TSS440管線探測儀誤差消除與補(bǔ)償

1、TSS440管線探測儀誤差消除與補(bǔ)償摘 要：在海洋工程領(lǐng)域，TSS440被廣泛應(yīng)用于管線安裝、鋪設(shè)和后期路由 調(diào)查以及電纜安裝、鋪設(shè)和后期路由調(diào)查等。此外，TSS440還可用于海上救撈、 搶險(xiǎn)、水下軍火救撈、水下導(dǎo)體碎片清除、水雷計(jì)數(shù)等。本文介紹了TSS440的系統(tǒng)組成以及工作原理，并且對誤差產(chǎn)生原因做出分析，總結(jié)出誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?從而使測量結(jié)果更精確穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：TSS440誤差來源誤差補(bǔ)償一、TSS440的系統(tǒng)構(gòu)成TSS-440由以下幾部分組成：水面單元（SDC）、水下供電單元（PSU）、水 下電子單元（SEP）、測量線圈3個(gè)（Coils）、高度計(jì)（Altimeter）以及備件系統(tǒng)， 水

2、下系統(tǒng)和水面單元利用ROV臍帶纜連接。（A 電力供應(yīng)、B ROV臍帶纜、C通信電纜、D水下供電單兀、E 電纜1、F水下電子單元、G電纜2、H測量線圈、I 電纜3、J高度計(jì)）圖1 TSS440系統(tǒng)構(gòu)成二、基本工作原理TSS是利用電磁脈沖感應(yīng)原理。當(dāng)電流通過導(dǎo)體就會產(chǎn)生一個(gè)與之相對應(yīng) 的磁場，它可以通過線圈內(nèi)部的導(dǎo)線束探測到該磁場。 但海底目標(biāo)物通常本身不 攜帶電流，因此也就沒有磁場可供我們探測。 因此，我們必須讓目標(biāo)物內(nèi)部產(chǎn)生 電流從而我們可以使用440探測與此電流相對應(yīng)的磁場，如果我們能夠通過這種 方式來探測到導(dǎo)體管線，那么我們就能夠測量它的位置。440系統(tǒng)是用三個(gè)線圈進(jìn)行探測：我們可以通過比

3、較三個(gè)線圈所獲得的探測距離來非常精確地判斷目標(biāo)物的 位置。我們還可以同步使用高度計(jì)測量線圈距離海底的距離，從而獲得目標(biāo)物的埋藏深度。三、誤差的來源1. 海水溫度對電磁脈沖的影響從前面，我們清楚地知道我們可以通過電磁脈沖探測的原理來探測到導(dǎo)體目 標(biāo)物。同樣的，海水也是導(dǎo)體，440系統(tǒng)同樣會接收到來自線圈周圍的海水的電 磁脈沖信號。從圖（2）我們可以清楚地看到當(dāng)線圈距離目標(biāo)物超過 2-3米的時(shí)候會給測 量帶來很大的誤差。設(shè)定了一個(gè)錯(cuò)誤的海水溫度當(dāng)系統(tǒng)在正常高度進(jìn)行規(guī)測量時(shí) 不會有很大的影響。更進(jìn)一步的測試已經(jīng)說明了海水的溫度所帶給海水消除的影 響。在我們著手進(jìn)行測量之前，我們需要知道所測區(qū)域的海水

4、的溫度從而來修正 消除海水影響的參數(shù)。2背景補(bǔ)償誤差一個(gè)非常好、可重復(fù)并且穩(wěn)定的背景補(bǔ)償是 TSS440系統(tǒng)能不能進(jìn)行可靠和 高精度測量的先決條件。一個(gè)質(zhì)量不高的背景補(bǔ)償會給系統(tǒng)的測量帶來誤差，尤其是當(dāng)信號強(qiáng)度很低的情況下。如果固定線圈的框架不是很牢固，靠近金屬碎片 或者ROV本身產(chǎn)生的電氣噪聲也會給背景補(bǔ)償帶來很大的難度和誤差。上面所 有的誤差均可以在做完背景補(bǔ)償以后通過移動ROV來觀察得到。3. 信噪比TSS440系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很大程度上取決于信噪比，當(dāng)信號的強(qiáng)度非常的 高（幾百、幾千 mV）,那么20 - 30mV的外界噪聲不會給測量結(jié)果帶來任何影 響。反之如果信號的強(qiáng)度很低，那么20

5、 - 30mV的外界噪聲會給測量結(jié)果帶來非 常大的影響。噪聲源主要有以下幾個(gè)方面：質(zhì)量不高的背景補(bǔ)償文件；線圈固定 框架的抖動；ROV本身的電氣噪聲。如果噪聲水平超過了系統(tǒng)的檢測門限，那 么你就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)會跟蹤一個(gè)根本不存在的目標(biāo)物。如果噪聲對系統(tǒng)的測量影響 很大，那么就需要消除噪聲源或者定期進(jìn)行背景補(bǔ)償來降低噪聲對測量結(jié)果的影 響。4. 錯(cuò)誤的海水補(bǔ)償TSS440系統(tǒng)使用一個(gè)海水消除算法來消除海水的電導(dǎo)性對系統(tǒng)的影響。我 們有兩個(gè)途徑來獲得正確的海水消除參數(shù)：選擇基于預(yù)設(shè)的溫度帶寬的數(shù)值。進(jìn)行一個(gè)手動的海水補(bǔ)償。當(dāng)我們在進(jìn)行手動背景補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，一個(gè)不正確的數(shù)值會對系統(tǒng)消除海水噪 聲的能力帶來

6、很大的影響。如果背景補(bǔ)償沒有被正確的進(jìn)行那么曲線的起始點(diǎn)將不會是原點(diǎn)，一個(gè)小的原點(diǎn)偏移（50?V）是可以接受的，因?yàn)榍€的梯度相對而言更加重要。如果有導(dǎo)體物質(zhì)存在圖（3）那么在ROV提升的過程中圖形就將會變得不 平滑，這樣就會給系統(tǒng)的測量帶來誤差。圖（4）顯示的是當(dāng)ROV提升過程中由于安裝框架發(fā)生晃動而造成的結(jié)果,我們可以看到在曲線的中間位置由于框架晃動而造成了一些數(shù)據(jù)點(diǎn)的缺失。5. 供電電纜的影響攜帶大電流的動力電纜會對440的工作產(chǎn)生一定影響，如果有這樣的情況存 在那么會在系統(tǒng)的測量過程中產(chǎn)生冗余誤差， 使用軟件自帶的示波器來定期檢查 每一個(gè)測量通道，如果這些影響在三個(gè)測量窗口之外，那么這

7、個(gè)影響可以忽略。四、TSS440補(bǔ)償誤差的方式1背景補(bǔ)償當(dāng)系統(tǒng)上電熱機(jī)工作15-20分鐘以后，距離所有導(dǎo)體的距離要大于 10米。 所選區(qū)域要盡量平坦，避免周圍存在深溝或者巖石，而且該區(qū)域不能有任何的導(dǎo) 體埋藏或者碎片裸露。通過在沒有任何導(dǎo)體的地方進(jìn)行背景補(bǔ)償來消除ROV自身給系統(tǒng)帶來的背景噪聲。通常來講標(biāo)準(zhǔn)（Standard）通道測量到的背景信號應(yīng) 該小于1000叮，并且兩次測量之間的信號強(qiáng)度差別不大于 20叮。早期（Early） 通道測量到的信號強(qiáng)度應(yīng)該小于 5000叮，并且兩次測量之間的信號強(qiáng)度差別不 大于50 Vo所有信號強(qiáng)度大于上述的背景補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)均被認(rèn)為是一個(gè)有效的信 號。上述的背景

8、補(bǔ)償可以通過軟件進(jìn)行自動獲取，在背景補(bǔ)償過程中確保440系統(tǒng)處于一個(gè)非常穩(wěn)定的狀態(tài)。2. 檢查背景補(bǔ)償在背景補(bǔ)償完成以后，將 ROV移動到另外一個(gè) 干凈”的區(qū)域，在整個(gè)移動 過程中信號強(qiáng)度的變化不應(yīng)該大于 0mV，將ROV坐到海底然后檢查信號的強(qiáng) 度確保該強(qiáng)度穩(wěn)定在0 0mV。如果信號強(qiáng)度成為負(fù)值那么就重新進(jìn)行背景補(bǔ) 償和背景檢查。在我們著手進(jìn)行測量之前，我們需要知道所測區(qū)域的海水的溫度 從而來修正消除海水影響的參數(shù)。DeepView軟件中已經(jīng)預(yù)設(shè)了溫度帶寬（0-10?C, 10-25?C & +25?C）,這些能夠滿足所有測量區(qū)域的需求。當(dāng)我們進(jìn)行 測量的時(shí)候，如果我們所測量的區(qū)域存在異常高

9、或者低的鹽度，或者說所測區(qū)域的水深變化非常大，那么一個(gè)手動的背景補(bǔ)償需要在測量之前進(jìn)行。3. 手動補(bǔ)償這一步需要在成功完成背景補(bǔ)償之后進(jìn)行。當(dāng)軟件計(jì)算海水消除參數(shù)的時(shí)候 從海底按照0.2m/s的速度將ROV緩慢升起。一旦正確的海水溫度帶寬被選擇， 或者手動海水補(bǔ)償完成以后，海水影響的消除結(jié)果是可以進(jìn)行測試的：將ROV從海底升起的過程中進(jìn)行測量，確保每個(gè)通道檢測到的信號的強(qiáng)度維持在 00mV的范圍內(nèi)。當(dāng)ROV的高度被提升到距離海底4.2米的時(shí)候信號強(qiáng)度會 隨著高度的進(jìn)一步增加而增加。這是正?，F(xiàn)象，并不會帶給系統(tǒng)任何問題。過度的ROV的歪斜會降低系統(tǒng)的測量精度，這是因?yàn)楫?dāng)ROV歪斜的時(shí)候線圈之間的有效距離就會顯著縮短。探測線圈陣列的姿