[發(fā)明專利]水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011126684.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112285682A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向衍;陳波;陳煥元;李卓;楊陽(yáng);劉成棟;沈光澤;孟穎;詹小磊;黃梓梓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院;河海大學(xué);核工業(yè)井巷建設(shè)集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/521
• 分類號(hào): G01S7/521;G01S15/88
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

本發(fā)明的目的在于提供水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置及方法，水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，包括聲吶基陣、搭載機(jī)器人，聲吶基陣是聲吶收發(fā)一體基陣，聲吶基陣由聲吶基元等距均勻的以圓周陣列的方式排布于搭載機(jī)器人上，以匹配水工涵洞的內(nèi)部環(huán)形結(jié)構(gòu)。聲吶基陣分為圓形基陣和弧形基陣。聲吶基陣是聲吶收發(fā)一體基陣，聲吶基陣由聲吶基元等距均勻的以圓周陣列的方式排布于搭載機(jī)器人上，以匹配水工涵洞的內(nèi)部環(huán)形結(jié)構(gòu)，多波束聲吶探測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了多波束聲納掃描技術(shù)在水工涵洞病害檢測(cè)應(yīng)用的空白，能夠有效應(yīng)用于水工涵洞及其他水工建筑物病害的問題定位和量化診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置及方法。

背景技術(shù)

水工涵洞作為水利工程的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)和功能的完整是水利工程安全的重要保證。但是長(zhǎng)期運(yùn)行的水工涵洞普遍存在滲漏、襯砌裂損、襯砌變形、沖刷腐蝕、侵蝕、凍害、碳化、溶蝕等病害問題，因此目前水工涵洞的病害檢測(cè)越來越受到重視。然而，傳統(tǒng)的水工涵洞病害檢測(cè)方法主要采取人工進(jìn)入水工涵洞目視檢查，存在效率低、精度差、安全風(fēng)險(xiǎn)高、病害難以跟蹤的明顯不足。為解決上述問題，一些先進(jìn)的方法和設(shè)備已經(jīng)逐漸應(yīng)用到水工涵洞病害檢測(cè)中。

其中，多波束探測(cè)技術(shù)通過在一定扇區(qū)范圍內(nèi)發(fā)射和接收多個(gè)波束，從而有效采集并存儲(chǔ)開角扇區(qū)內(nèi)完整的水體信息，是近年發(fā)展的一種探測(cè)新技術(shù)。由于多波束探測(cè)技術(shù)存在高效率、高精度、高分辨率、全覆蓋的明顯優(yōu)勢(shì)，可作為水工涵洞病害檢測(cè)的重要手段進(jìn)行推廣和應(yīng)用。然而，盡管多波束聲吶技術(shù)已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用于水下建筑物的檢測(cè)之中，但應(yīng)用場(chǎng)景多集中在閘門、壩體、消力池等水下建筑物的表面檢測(cè)，對(duì)于水工涵洞的病害檢測(cè)、尤其是水工涵洞內(nèi)部的病害檢測(cè)研究尚且較少，主要存在兩方面的限制，第一，目前設(shè)計(jì)裝置只能發(fā)現(xiàn)工程設(shè)施的表面情況，無法適配水工涵洞獨(dú)特的環(huán)形結(jié)構(gòu)，檢查水工涵洞的內(nèi)部缺陷；第二，在水體渾濁、表面附著物較多的條件下，尚未提出有效方法甄別裂縫、空洞等常見病害，或精確測(cè)量病害長(zhǎng)度、寬度、深度的具體尺寸。因此，為拓寬水工建筑物病害檢測(cè)范圍，亟需開發(fā)一種適用于水工涵洞環(huán)境的多波聲吶掃描裝置與方法，全面直觀地了解水工涵洞內(nèi)部現(xiàn)狀，滿足日益增長(zhǎng)的水工涵洞病害檢測(cè)的需要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置及方法，以解決水工涵洞檢測(cè)效果較差的問題。

本發(fā)明提供了水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，包括聲吶基陣、搭載機(jī)器人，聲吶基陣是聲吶收發(fā)一體基陣，聲吶基陣由聲吶基元等距均勻的以圓周陣列的方式排布于搭載機(jī)器人上，以匹配水工涵洞的內(nèi)部環(huán)形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，聲吶基陣分為圓形基陣和弧形基陣。

進(jìn)一步地，聲吶基元是收發(fā)一體的壓電陶瓷聲吶基元，聲吶基元能夠在電場(chǎng)的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)。

進(jìn)一步地，搭載機(jī)器人包括推進(jìn)器、浮力材料、電子機(jī)艙，推進(jìn)器設(shè)置于電子機(jī)艙外，用于推動(dòng)搭載機(jī)器人移動(dòng)；浮力材料設(shè)置于電子機(jī)艙上，浮力材料用于控制搭載機(jī)器人沉浮；電子機(jī)艙的內(nèi)壁覆蓋聲吶基陣。

進(jìn)一步地，搭載機(jī)器人還包括定位信標(biāo)，定位信標(biāo)設(shè)置于電子機(jī)艙的前進(jìn)方向的前側(cè)，定位信標(biāo)用于實(shí)時(shí)發(fā)送掃描裝置標(biāo)識(shí)信息的定位系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置還包括輔助設(shè)備，輔助設(shè)備包括電源設(shè)備、控制系統(tǒng)、連接電纜、電纜盤，連接電纜纏繞于電纜盤上，使用時(shí)，電源設(shè)備和控制系統(tǒng)布置于水工涵洞外測(cè)，通過連接電纜將電力和控制信號(hào)傳送到水工涵洞內(nèi)側(cè)的掃描裝置，同時(shí)接收掃描裝置上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)；連接電纜連接涵洞內(nèi)的掃描裝置、涵洞外的電源設(shè)備和控制系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)度釋放和回收掃描裝置。