[0001] 本发明涉及核电厂取水涵洞探测技术领域，特别是涉及一种核电厂取水涵洞淤泥探测装置。

[0002] 秦山核电二厂取水涵洞标高约‑20米，涵洞管道直径约5米，核电大修期间管道内部一直处于有水状态，取水涵洞内淤泥和海生物生长附着在洞内四周，取水涵洞属于非开阔水域，设施复杂，而且浅剖仪探测淤泥厚度无法实现四周扫测，国内目前没有适合核电厂取水涵洞淤泥探测的设备可供选。

[0003] 核电厂取水涵洞的淤泥厚度影响进水口的流量，探测核电厂取水涵洞的淤泥厚度和清除淤泥都是在机组停转、排空水池水的情况下，才能进入探测和施工。在机组不停转和满水状态下，核电厂取水涵洞有水流速度时，潜水员进行水下20米入涵洞潜水探测作业非常危险，容易出人身安全事故。而且因人工潜水时长限制，无法保证距离长的取水涵洞一次全探测完毕，更不能手持多款设备进行全程清晰探测标定淤泥淤积情况。

[0004] 目前没有成熟的核电厂取水涵洞淤泥探测方案，有选用三维全景多波束测量系统进行涵洞扫测，但三维全景多波束测量系统体积大，重量重，需要大型机器人才能携带搭载，大型机器人在取水涵洞中运行不便，掉头转向难，有可能出现机器人转向时卡在取水涵洞中，出安全事故，给救援工作带来不便。

[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左端”、“右端”、“上方”、“下方”、“外侧”、“内侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0024] 参见图1‑4，本实施例提供一种核电厂取水涵洞淤泥探测装置，包括水下机器人1，搭载在水下机器人1上的多波束测量系统和惯性导航系统2，以及水下机器人控制平台；所述惯性导航系统2，用于标定核电厂取水涵洞中间直线的起点信息并发送水下机器人控制平台，确定水下机器人1的移动信息并发送水下机器人控制平台和多波束测量系统；所述水下机器人控制平台，用于接收惯性导航系统2发送的水下机器人1的移动信息和核电厂取水涵洞中间直线的起点信息，根据核电厂取水涵洞中间直线的起点信息控制水下机器人1下水到达核电厂取水涵洞中间直线的起点，根据水下机器人1的移动信息控制水下机器人1在核电厂取水涵洞中间直线上匀速前进至核电厂取水涵洞中间直线的终点；所述多波束测量系统，用于接收惯性导航系统2发送的水下机器人1的移动信息，在水下机器人在核电厂取水涵洞中间直线上匀速前进的同时，对核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向中的一个方向进行扇形波束扫描，获取核电厂取水涵洞中间直线一个方向的淤泥表面地形图；所述水下机器人1为小型水下机器人，所述多波束测量系统为小型多波束测量系统。

[0025] 水下机器人1搭载多波束测量系统和惯性导航系统2进行核电厂取水涵洞淤泥探测，获核电厂取水涵洞内四周淤泥的地形地貌状况，对核电厂取水涵洞水下地形进行全覆盖、无遗漏地测量，进而得到核电厂取水涵洞水下地形图，极大提高核电厂取水涵洞淤泥探测的效果和精度。

[0026] 进一步地，所述水下机器人1上设有左测距声呐、右测距声呐、上测距声呐和下测距声呐；水下机器人控制器根据水下机器人1的移动信息控制左测距声呐和右测距声呐微调水下机器人1水平方向居中在核电厂取水涵洞中间直线，水下机器人控制器根据水下机器人的移动信息控制上测距声呐和下测距声呐微调水下机器人1垂直方向居中在核电厂取水涵洞中间直线，从而确保水下机器人1在核电厂取水涵洞中间直线上。

[0027] 进一步地，所述多波束测量系统包括多波束声呐安装台3、多波束声呐阵列5和多波束声呐控制器4；所述水下机器人1内部搭载多波束声呐控制器4，所述多波束声呐控制器4上安装在多波束声呐安装台3；所述多波束声呐安装台3伸出水下机器人1一端固定安装多波束声呐阵列5；所述多波束声呐控制器4接收惯性导航系统2发送的水下机器人1的移动信息，控制多波束声呐阵列5向核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向中的一个方向进行扇形波束扫描；所述多波束声呐控制器控制多波束声呐安装台3在多波束声呐控制器4上九十度角度旋转，从而带动多波束声呐安装台3上的多波束声呐阵列5可向核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向进行扇形波束扫描。

[0028] 搭载多波束声呐系统和惯性导航系统2的水下机器人1在核电厂取水涵洞中间直线上匀速稳定前进四次，每次控制多波束声呐阵列5沿核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向中的一个方向进行扇形波束扫描，从而获得核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向的淤泥表面地形图；然后将获得的核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向的淤泥表面地形图拼接生成核电厂取水涵洞淤泥表面三维全景地形图。

[0029] 核电厂取水涵洞淤泥表面三维全景地形图立体直观地展示核电厂取水涵洞淤泥表面地形，为核电厂维护和安防提供水下数据，最终达到在不停机和不排。水的情况下，测量核电厂取水涵洞淤泥厚度，计算核电厂取水涵洞淤泥方量，实现核电厂取水涵洞淤泥清理的目的。

[0030] 进一步地，所述多波束声呐阵列5进行140°扇形波束扫描。

[0031] 进一步地，所述惯性导航系统2根据水下机器人1在核电厂取水涵洞中间直线起点的时间、位置、经度、纬度和高度信息，解算出水下机器人1的移动信息；所述移动信息包括水下机器人1的实时速度、位置、姿态和航向。

[0032] 进一步地，所述惯性导航系统2包括惯性测量装置和惯性解算装置；所述惯性测量装置搭载在水下机器人1上，包括三轴光纤陀螺仪、石英挠性加速度计、I/F转换电路和可逆计数器；所述惯性解算装置未搭载在水下机器人1上，包括导航计算机；所述导航计算机外接全球卫星定位系统(GPS)和多普勒计程仪(DVL)；所述三轴光纤陀螺仪敏感水下机器人1角速率，向导航计算机输出与水下机器人1角速率成比例的数字信号；所述石英挠性加速度计有三个，三个石英挠性加速度计正交配置；三个正交配置的石英挠性加速度计敏感水下机器人1线加速度，向I/F转换电路输出与水下机器人1线加速度成比例的电流信号；所述电流信号经过I/F转换电路转换为脉冲信号向可逆计数器输出，经可逆计数器转换为频率信号向导航计算机输出；所述导航计算机接收三轴光纤陀螺仪、可逆计数器、外接全球卫星定位系统(GPS)和外接多普勒计程仪(DVL)发送的数据，经过导航计算机上安装的惯性导航系统软件误差补偿计算和导航解算，得到水下机器人1的移动信息，并以规定的周期通过监控口向水下机器人控制平台和多波束测量系统输出。

[0033] 多普勒计程仪(DVL)提供高精度的水下机器人速度信息，且其误差不随时间累积，在水下机器人自主导航中，作为修正惯性导航系统因失锁形成累积误差的重要辅助手段。

[0034] 惯性导航系统2是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。惯性导航系统2工作环境包括空中、地面和水下。惯性导航系统2的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。惯性导航系统2属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统2中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

[0035] 进一步地，所述惯性导航系统2固定在水下机器人1上，并利用惯性导航系统2的水平安装基准面和方位基准面将惯性导航系统2的XYZ坐标系与水下机器人1坐标系重合，即惯性导航系统2标识的Y轴正向与水下机器人1前进方向相同，惯性导航系统2标识的Z轴正向竖直向上，确保惯性导航系统2的X轴敏感水下机器人1的俯仰角变化，惯性导航系统2的Y轴敏感水下机器人1的横滚角变化，惯性导航系统2的Z轴敏感水下机器人1的方位角变化。

[0036] 惯性导航系统2具有以下四个特点：①定位：为水下机器人1提供定位信息；②定向：为水下机器人1提供真北方向，归算多波束测量系统水深点位置；③姿态：为水下机器人1提供实时姿态信息，归算多波束测量系统水深，所述姿态信息包括横摇、纵摇、艏摇和升沉信息，其中，横摇影响最大；④高性能，高性价比、小体积、低重量、低功耗。

[0037] 使用本发明的核电厂取水涵洞淤泥探测装置进行核电厂取水涵洞淤泥探测，包括如下步骤：

[0038] 1、启动核电厂取水涵洞淤泥探测装置；

[0039] 2、惯性导航系统2标定核电厂取水涵洞中间直线的起点信息并发送水下机器人控制平台，确定水下机器人1的移动信息并发送水下机器人控制平台和多波束测量系统；

[0040] 3、水下机器人控制平台接收惯性导航系统2发送的核电厂取水涵洞中间直线的起点信息，根据核电厂取水涵洞中间直线的起点信息控制水下机器人1下水到达核电厂取水涵洞中间直线起点；

[0041] 4、水下机器人控制平台接收惯性导航系统2发送的水下机器人1的移动信息，根据水下机器人1的移动信息控制水下机器人1在核电厂取水涵洞中间直线上匀速前进至核电厂取水涵洞中间直线终点；多波束声呐控制器4接收惯性导航系统2发送的水下机器人1的移动信息，在水下机器人在核电厂取水涵洞中间直线上匀速前进的同时，控制多波束声呐阵列5向核电厂取水涵洞中间直线上、下、左、右四个方向中的一个方向进行扇形波束扫描，获取核电厂取水涵洞中间直线一个方向的淤泥表面地形图；

[0042] 5、水下机器人控制平台控制水下机器人1回到核电厂取水涵洞中间直线的起点，多波束声呐控制器4控制多波束声呐安装台3在多波束声呐控制器4上逆时针旋转90°，然后重复步骤4，获取核电厂取水涵洞中间直线一个方向的淤泥表面地形图；

[0043] 6、水下机器人控制平台控制水下机器人1回到核电厂取水涵洞中间直线起点，多波束声呐控制器4控制多波束声呐安装台3在多波束声呐控制器4上逆时针旋转90°；然后重复步骤4，获取核电厂取水涵洞中间直线一个方向的淤泥表面地形图；

[0044] 7、水下机器人控制平台控制水下机器人1回到核电厂取水涵洞中间直线起点，多波束声呐控制器4控制多波束声呐安装台3在多波束声呐控制器4上逆时针旋转90°；然后重复步骤4，获取核电厂取水涵洞中间直线一个方向的淤泥表面地形图；

[0045] 8、对核电厂取水涵洞中间直线四个方向的淤泥表面地形图进行拼接处理，获得核电厂取水涵洞淤泥表面三维全景地形图。

[0046] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。