一種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及管道測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市的快速發(fā)展，通訊、電力、煤氣自來水等各種管道遍布城市地下，這些管道隨著地表建筑的變化，其在地下位置的不確定性越來越明顯，導(dǎo)致管道在附近進行再次建筑及施工時極易受到損壞，造成公共停水停電停氣，帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，地下已埋管道的位置探測對相關(guān)建筑施工意義重大，不可或缺。
[0003]目前市場上對地下管線位置探測的主流測量儀器包括電磁式管線探測儀、探地雷達等。前者是利用電磁感應(yīng)原理對金屬管線、電/光纜以及一些帶有金屬標(biāo)志線的非金屬管線進行探測，原理是:在一端使用一個發(fā)射機給被測管線施加一個特殊頻率的信號電流，在另外一端使用接收機內(nèi)置感應(yīng)線圈，接收管道的磁場信號，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而計算管道的走向和路徑，對于非金屬管道，該類儀器需在管道中穿插一根帶電磁信號的探棒，通過對探棒位置的確定來確定管道的相應(yīng)位置;后者則是通過發(fā)射天線對地下發(fā)射高頻電磁波信號，并通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時遇到存在電性差異的分界面時發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波的波形、振幅強度和時間的變化等特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。這兩類儀器都是通過電磁及無線電的方式進行探測，它們具有以下幾個共同的缺點:(I)探測深度有限;特別對于跨河管道探測困難；(2)管道上有金屬屏蔽則無法探測；(3)受現(xiàn)場電磁場干擾大；(4)操作步驟復(fù)雜，測量速度慢，效率低。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有管線探測儀對測量管線材質(zhì)、測量深度、測量環(huán)境以及測量操作復(fù)雜等不足，本實用新型提供一種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀。
[0005]本實用新型用慣性測量技術(shù)對地下管道的三維姿態(tài)位置進行測量，再使用地下管道三維信息測量軟件數(shù)據(jù)處理后可以得到管道的水平方向及高低方向的準(zhǔn)確位置信息，同時利用管道起點和終點的地理位置信息，處理后得到管道在相應(yīng)坐標(biāo)系下的精確空間位置。
[0006]本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀，用于在管道內(nèi)測量，包括前、后支架及電子艙，所述前、后支架安裝在電子艙的前、后端，還包括內(nèi)置于電子艙內(nèi)的慣性測量單元、存儲單元、電源管理單元和主控電路以及安裝在電子艙外側(cè)的人機交互單元，還包括安裝在后支架上的里程計，所述慣性測量單元、里程計、存儲單元及人機交互單元分別與主控電路連接，所述電源管理單元向慣性測量單元、主控電路、里程計、存儲單元及人機交互單元供電。
[0008]所述前、后支架結(jié)構(gòu)相同，均包括支撐中軸、支座、滑座、拉簧、行程輪及接頭，所述支座安裝在支撐中軸的底端，且與電子艙固定，所述拉簧一端固定在支座上，另一端固定在滑座上，所述接頭安裝在支撐中軸的頂端，所述行程輪通過可伸縮的連桿一端固定在支座，另一端固定在滑座上，所述滑座沿著支撐中軸進行軸向滑動。
[0009 ]所述行程輪具體為6個，每個支架安裝3個，且環(huán)繞支撐中軸，每間隔120度安裝。
[0010]所述里程計具體為霍爾感應(yīng)里程計，個數(shù)為3個，所述霍爾感應(yīng)里程計具體安裝在后支架的行程輪上。
[0011 ]所述慣性測量單元運動方向與管道軸線相同。
[0012]電子艙還包括用于導(dǎo)出數(shù)據(jù)的USB接口。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014](I)適用范圍廣:本實用新型采用慣性測量技術(shù)，測量時將不再受限于待測管線的深度，也不受外界電、金屬等磁場干擾，也不受外界電磁干擾及管線材質(zhì)的影響，并且能達到管道測量的精度需求；
[0015](2)精度高，速度快:本實用新型只需要一次即可完成整條管線的測量，測量速度快;結(jié)合精準(zhǔn)里程測量的慣性測量技術(shù)能實現(xiàn)高精度的三維姿態(tài)測量，完全滿足管線測量對精度的要求；
[0016](3)數(shù)據(jù)豐富:本實用新型可以測出待測管線的三維姿態(tài)以及方向；
[0017](4)測量方式簡單化:在待測管道首尾對管線儀進行牽引，管線儀在牽引作用下從待測管道的起始點走到結(jié)尾點后測量即可結(jié)束；
[0018](5)儀器操作簡單:觸按開機鍵開機后即可開始測量，測量結(jié)束后按功能鍵并連接U盤將自動完成數(shù)據(jù)導(dǎo)出，儀器具備聲光提示；
[0019](6)自動化數(shù)據(jù)處理成像:外業(yè)測量數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到軟件中可自動化完成數(shù)據(jù)分析，輸出測試報告。測量現(xiàn)場即可完成測量結(jié)果正確性的判斷。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021 ]圖2是本實用新型電子艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)連接圖；
[0022]圖3是本實用新型前、后支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本實用新型的現(xiàn)場施工作業(yè)圖；
[0024]圖5是本實施例中電子艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖中示出:
[0026]1-電子艙，2-前支架，3-后支架，4-鎖緊螺絲，5-接頭，6_滑座，7_拉簧，8_支座，9_行程輪，I O-支撐中軸，11-慣性測量單元，12-電源管理單元，13-USB接口。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0028]實施例
[0029]—種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀，用于在管內(nèi)行駛過程中測量自身行駛里程、三維傾斜、三維加速度及陀螺數(shù)據(jù)，后處理軟件聯(lián)合解算從而獲取管線走向及三維姿態(tài)。
[0030]如圖1、圖2、圖3及圖5所示，具體包括前、后支架2、3及電子艙I，所述前、后支架2、3安裝在電子艙I的前、后端，還包括內(nèi)置于電子艙內(nèi)的慣性測量單元11、存儲單元、主控電路及電源管理單元12，以及安裝在電子艙外側(cè)的人機交互單元，還包括位于電子艙外安裝在后支架上的里程計，所述慣性測量單元11、里程計、存儲單元及人機交互單元分別與主控電路相互連接，慣性測量單元11是通過陀螺儀原理及與地心引力及加速度感知來測量自身在運動過程中的航向、三維傾斜、三維加速度等物理量，為了盡量準(zhǔn)確地測量出管道在地下的三維姿態(tài)，需要附加慣性測量單元在管道運動里程計數(shù)據(jù)進行聯(lián)合解算，同時結(jié)構(gòu)上也要求慣性測量單元運動方向與管道軸線保持一致。地下管道是一節(jié)一節(jié)焊接而成，在管道焊縫處存在內(nèi)翻邊形成一定阻力，同時使用過程中，管道中有可能有水，因此本實用新型采用在電子艙的兩端安裝前支架及后支架。
[0031 ]所述前、后支架結(jié)構(gòu)相同，用于保持測量儀運動方向與管道軸向一致，均包括支撐中軸10，所述支座8安裝在支撐中軸10的底端，且與電子艙I通過鎖緊螺絲4固定，所述拉簧7一端固定支座8上，另一端固定在滑座6上，所述拉簧為多個，所述接頭5安裝在支撐中軸10的頂端，所述行程輪9通過可伸縮的連桿一端固定在支座8，另一端固定在滑座6上，所述滑座6沿著支撐中軸10軸向進行滑動。
[0032]為了減小在管內(nèi)運動時候的摩擦，前、后支架均通過可伸縮連桿安裝三個行程輪，環(huán)繞支撐中軸，每間隔120度安裝，并且在后支架上的每個行程輪上安裝霍爾感應(yīng)里程計，從而獲取其里程。
[0033]本實用新型前后支架是一個運動結(jié)構(gòu)裝置，設(shè)計巧妙，能始終保持儀器運行方向與管道軸向一致，同時能夠自適應(yīng)管壁內(nèi)徑自動張縮，支架上錯開120度安裝了三個輪子以減小儀器在管內(nèi)的摩擦，該支架也保證了儀器前進或后退平穩(wěn)一致。
[0034]電子艙是一個密閉空心艙體，艙體防護等級達到IP68，能有效防潮防水，適應(yīng)管道有水的測量環(huán)境。
[0035]本實用新型的電子艙還設(shè)置USB接口13，用于與外業(yè)處理計算機導(dǎo)出數(shù)據(jù)。
[0036]本實施例主控電路通過M⑶與CPLD實現(xiàn)。
[0037]如圖4所示，本實用新型的作業(yè)流程是:
[0038]首先對待測管線的起點和終點完成坐標(biāo)的測量，坐標(biāo)可以使用GPS(或全站儀)進行測量。
[0039]在管道兩端放置鋼纜絞車(各帶鋼纜)，并將一端鋼纜通過穿管工具穿過整條待測管道并將管道測量儀兩端分別固定在兩個絞車的鋼纜上。
[0040]測量儀放在起始點開機，靜止30秒，然后進行牽拉，使其朝終點行進。到達終點后，靜止30秒，插入U盤，數(shù)據(jù)自動導(dǎo)出，至此外業(yè)測量完畢。
[0041]打開地下管道三維信息測量軟件，導(dǎo)入外業(yè)測量數(shù)據(jù)，輸入起始終點的坐標(biāo)，進行一鍵式處理，導(dǎo)出測試報告。檢查測試報告是否符合所測管線的情況，無誤則該條線路測量完畢。
[0042]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀，用于在管道內(nèi)測量，其特征在于，包括前、后支架及電子艙，所述前、后支架安裝在電子艙的前、后端，還包括內(nèi)置于電子艙內(nèi)的慣性測量單元、存儲單元、電源管理單元及主控電路，以及安裝在電子艙外側(cè)的人機交互單元，還包括安裝在后支架上的里程計，所述慣性測量單元、里程計、存儲單元及人機交互單元分別與主控電路連接，所述電源管理單元向慣性測量單元、主控電路、里程計、存儲單元及人機交互單元供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道三維姿態(tài)測量儀，其特征在于，所述前、后支架結(jié)構(gòu)相同，均包括支撐中軸、支座、滑座、拉簧、行程輪及接頭，所述支座安裝在支撐中軸的底端，且與電子艙固定，所述拉簧一端固定支座上，另一端固定在滑座上，所述接頭安裝在支撐中軸的頂端，所述行程輪通過可伸縮的連桿一端固定在支座，另一端固定在滑座上，所述滑座沿著支撐中軸進行軸向滑動。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道三維姿態(tài)測量儀，其特征在于，所述行程輪具體為6個，每個支架安裝3個，且環(huán)繞支撐中軸，每間隔120度安裝。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道三維姿態(tài)測量儀，其特征在于，所述里程計具體為霍爾感應(yīng)里程計，個數(shù)為3個，所述霍爾感應(yīng)里程計具體安裝在后支架的行程輪上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道三維姿態(tài)測量儀，其特征在于，所述慣性測量單元運動方向與管道軸線相同。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道三維姿態(tài)測量儀，其特征在于，電子艙還包括用于導(dǎo)出數(shù)據(jù)的USB接口。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于慣性測量技術(shù)的管道三維姿態(tài)測量儀，用于在管道內(nèi)進行測量，包括前、后支架及電子艙，所述前、后支架安裝在電子艙的前、后端，還包括內(nèi)置于電子艙內(nèi)的慣性測量單元、存儲單元、電源管理單元及主控電路，以及安裝在電子艙外側(cè)的人機交互單元，還包括安裝在后支架上的里程計，所述慣性測量單元、里程計、存儲單元及人機交互單元分別與主控電路連接，所述電源管理單元向慣性測量單元、主控電路、里程計、存儲單元及人機交互單元供電。本實用新型適用范圍廣，精度高。
【IPC分類】G01C9/00, G01C21/16, G01C22/00
【公開號】CN205120128
【申請?zhí)枴緾N201520910269
【發(fā)明人】張曉江, 王 義, 馬傳松, 周浩
【申請人】深圳大鐵檢測裝備技術(shù)有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月16日