專利名稱：海底管道智能檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種檢測技術(shù)領(lǐng)域的檢測器，具體地說，是一種海底管道智能檢測器。
背景技術(shù)：
管線傳輸是石油、天然氣等能源運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，然而，無論是國內(nèi)還是國外，許多管網(wǎng)已經(jīng)使用了數(shù)十年，管線泄漏時有發(fā)生。特別是海底管道，由于其工作條件特別惡劣，更容易發(fā)生腐蝕、疲勞破壞或使管道內(nèi)部潛在缺陷發(fā)展成破損而引起的泄漏事故，如不及時修復(fù)，這必將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而，有效的管道在線檢測便成了當(dāng)務(wù)之急，但國內(nèi)目前尚無有效的近海海底管線在線檢測系統(tǒng)。同時，由于國內(nèi)比較老的管道在設(shè)計、建造中沒有考慮檢測的問題，致使諸如缺陷的精確定位等一系列問題變得較為困難。這些困難主要在于我國管道沒有建造時的GIS(地理信息系統(tǒng))資料。考慮能源的限制，需要在不停止輸油的情況下利用油壓差驅(qū)動檢測器進(jìn)行在線檢測；同時在檢修時需要把油抽干，進(jìn)行第二次的定位檢測。國外的管道都有相應(yīng)的鋪設(shè)GIS資料，只要有檢測器行走的距離，無需進(jìn)行定位檢測便可確定缺陷的大地位置，為檢修所用。由于缺少管道鋪設(shè)時的GIS資料，國外的相關(guān)檢測裝置無法完全適合我國管道檢測的實際需求。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利公開號US2003083576-第一1，
公開日為2003.05.01，專利名稱為管內(nèi)超聲壁厚測量裝置，該專利自述為“檢測裝置采用超聲壁厚測量的方法實現(xiàn)了從管內(nèi)對管道的測量、檢測數(shù)據(jù)的采樣和數(shù)據(jù)結(jié)果的解釋。檢測器包括一個超聲脈沖發(fā)射器、超聲探頭、放大器、自帶模擬輸入的比較器、數(shù)字時鐘、處理器、數(shù)據(jù)存儲模塊以及一個可控制的參考電壓源。參考電壓源與比較器的輸入端相連，其輸出至少可以調(diào)節(jié)到兩種不同的電壓值。比較器的輸出端與參考電壓源的一個控制輸入端相連，當(dāng)記錄超聲脈沖時，此連接方法可以切換比較器的閾值電壓。采用一個閾值電壓觸發(fā)記錄管道內(nèi)壁產(chǎn)生的超聲反射脈沖，而另一個閾值記錄管道外壁產(chǎn)生的超聲反射脈沖。由此可以直接測量管壁間的超聲脈沖的傳播時間，這種方法可以增加檢測器單次行程的檢測距離，并且可以提高測量精度和硬件數(shù)據(jù)處理的速度?！逼洳蛔阒幨菣z測裝置只記錄了內(nèi)外壁脈沖反射的時間差，一旦脈沖判斷失誤，由于缺乏原始的超聲數(shù)據(jù)，無法重新進(jìn)行人工判別，系統(tǒng)的可靠性大大降低；該檢測裝置只測量管道壁厚，對于裂紋等潛在的危險缺陷無法進(jìn)行識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種海底管道智能檢測器，它同時采用了漏磁和超聲兩種檢測技術(shù)，超聲用于檢測管道的壁厚，漏磁用于檢測管道存在的裂紋等缺陷，兩種技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)，可以得到更全面的缺陷信息，以對缺陷更好地識別，滿足我國管道檢測的實際需求。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括驅(qū)動裝置、漏磁檢測頭、漏磁信號處理裝置、電源裝置、里程儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、超聲檢測頭及超聲信號處理裝置。各部分連接起來在管道內(nèi)工作，行走并采集管道的缺陷信息。部件連接關(guān)系為驅(qū)動裝置、漏磁檢測頭、漏磁信號處理裝置、電源裝置、超聲信號處理裝置、超聲檢測頭由頭至尾依次用萬向節(jié)相連。里程儀和旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成管內(nèi)定位裝置，里程儀設(shè)在超聲信號處理裝置的滾輪上，旋轉(zhuǎn)編碼器固定設(shè)在漏磁信號處理裝置箱體內(nèi)。由此，一個檢測器的總節(jié)數(shù)為6節(jié)。
所述的漏磁檢測頭是由多個漏磁探頭組成的探頭陣列。單個漏磁探頭包括鋼刷、壓力傳感器、磁敏傳感器、溫度傳感器、保護(hù)殼、軛鐵、永磁體，在軛鐵的兩端分別設(shè)有兩個永磁體，在軛鐵的中間通過螺釘固定有保護(hù)殼，在保護(hù)殼內(nèi)遠(yuǎn)離軛鐵的一邊設(shè)有磁敏傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。剛刷的內(nèi)圈與永磁體外圈直接相連，檢測時外圈與管道接觸。
所述的超聲檢測頭包括16條螺旋形的探頭架。每個探頭架上裝有8個超聲探頭，并保證這8個探頭之間的間隙相等。16條螺旋形的探頭架共布一周，它們也是等間隔布置。由此整套檢測裝置共用128個超聲探頭，這128個探頭在圓周方向均勻布置，在軸線方向是互相錯開。
所述的漏磁信號處理裝置包括漏磁信號預(yù)處理電路、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)及第一存儲器，漏磁檢測頭檢測到的管道缺陷信號進(jìn)入漏磁信號預(yù)處理電路，調(diào)理后的信號由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采樣，隨后送入工控機(jī)處理并由工控機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)保存在第一存儲器中。
所述的超聲信號處理裝置包括超聲信號預(yù)處理電路、高速數(shù)據(jù)采集卡、內(nèi)嵌式CPU及第二存儲器，超聲檢測頭檢測到的管道缺陷信號進(jìn)入超聲信號預(yù)處理電路，調(diào)理后的信號由高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采樣，隨后送入內(nèi)嵌式CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，隨后將經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)存入第二存儲器。
所述的里程儀包括里程輪、小磁鐵、霍爾開關(guān)及計數(shù)器，里程輪靠近邊緣處等間隔安裝8個小磁鐵，輪子中心設(shè)在支腳上，在支腳上靠近小磁鐵的一端安裝霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)的輸出傳送給計數(shù)器。
里程儀和旋轉(zhuǎn)編碼器的信號經(jīng)過調(diào)理電路后送給數(shù)據(jù)采集卡和高速數(shù)據(jù)采集卡。同時，溫度傳感器及壓力傳感器的信號經(jīng)相應(yīng)的調(diào)理電路后分別送給數(shù)據(jù)采集卡和高速數(shù)據(jù)采集卡。
所述的驅(qū)動裝置由多個橡膠皮碗組成，利用管道內(nèi)油壓差驅(qū)動。
所述的電源裝置由高能電池組組成。
本發(fā)明工作時驅(qū)動裝置負(fù)責(zé)檢測器的爬行驅(qū)動和導(dǎo)向，為了節(jié)省系統(tǒng)的電能供應(yīng)，系統(tǒng)采用油壓差驅(qū)動。電源裝置由高能電池組組成，為整個系統(tǒng)提供檢測所需的電能。漏磁檢測由漏磁檢測頭和漏磁信號處理裝置構(gòu)成，檢測時，同一個漏磁檢測探頭的永磁體、軛鐵、鋼刷與被測管道形成磁回路，當(dāng)管道中有缺陷時，將產(chǎn)生漏磁信號，被磁敏傳感器檢測到。磁敏傳感器的信號進(jìn)入漏磁信號預(yù)處理電路進(jìn)行放大和濾波，經(jīng)過調(diào)理的信號由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，隨后送入工控機(jī)處理并將處理后的數(shù)據(jù)保存在第一存儲器中。
超聲檢測由超聲檢測頭和超聲信號處理裝置完成，超聲檢測頭檢測到的管道缺陷信號送入超聲信號預(yù)處理電路進(jìn)行放大和濾波，經(jīng)過調(diào)理的信號由高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)字化，隨后送入內(nèi)嵌式CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)存入第二存儲器。同時，里程輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、溫度傳感器及壓力傳感器的信號經(jīng)相應(yīng)的里程輪、旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)理電路和溫度、壓力信號調(diào)理電路，調(diào)理后送給數(shù)據(jù)采集卡和高速數(shù)據(jù)采集卡，此數(shù)據(jù)與代表缺陷信息的數(shù)據(jù)一同打包，存入相應(yīng)的存儲器。
里程輪可能打滑引起的計里累積誤差通過管道的環(huán)焊縫信號分段消除，通過漏磁信號判斷環(huán)焊縫，每通過一個環(huán)焊縫，里程儀就清零重新計數(shù)，這樣里程輪在不同管道分段內(nèi)的計里誤差不會累積，通過環(huán)焊縫的計數(shù)值和里程輪的計里數(shù)據(jù)相結(jié)合共同實現(xiàn)缺陷的管內(nèi)精確定位。
漏磁檢測的特點(diǎn)是可以檢測出管道的小面積缺陷和裂紋但對大面積的壁厚變化較難判斷，超聲波檢測的特點(diǎn)是能夠得到管道某一局部范圍內(nèi)的精確壁厚但對小面積缺陷和裂紋的檢測比較困難，將兩種方法集成于一個智能檢測器內(nèi)能形成優(yōu)勢互補(bǔ)，對采集的兩種數(shù)據(jù)綜合分析能得到更好的檢測結(jié)果。
本發(fā)明的有益效果是采用漏磁和超聲兩種檢測技術(shù)，對同一目標(biāo)檢測起到了優(yōu)勢互補(bǔ)的作用，能得到更準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。采用里程儀、旋轉(zhuǎn)編碼器和環(huán)焊縫輔助判別的方法，使得缺陷的定位更精確。采用數(shù)據(jù)高速采集，工控機(jī)控制數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高容量的數(shù)據(jù)采集和存儲，能夠記錄原始的數(shù)據(jù)信息，為人工二次判斷提供依據(jù)。所有這些技術(shù)適合我國管道現(xiàn)狀對檢測的特殊要求。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明漏磁探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的檢測信號流及硬件原理圖。
圖4為本發(fā)明里程儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括驅(qū)動裝置1、漏磁檢測頭2、漏磁信號處理裝置3、電源裝置4、超聲信號處理裝置5、超聲檢測頭6、里程儀7、旋轉(zhuǎn)編碼器8。驅(qū)動裝置1、漏磁檢測頭2、漏磁信號處理裝置3、電源裝置4、超聲信號處理裝置5、超聲檢測頭6由頭至尾依次通過萬向節(jié)9相互連接，里程儀7和旋轉(zhuǎn)編碼器8構(gòu)成管內(nèi)定位裝置，里程儀7設(shè)在超聲信號處理裝置5的滾輪上，旋轉(zhuǎn)編碼器8固定設(shè)在漏磁信號處理裝置3箱體內(nèi)。
如圖2所示，所述的漏磁檢測頭2是由多個漏磁探頭組成的探頭陣列。其中單個漏磁探頭包括鋼刷10、壓力傳感器11、磁敏傳感器12、溫度傳感器13、保護(hù)殼14、軛鐵15、永磁體16，在軛鐵15的兩端分別設(shè)有兩個永磁體16，在軛鐵15的中間通過螺釘固定有保護(hù)殼14，在保護(hù)殼14內(nèi)遠(yuǎn)離軛鐵15的一邊設(shè)有磁敏傳感器12、溫度傳感器13和壓力傳感器11。剛刷10的內(nèi)圈與永磁體16外圈直接相連，檢測時外圈與管道接觸。
所述的超聲檢測頭16包括16條螺旋形的探頭架。每個探頭架上裝有8個超聲探頭，并保證這8個超聲探頭之間的間隙相等。16條螺旋形的探頭架共布一周，它們也是等間隔布置。由此整套檢測裝置共用128個超聲探頭，這128個探頭在圓周方向均勻布置，在軸線方向是互相錯開。
如圖3所示，所述的漏磁信號處理裝置3包括漏磁信號預(yù)處理電路17、數(shù)據(jù)采集卡18、工控機(jī)19和第一存儲器20，漏磁信號預(yù)處理電路17、數(shù)據(jù)采集卡18、工控機(jī)19和第一存儲器20按順序依次連接，漏磁檢測頭2檢測到的管道缺陷信號進(jìn)入漏磁信號預(yù)處理電路17，調(diào)理后的信號由數(shù)據(jù)采集卡18進(jìn)行采樣，隨后送入工控機(jī)19處理并由工控機(jī)19將處理后的數(shù)據(jù)保存在第一存儲器20中。
所述的超聲信號處理裝置5包括超聲信號預(yù)處理電路23、高速數(shù)據(jù)采集卡24、內(nèi)嵌式CPU 25和第二存儲器26，這4個構(gòu)件按順序依次連接，超聲檢測頭6檢測到的管道缺陷信號進(jìn)入超聲信號預(yù)處理電路23，調(diào)理后的信號由高速數(shù)據(jù)采集卡24進(jìn)行采樣，隨后送入內(nèi)嵌式CPU 25進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，隨后將經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)存入第二存儲器26。
如圖4所示，所述的里程儀7包括里程輪27、小磁鐵28、霍爾開關(guān)29及計數(shù)器30，里程輪27靠近邊緣處等間隔安裝8個小磁鐵28，輪子支架上靠近小磁鐵28的一端安裝霍爾開關(guān)29，霍爾開關(guān)29輸出傳送給計數(shù)器30。
里程儀7和旋轉(zhuǎn)編碼器8的信號經(jīng)過調(diào)理電路后送給數(shù)據(jù)采集卡18和高速數(shù)據(jù)采集卡24。同時，溫度傳感器13及壓力傳感器11的信號經(jīng)相應(yīng)的調(diào)理電路后分別送給數(shù)據(jù)采集卡18和高速數(shù)據(jù)采集卡24。
所述的驅(qū)動裝置1由多個橡膠皮碗組成，利用管道內(nèi)油壓差驅(qū)動。
所述的電源裝置4由高能電池組組成。
權(quán)利要求
1.一種海底管道智能檢測器，包括驅(qū)動裝置(1)、漏磁檢測頭(2)、漏磁信號處理裝置(3)、電源裝置(4)、超聲信號處理裝置(5)、超聲檢測頭(6)、里程儀(7)、旋轉(zhuǎn)編碼器(8)，其特征在于驅(qū)動裝置(1)、漏磁檢測頭(2)、漏磁信號處理裝置(3)、電源裝置(4)、超聲信號處理裝置(5)、超聲檢測頭(6)由頭至尾依次通過萬向節(jié)(9)相互連接，里程儀(7)和旋轉(zhuǎn)編碼器(8)構(gòu)成管內(nèi)定位裝置，里程儀(7)設(shè)在超聲信號處理裝置(5)的滾輪上，旋轉(zhuǎn)編碼器(8)固定設(shè)在漏磁信號處理裝置(3)箱體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底管道智能檢測器，其特征是，所述的漏磁檢測頭(2)是由多個漏磁探頭組成的探頭陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底管道智能檢測器，其特征是，漏磁探頭包括鋼刷(10)、壓力傳感器(11)、磁敏傳感器(12)、溫度傳感器(13)、保護(hù)殼(14)、軛鐵(15)、永磁體(16)，在軛鐵(15)的兩端分別設(shè)有兩個永磁體(16)，在軛鐵(15)的中間通過螺釘固定有保護(hù)殼(14)，在保護(hù)殼(14)內(nèi)遠(yuǎn)離軛鐵(15)的一邊設(shè)有磁敏傳感器(12)、溫度傳感器(13)和壓力傳感器(11)。剛刷(10)的內(nèi)圈與永磁體(16)外圈直接相連，檢測時外圈與管道接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底管道智能檢測器，其特征是，所述的超聲檢測頭(16)包括16條螺旋形的探頭架，每個探頭架上裝有8個超聲探頭，這8個超聲探頭之間的間隙相等，16條螺旋形的探頭架共布一周，它們也是等間隔布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的海底管道智能檢測器，其特征是，共用128個超聲探頭，這128個探頭在圓周方向均勻布置，在軸線方向是互相錯開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底管道智能檢測器，其特征是，所述的漏磁信號處理裝置(3)包括漏磁信號預(yù)處理電路(17)、數(shù)據(jù)采集卡(18)、工控機(jī)(19)和第一存儲器(20)，漏磁檢測頭(2)檢測到的管道缺陷信號進(jìn)入漏磁信號預(yù)處理電路(17)，調(diào)理后的信號由數(shù)據(jù)采集卡(18)進(jìn)行采樣，隨后送入工控機(jī)(19)處理并由工控機(jī)(19)將處理后的數(shù)據(jù)保存在第一存儲器(20)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底管道智能檢測器，其特征是，所述的超聲信號處理裝置(5)包括超聲信號預(yù)處理電路(23)、高速數(shù)據(jù)采集卡(24)、內(nèi)嵌式CPU(25)和第二存儲器(26)，超聲檢測頭(6)檢測到的管道缺陷信號進(jìn)入超聲信號預(yù)處理電路(23)，調(diào)理后的信號由高速數(shù)據(jù)采集卡(24)進(jìn)行采樣，隨后送入內(nèi)嵌式CPU(25)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，隨后將經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)存入第二存儲器(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或者7所述的海底管道智能檢測器，其特征是，溫度傳感器(13)及壓力傳感器(11)的信號經(jīng)相應(yīng)的調(diào)理電路后分別送給數(shù)據(jù)采集卡(18)和高速數(shù)據(jù)采集卡(24)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底管道智能檢測器，其特征是，所述的里程儀(7)包括里程輪(27)、小磁鐵(28)、霍爾開關(guān)(29)及計數(shù)器(30)，里程輪(27)靠近邊緣處等間隔安裝8個小磁鐵(28)，里程輪(27)支架上靠近小磁鐵(28)的一端安裝霍爾開關(guān)(29)，霍爾開關(guān)(29)輸出傳送給計數(shù)器(30)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或者7或者9所述的海底管道智能檢測器，其特征是，里程儀(7)和旋轉(zhuǎn)編碼器(8)的信號經(jīng)過調(diào)理電路后送給數(shù)據(jù)采集卡(18)和高速數(shù)據(jù)采集卡(24)。
全文摘要
一種海底管道智能檢測器，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括驅(qū)動裝置、漏磁檢測頭、漏磁信號處理裝置、電源裝置、里程儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、超聲檢測頭及超聲信號處理裝置。驅(qū)動裝置、漏磁檢測頭、漏磁信號處理裝置、電源裝置、超聲信號處理裝置、超聲檢測頭由頭至尾依次用萬向節(jié)相連，里程儀設(shè)在超聲信號處理裝置的滾輪上，旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)在漏磁信號處理裝置箱體內(nèi)。本發(fā)明采用漏磁和超聲對同一對象進(jìn)行檢測，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)，借助里程計和旋轉(zhuǎn)編碼器，結(jié)合焊縫信號實現(xiàn)了缺陷的管內(nèi)精確定位，對采集的漏磁和超聲兩種數(shù)據(jù)綜合分析從而得到更好的檢測結(jié)果，降低了檢測過程中個別傳感器失效的影響，本發(fā)明能更全面地檢測出管道的缺陷狀況和存在危險。
文檔編號G01N27/82GK1828219SQ200610025469
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者闕沛文, 黃作英, 雷華明, 毛義梅, 閻浚 申請人:上海交通大學(xué)