水下機器人的賢「內助」——微磁基礎傳感器助資源探測和管道探傷

2021-01-11 微磁傳感

隨著工業的發展,人類對能源的需求日益增長。然而陸地資源越來越匱乏,人類迫切需要開發海洋資源。因此,研發水下機器人應用於海洋考察工作十分重要。與此同時,海底管道等設施建設必不可少。人們普遍利用水下機器人考察海洋資源以及維護海底管道設施。在此過程中,傳感器是水下機器人考察和維護工作的重要支撐。

外國水下機器人研發歷史和現狀

20世紀五十年代,世界上開始研製水下機器人,最初主要應用在水文學術調查、海上石油勘探調查、天然氣開發等。

20世紀八十年代末,水下機器人逐漸向智能化方向發展,可以利用傳感器進行導航定位、繪製路線、傳輸信息等。

21世紀初期,發達國家的水下機器人技術取得了較大進步。

2005年,英國科學家利用AUV搭載傳感器對南極芬布爾冰架進行了首次冰架下探測,在2009年利用AUV探索了南極松島冰川地區,得到了冰架下海底高解析度地形資料和冰架底部精細結構。

2018年,日本島津製作展出了正在開發的水下磁探測安全系統MAGNETICEYES。該系統採用被動感應方式,檢測對象物所產生的磁場。與採用超聲波感應方式相比,由於只對鐵、鎳等容易磁化的金屬有反應,因此不檢測海豚等海洋生物,檢測錯誤較少。

美國德拉瓦大學的海洋機器人Remus 600大約9英尺長,此水下自主潛航器可以行進至600米深,並帶有用於檢測海洋生物的傳感器。

我國水下機器人研發歷史和現狀

20世紀八十年代,我國開始研發智能水下機器人。通過持續不懈的努力,研製出了遙控式智能水下機器人試驗機「海洋一號」,這具有裡程碑意義。為了攻克智能決策和控制方面的難題,哈爾濱工程大學研製出了「智水」系列水下機器人,相應的導航定位、環境感知等技術也隨之發展提高。

21世紀以來,我國先後打破自身潛海紀錄:2012年研發「蛟龍號」,達到深潛7062米記錄;2019年,「雪龍」船在南極羅斯海投放了一枚外觀形如魚雷的科學儀器;2020年,「奮鬥者」號載人潛水器創造了我國載人潛水器下潛深度最新記錄,在世界最深馬裡亞納海溝成功坐底,下潛深度達到10909米。「奮鬥者」號具備了全海深進入、探測和作業能力,正式轉入試驗性應用階段,其中,傳感器起到十分重要的作用。

水下機器人搭載國創智能微磁基礎傳感器探測資源和管道探傷

海洋資源豐富,同時海底環境惡劣複雜,利用有人潛航器探測資源,往往會出現不可預測的危險。隨著科技進步和人工智慧的迅猛發展,大多數國家都推行無人水下機器人搭載傳感器探測資源,並進行海底設施維護。

利用水下機器人搭載國創智能高精度三軸微磁基礎傳感器可以實時在線探測海洋的礦產、石油等資源,為後續的開採利用提供重要的原始數據。其基於巨磁阻抗效應,即磁異常目標含有鐵磁性特徵(如鐵、鈷、鎳等)材料或電流等,磁場強度大小與目標距離立方呈反比關係,H∝M/R3。利用國創智能高精度三軸微磁基礎傳感器探測鐵磁性目標引起的磁異常信息,根據相應的模型算法,可以判斷該鐵磁性目標的相關特徵信息。

同時利用金屬磁記憶效應的水下機器人磁探測系統,可以全天候、實時在線對水下管道等進行無損探傷,發現傷痕、裂縫等缺陷即刻發出警報,還可精確定位,並報告給控制終端,以供決策。

而且為了給水下機器人定位並幫助其返航,可以由水面載體發出定頻磁信號,再由水下機器人搭載的國創智能高精度三軸微磁基礎傳感器接收該信號,然後利用識別定位算法引導水下機器人自身實現自動返航。

水下機器人及相關技術研發對於海洋資源探測和利用意義重大,可以促進海洋事業進步和經濟發展。國創智能致力於高解析度微磁基礎傳感器研發生產,研發成果應用於水下機器人磁探事業,將助力國家海洋事業進步和國民經濟發展。

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