TSS440管线探测仪误差消除与补偿

1、TSS440管线探测仪误差消除与补偿摘 要：在海洋工程领域，TSS440被广泛应用于管线安装、铺设和后期路由 调查以及电缆安装、铺设和后期路由调查等。此外，TSS440还可用于海上救捞、 抢险、水下军火救捞、水下导体碎片清除、水雷计数等。本文介绍了TSS440的系统组成以及工作原理，并且对误差产生原因做出分析，总结出误差补偿的方法， 从而使测量结果更精确稳定。关键词：TSS440误差来源误差补偿一、TSS440的系统构成TSS-440由以下几部分组成：水面单元（SDC）、水下供电单元（PSU）、水 下电子单元（SEP）、测量线圈3个（Coils）、高度计（Altimeter）以及备件系统， 水

2、下系统和水面单元利用ROV脐带缆连接。（A 电力供应、B ROV脐带缆、C通信电缆、D水下供电单兀、E 电缆1、F水下电子单元、G电缆2、H测量线圈、I 电缆3、J高度计）图1 TSS440系统构成二、基本工作原理TSS是利用电磁脉冲感应原理。当电流通过导体就会产生一个与之相对应 的磁场，它可以通过线圈内部的导线束探测到该磁场。 但海底目标物通常本身不 携带电流，因此也就没有磁场可供我们探测。 因此，我们必须让目标物内部产生 电流从而我们可以使用440探测与此电流相对应的磁场，如果我们能够通过这种 方式来探测到导体管线，那么我们就能够测量它的位置。440系统是用三个线圈进行探测：我们可以通过比

3、较三个线圈所获得的探测距离来非常精确地判断目标物的 位置。我们还可以同步使用高度计测量线圈距离海底的距离，从而获得目标物的埋藏深度。三、误差的来源1. 海水温度对电磁脉冲的影响从前面，我们清楚地知道我们可以通过电磁脉冲探测的原理来探测到导体目 标物。同样的，海水也是导体，440系统同样会接收到来自线圈周围的海水的电 磁脉冲信号。从图（2）我们可以清楚地看到当线圈距离目标物超过 2-3米的时候会给测 量带来很大的误差。设定了一个错误的海水温度当系统在正常高度进行规测量时 不会有很大的影响。更进一步的测试已经说明了海水的温度所带给海水消除的影 响。在我们着手进行测量之前，我们需要知道所测区域的海水

4、的温度从而来修正 消除海水影响的参数。2背景补偿误差一个非常好、可重复并且稳定的背景补偿是 TSS440系统能不能进行可靠和 高精度测量的先决条件。一个质量不高的背景补偿会给系统的测量带来误差，尤其是当信号强度很低的情况下。如果固定线圈的框架不是很牢固，靠近金属碎片 或者ROV本身产生的电气噪声也会给背景补偿带来很大的难度和误差。上面所 有的误差均可以在做完背景补偿以后通过移动ROV来观察得到。3. 信噪比TSS440系统数据的准确性很大程度上取决于信噪比，当信号的强度非常的 高（几百、几千 mV）,那么20 - 30mV的外界噪声不会给测量结果带来任何影 响。反之如果信号的强度很低，那么20

5、 - 30mV的外界噪声会给测量结果带来非 常大的影响。噪声源主要有以下几个方面：质量不高的背景补偿文件；线圈固定 框架的抖动；ROV本身的电气噪声。如果噪声水平超过了系统的检测门限，那 么你就会发现系统会跟踪一个根本不存在的目标物。如果噪声对系统的测量影响 很大，那么就需要消除噪声源或者定期进行背景补偿来降低噪声对测量结果的影 响。4. 错误的海水补偿TSS440系统使用一个海水消除算法来消除海水的电导性对系统的影响。我 们有两个途径来获得正确的海水消除参数：选择基于预设的温度带宽的数值。进行一个手动的海水补偿。当我们在进行手动背景补偿的时候，一个不正确的数值会对系统消除海水噪 声的能力带来

6、很大的影响。如果背景补偿没有被正确的进行那么曲线的起始点将不会是原点，一个小的原点偏移（50?V）是可以接受的，因为曲线的梯度相对而言更加重要。如果有导体物质存在图（3）那么在ROV提升的过程中图形就将会变得不 平滑，这样就会给系统的测量带来误差。图（4）显示的是当ROV提升过程中由于安装框架发生晃动而造成的结果,我们可以看到在曲线的中间位置由于框架晃动而造成了一些数据点的缺失。5. 供电电缆的影响携带大电流的动力电缆会对440的工作产生一定影响，如果有这样的情况存 在那么会在系统的测量过程中产生冗余误差， 使用软件自带的示波器来定期检查 每一个测量通道，如果这些影响在三个测量窗口之外，那么这

7、个影响可以忽略。四、TSS440补偿误差的方式1背景补偿当系统上电热机工作15-20分钟以后，距离所有导体的距离要大于 10米。 所选区域要尽量平坦，避免周围存在深沟或者岩石，而且该区域不能有任何的导 体埋藏或者碎片裸露。通过在没有任何导体的地方进行背景补偿来消除ROV自身给系统带来的背景噪声。通常来讲标准（Standard）通道测量到的背景信号应 该小于1000叮，并且两次测量之间的信号强度差别不大于 20叮。早期（Early） 通道测量到的信号强度应该小于 5000叮，并且两次测量之间的信号强度差别不 大于50 Vo所有信号强度大于上述的背景补偿的数据均被认为是一个有效的信 号。上述的背景

8、补偿可以通过软件进行自动获取，在背景补偿过程中确保440系统处于一个非常稳定的状态。2. 检查背景补偿在背景补偿完成以后，将 ROV移动到另外一个 干净”的区域，在整个移动 过程中信号强度的变化不应该大于 0mV，将ROV坐到海底然后检查信号的强 度确保该强度稳定在0 0mV。如果信号强度成为负值那么就重新进行背景补 偿和背景检查。在我们着手进行测量之前，我们需要知道所测区域的海水的温度 从而来修正消除海水影响的参数。DeepView软件中已经预设了温度带宽（0-10?C, 10-25?C & +25?C）,这些能够满足所有测量区域的需求。当我们进行 测量的时候，如果我们所测量的区域存在异常高

9、或者低的盐度，或者说所测区域的水深变化非常大，那么一个手动的背景补偿需要在测量之前进行。3. 手动补偿这一步需要在成功完成背景补偿之后进行。当软件计算海水消除参数的时候 从海底按照0.2m/s的速度将ROV缓慢升起。一旦正确的海水温度带宽被选择， 或者手动海水补偿完成以后，海水影响的消除结果是可以进行测试的：将ROV从海底升起的过程中进行测量，确保每个通道检测到的信号的强度维持在 00mV的范围内。当ROV的高度被提升到距离海底4.2米的时候信号强度会 随着高度的进一步增加而增加。这是正常现象，并不会带给系统任何问题。过度的ROV的歪斜会降低系统的测量精度，这是因为当ROV歪斜的时候线圈之间的有效距离就会显著缩短。探测线圈阵列的姿