测的水下电成像仪。
(二)背景技术
在潜艇及舰艇水下探测领域,现阶段主要是利用声呐进行水下远距离探测。而石油勘探领域则经常利用微电阻率电成像仪进行地下地层情况的探测。
声呐的按工作方式可分为主动声呐和被动声呐;按装备对象可分为水面舰艇声呐、潜艇声呐、航空声呐、便携式声呐和海岸声呐等。
外界条件对声呐工作性能的影响很严重。传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等都对声呐的有显著影响。
由于声呐水下探测运用非常悠久,各种规避干扰声呐探测的技术层出不穷。因此有必要开发一种全新的有效的隐蔽的水下探测仪器。
微电阻率扫描成像仪的基本结构是在相互垂直的四个极板上安装的推靠井壁的阵列电极结构。测量时由推靠器把极板推靠到井壁上,由推靠器极板发射一交变电流,使电流通过井筒内钻井液柱和地层构成的回路回到仪器上部的回路电极。极板中部的阵列电极向井壁发射电流,为了能使阵列电极发射的电流垂直进入井壁,在极板推靠器和极板金属构件上施加一个同相的电位,迫使阵列电极电流聚焦发射。在均匀介质中测量时,每个电极电流和总电流的比值是确定的,与介质的电阻率无关。在井筒内,钻井液电阻率和地层电阻率的不同改变了聚焦电流和电极电流的电流线分布,电极电流和总电流的比值也发生变化。仪器根据如上信息确定井下地层情况。
近年来水下探测的相关专利如下:
专利号为:CN:2020073542:W的名为《UNDERWATER DETECTOR,AND DEVICE ANDMETHOD FOR MEASURING FLOW VELOCITY AND FLOW DIRECTION OF GROUNDWATER》专利。此专利具有:1-红外传感模块:2-电子罗盘;3-指示器;4-光源;5-密封玻璃;6-动力组件;7-处理器模块;8-金属配重;9-主轴;10-密封外壳;11-缆线;12-绞车;13-操作面板。
此专利是利用红外线进行探测的,很明显这种探测方法不能进行远距离隐蔽探测。
专利号为:CN202011031971.4的名为《一种水下多波段交叉线阵激光三维扫描系统》专利。此专利涉及一种水下多波段交叉线阵激光三维扫描系统,包括:载体,用于控制本系统在水下空间进行目标物体扫描,并获取系统实时惯导数据;水下激光发射单元,搭载在所述载体上,所述水下激光发射单元包括多个不同波段的线性激光器,各线性激光器发射的激光线两两交叉,与目标物表面形成多激光波段的交叉线阵;水下成像仪,搭载在所述载体上,用于采集表面覆盖所述交叉线阵的目标物的图像序列;控制单元,用于接收所述的惯导数据和所述的图像序列,从所述图像序列中提取交叉线阵坐标数据,再基于三角三测距原理,计算得到目标物交叉线阵上各点与水下成像仪的相对坐标,将所述惯导数据与所述相对坐标相结合,得到目标物表面交叉线阵的空间坐标。
此专利利用激光阵列进行探测,显然也不能进行远距离隐蔽探测。
(三)发明内容
为了开发一种全新的有效的隐蔽的水下远距离隐蔽探测仪器,在水下箱体的两个正交方向布置两对探测杆。每一个方向为一个检测单元。利用微电阻率电成像原理,由近到远,分层旋转连续探测箱体周围各个方向电流线路的微电阻率。干扰源的存在必然引起探测电流线路微电阻率的变化。由正交两条探测电流线路的交点确定出干扰源位置。从而实现远距离隐蔽探测。
本发明的目的是这样实现的:
在水下箱体的两个正交方向布置两对探测杆。每个探测杆是在隔离管上均匀布置24个控制电极,12个检测电极,在端部中心特别布置一个检测电极。每个检测电极有发射电极和集束套组成,有集束套约束发射电极的电流成细线状。各电极与箱体之间绝缘并且密封。
本发明的探测模式有3种:
模式1:例行检测模式
24个控制电极对电压相同,并且由低到高,再由高到低循环。12个检测电极对施加电压也相同,控制电路检测这12对电极之间的电流。当某一对检测电极电流出现偏差时,表明这一回路有干扰源存在。根据控制电极对电压的高低,确定干扰源的远近;由两对个正交探测杆1、检测杆2和检测杆3、检测杆4检测情况确定干扰源位置。
模式2:精确定位模式
24个控制电极对中的21个电压相同,12个检测电极对中的某一个检测电极对应的控制电极对以及其相邻的电极对电压小与其它电极对电压,并且这两个相邻电极对电压大小连续变化,使得探测杆周围电压分布连续变化。以上过程顺序对12个检测电极连续施加,使得检测电流沿着检测杆轴线连续转到,从而可以无死角的对箱体周围进行检测。参见模式1,根据各个控制电极对电压的高低,确定干扰源的远近;有由两个正交探测杆检测情况精确确定干扰源位置。
模式3:远程定位模式
24个控制电极对的工作模式参见模式2,这种模式下均匀分布的12个检测电极也作为控制电极使用,参与对检测杆中心的第13个检测电极作为检测电极的精确控制。工作情况如同模式2,检测杆中心的第13个检测电极可以无死角的对箱体周围进行远距离检测。参见模式1,根据各个控制电极对电压的高低,确定干扰源的远近;由两个正交探测杆检测情况精确确定远程干扰源位置。
(四)附图说明
本发明的具体结构由以下的实施方式及其附图给出:
附图1是本发明水下电成像仪的剖视图。
附图2是本发明水下电成像仪检测杆的剖视图。
附图3是本发明水下电成像仪检测杆的剖视图做成放大图。
附图4是本发明水下电成像仪检测电极的剖视图。
附图5是本发明水下电成像仪检测杆的轴侧图。
附图6是本发明水下电成像仪检测电极的轴侧图。
附图7是本发明水下电成像仪检测杆的左视图。
附图8是本发明水下电成像仪工作原理图。
附图9是本发明水下电成像仪轴侧图。
其中(1)箱体、(2)检测杆1、(3)检测杆2、(4)控制盒、(5)电流1、(6)电流2、(7)电流3、(8)电流4、(9)电流5、(10)检测杆3、(11)检测杆4、(101)法兰、(201)隔离管、(202)检测电极、(203)控制电极、(204)线缆、(205)螺栓、(206)密封圈1、(20201)发射电极、(20202)隔离套、(20203)集束套、(20204)密封圈2、(20205)密封圈3、(20206)集束套导线、(2021)检测电极1、(2022)检测电极2、(2023)检测电极3、(2024)检测电极4、(2026)检测电极6、(2020)检测电极0、(20211)检测电极11、(20212)检测电极12、(2031)控制电极1、(2032)控制电极2、(20312)控制电极12、(20324)控制电极24。
参照附图1:箱体(1)前后安装有检测杆1(2)、检测杆2(3),箱体(1)内有控制盒(4);电成像仪(2)电成像仪(3)与控制盒(4)通过线缆(204)相连;检测杆1(2)、检测杆2(3)、检测杆3(10)、检测杆4(11)内部结构相同。
参照附图2、附图3、附图5:检测杆1(2)通过螺栓(205)固定在法兰(101)上;检测杆1(2)有隔离管(201)其上镶有24个控制电极(203),13个检测电极(202),各电极通过线缆(204)与控制盒(4)相连;密封圈1(206)用来密封检测杆1与法兰(101)之间的连接。
参照附图4、附图6:检测电极(202)是在隔离管(20202)内有发射极(20201),外有集束管(20203);隔离管(20202)与发射极(20201)之间由密封圈3(20205)密封集束管(20203)通过集束管导线(20206)与控制盒(4)连接;检测电极(202)与隔离管(201)之间的密封是密封圈2(20204)。
参照附图7:在检测杆1(2)的隔离管(201)外均匀布置有24个控制电极(203),分别为:控制电极1(2031)、控制电极2(2032)、控制电极12(20312)…控制电极24(20324);在其端部45度方向均匀布置有12个检测电极(202),分别为:检测电极1(2021)、检测电极2(2022)、检测电极3(2023)、检测电极4(2024)…检测电极6(2026)、…检测电极11(20211)、检测电极12(20212);在端部中心有检测电极0(2020)。
参照附图8:检测杆1(2)连接正电位,检测杆2(3)连接负电位,两个检测杆(2)、(3)之间外部通过海水电流导通。
两个检测杆(2)、(3)的控制电极(2031)之间外部电流线为电流1(5),两个检测杆(2)、(3)的控制电极(20312)之间外部电流线为电流5(9)。
两个检测杆(2)、(3)的检测电极1(2021)之间外部电流线为电流2(6),两个检测杆(2)、(3)的检测电极1(2026)之间外部电流线为电流4(8);两个检测杆(2)、(3)的检测电极1(2020)之间外部电流线为电流3(7)。
以上附图只是为了叙述方便,在检测杆1(2)的隔离管(201)外均匀布置有24个控制电极(203)其实这个布置数量可以根据需求,任意布置。相应的,在其端部45度方向均匀布置有12个检测电极(202),这个布置数量也是任意的。而且检测杆的对数也是任意的,两个检测杆1(2)、检测杆2(3)连接的正负电位也是任意的,检测电流及控制电压不限于直流电,也可以是脉冲电流以及交流电。
参照附图9:在箱体外侧检测杆1(2)、检测杆2(3)正交方向布置检测杆3(10)、检测杆4(11)。以上有关检测杆1(2)、检测杆2(3)所述,对于检测杆3(10)、检测杆4(11)也成立。
本发明不限于应用在潜艇,舰艇,海岸探测,海洋搜救等领域,也可以应用在地质勘探领域。
(五)具体实施方式
按照附图4在发射极(20201)上安装密封圈3(20205)及集束管导线(20206)。把密封圈2(20204)安装在隔离套(20202)上,套上集束管(20203)并且把集束管导线(20206)连接到集束管(20203)上。把发射极(20201)插入隔离套(20202)中。其轴侧图为附图6。
把以上安装好的检测电极(202)按照附图2、附图3所示,安装在隔离管(201)上。并在其上安装控制电极(203)、密封圈1(206),连接上线缆(204)。此过程为检测杆1(2)、检测杆2(2)、检测杆3(10)、检测杆4(11)安装过程。附图5为检测杆1(2)、检测杆2(2)、检测杆3(10)、检测杆4(11)的轴侧图。
按照附图9安装:箱体(1)、检测杆1(2)、检测杆2(3)、控制盒(4)、检测杆3(10)、检测杆4(11)。
本发明的工作过程如下:
模式1:
1.检测杆1(2)连接正电位,检测杆2(3)连接负电位,检测杆1(2)、检测杆2(3)之间;检测杆3(10)、检测杆4(11)之间外部通过海水电流导通。
2.在各对应电极对之间接入相同的电位差,如果箱体(1)周围介质是均匀的,控制电极(203)接入直流电与正弦波信号合成信号电压,并且各对应电极对之间的电压相等,则相应的电流信号也相等。这种情况表明箱体(1)周围没有干扰源。
3.当箱体(1)周围有干扰源时,在上述情况下检测电极(202)某一路电流与其他回路电流不等,则表面这一回路上有干扰源。
4.综合检测杆1(2)检测杆2(3)之间,检测杆3(10)检测杆4(11)之间的检测结果,判定干扰源的位置。
5.由检测杆1(2)、检测杆2(3)检测出干扰源在检测杆1(2)和检测杆2(3)之间的角度及距离。由检测杆3(10)、检测杆4(11)检测出干扰源在检测杆3(10)和检测杆4(11)之间的角度及距离。
6.根据以上计算出干扰源的实际位置及形状,利用电脑程序在显示器上显示出干扰源的位置及形状信息。
模式2:
1.由模式1,检测出某一对检测电极(202)电流异常。假设为检测电极(2021),则控制电极24(20324)、控制电极1(2031)、控制电极2(2032)接入正弦波电压和直流电压的合成电压,使得这三个控制电极之间的电场分布成扫描模式,使得检测电极1(2021)的检测电流在这区间即控制电极24(20324)和控制电极2(2032)之间进行连续扫描检测。
2.如同模式1,综合检测杆1(2)检测杆2(3)之间,检测杆3(10)检测杆4(11)之间的检测结果,判定干扰源的位置。
3.由检测杆1(2)、检测杆2(3)检测出干扰源在检测杆1(2)和检测杆2(3)之间的角度及距离。由检测杆3(10)、检测杆4(11)检测出干扰源在检测杆3(10)和检测杆4(11)之间的角度及距离。
4.根据以上计算出干扰源的实际位置及形状,利用电脑程序在显示器上显示出干扰源的精确位置及精确形状信息。
模式3:
1.为了进行远距离检测,启用检测电极0(2020)。
2.把检测电极1(2021)至检测电极12(20212)当作控制电极使用。
3.如同模式2,首先控制电极24(20324)、控制电极1(2031)、控制电极2(2032)接入正弦波电压和直流电压的合成电压,使得这三个控制电极之间的电场分布成扫描模式,使得检测电极1(2021)的检测电流在这区间即控制电极24(20324)和控制电极2(2032)之间进行连续扫描检测。
4.同时检测电极12(20212),检测电极1(2021),检测电极2(2022),如同步骤3,使得检测电极2020的检测电流在这区间即检测电极12(20212)和检测电极2(2022)之间进行连续扫描检测。
5.如同模式1,综合检测杆1(2)检测杆2(3)之间,检测杆3(10)检测杆(11)4之间的检测结果,判定干扰源的位置。
6.由检测杆1(2)、检测杆2(3)检测出干扰源在检测杆1(2)和检测杆2(3)之间的角度及距离。由检测杆3(10)、检测杆4(11)检测出干扰源在检测杆3(10)和检测杆(11)之间的角度及距离。
7.根据以上计算出干扰源的实际位置及形状,利用电脑程序在显示器上显示出干扰源的远距离位置及形状信息。
8.此检测过程的原理图如图附图8所示。
本发明具有以下特点:
1.探测电流是封闭的,外部仪器无法感知,具有极强的隐蔽性。
2.仪器没有运动部件,可靠性强。
3.仪器由一般材料一般加工而成,成本低,经济性好。
4.探测是依靠电流进行的,延时极小。
5.探测只探测探测线路的电阻率,受水流波动影响极小。

Claims (9)

1.一种水下检测设备水下电成像仪,其特征是该水下电成像仪有:
箱体(1)、检测杆1(2)、检测杆2(3)、控制盒(4)、检测杆3(10)、检测杆4(11);
检测杆1(2)、检测杆2(3)、检测杆3(10)、检测杆4(11)内部结构相同;
检测杆1(2)、检测杆2(3)、检测杆3(10)、检测杆4(11)通过螺栓(205)固定在法兰(101)上;
检测杆1(2)包括:隔离管(201)、检测电极(202)、控制电极(203)、线缆(204)、密封圈1(206);
箱体(1)前后安装有检测杆1(2)、检测杆2(3),左右安装有检测杆3(10)、检测杆4(11);
检测杆1(2)、检测杆2(3)和检测杆3(10)、检测杆4(11)正交布置;
在检测杆1(2)端部45度方向均匀布置有12个检测电极(202),分别为:检测电极1(2021)、检测电极2(2022)、检测电极3(2023)、检测电极4(2024)…检测电极12(20212),在端部中心有检测电极0(2020);
在检测杆1(2)的隔离管(201)外均匀布置有24个控制电极(203),分别为:控制电极1(2031)、控制电极2(2032)、控制电极3(2033)…控制电极24(20324)。
2.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:箱体(1)前后安装有检测杆1(2)、检测杆2(3),箱体(1)内有控制盒(4);检测杆1(2)检测杆2(3)与控制盒(4)通过线缆(204)相连。
3.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:检测杆1(2)有隔离管(201)其上镶有24个控制电极(203),13个检测电极(202),各电极通过线缆(204)与控制盒(4)相连。
4.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:密封圈1(206)用来密封检测杆1(2)与法兰(101)之间的连接。
5.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:检测电极(202)是在隔离管(20202)内有发射极(20201),外有集束管(20203);隔离管(20202)与发射极(20201)之间由密封圈3(20205)密封集束管(20203)通过集束管导线(20206)与控制盒(4)连接。
6.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:检测电极(202)与隔离管(201)之间的密封是密封圈2(20204)。
7.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:控制电极(203)接入直流电与正弦波信号合成信号电压,并且各对应电极对之间的电压相等。
8.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:控制电极24(20324)、控制电极1(2031)、控制电极2(2032)接入正弦波电压和直流电压的合成电压,使得这三个控制电极之间的电场分布成扫描模式,使得检测电极1(2021)的检测电流在这区间即控制电极24(20324)和控制电极2(2032)之间进行连续扫描检测。
9.根据权利要求1所述的水下电成像仪,其特征在于:检测杆1(2)、检测杆2(3)连接的正负电位是任意的,检测电流及控制电压是直流电、脉冲电流、交流电中的一种。
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