一種具有g(shù)ps定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【專利摘要】一種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，它涉及一種管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，具體涉及一種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備只能進(jìn)行接觸性或測(cè)距不高的檢測(cè)，且沒有定位功能的問題。本發(fā)明包括掃描機(jī)構(gòu)、GPS定位系統(tǒng)、主機(jī)和兩根數(shù)據(jù)線，掃描機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸接口通過一根數(shù)據(jù)線與主機(jī)的通訊接口連接，GPS定位系統(tǒng)的通訊接口通過一根數(shù)據(jù)線與主機(jī)的通訊接口連接，GPS定位系統(tǒng)由信號(hào)無源接收天線和數(shù)據(jù)處理芯片組成，信號(hào)無源接收天線與數(shù)據(jù)處理芯片連接，數(shù)據(jù)處理芯片與通訊接口連接。本發(fā)明用于關(guān)傲缺陷檢測(cè)。
【專利說明】ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，具體涉及ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵磁性金屬在腐蝕、拉伸、壓縮、扭曲和周期性載荷等的作用下都會(huì)產(chǎn)生金屬磁記憶效應(yīng)。金屬在應(yīng)カ集中或腐蝕位置會(huì)產(chǎn)生滑移錯(cuò)位區(qū)域并伴有自有漏磁場(chǎng)。存在微弱的地球磁場(chǎng)時(shí)，在受檢物體應(yīng)カ集中區(qū)域的表面將形成漏磁場(chǎng)梯度，使用專門的磁側(cè)儀表就能獲得該梯度的大小，并通過它確定是否發(fā)生缺陷。根據(jù)磁記憶產(chǎn)生的機(jī)理，鐵磁性部件的缺陷位置會(huì)產(chǎn)生較大的自有漏磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生突變。使用金屬磁記憶非接觸性磁測(cè)診斷法檢測(cè)埋地管道，能找出并局部定位管道的應(yīng)カ變形區(qū)域在地下、水下或其他介質(zhì)作用下產(chǎn)生的不同性質(zhì)的損傷。
[0003]愛德森公司首先推出了 EMS-1000掌上金屬磁記憶檢測(cè)儀，可用于管道、葉片、軸承、齒輪等的檢測(cè)，此設(shè)備的測(cè)距較小，基本是接觸性的檢測(cè)。隨后又在EMS-1000的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，相繼推出了 EMS-2000、EMS-2003等EMS系列的磁記憶檢測(cè)設(shè)備及配套的數(shù)據(jù)處理軟件，目前可實(shí)現(xiàn)最大測(cè)距達(dá)150mm的檢測(cè)。
[0004]現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備只能進(jìn)行接觸性或測(cè)距不高的檢測(cè)，特別是對(duì)地下管道的檢測(cè)方面還不能進(jìn)行有效方便的檢測(cè)，且沒有定位功能，只能進(jìn)行臨時(shí)性的檢測(cè)，不能對(duì)管道位置信息進(jìn)行確定與保存，不能為管道信息的管理提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備只能進(jìn)行接觸性或測(cè)距不高的檢測(cè)，且沒有定位功能的問題，進(jìn)而提出ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括掃描機(jī)構(gòu)、GPS定位系統(tǒng)、主機(jī)和兩根數(shù)據(jù)線，掃描機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸接ロ通過ー根數(shù)據(jù)線與主機(jī)的通訊接ロ連接，GPS定位系統(tǒng)的通訊接ロ通過ー根數(shù)據(jù)線與主機(jī)的通訊接ロ連接，GPS定位系統(tǒng)由信號(hào)無源接收天線和數(shù)據(jù)處理芯片組成，信號(hào)無源接收天線與數(shù)據(jù)處理芯片連接，數(shù)據(jù)處理芯片與通訊接ロ連接。
[0007]本發(fā)明所述檢測(cè)方法的具體步驟如下:
[0008]步驟一、檢測(cè)人員手持主機(jī)，將掃描機(jī)構(gòu)放在離被檢測(cè)金屬管道較近的位置；
[0009]步驟ニ、打開主機(jī)開關(guān)，調(diào)至檢測(cè)模式，掃描機(jī)構(gòu)將數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，主機(jī)通過低噪聲、差動(dòng)輸入的放大電路實(shí)現(xiàn)磁微弱信號(hào)的放大，完成信號(hào)的采集并將信號(hào)按照設(shè)定的格式進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0010]步驟三、將主機(jī)連接到安裝有相應(yīng)上位機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)上，將存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上；[0011]步驟四、使用信號(hào)處理上位機(jī)軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用離散小波變換的db小波軟閾值函數(shù)和固定形式閾值對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行降噪處理；
[0012]步驟五、提取小波降噪的梯度特征、細(xì)節(jié)分量特征及梯度信號(hào)的尺度空間能量特征，實(shí)現(xiàn)管道缺陷的判斷及缺陷位置的定位；
[0013]步驟六、使用路線標(biāo)定上位機(jī)軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)用Google Earth軟件，在地圖上標(biāo)定檢測(cè)路線與缺陷位置。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:經(jīng)對(duì)地下掩埋石油管道實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾性好，能夠有效屏蔽地磁場(chǎng)以及主機(jī)內(nèi)電路的磁場(chǎng)干擾，檢測(cè)精度高，缺陷評(píng)價(jià)精度在80%以上；測(cè)距大，能夠?qū)Φ叵?.5米以內(nèi)的管道進(jìn)行檢測(cè)；能夠?qū)z測(cè)路線及管線進(jìn)行成功標(biāo)定。最終保存的管道信息圖片特別適合于管道信息管理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)路線的標(biāo)定，井能夠形成圖片信息進(jìn)行保存，本發(fā)明采用小波技術(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行降噪及特征信息采集處理，完成管道缺陷的判斷及缺陷位置的定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是水平芯片和豎直芯片位置關(guān)系示意圖，圖3是模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路圖，圖4是按鍵模塊電路圖，圖5是EEPROM串行可擦寫存儲(chǔ)模塊電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置包括掃描機(jī)構(gòu)1、GPS定位系統(tǒng)2、主機(jī)3和兩根數(shù)據(jù)線4，掃描機(jī)構(gòu)I的數(shù)據(jù)傳輸接ロ通過ー根數(shù)據(jù)線4與主機(jī)3的通訊接ロ連接，GPS定位系統(tǒng)2的通訊接ロ通過ー根數(shù)據(jù)線4與主機(jī)3的通訊接ロ連接，GPS定位系統(tǒng)2由信號(hào)無源接收天線和數(shù)據(jù)處理芯片組成，信號(hào)無源接收天線與數(shù)據(jù)處理芯片連接，數(shù)據(jù)處理芯片與通訊接ロ連接。將檢測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)的經(jīng)纟韋度數(shù)據(jù)導(dǎo)入Google Earth,調(diào)用Google Earth,再其三維地圖上繪制檢測(cè)路徑。
[0017]Google Earth是有Google公司開發(fā)的一款虛擬地球軟件,它把航拍的照片、衛(wèi)星圖像和GIS數(shù)據(jù)整合在一起，形成了ー個(gè)地球的三維模型。本設(shè)計(jì)采用串行接ロ進(jìn)行單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，并基于MFC調(diào)用多線程串ロ編程工具CSerialPort類，編寫數(shù)據(jù)處理芯片與PC機(jī)通訊接ロ的串ロ通訊程序，該程序可將存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)生成調(diào)用Google Earth所需的KML格式文件，并調(diào)用Google Earth軟件的COM API接ロ將KML格式文件導(dǎo)入Google Earth繪制檢測(cè)路徑,實(shí)現(xiàn)高精度的三維圖像顯示及檢測(cè)路線的繪制。
[0018]【具體實(shí)施方式】ニ:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置的掃描機(jī)構(gòu)I由磁阻傳感器、濾波電路和數(shù)據(jù)傳輸接ロ組成，磁阻傳感器與濾波電路連接，濾波電路與數(shù)據(jù)傳輸接ロ連接。
[0019]本實(shí)施方式中的磁阻傳感器選用靈敏度在微高斯級(jí)的磁阻傳感器，運(yùn)用傳感器位置復(fù)位方法及電磁屏蔽方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了檢測(cè)環(huán)境中存在的電磁設(shè)備或其他干擾磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁波及干擾磁場(chǎng)對(duì)檢測(cè)設(shè)備的影響。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。[0020]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置的磁阻傳感器由水平芯片5和豎直芯片6相互垂直組成。
[0021]本實(shí)施方式中的水平芯片5是HMC1001芯片，其只對(duì)ー個(gè)方向上的磁場(chǎng)敏感，豎直芯片6是HMC1002芯片，其對(duì)兩個(gè)相互垂直方向的磁場(chǎng)敏感，水平芯片5和豎直芯片6組合后能夠同時(shí)對(duì)三個(gè)方向的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述ー種利用【具體實(shí)施方式】一所述裝置的管道缺陷檢測(cè)方法的具體步驟如下:
[0023]步驟一、檢測(cè)人員手持主機(jī)3，將掃描機(jī)構(gòu)I放在離被檢測(cè)金屬管道較近的位置；
[0024]步驟ニ、打開主機(jī)開關(guān)，調(diào)至檢測(cè)模式，掃描機(jī)構(gòu)I將數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)3，主機(jī)3通過低噪聲、差動(dòng)輸入的放大電路實(shí)現(xiàn)磁微弱信號(hào)的放大，完成信號(hào)的采集并將信號(hào)按照設(shè)定的格式進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0025]步驟三、將主機(jī)連接到安裝有相應(yīng)上位機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)上，將存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上；
[0026]步驟四、使用信號(hào)處理上位機(jī)軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用離散小波變換的db小波軟閾值函數(shù)和固定形式閾值對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行降噪處理；
[0027]步驟五、提取小波降噪的梯度特征、細(xì)節(jié)分量特征及梯度信號(hào)的尺度空間能量特征，實(shí)現(xiàn)管道缺陷的判斷及缺陷位置的定位；
[0028]步驟六、使用路線標(biāo)定上位機(jī)軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)用Google Earth軟件，在地圖上標(biāo)定檢測(cè)路線與缺陷位置。
[0029]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)方法的步驟四中采用離散小波變換的db小波軟閾值函數(shù)和固定形式閾值對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行降噪處理的具體步驟如下:
[0030]步驟A、對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波分解；
[0031]步驟B、再次對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波分解，其中高頻部分小波系數(shù)保留，低頻部分繼續(xù)進(jìn)行小波變換，重復(fù)此過程10-20次；
[0032]步驟C、根據(jù)信號(hào)和噪聲的小波系數(shù)具有不同的性質(zhì)，將處理后的小波系數(shù)重構(gòu)從而得到降噪后的信號(hào)；
[0033]步驟D、將步驟C中降噪后的信號(hào)采用小波閾值法進(jìn)行進(jìn)一步處理，選擇四層小波分解層數(shù)將含噪音信號(hào)進(jìn)行小波多尺度分解；
[0034]步驟E、根據(jù)分解后的各尺度上的小波系數(shù)設(shè)定閾值，保留高于該閾值的小波系數(shù)，消除低于該閾值的小波系數(shù)；
[0035]步驟F、選擇四層小波分解層數(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分解，最終得到去除噪音后的信號(hào)。
[0036]本實(shí)施方式中的小波是指Daubechies小波,Daubechies小波具有正交性,有助于提高大量管道檢測(cè)信號(hào)的計(jì)算速率，Daubechies小波的不對(duì)稱性使其在不同方向上表現(xiàn)出的不等的權(quán)重，緊支性使其有效的表征具有位置特性的信號(hào)，即檢測(cè)信號(hào)中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】四相同。
【權(quán)利要求】
1.ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置，其特征在于:所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置包括掃描機(jī)構(gòu)(I)、GPS定位系統(tǒng)(2)、主機(jī)(3)和兩根數(shù)據(jù)線(4 )，掃描機(jī)構(gòu)(I)的數(shù)據(jù)傳輸接ロ通過ー根數(shù)據(jù)線(4 )與主機(jī)(3 )的通訊接ロ連接，GPS定位系統(tǒng)(2)的通訊接ロ通過ー根數(shù)據(jù)線(4)與主機(jī)(3)的通訊接ロ連接，GPS定位系統(tǒng)(2)由信號(hào)無源接收天線和數(shù)據(jù)處理芯片組成，信號(hào)無源接收天線與數(shù)據(jù)處理芯片連接，數(shù)據(jù)處理芯片與通訊接ロ連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置，其特征在于:掃描機(jī)構(gòu)(I)由磁阻傳感器、濾波電路和數(shù)據(jù)傳輸接ロ組成，磁阻傳感器與濾波電路連接，濾波電路與數(shù)據(jù)傳輸接ロ連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)裝置，其特征在于:所述磁阻傳感器由水平芯片(5)和豎直芯片(6)相互垂直組成。
4.ー種利用權(quán)利要求1所述裝置的管道缺陷檢測(cè)方法，其特征在于:所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)方法的具體步驟如下: 步驟一、檢測(cè)人員手持主機(jī)(3)，將掃描機(jī)構(gòu)(I)放在離被檢測(cè)金屬管道較近的位置； 步驟ニ、打開主機(jī)開關(guān)，調(diào)至檢測(cè)模式，掃描機(jī)構(gòu)(I)將數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)(3)，主機(jī)(3)通過低噪聲、差動(dòng)輸入的放大電路實(shí)現(xiàn)磁微弱信號(hào)的放大，完成信號(hào)的采集并將信號(hào)按照設(shè)定的格式進(jìn)行存儲(chǔ)； 步驟三、將主機(jī)連接到安裝有相應(yīng)上位機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)上，將存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上； 步驟四、使用信號(hào)處理上位機(jī)軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用離散小波變換的db小波軟閾值函數(shù)和固定形式閾值對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行降噪處理； 步驟五、提取小波降噪的梯度特征、細(xì)節(jié)分量特征及梯度信號(hào)的尺度空間能量特征，實(shí)現(xiàn)管道缺陷的判斷及缺陷位置的定位； 步驟六、使用路線標(biāo)定上位機(jī)軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)用Google Earth軟件，在地圖上標(biāo)定檢測(cè)路線與缺陷位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述ー種具有GPS定位功能的非接觸式管道缺陷檢測(cè)方法，其特征在于:步驟四中采用離散小波變換的db小波軟閾值函數(shù)和固定形式閾值對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行降噪處理的具體步驟如下: 步驟A、對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波分解； 步驟B、再次對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波分解，其中高頻部分小波系數(shù)保留，低頻部分繼續(xù)進(jìn)行小波變換，重復(fù)此過程10-20次； 步驟C、根據(jù)信號(hào)和噪聲的小波系數(shù)具有不同的性質(zhì)，將處理后的小波系數(shù)重構(gòu)從而得到降噪后的信號(hào)； 步驟D、將步驟C中降噪后的信號(hào)采用小波閾值法進(jìn)行進(jìn)一步處理，選擇四層小波分解層數(shù)將含噪音信號(hào)進(jìn)行小波多尺度分解； 步驟E、根據(jù)分解后的各尺度上的小波系數(shù)設(shè)定閾值，保留高于該閾值的小波系數(shù)，消除低于該閾值的小波系數(shù)。
【文檔編號(hào)】F17D5/02GK103499829SQ201310481887
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】李隆球, 賀瑾瑜, 張廣玉, 王楊楊, 劉偉民, 宋文平 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)