阅读说明：本技术 用于测量线的埋藏深度的方法及设备 (Method and apparatus for measuring the buried depth of a line ) 是由 柯贝尔·简 于 2018-06-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于测量越来越多地铺设在陆地上和水中的土壤表面下的线的埋藏深度的方法和设备。为了提高测量精度,使用一个以上在xy平面上延伸的励磁线圈或传输线圈,传输线圈在基本上垂直于线的中心轴延伸的跨度中彼此相邻放置并且在沿着该中心轴的线上移动；传输线圈以时滞方式传输电磁脉冲作为初级信号,并且使用接收线圈,这些接收线圈分布在xy平面上的传输线圈阵列上,并在彼此正交延伸的至少两个轴上测量；并且所有接收线圈都响应于传输线圈传输的初级脉冲来测量次级信号。(The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the burial depth of lines under the surface of soils increasingly laid on land and in water. In order to improve the measurement accuracy, more than one excitation coil or transmission coil extending in the xy-plane is used, the transmission coils being placed adjacent to each other in a span extending substantially perpendicular to the central axis of the line and being moved on the line along this central axis; the transmission coil transmits electromagnetic pulses as primary signals in a time-lapse manner, and uses reception coils which are distributed on the transmission coil array on the xy plane and measured on at least two axes extending orthogonally to each other; and all receiving coils measure the secondary signal in response to the primary pulse transmitted by the transmitting coil.)

用于测量线的埋藏深度的方法及设备

技术领域

本发明涉及用于测量所述类型的线的埋藏深度的方法和设备，该线以管道和管线以及能量供应电缆和/或数据电缆的形式越来越多地铺设在陆地上和水中的土壤表面下。

背景技术

为了保护这种线不受外部机械影响，而且还免受温度的剧烈波动影响，并且从而获得固有温度的尽可能稳定的保持，将上述类型的线铺设在土壤表面下面的地面中。在这种情况下，规定了在土壤表面以下的一定深度，该深度通常在通常放置在缝隙状沟槽中的线的情况下被称为埋藏深度。

在陆地上，需要对这种线路进行充分的识别，并可能在相应线上额外放置保护性结构，以便最大程度地防止例如在土方作业中损坏或挖掘埋藏深度。DE19614707A1还建议以电磁波的形式向这些电缆施加相应的警告信号，以便当接收器靠近电缆时，可以接收到相应的警告。

当在水体中，并且特别是在海床下使用上述类型的埋藏的地下线时，会产生其他问题。为了进行识别，实际上可以将线的路径包括在海图中。而且，可以为线的路径中受运输或冰山特别威胁的区段提供额外的保护。为了保护它们免受例如可以由锚引起的那种机械损坏，例如以海底电缆形式的线被铺设在海床下方的特定最小深度处。但是，潮汐和潮流可以将该深度减小到线被裸露的程度。结果，这种类型的覆盖物因此可能被证明是不够的，特别是对于大型锚。

然而，通常由沙子和/或砾石组成的线的覆盖物将通过波浪的运动以及相邻水层中的潮汐和/或潮流而移动和改变。因此，海床不是静态的。由于潮汐和海流，海床持续运动，特别是在河口附近。结果，可以在短时间内降至低于甚至线的规定的最小埋藏深度。线也可以通过上述作为示例的效果完全被扫过成裸露和/或改变其位置。

因此，覆盖层，例如从离岸风电场延伸到海岸上的聚集点的作为用于所谓的输出电缆或传输电缆的覆盖物的且通常以大约3m的厚度或层厚度保护的覆盖层，由于潮流的影响可以在几个月的过程中被完全扫除覆盖物。然后，该线的至少一部分直接暴露于水的机械力。但是沿着长沟槽的水中的温度差和自热的不同耗散会导致线的区域性不同的伸长和压缩，从而导致线在空间中的任何方向发生位移甚至弯曲。对于许多线，由于足够的埋藏深度而使温度尽可能均匀非常重要，特别是在高压电缆的情况下，因为它们对热过载非常敏感。在某些区域中发生的过高热负荷会引起不希望的老化效应，特别是在绝缘中，而且还会在连接套管等中，并且从而可以导致使用寿命缩短，导致过早的故障，并且从而可以降低网络的可用性。同样，这种发热现象除了变化的环境条件外，还对受影响的线设置了单独的容量限制。

作为聚集的一部分，尤其是离岸系统的聚集，有必要能够提供所有线相应足够覆盖的证据。

另外，有必要对相应线的埋藏深度进行年度检查。为此，存在已知的方法，尤其是DE2530598A1中的一种方法，其中一方面必须首先确定测量点与由磁性材料构成的管道之间的距离，并且然后借助于电磁交流电方法，然后在检测器单元中测量注入管道中的次级磁场信号以确定距离，并且另一方面，声纳测量用作确定检测器单元之间距离的基础并且海床的相应表面作为覆盖物的表面。基于简单的差异测量，这使得可以确定覆盖层的厚度。

另外，GB2419956B公开了一种利用脉冲电磁场检测海床或洋底下的海底电缆和其他导电体的方法。

发明内容

本发明的目的是通过提高测量精度来修改方法和相应的设备。

根据本发明，这通过独立权利要求的特征来实现，其中，一种用于测量线的埋藏深度的方法，在该方法中，检测器单元发送电磁脉冲作为初级信号并接收次级信号，并且同时测量底部上方的检测器单元的高度，其特征在于使用一个以上在xy平面上延伸的励磁线圈，这些励磁线圈在基本上垂直于线的中心轴的方向上彼此相邻放置，并且基本上在该线上移动，沿着该中心轴，该中心轴平行于笛卡尔坐标系的y轴。励磁线圈以时滞方式传输电磁脉冲作为初级信号。这产生了一种传输棒，该传输棒在基本上垂直对准的方向上在要研究的线上移动。另外，接收线圈在xy平面中均匀分布在传输线圈阵列中，并且接收线圈在所述笛卡尔坐标系的至少两个轴即x和z轴上进行测量，彼此正交并且与线的伸长以及传播方向正交。所有这样的传输线圈响应于传输线圈对初级脉冲的传输而测量次级信号。因此，在传输线圈的布置上，一种接收线圈的阵列用于从不同的相应位置拾取次级信号。由于磁场的空间布置，以分布式方式在xy平面中设置的接收线圈检测次级信号，该次级信号可能始终具有大小不同的空间分量。因此可以对要研究的线的深度位置做出更好的推断。由于现在例如根据声纳测量对海床上方的高度进行距离确定非常精确，可以基于线与检测器单元之间的距离(一方面)和基于检测器单元在海床上面的高度(另一方面)之间的差，可以非常可靠地确定线的覆盖物的厚度。

该目的也通过一种设备来实现，该设备包括在xy平面上延伸的一个以上的励磁线圈的阵列。基本上垂直于线的中心轴延伸的励磁线圈被布置为基本上沿着线的该中心轴移动。线圈被构造用于传输时滞的电磁脉冲；并且在至少两个接收线圈对中均匀地分布在传输线圈阵列上，分别在至少两个彼此正交的轴上执行测量，所有这些传输线圈均构造为响应于由传输线圈传输初级脉冲而执行次级信号的测量。只要有两个接收线圈成对使用，则相应的两个轴都与线的中心轴和传播方向正交。

有利的修改是各个独立权利要求的主题。根据它们，例如就评估而言，接收线圈仅在相对于由传输线圈传输电磁脉冲或初级脉冲的固定时滞之后，在特定时间段内测量次级信号作为对初级脉冲的反应。在初级脉冲的传输与次级信号的测量之间的时滞例如在400至550μs(微秒)的范围内，并且优选用于海水或盐水中大约是498μs，测量跨度期间的该时间范围分别根据不同的变量而变化，例如是线直径、线深度、水的电导率。

在本发明的实施例中，优选的是，次级信号的测量在长达约10ms(毫秒)的时间范围内执行。在本发明的实施例中，信号在10ms之后已经消失，并且这就是为什么测量已经停止，导致所述时间范围是经验法。但是，有些情况是可以想象的，例如，电缆更重并且更粗或电缆埋在较低的深度，信号会在超过10ms(例如在15ms)后消失。在这种情况下，希望继续测量直到所有相关信号都消失为止，从而将所述时间范围提高到大约15ms。

就评估而言，省去了开始的时间范围，以消除许多副作用的影响，例如由海水或盐水等引起的反射。在备选的方法中，通过首先测量仅从盐水获得的次级信号，并且然后从在分析线的埋藏深度期间接收的次级信号中减去该次级信号，来进行关于盐水的影响的校正。这样做的结果恰好是来自线的次级信号。

在一个实施例中，优选地，所述布置或成对的接收线圈被设置为接收器单元，接收器单元在由传输线圈组成的阵列或与所述阵列平行的平面内被构造为类似小立方体。然而，在备选的实施例中，接收器单元位于与由传输线圈组成的阵列平行的xy平面中。但是，考虑到现实生活中接收器单元的有效尺寸，本领域技术人员当然可以理解，即使接收器单元有些交错的位置也被认为是接收器单元在xy平面上的位置。

优选地，传输线圈和接收器或接收器单元固定到由非导电材料构成的翼形支撑件上。这样的设计可以以流量优化的方式实现，以便在如上所述的装置在水下的标称速度下在具有合理流阻的情况下也是位置稳定的。使用已知的手段和方法，以这种方式构造的检测器单元也可以通过控制装置改变其位置，特别是相对于线改变其位置。除了可控制的方向舵外，还可以使用由电动马达或压缩空气马达驱动的小螺旋，就像小型潜艇或遥控水下航行器(ROV)已知的那样。

附图说明

下面将基于附图结合示例性实施例更详细地描述根据本发明的实施例的其他特征和优点。在附图中：

图1是设备的示意性俯视图，该设备以速度v在海床表面下方延伸的线上居中移动，以测量覆盖物的厚度；

图2a和2b示出了在电磁脉冲的撞击期间和在次级信号的发射期间在图1的平面II-II中延伸的部段的示意图。

具体实施方式

在图示的所有附图中，相同的附图标记始终用于相同的元件。此外，在所有附图中都使用了笛卡尔坐标系，为理想的应用情况建模，其中，线的中心轴以及根据本发明的设备的运动方向平行于所述笛卡尔坐标系的y轴。

由于所谓的离岸风电场对生产可再生能源的重要性日益提高，因此，保护、监视和/或检查要为这些风电场建造和维护的线网络非常重要。在不限制本发明的使用领域的情况下，下面仅讨论对这种线的检查。基本上，在考古领域、自然资源的勘探领域或定位管线领域等中的相关和替代使用领域不被从根据本发明的方法和设备的使用中排除。

图1中的图示示出了设备1的俯视图，该设备作为检测器单元以速度v在海床表面BO下方延伸的线2上居中移动，以测量覆盖物的厚度Δ。在这种情况下，设备1包括在xy平面中延伸的三个励磁或传输线圈3、3’、3”，励磁或传输线圈在基本上垂直于线2的中心轴M的跨度中彼此相邻布置。理论上，垂直于直线2的中心轴M是最好的情况，但实际上很难精确地执行。然而，所描述的方法即使在关于所述定位的偏差情况下也显示出稳定的结果。因此术语“基本上”用于该关系中。

如图2a和2b中更详细地示出的，传输线圈3、3’，3”传输彼此时滞的电磁脉冲B、B’、B”作为初级信号。这些脉冲B、B’、B”还穿透所指示的海床的海床表面BO并激发延伸的线2的导电材料中的感应电流的流动。这些电流衰减并且继而产生次级电磁信号B_r。

在xy平面上分布在传输线圈3、3’，3”阵列上的是用于接收次级电磁信号B_r的接收线圈4的布置。以图中未示出的方式，将两个相应的接收线圈4与分别在笛卡尔坐标系的x和z中延伸的两个轴或中心轴组合。因此，两个接收线圈4被成对地组合成彼此正交地延伸，以形成立方体状的接收器单元5。关于作为目标的海床表面BO下方的线2平行于所述笛卡尔坐标系的y轴的事实，在本发明的该实施例中，在该方向上的变化可以忽略不计。

在这个实施例中，在传输线圈3、3’、3”中的每一个传输线圈及以后，有五个以大致等距的方式分布的五个立方体状接收器单元5。虚线所示的接收器单元5’是在某些交错配置中的立方体状的接收器单元，该交错配置在本发明的范围内仍被认为是xy平面配置，减少到现实生活中的偏差，对在这里描述的方法几乎没有影响。因此，甚至在它们各自的位置偏离的情况下，所有立方体状的接收器单元5也被认为是相等的。使所述接收器单元5仅测量接收器单元5的接收线圈4中的次级信号B_r，以在从由传输线圈3、3’、3”传输初级脉冲起指定的时滞Δt之后进行评估。这可以通过此处未进一步公开的开关装置来实现。大约498μs用作时滞Δt。

图2a中的图示将测量原理表示为图1的平面II-II中部段的图示。据此，检测器单元1以基本上任意的深度在水体WO的表面下以速度v在指示的海床的海床BO的表面上方的距离d处移动；在这种情况下，恰好在y轴方向上并在线2上。距离d可以借助于也提供在检测器单元1上的声纳测量或相似的已知装置来精确地确定，而无需进一步公开。传输线圈3、3’、3”和接收器5固定在由非导电材料组成的翼形支撑件上，并且因此可以作为整体移动，并且由于在下面更详细地解释的原因，可以使用已知的装置或驱动单元相对于线2校正其位置。然而，该实施例示出了一种方式，在该方式中，接收器单元5在大约相同的xy平面内位于由传输线圈3、3’、3”组成的阵列内，如果牢记部件和特别是接收器单元5的一定高度的话。但是，从电磁学的角度来看，平行平面中的布置也是可行的，其中在水下移动和定位可能会变得更加困难，例如由于更高的流阻。

励磁线圈3、3’、3”全部都位于xy平面上，并发射相对于彼此时滞的电磁脉冲作为初级信号，如在图2a中的不同的场线B、B’和B”所示。

图2b中的图示示出了在响应于在埋在地表或海底BO下方的线2的导电本体中感应出的电流而发射次级信号B_r期间在图1的II-II平面中延伸的部段。由于磁场的一般三维特性，取决于检测器单元1内各个接收器单元5的位置，该响应信号B_r被记录在不同的幅值以及明显不同的矢量分析中。

在分布在xy平面中的传输线圈3、3’、3”的阵列上，提供了接收器单元5，该接收器单元均测量在此未详细示出的次级信号B_r，响应于由传输线圈3、3’、3”中的一个传输线圈传输每个初级脉冲来产生这些次级信号。

由于接收器单元5均具有在彼此正交地延伸的两个轴x和z上测量的接收线圈4，因此在检测器单元1的彼此稍微偏离的不同点处同时获得接收信号。出于简单的几何原因，根据图2a和2b的接收器单元5分别位于与线2的不同夹角和距离处。结果，分别检测到的接收信号也根本上彼此不同。基于在至少两个空间轴上的这些差异，可以确定检测器单元1与线2的距离D，大量的测量值使得可以补偿测量误差。因此，作为距离d和D之间的简单差，可以沿着线2连续地确定线2上的覆盖层的厚度Δ。所描述的布置内的对称性有助于检查测量值的合理性。例如，通过线圈3和3”进行的激励导致镜对称场，因此在响应信号中也可以预期可比的对称性。

此效果可以用来减少例如噪音的影响。由于线2的纵向延伸以及所得到的场的形式，在该延伸轴y上对响应信号B_r的评估几乎没有信息。这意味着可以在此处节省测量和计算工作量。

在示例性实施例中，每个传输线圈3、3’、3"被实施为具有大约1.5m*大约1.41m的边长的矩形，其具有在大约170A的标称电流和大约10V到小于大约25V之间的电压下的绕组。可以看出，在轴向偏差以及覆盖厚度Δ存在偏差的情况下，从低覆盖厚度Δ且测量位置恰好位于线的中心轴M上的情况来看，幅度明显减小。但是，基本上来说，x分量的曲线始终相对于原点0，0基本上是点对称的，由于线2的对称性和检测器单元1至少平行于y轴撕裂，因此y分量保持在约0处，而z分量所具有的曲线相对于零点呈轴向对称。

最终，在同一场内测量了三种不同直径的电缆在最大振幅处的时间衰减。当然，最好的和最强的响应是由具有较大直径的电缆给出的。但是，在测量中发现，切换初级信号后，可以在高达10ms的时间内使用响应信号。通过适当的切换装置实现的在400至550μs范围内的时滞Δt能够实现对从相应测量得出的数据进行分析，仍然可以得到用于测量被检查的线2上的覆盖层的厚度Δ的强大和可靠的结果。

附图标记清单

1 设备/检测器单元

2 线

3、3’、3”； 励磁线圈/传输线圈

4 接收线圈

5 立方体状的接收器单元

5’ 交错配置的立方体状的接收器单元，该接收器单元仍被视为xy平面配置

B、B’、B” 电磁激励脉冲，初级脉冲

B_r 响应于由初级脉冲B、B’、B”在导电本体中感应的电流的次级信号

BO 海床表面

d 检测器单元1在海床表面BO上方的高度

D 检测器单元1与线2的距离

M 线2的中心轴

V 速度

WO 水的表面

x，y，z 笛卡尔坐标系的轴

Δ在线2上的覆盖物的厚度