长输管道大U型弯管涡流无损监测装置的制作方法

本实用新型涉及长输管道大U型弯管涡流无损监测装置，属于涡流无损检测和无线传感技术领域。

背景技术：

管道运输是将管道作为运输工具的一种长距离物资输送方式，与铁路、公路、水运、航空运输并称为当今世界的“五大运输”方式。管道运输广泛应用在石油、天然气、化工产品等多种物料的运输中，是其他运输方式的有益补充。在使用过程中，由于自然环境以及输送物的作用等，管道不可避免地会出现腐蚀及外力破坏等损伤。因此，为保障管道的安全运行，必须对其进行定期监测，以便及时发现问题，采取措施，防止重大事故的发生，尤其是对高原山区长距离管道的监测，由于其特殊的地理位置及有限的通讯条件，迫切需要一种经济高效的无损监测方法对其进行实时监测，以有效降低维护成本，保障管道的安全运营。

无损检测技术根据检测原理的不同可以划分为五大类：磁粉检测、X射线检测、渗透检测、超声波检测及涡流检测。磁粉检测能够获取检测对象的内部结构，具有较高的精确度，但对被检测件的表面光滑度要求高，对工作人员的技术和经验要求也较高，且检测范围小，速度慢。渗透检测具有较高的灵敏度，但需要对检测对象表面提前进行清洗，比较复杂且不可重复。超声波检测主要应用于宏观缺陷，不但需要耦合介质，而且检测完毕需要清洗检测对象表面的残留物，比较复杂。而涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，适用于导电材料。当载有交变电流的激励线圈靠近被测导体试件时，由于线圈磁场的作用，试件中感应产生涡流。涡流的大小、相位和分布与试件的电磁性质、结构、形状及激励频率、线圈与试件之间的耦合等因素有关，而涡流的存在又会影响线圈周围的磁场分布，使线圈阻抗随着发生变化。通过测定空间磁场的变化或线圈阻抗的变化，就可以反映出被检测试件的内部结构、形状大小、材质分布、是否存在缺陷以及试件与线圈的耦合情况等信息。涡流检测是一种非接触式的检测方式，可进行高速检测，易于实现自动化。涡流无损检测技术经相应改造即可应用于对高原山区长输管道大U型弯管的实时监测，成为一种经济便捷的新型实时监测方式。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种长输管道大U型弯管涡流无损监测装置，用于解决目前高原山区长输管道大U型弯管缺少监测手段、人力较难到达、无法实时获取其运行状态的问题，整个体系的低成本、高效率的监测及高水平的管道管理和运行水平，具有极高的实用价值及广阔的应用前景。

本实用新型技术方案是：长输管道大U型弯管涡流无损监测装置，包括SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2、传感器节点、ZigBee无线传感网络5、GPRS7、控制平台9、往复式扫描装置11、安装支架12、传送驱动装置13；所述SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2固定在往复式扫描装置11上，往复式扫描装置11与传送驱动装置13连接通过传送驱动装置13进行驱动，使得SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2做往复式扫描，SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2、往复式扫描装置11、传送驱动装置13均固定在安装支架12上，安装支架12再安装在长输管道大U型弯管1外壁的监测点，传感器节点与SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2相连，将SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2获取的监测数据通过ZigBee无线传感网络5传输至信息协调节点6，然后再借助协调链路将SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2监测到的数据通过GPRS7传输至主控室8的控制平台9。

所述传感器节点包括终端节点3、路由节点4；信息协调节点6与终端节点3、路由节点4通信。 所述终端节点3、路由节点4还分别包括主控芯片MSP430F149、桥接器芯片CP2102、无线通信芯片CC2430；所述桥接器芯片CP2102上的USB2.0接口与SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2连接，以获取SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2的监测数据，桥接器芯片CP2102再与主控芯片MSP430F149连接，主控芯片MSP430F149再通过无线通信芯片CC2430与信息协调节点6通信。

本实用新型的有益效果是：采用涡流检测仪这种种非接触式的检测仪器，可进行高速检测，易于实现自动化，且对管道不会造成损伤，工作效率高。涡流检测仪获取的监测数据通过ZigBee无线传感网络传输至控制平台，实现了高原山区长输管道大U型弯管进行实时监测的目的，提高了监测效率，有效地保障了管道的安全运行，有非常广阔的实际应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型SZT-22多通道阵列涡流探伤仪安装示意图；

图3为本实用新型无线传感器网络体系结构图；

图4为本实用新型信息协调节点部分网络结构图。

图1-4中各标号：1-长输管道大U型弯管、2-SZT-22多通道阵列涡流探伤仪、3-终端节点、4-路由节点、5-ZigBee无线传感网络、6-信息协调节点、7-GPRS、8-主控室、9-控制平台、10-探头、11-往复式扫描装置、12-安装支架、13-传送驱动装置、14-监测区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1所示，长输管道大U型弯管涡流无损监测装置，包括SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2、传感器节点、ZigBee无线传感网络5、GPRS7、控制平台9、往复式扫描装置11、安装支架12、传送驱动装置13；所述SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2固定在往复式扫描装置11上，往复式扫描装置11与传送驱动装置13连接通过传送驱动装置13进行驱动，使得SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2做往复式扫描，SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2、往复式扫描装置11、传送驱动装置13均固定在安装支架12上，安装支架12再安装在长输管道大U型弯管1外壁的监测点，对弯管进行监测，传感器节点与SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2相连，将SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2获取的监测数据通过ZigBee无线传感网络5传输至信息协调节点6，然后再借助协调链路将SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2监测到的数据通过GPRS7传输至主控室8的控制平台9，供进一步分析利用。

进一步的，所述传感器节点包括终端节点3、路由节点4；信息协调节点6与终端节点3、路由节点4通信。所述终端节点3、路由节点4还分别包括主控芯片MSP430F149、桥接器芯片CP2102、无线通信芯片CC2430；所述桥接器芯片CP2102上的USB2.0接口与SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2连接，以获取SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2的监测数据，桥接器芯片CP2102再与主控芯片MSP430F149连接，主控芯片MSP430F149再通过无线通信芯片CC2430与信息协调节点6通信。

具体实施时，将SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2安装在高原山区长输管道大U型弯管1外壁的监测点处，将其探头10与往复式的扫描装置11相连，探头10在传送驱动装置13的驱动下对管道外壁进行扫描，从而获得涡流探伤仪2的实时监测数据。

作为本实用新型的进一步方案如图3所示，具体实施时，终端节点3、路由节点4安置在监测点附近，以自组织形式构成网络，采用Mesh型拓扑结构，根据具体高原山区的距离等地理情况，在Mesh型拓扑的基础上确定网络拓扑参数，设置物理位置，最终确定系统的网络拓扑，同时采用扩展后的ZigBee模块，增大有效距离，根据地理位置的规划结果，确定终端节点3与路由节点4距离，再根据监测需要和现场工况在管道沿线加入终端节点。路由节点按照之前确定的距离沿管道分布，并在两个节点之间多加入一个路由节点4，保障在某个路由节点4发生故障的情况下实现跳转和网络自愈，防止数据链路断开。ZigBee无线网络由于自组织和自寻优性，在现场实施时，终端节点无需考虑具体的链路，只需在路由节点通信覆盖范围内沿管线均匀分布，节点会自动加入网络。信息协调节点6作为网关在网络第一深度，并同其他网络、总线连接。为了降低信息协调节点6的成本，减小其体积，采用Chipcon公司推出的高度整合的SoC芯片CC2430实现信息协调节点的数据传输和处理，ZigBee无线网络主控芯片MSP430F149与CC2430通过串口相连接。最终借助无线传感网络将整个区域内的监测数据通过GPRS7传输至控制平台9，以供进一步分析利用。

作为本实用新型的进一步方案如图4所示，终端节点3、路由节点4安置于监测点附近，执行数据采集等工作，信息协调节点接收各终端节点3、路由节点4的数据并通过GPRS7上传至主控平台9。信息协调节点6是ZigBee无线传感器网络5与有线设备连接的中转站，负责发送上层命令(如查询、分配ID地址等)，接收下层节点请求和数据，具有数据融合、请求仲裁和路由选择等功能，是ZigBee无线传感网络5中最重要的一部分。

本实用新型的工作原理是：

所述的SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2安装在高原山区长输管道大U型弯管1外壁的监测点处，对弯管进行实时监测。SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2与传终端节点3、路由节点4的桥接器芯片CP2102的USB2.0接口连接，将监测数据传至终端节点3、路由节点4；主控芯片MSP430F149对整个终端节点3、路由节点4进行操作，存储并处理自身采集的数据及来自其他节点的数据，控制相关节点的运行；终端节点3、路由节点4通过无线通信模块CC2430与其他终端节点3、路由节点4进行无线通信、收发数据、交互控制信息。根据实际需求，可在监测区域内安装多个终端节点3、路由节点4，节点以自组织形式构成网络，通过多跳中继方式将SZT-22多通道阵列涡流探伤仪2监测的数据传输到信息协调节点6。所述的信息协调节点6由芯片CC2430及相关电路构成，信息协调节点6通过ZigBee无线传感网络5与终端节点3、路由节点4进行通信，获取实时监测数据，并借助协调链路将监测数据通过GPRS7传输至主控室8的控制平台9，供进一步分析利用。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。