文/前德門(mén)

應(yīng)用磁力儀探測(cè)海底電纜方法的探討

文/前德門(mén)

海洋石油工程股份有限公司

近年來(lái)，如何應(yīng)用磁力儀探測(cè)海底電纜得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，詳細(xì)分析了探測(cè)方法的原理等內(nèi)容，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從多個(gè)角度與方面就其數(shù)值處理方法展開(kāi)了研究，闡述了個(gè)人對(duì)此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識(shí)，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

磁力儀；海底電纜；探測(cè)；應(yīng)用

1 前言

作為一項(xiàng)實(shí)際要求較高的實(shí)踐性工作，應(yīng)用磁力儀探測(cè)海底電纜的特殊性不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)磁力儀應(yīng)用方法的分析與掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化海底電纜探測(cè)相關(guān)工作的最終整體效果。

2 概述

隨著海洋資源調(diào)查和海洋開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，海底電纜探測(cè)和識(shí)別已成為現(xiàn)代海洋工程測(cè)量中水下管線探測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，并且，一直是海洋工程測(cè)量中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。由于海底電纜的直徑比較小（一般為50～80mm），傳統(tǒng)的精密測(cè)深、側(cè)掃聲納等探測(cè)手段不能對(duì)其進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別，然而海底電纜的電磁特性為應(yīng)用磁力儀對(duì)其進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別提供了物理基礎(chǔ)和技術(shù)手段。自海洋磁力儀問(wèn)世以來(lái)，只要獲取高精度的區(qū)域海底磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用海底電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)異常特性（即海底電纜磁場(chǎng)模型），就可對(duì)實(shí)際地磁場(chǎng)異常特征進(jìn)行分析判斷，對(duì)海底電纜進(jìn)行識(shí)別和定位。本文對(duì)磁探測(cè)海底電纜模式及方法作了嘗試性的研究。

海底電纜埋設(shè)于海底以下3m以?xún)?nèi)，而且通有50Hz交流電流，在電纜周?chē)蜁?huì)產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，并向周?chē)鷤鞑?，利用特制的探頭（使之諧振于發(fā)射頻率）就可在電纜附近感應(yīng)出相同頻率的電壓信號(hào)。由于在應(yīng)用時(shí)，考慮的都是近區(qū)（即研究點(diǎn)與場(chǎng)源的距離小于1/6電磁波波長(zhǎng)的范圍），所以海底電纜一般可以認(rèn)為是無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線。

3 探測(cè)方法的探討

3.1探測(cè)原理

海底電纜的外層是用鋼絲鎧裝的，鋼雖是強(qiáng)磁性物質(zhì)，但它的體積很小，因而產(chǎn)生的磁力異常值較弱。從一個(gè)物體在空中產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理可知，物體在空中產(chǎn)生磁場(chǎng)是球狀分布的;也就是說(shuō)，在空中某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度正比于靠近該物體的體積和物體的性質(zhì)，而與距該物體的距離的3次方成反比。由于海底電纜的直徑很小，它產(chǎn)生的磁力異常值很弱，故要探測(cè)到海底電纜的磁力異常最關(guān)鍵的一條是磁力儀的“魚(yú)”(即磁力儀的探頭)要盡量靠近它，即解決磁力儀的“魚(yú)”與海底電纜的距離間題。在離“魚(yú)”10m處加一重物—鉛錘(8一12kg)，系鉛錘的尼龍繩為6m，要求在探測(cè)過(guò)程中，船盡量放最慢速度航行，鉛錘斜拖于海底?！棒~(yú)”由于空腔中有空氣不會(huì)沉底，設(shè)想“魚(yú)”能保持在離海底4-5m處，這樣靈敏度較高、噪聲較低。在魚(yú)跨過(guò)海底電纜時(shí)，能較理想地探測(cè)出海底電纜產(chǎn)生的磁力異常曲線。

3.2“魚(yú)”離海底高度的確定

磁力儀的“魚(yú)”在探測(cè)海底電纜的過(guò)程中，必須知道“魚(yú)”離海底的高度值。作者使用的“Seaspy”海洋質(zhì)子磁力儀本身帶有壓力傳感器，它能顯示“魚(yú)”離水面的深度，但是此壓力傳感器所顯示的數(shù)值不準(zhǔn)確，出入很大。通過(guò)對(duì)壓力傳感器的顯示數(shù)值作校正試驗(yàn)，找到它的校正系數(shù)為“1/5”，即壓力傳感器的顯示數(shù)值乘以“1/ 5”為“魚(yú)”的真正離水面的深度。這樣就可以確定“魚(yú)”離海底的真正高度。

3.3對(duì)工作船航行的要求

在探測(cè)海底電纜的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)“魚(yú)”離海底高度處在較理想的深度范圍內(nèi)(在“魚(yú)”跨過(guò)已敷設(shè)的海底電纜的已知位置附近時(shí))，要求工作船的航行速度必須嚴(yán)格地與之配合，工作船的航行速度在2kn左右為宜，而且工作船航行的速度要根據(jù)壓力傳感器的讀數(shù)換算到“魚(yú)”離海底的高度值隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以確保“魚(yú)”在到達(dá)海底電纜的已知坐標(biāo)附近時(shí)能在離海底較理想的高度。如果船速過(guò)高，“魚(yú)”沉不下去，離海底電纜太遠(yuǎn)，磁力儀測(cè)不到海底電纜的磁力異常值(或磁力異常值很小)，不能確定出海底電纜的真正位置。反之，由于船速太低，“魚(yú)”拖海底，雜亂的海底噪聲和海底存在的廢棄鐵磁物質(zhì)被測(cè)出來(lái)，呈現(xiàn)出雜亂的干擾磁力異常，沒(méi)法分辨出真正的海底電纜的位置。所以探測(cè)時(shí)要求工作船很好地與之配合，才能做好此探測(cè)工作。

3.4儀器的電纜長(zhǎng)度

磁力儀電纜放的長(zhǎng)度是根據(jù)工作船只的長(zhǎng)度和探測(cè)海域的海水的深度確定的，某次在進(jìn)行CZC光纜香港段探測(cè)時(shí)，海深在35一10m間。為了保證“魚(yú)”能沉下海底，磁力儀電纜放的長(zhǎng)度為200，250，300m3種。

4 數(shù)值處理方法

由于GPS定位儀是以天線為定位基準(zhǔn)，磁力儀的電纜放出的長(zhǎng)度離船尾20一250m，“魚(yú)”到達(dá)的時(shí)間總是遲后于定位天線。磁力儀的軟件又不能和GIS聯(lián)機(jī)，測(cè)量時(shí)采用調(diào)磁力儀的時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘同步的方法。通過(guò)“魚(yú)”的位置與定位儀〔干S的關(guān)系、電纜長(zhǎng)度、壓力傳感器的讀數(shù)和測(cè)深儀的讀數(shù)可以把航跡圖的marker關(guān)系計(jì)算到“魚(yú)”處，先找出海底電纜交匯點(diǎn)出現(xiàn)磁力異常處的時(shí)間，然后再在航跡圖上找出“魚(yú)”處相同時(shí)間的坐標(biāo)，此時(shí)“魚(yú)”在航跡圖上所處的坐標(biāo)即為磁力異常的坐標(biāo)，也即是海底電纜所處位置的坐標(biāo)。測(cè)量光纜路由線與海底電纜交匯點(diǎn)共穿測(cè)3次，也即有3次磁力異常出現(xiàn)。由3處磁力異常出現(xiàn)的時(shí)間找出3組坐標(biāo)值再點(diǎn)到航跡圖上，連接3組坐標(biāo)的連線就是被測(cè)海底電纜的走向。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)應(yīng)用磁力儀探測(cè)海底電纜問(wèn)題的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的海底電纜探測(cè)工作過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)磁力儀應(yīng)用關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

[1]呂安強(qiáng)，寇欣，尹成群，李永倩.三芯海底電纜中復(fù)合光纖與導(dǎo)體溫度關(guān)系建模[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào).2017.

[2]張磊，俞恩科，陳國(guó)志等.提升海底電纜載流量的2種方法及其試驗(yàn)研究[J].高電壓技術(shù).2017.

[3]趙健康，陳錚錚.國(guó)內(nèi)外海底電纜工程研究綜述[J].華東電力.2016.