RU2326343C2 - Method of determining underwater cable laying depth - Google Patents

Abstract

FIELD: instruments.

SUBSTANCE: low-frequency electromagnetic signal is transmitted through the cable. Near the bottom of the water basin, above the cable and across its route, two identical equally oriented systems of magnetic probes tuned to the same frequency, placed at a fixed distance above each other, are moved. At the axis between the magnetic probe systems, a position transducer is placed, used to measure the angle Θ of deviation of this axis from the vertical. Under the lower magnetic probe system, an ultrasonic transducer is placed, used to measure the distance from it to the water basin bottom surface h. The signals from the magnetic probes, the position transducer, and the ultrasonic transducer, are sent to the processing unit. The underwater cable laying depth d is determined using the formula

where D is the distance between the magnetic probe systems; α=E_L/E_U is the ratio of the magnetic field intensity measured by the lower magnetic probe system to the magnetic field intensity measured by the upper magnetic probe system.

EFFECT: increased accuracy and decreased cost.

1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения глубины прокладки подводного кабеля в дно водоема в процессе его эксплуатации, а также трассы и глубины прокладки труб и других протяженных подводных коммуникаций.The invention relates to measuring technique and can be used to determine the depth of the underwater cable laying in the bottom of the reservoir during its operation, as well as the route and depth of laying pipes and other long underwater communications.

Известен способ определения трассы и глубины укладки в дно водоема протяженных подводных сооружений, заключающийся в том, что с помощью ультразвукового сигнала сканируют дно водоема, регистрируют полученные при ультразвуковом сканировании изображения и в результате их обработки определяют трассу и глубину укладки в дно водоема протяженного подводного сооружения. Данный способ не отличается высокой точностью определения уровня заглубления подводного кабеля в дно водоема. Его реализация требует применения сложных автоматизированных систем ультразвукового сканирования и обработки изображений, стоимость которых высока. И, кроме того, данный способ не позволяет локализовать подводный кабель, проложенный вблизи более габаритного подводного сооружения, например трубопровода.A known method for determining the route and depth of laying in the bottom of a reservoir of extended underwater structures is that the bottom of the reservoir is scanned using an ultrasonic signal, the images obtained by ultrasonic scanning are recorded and, as a result of processing, the route and depth of laying in the bottom of the reservoir of an extended underwater structure are determined. This method is not very accurate in determining the level of penetration of the underwater cable into the bottom of the reservoir. Its implementation requires the use of complex automated systems for ultrasonic scanning and image processing, the cost of which is high. And, in addition, this method does not allow to localize an underwater cable laid near a larger overall underwater structure, such as a pipeline.

Известен способ определения глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля, согласно которому по кабелю передают низкочастотный электромагнитный сигнал, с помощью расположенного на поверхности водоема плавсредства перемещают настроенную на эту же частоту приемную антенну над подводным кабелем вблизи дна водоема, принимаемый приемной антенной сигнал передают к блоку обработки на плавсредстве и по распределению уровней электромагнитного поля над подводным кабелем определяют трассу и глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема, при этом вблизи дна водоема над кабелем перемещают систему из приемных всенаправленных антенн, приемные антенны распределяют в пространстве по определенной схеме, так чтобы их взаимное расположение относительно друг друга при перемещении не изменялось, к системе антенн крепят преобразователь, который соединяют с каждой из приемных антенн и через кабель управления подключают к блоку обработки на плавсредстве, в преобразователе принимают сигналы от каждой из приемных антенн, оптимизируют их параметры и последовательно передают по кабелю управления к блоку обработки, в котором запоминают уровни электромагнитного поля, принимаемые каждой из приемных антенн системы, устанавливают на плавсредстве эхолот, с помощью которого определяют расположение системы приемных антенн относительно дна водоема, по данным о расположении каждой из приемных антенн системы и принимаемых ими уровнях электромагнитных сигналов определяют распределение уровней электромагнитного поля в пространстве над подводным кабелем, по которому определяют глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема путем сравнения максимальных значений с опорным. Погрешность определения глубины прокладки обусловлена, во-первых, погрешностями оценок расстояний от приемных антенн до поверхности дна водоема, которые во многом связаны с перемещениями антенн по вертикали при движении. Во-вторых, необходимостью учета затухания низкочастотного зондирующего сигнала вдоль кабеля при сравнении измеряемых уровней электромагнитного поля с опорным. Система антенн имеет значительные габариты, что осложняет ее применение и, как следствие, увеличивает стоимость производства работ.There is a method for determining the laying depth in the bottom of a reservoir of an underwater cable, according to which a low-frequency electromagnetic signal is transmitted through a cable, using a receiving antenna located on the surface of a reservoir of a vehicle, a receiving antenna tuned to the same frequency above the underwater cable near the bottom of the reservoir is transmitted, the signal received by the receiving antenna is transmitted to the processing unit on a ship and on the distribution of electromagnetic field levels above the underwater cable, determine the route and the depth of the underwater cable in the bottom of the water the volume, while near the bottom of the reservoir above the cable the system is moved from the receiving omnidirectional antennas, the receiving antennas are distributed in space according to a certain pattern so that their relative position relative to each other does not change when moving, a converter is attached to the antenna system, which is connected to each of the receiving antennas and through the control cable connect to the processing unit on the boat, in the converter receive signals from each of the receiving antennas, optimize their parameters and sequentially transmit to the control unit to the processing unit, in which the electromagnetic field levels received by each of the receiving antennas of the system are stored, the echo sounder is installed on the ship, with which the location of the system of receiving antennas relative to the bottom of the reservoir is determined according to the location of each of the receiving antennas of the system and the levels received by them electromagnetic signals determine the distribution of electromagnetic field levels in the space above the underwater cable, which determine the depth of the underwater cable in the bottom reservoir by comparing the maximum values with the reference. The error in determining the laying depth is due, firstly, to errors in the estimates of the distances from the receiving antennas to the bottom surface of the reservoir, which are largely related to the vertical movements of the antennas during movement. Secondly, the need to take into account the attenuation of the low-frequency sounding signal along the cable when comparing the measured levels of the electromagnetic field with the reference one. The antenna system has significant dimensions, which complicates its use and, as a result, increases the cost of work.

Известен способ определения глубины прокладки подводного кабеля, заключающийся в том, что по кабелю передают низкочастотный электромагнитный сигнал, вблизи дна водоема перемещают над кабелем поперек его трассы прокладки расположенные одна над другой на фиксированном расстоянии по вертикали две идентичные одинаково ориентированные системы настроенных на эту же частоту магнитных датчиков, принимаемые магнитными датчиками сигналы передают к блоку обработки и определяют глубину прокладки его в дно водоема по формулеA known method for determining the depth of the underwater cable laying is that a low-frequency electromagnetic signal is transmitted through the cable, near the bottom of the reservoir, two identical identically oriented magnetic systems tuned to the same frequency, located one above the other at a fixed vertical distance, are moved above the cable along the cable’s bottom sensors received by magnetic sensors transmit signals to the processing unit and determine the depth of its laying in the bottom of the reservoir according to the formula

где d - глубина прокладки кабеля в дно водоема;where d is the depth of the cable laying in the bottom of the reservoir;

D - расстояние между системами магнитных датчиков;D is the distance between the systems of magnetic sensors;

h - расстояние от нижней системы магнитных датчиков до поверхности дна водоема;h is the distance from the lower system of magnetic sensors to the surface of the bottom of the reservoir;

α=Е_H/Е_В - отношение напряженности магнитного поля, измеренной нижней системой магнитных датчиков, к напряженности магнитного поля, измеренной верхней системой магнитных датчиков.α = Е _H / Е _В is the ratio of the magnetic field strength measured by the lower system of magnetic sensors to the magnetic field strength measured by the upper system of magnetic sensors.

Основные проблемы реализации данного способа обусловлены необходимостью обеспечения строго вертикального взаимного расположения датчиков. Это сложно сделать при перемещении датчиков с плавсредства с поверхности водоема. Как следствие, возрастает погрешность определения глубины прокладки кабеля. Добиться удовлетворительного взаимного расположения датчиков можно при перемещении их над кабелем с помощью водолазов. Однако это ведет к существенному увеличению стоимости работ. Кроме того, для определения глубины прокладки кабеля необходимо знать расстояние от нижнего датчика до поверхности грунта, что требует либо привлечения водолазов, либо использования дополнительно каких-либо других способов измерения этого расстояния.The main problems in the implementation of this method are due to the need to ensure strictly vertical relative positioning of the sensors. This is difficult to do when moving sensors from the boat from the surface of the reservoir. As a result, the error in determining the cable laying depth increases. A satisfactory mutual arrangement of the sensors can be achieved by moving them above the cable with the help of divers. However, this leads to a significant increase in the cost of work. In addition, to determine the depth of the cable, it is necessary to know the distance from the lower sensor to the soil surface, which requires either the involvement of divers or the use of any other methods of measuring this distance.

Сущностью предлагаемого изобретения является повышение точности и снижение стоимости определения глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля.The essence of the invention is to increase the accuracy and reduce the cost of determining the depth of laying in the bottom of a pond of an underwater cable.

Эта сущность достигается тем, что согласно способу определения глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля по кабелю передают низкочастотный электромагнитный сигнал, вблизи дна водоема перемещают над кабелем поперек его трассы прокладки расположенные одна над другой на фиксированном расстоянии друг от друга две идентичные одинаково ориентированные системы настроенных на эту же частоту магнитных датчиков, принимаемые магнитными датчиками сигналы передают к блоку обработки, при этом на оси между системами магнитных датчиков размещают датчик положения, с помощью которого измеряют угол Θ отклонения этой оси от вертикали, под нижней системой магнитных датчиков размещают ультразвуковой датчик, с помощью которого измеряют расстояние от него до поверхности дна водоема h, сигналы от датчика положения и ультразвукового датчика передают к блоку обработки и определяют глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема d по формулеThis essence is achieved by the fact that, according to the method for determining the laying depth, a low-frequency electromagnetic signal is transmitted through the cable to the bottom of the reservoir of the underwater cable, two identical identically oriented systems located one above the other at a fixed distance from each other are moved above the cable along the laying path, at a fixed distance from each other the same frequency of the magnetic sensors received by the magnetic sensors signals are transmitted to the processing unit, while on the axis between the systems of magnetic sensors a position sensor is used to measure the angle Θ of deviation of this axis from the vertical, an ultrasonic sensor is placed under the bottom system of magnetic sensors, with which the distance from it to the bottom surface of the reservoir h is measured, signals from the position sensor and ultrasonic sensor are transmitted to the processing unit and determine the depth of the underwater cable laying in the bottom of the reservoir d according to the formula

где D - расстояние между системами магнитных датчиков;where D is the distance between the systems of magnetic sensors;

α=Е_Н/Е_В - отношение напряженности магнитного поля, измеренной нижней системой магнитных датчиков, к напряженности магнитного поля, измеренной верхней системой магнитных датчиков.α = E _N / E _B is the ratio of the magnetic field strength measured by the lower system of magnetic sensors to the magnetic field strength measured by the upper system of magnetic sensors.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит размещенные над кабелем 1 над поверхностью дна водоема 2 расположенные одна над другой на фиксированном расстоянии друг от друга две идентичные одинаково ориентированные системы настроенных на эту же частоту магнитных датчиков - нижнюю 3 и верхнюю 4, расположенный на оси между системами магнитных датчиков 3 и 4 датчик положения 5 и расположенный под нижней системой магнитных датчиков 3 ультразвуковой датчик 6, а также блок обработки 7, при этом выходы систем магнитных датчиков 3 и 4, датчика положения 5 и ультразвукового датчика 6 соединены со входом блока обработки 7.The device comprises two identical identically oriented systems of magnetic sensors tuned to the same frequency - lower 3 and upper 4, located on the axis between the systems of magnetic sensors 3 and 4, located above the cable 1 above the surface of the bottom of the reservoir 2, located one above the other at a fixed distance from each other a position sensor 5 and an ultrasonic sensor 6 located under the lower system of magnetic sensors 3, as well as a processing unit 7, while the outputs of the systems of magnetic sensors 3 and 4, position sensor 5 and ultrasonic dates Chick 6 connected to the input of the processing unit 7.

Способ осуществляется следующим образом. По кабелю 1 передают низкочастотный электромагнитный сигнал. Сигналы, принимаемые нижней 3 и верхней 4 системами магнитных датчиков, а также сигналы от датчика положения 5 и ультразвукового датчика 6 передают к блоку обработки 7 и определяют глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема по формуле (1).The method is as follows. Cable 1 transmits a low-frequency electromagnetic signal. The signals received by the lower 3 and upper 4 systems of magnetic sensors, as well as signals from the position sensor 5 and the ultrasonic sensor 6 are transmitted to the processing unit 7 and determine the depth of the underwater cable into the bottom of the reservoir according to the formula (1).

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает более высокую точность определения глубины прокладки подводного кабеля в дно водоема. Это достигается за счет измерений отклонения от вертикали оси между нижней и верхней системами магнитных датчиков и введения соответствующей поправки. В отличие от прототипа предлагаемый способ предусматривает измерение расстояния от нижней системы магнитных датчиков до поверхности дна водоема, что реализуется с помощью ультразвукового датчика с учетом поправки на отклонение. Это исключает необходимость проведения водолазных работ и, тем самым, снижает стоимость определения глубины прокладки подводного кабеля в дно водоема.Compared with the prototype, the proposed method provides higher accuracy in determining the depth of the underwater cable laying in the bottom of the reservoir. This is achieved by measuring the deviation from the vertical axis between the lower and upper systems of magnetic sensors and the introduction of an appropriate amendment. Unlike the prototype, the proposed method involves measuring the distance from the lower system of magnetic sensors to the bottom surface of the reservoir, which is implemented using an ultrasonic sensor, taking into account the correction for deviation. This eliminates the need for diving operations and, thereby, reduces the cost of determining the depth of the underwater cable in the bottom of the reservoir.

Claims (1)

Способ определения глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля, заключающийся в том, что по кабелю передают низкочастотный электромагнитный сигнал, вблизи дна водоема перемещают над кабелем поперек его трассы прокладки, расположенные одна над другой на фиксированном расстоянии друг от друга две идентичные одинаково ориентированные системы настроенных на эту же частоту магнитных датчиков, принимаемые магнитными датчиками сигналы передают к блоку обработки, отличающийся тем, что на оси между системами магнитных датчиков размещают датчик положения, с помощью которого измеряют угол Θ отклонения этой оси от вертикали, под нижней системой магнитных датчиков размещают ультразвуковой датчик, с помощью которого измеряют расстояние от него до поверхности дна водоема h, сигналы от датчика положения и ультразвукового датчика передают к блоку обработки и определяют глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема d по формулеA method for determining the laying depth into the bottom of a pond of a submarine cable, which consists in transmitting a low-frequency electromagnetic signal along the cable, near the bottom of the pond, laying along the cable across its route, two identical identically oriented systems located one above the other at a fixed distance from each other the same frequency of the magnetic sensors received by the magnetic sensors signals are transmitted to the processing unit, characterized in that on the axis between the systems of magnetic sensors placed t the position sensor, with which the angle Θ of deviation of this axis from the vertical is measured, an ultrasonic sensor is placed under the lower system of magnetic sensors, with which the distance from it to the bottom surface of the reservoir h is measured, the signals from the position sensor and the ultrasonic sensor are transmitted to the processing unit and determine the depth of the underwater cable laying in the bottom of the reservoir d according to the formula

где D - расстояние между системами магнитных датчиков;where D is the distance between the systems of magnetic sensors; α=E_H/E_B - отношение напряженности магнитного поля, измеренной нижней системой магнитных датчиков, к напряженности магнитного поля, измеренной верхней системой магнитных датчиков.α = E _H / E _B is the ratio of the magnetic field strength measured by the lower system of magnetic sensors to the magnetic field strength measured by the upper system of magnetic sensors.