用于水下脐带缆张力监控的装置及方法
【专利摘要】一种海洋装备中的用于水下脐带缆张力监控的装置及方法，包括：连接装置、卡箍、钢缆吊网以及张力监测传感器，其中：连接装置、钢缆吊网的上、下端以及张力监测传感器位于同一铅垂线上，连接装置、卡箍、钢缆吊网用于连接和固定脐带缆，张力监测传感器设置于连接装置下方，并通过水密连接器经信号线连接到潜水器的仪器舱，仪器舱内的计算机通过RS‐422通讯接口与水面计算机进行通讯，将张力监测传感器传递给仪器舱内计算机的脐带缆张力的电压信号，再通过脐带缆传递给水面计算机。本发明能够对水下脐带缆的张力进行监控，防止脐带缆张力超过阀值，可以及时为操作人员操作提供必要信息，以避免发生脐带缆的疲劳断裂和潜水器的作业事故，保证潜水器本体的作业安全。
【专利说明】用于水下脐带缆张力监控的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋勘探装置【技术领域】的控制机构及方法，具体是一种用于水下脐带缆张力监控的装置及方法。
【背景技术】
[0002]海洋蕴藏着丰富的矿产、生物和空间资源，潜水器作为一种高新技术手段，在人类探索海洋过程中起着非常重要的作用。而作为潜水器系统的关键组成部分之一，脐带缆为潜水器提供液压动力源、电力电源和通信信号等。脐带缆在受到自重、浪、流的影响下能够顺利稳定的工作对潜水器系统的安全作业尤为重要。但潜水器本体不可能在水中和母船或中继器同步升沉，当出现相位差时，潜水器脐带缆就会承受巨大冲击力。冲击力不仅可能大于脐带缆的工作载荷，甚至可能远超过脐带缆的破断力，造成潜水器在水下作业或吊放回收时丢失。为此，在潜水器系统配置上，需要考虑为脐带缆增加张力监测设备，对脐带缆的缆内张力进行监控，从而为实际的放缆作业方案提供参考，保证潜水器和缆系统的安全运行。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102401766A公开(公告)日2012.04.04，公开了一种脐带缆测试用接头及其安装方法，它包括一底口小上口大倒锥套形推板，在推板外沿的边缘均设有若干锁紧螺孔，在推板的锥形孔内套设一右锥体和一左锥体两半锥套组成的圆锥套，在圆锥套顶部设置有一圆环形压板，压板端面的边缘设置有若干与锁紧螺孔对应的通孔，且同时间隔设置有若干紧固螺孔，在压板的顶部设置有一底部为凹底的圆盘形法兰，在法兰的中心位置设置有若干连接通孔，在法兰端面的边缘设置有与压板上的螺孔对应的通孔，在法兰的顶面连接一上、下各为圆环形中间呈圆筒状的过渡法兰，在过渡法兰顶部的兰盘上设置有若干与实验设备对应连接的通孔，过渡法兰的底部兰盘上设置有与法兰的通孔对应连接的通孔。它可广泛用于水下生产系统脐带缆的测试过程中。但该技术只提供了一种对样缆的外部销装层和缆芯同时进行固定，使脐带缆能承受张力和扭力的脐带缆测试用接头及其安装方法，并不涉及张力监测设备，未构成完整的脐带缆张力监控装置，同时未考虑水下工程中的实际应用。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于水下脐带缆张力监控的装置及方法，能够实现自动报警，为潜水器的操作人员正确操作提供必要信息，以及时采取安全措施，避免发生脐带缆的疲劳断裂和潜水器的作业事故。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明涉及一种用于水下脐带缆张力监控的装置，包括:用于连接和固定脐带缆的连接装置、卡箍、钢缆吊网以及张力监测传感器，其中:连接装置、钢缆吊网的上、下端以及张力监测传感器位于同一铅垂线上，钢缆吊网上端通过卡箍固定于脐带缆上，下端固定于潜水器结构上，张力监测传感器设置于连接装置下方，并通过水密连接器经信号线连接到潜水器的仪器舱。
[0007]所述的仪器舱内的计算机通过…-422通讯接口与水面计算机进行通讯，将张力监测传感器传递给仪器舱内计算机的脐带缆张力的电压信号，再通过脐带缆传递给水面计算机，实现母船操作人员对脐带缆张力的监控。
[0008]所述的张力监测传感器包括:组成传感器外部腔体的空心圆轴和耐压端盖以及设置于外部腔体内的电阻应变感应装置、水密连接器和应变放大系统，其中:电阻应变感应装置、应变放大系统以及水密连接器依次连接，并经信号线连接至潜水器上仪器舱，电阻应变感应装置输出反映电阻应变大小的低压电压信号，经应变放大系统放大并模数转换后输出数字信号至潜水器上仪器舱进行阈值判断以实现自动报警。
[0009]本发明涉及上述装置的实现方法，包括以下步骤:
[0010]第一步、根据脐带缆与潜水器本体接线的长度要求，将相应长度的脐带缆穿过潜水器顶部的连接装置；
[0011]第二步、将钢缆吊网上端用卡箍固定于潜水器顶部连接装置下方的脐带缆上；
[0012]第三步、在潜水器顶部连接装置下方安装张力监测传感器；
[0013]第四步、将钢缆吊网下端耳环固定于张力监测传感装置上；
[0014]第五步、张力监测传感器采集到的电压信号通过信号线传送至潜水器仪器舱内的计算机，经处理后通过脐带缆的内部电缆发送给水面计算机；
[0015]第六步、将潜水器仪器舱内的计算机与水面计算机进行通讯，由水面计算机进行监控，当监测值大于设定的脐带缆张力阀值时，该脐带缆张力监控装置会进行自动报警。
技术效果
[0016]与现有技术相比，本发明的优点包括:
[0017]1、本装置结构简单，组装便捷，具有较高的灵敏度和可靠性，同时考虑到水下应用的特殊环境，张力监测传感器采用了密封措施，适用水深范围广。
[0018]2、本装置能够直接向潜水器的操作人员正确操作提供必要信息，以及时采取安全措施，避免发生脐带缆的疲劳断裂和潜水器的作业事故。
[0019]3、本方法可用于各类吊放系统的缆张力监控，比如水下机器人、水下挖沟机或其它水下作业装备，通用性和功能扩展性较好，可满足不同的实际作业需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明结构示意图；
[0021]图2为本发明在潜水器上的安装示意图；
[0022]图3为本发明的张力监测传感器的结构示意图；
[0023]图中:1连接装置、2卡箍、3钢缆吊网、4张力监测传感器、5密封材料、6水密连接器、7耐压端盖、8应变放大系统、9电阻应变感应装置、10空心圆轴、11潜水器、12脐带缆、13仪器舱。
【具体实施方式】
[0024]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0025]如图1 -2所示，本实施例包括:连接装置1、卡箍2、钢缆吊网3以及张力监测传感器4，其中:连接装置1、钢缆吊网3的上、下端以及张力监测传感器4位于同一铅垂线上，连接装置1、卡箍2、钢缆吊网3用于连接和固定脐带缆12，钢缆吊网3上端用卡箍固定于脐带缆12上，下端固定于潜水器11上，张力监测传感器4设置于连接装置I下方，并通过水密连接器6经信号线连接到潜水器11的仪器舱13，仪器舱13内的计算机通过RS - 422通讯接口与水面计算机进行通讯，将张力监测传感器4传递给仪器舱13内计算机的脐带缆张力的电压信号，再通过脐带缆12传递给水面计算机，实现母船操作人员对脐带缆张力的监控。
[0026]当脐带缆12上拉时钢缆吊网3直径收小，紧紧握住脐带缆12外护套，从而将脐带缆12拉力卸到钢缆吊网3上，使钢缆吊网3后的脐带缆12不受力。
[0027]如图3所示，所述的张力监测传感器4包括:组成传感器外部腔体的空心圆轴10和耐压端盖7以及设置于外部腔体内的电阻应变感应装置9、水密连接器6和应变放大系统8，其中:电阻应变感应装置9、应变放大系统8以及水密连接器6依次连接，并经信号线连接至潜水器上仪器舱，电阻应变感应装置9输出反映电阻应变大小的低压电压信号，经应变放大系统8放大并模数转换后输出数字信号至潜水器上仪器舱进行阈值判断以实现自动报警。
[0028]所述的低压电压信号与脐带缆张力大小的数量关系与采用的电阻应变感应装置9内的电阻应变结构有关。
[0029]所述的空心圆轴10和耐压端盖7通过螺栓连接，连接处设有密封材料5。
[0030]本装置通过以下步骤实现:
[0031]第一步、根据脐带缆12与潜水器11本体接线的长度要求，将相应长度的脐带缆12穿过潜水器11顶部的连接装置I;
[0032]第二步、将钢缆吊网3上端用卡箍2固定于潜水器11顶部的连接装置I下方的脐带缆12上；
[0033]第三步、在潜水器11顶部连接装置I下方安装张力监测传感器4 ；
[0034]第四步、将钢缆吊网3下端耳环固定于张力监测传感装置4上；
[0035]第五步、张力监测传感器4采集到的电压信号通过信号线传送至潜水器仪器舱13内的计算机，经处理后通过脐带12缆的内部电缆发送给水面计算机；
[0036]第六步、将潜水器仪器舱13内的计算机与水面计算机进行通讯，由水面计算机进行监控，当监测值大于设定的脐带缆张力阀值时，该脐带缆张力监控装置会进行自动报警，为潜水器11的操作人员正确操作提供必要信息，以及时采取安全措施，避免发生脐带缆12的疲劳断裂和潜水器11的作业事故。
[0037]与现有技术相比，本装置可用于各类吊放系统的脐带缆张力的监控，比如水下机器人、水下挖沟机或其它水下作业装备，通过对不同作业环境下脐带缆的缆内张力进行监控，为实际作业中母船绞车的收放缆方案提供参考，使脐带缆内张力不至过大而超过阀值，保证潜水器和缆系统的安全运行，以满足不同的实际作业需求。
【权利要求】
1.一种用于水下脐带缆张力监控的装置，其特征在于，包括:用于连接和固定脐带缆的连接装置、卡箍、钢缆吊网以及张力监测传感器，其中:连接装置、钢缆吊网的上、下端以及张力监测传感器位于同一铅垂线上，钢缆吊网上端通过卡箍固定于脐带缆上，下端固定于潜水器结构上，张力监测传感器设置于连接装置下方，并通过水密连接器经信号线连接到潜水器的仪器舱；当脐带缆上拉时，钢缆吊网直径收小并紧握脐带缆外护套，从而将脐带缆拉力卸到钢缆吊网上，使钢缆吊网后的脐带不受力。
2.根据权利要求1所述的用于水下脐带缆张力监控的装置，其特征是，所述的仪器舱内的计算机通过RS - 422通讯接口与水面计算机进行通讯，将张力监测传感器传递给仪器舱内计算机的脐带缆张力的电压信号，再通过脐带缆传递给水面计算机，实现母船操作人员对脐带缆张力的监控。
3.根据权利要求1所述的用于水下脐带缆张力监控的装置，其特征是，所述的张力监测传感器包括:组成传感器外部腔体的空心圆轴和耐压端盖以及设置于外部腔体内的电阻应变感应装置、水密连接器和应变放大系统，其中:电阻应变感应装置、应变放大系统以及水密连接器依次连接，并经信号线连接至潜水器上仪器舱，电阻应变感应装置输出反映电阻应变大小的低压电压信号，经应变放大系统放大并模数转换后输出数字信号至潜水器上仪器舱进行阈值判断以实现自动报警。
4.根据权利要求1所述的用于水下脐带缆张力监控的装置，其特征是，所述的空心圆轴和耐压端盖通过螺栓连接，连接处设有密封材料。
5.一种根据上述任一权利要求所述的用于水下脐带缆张力监控的装置的监控方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步、根据脐带缆与潜水器本体接线的长度要求，将相应长度的脐带缆穿过潜水器顶部的连接装置； 第二步、将钢缆吊网上端用卡箍固定于潜水器顶部连接装置下方的脐带缆上； 第三步、在潜水器顶部连接装置下方安装张力监测传感器； 第四步、将钢缆吊网下端耳环固定于张力监测传感装置上； 第五步、张力监测传感器采集到的电压信号通过信号线传送至潜水器仪器舱内的计算机，经处理后通过脐带缆的内部电缆发送给水面计算机； 第六步、将潜水器仪器舱内的计算机与水面计算机进行通讯，由水面计算机进行监控，当监测值大于设定的脐带缆张力阀值时，该脐带缆张力监控装置会进行自动报警。
【文档编号】G01L5/10GK104296915SQ201410559031
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】葛彤, 赵敏, 吴超, 李翔 申请人:上海交通大学