专利名称：一种消除晶振时间漂移的地面标记方法
技术领域：
本发明涉及管道内检测地面标记领域，特别涉及一种消除晶振时间漂移的地面标 记方法。
背景技术：
随着管道运输业的飞速发展，管线的增多，管龄的增长，管道本身的制造缺陷、施 工缺陷和腐蚀以及人为的破坏等，管道事故频频发生，严重影响管道的正常运行和周围的 自然环境，管道的安全可靠性问题日益突出。管道内检测技术利用高精度的无损探测设备、 先进的信号处理和数字存储系统，在油气的推动下前进，完成对管道逐级扫描，实现对管道 变形、腐蚀和裂纹等管道缺陷的精确定位。为了获得管道缺陷在管道中的位置，管道内检 测系统采用里程轮内定位和地面标记系统实现对缺陷的精确定位。里程轮安装在内检测器 上，通过记录里程轮转过的角度，推算出内检测器在管道中行进的路程。但是由于里程轮磨 损变形、打滑和摆动等因素的影响，里程轮定位容易出现误差，平均每千米误差为lm，经过 上百公里运行后，将导致几十甚至上百米的累积误差，不能满足工程需要。为了消除里程轮 的累积误差，在管道沿线上方已知位置上放置地面标记系统，检测和记录内检测器在其下 方通过的精确时间，如图1所示。由于地面标记系统的时钟与内检测器的时间同步，因此可 以时间为基准，将内检测器里程轮记录的路程校正到地面标记系统所在的位置。通过在管 道沿线每隔l_2km放置一个地面标记系统，里程轮的误差每隔l_2km被校准一次，进而消除 里程轮的累积误差。目前各国所使用的地面标记系统可以精确检测到管道内检测器在管道中通过，即 使是在埋地较深、管壁较厚的管道中也能非常灵敏的检测到。但现有地面标记系统对内检 测器通过时间的检测精度主要受地面标记系统与内检测器时间同步精度的限制。现有地面 标记系统大多采用GPS时间同步法或高稳定度时钟源同步法。GPS时间同步法需要在每个 地面标记系统上都安装GPS接收器，成本和功耗都相当高。高稳定度时钟源同步法是在内检测器送入管道之前将其起始时间与地面标记系 统的起始时间同步，由于两者都采用高稳定的温补晶振或温控晶振作为时钟源，因此在整 个管道内检测过程中，内检测器的时间与地面标记系统的时间始终保持一致。该方法大大 地缩减了成本和功耗，但也存在一定的缺点。高稳定度时钟源虽然可以消除温度所引起的 时钟漂移，但由于晶振材料的变化、污染物的影响、机械应力的变化和金属电极的化学反 应，必将导致晶振随使用时间加长而产生频率变化，使用时间越长，偏离原来频率越大，对 时间同步影响很大。1995年美国专利5417112对由于时钟漂移而导致的测量误差进行了校准，该发明 的地面标记系统测得内检测器通过管道焊接的时间，同时内检测器本身能够检测到其通过 管道焊接的时间。如果地面标记系统的时钟频率与内检测器的时钟频率不一样，则地面标 记系统和内检测器分别测得内检测器通过相同焊接处的时间也就不一样。因此可以在两者 之间取一个时间校准因子将两者的频率漂移进行补偿，从而修正了两个时钟源的时漂，消
3除了时钟漂移对测量结果的影响。该方法必须对内检测器通过焊接的时间进行精确测量， 且后续处理需要对多个焊缝计算线性校准因子，硬件相对复杂、算法难度大，不能满足便携 化、低功耗和低成本的要求；由于传输时延和内检测器本身结构的影响，地面标记系统与内 检测器分别测得的内检测器通过相同焊接处的时间不一样，该方案校准两者时间相等，从 而引入了误差，影响缺陷定位的准确度。
发明内容
为了消除时钟漂移对测量结果的影响，提高地面标记器的检测精度，精确地定位 管道缺陷的位置，满足便携化、低功耗和低成本的要求，本发明提供了一种消除晶振时间漂 移的地面标记方法，所述方法包括以下步骤(1)在内检测器送入管道之前，对每个地面标记器进行编号，将所述内检测器、每 个所述地面标记器通过母钟进行时间同步；(2)将所述内检测器送入管道中运行，将每个所述地面标记器放置在相应的地面 标记桩处；(3)当所述内检测器接近所述地面标记器时，开启所述地面标记器，采集信号，将 采集到的信号转换成电信号，经放大处理、滤波处理和A/D转换处理后，进行分析处理，若 识别到信号为所述内检测器通过所述地面标记器的信号，则记录所述内检测器通过所述地 面标记器的时间，将记录的所述地面标记器通过所述地面标记器的时间存储在所述地面标 记器中；(4)当内检测任务完成后，将所述内检测器从管道中取出，对每个所述地面标记器 进行二次标定，消除晶振时间漂移误差；(5)将每个所述地面标记器记录的所述内检测器通过所述地面标记器的时间以及 所述内检测器本身记录的数据传输到上位机，对比每个所述地面标记器记录的所述内检测 器通过所述地面标记器的时刻处，所述内检测器本身记录的里程数据，修正所述内检测器 的里程测量误差，实现对管道缺陷的定位。步骤(4)中所述当内检测任务完成后，将所述内检测器从管道中取出，对每个所 述地面标记器进行二次标定，消除晶振时间漂移误差，具体包括计算所述母钟对所述内检测器的线性校准因子α ；计算每个所述地面标记器对所述内检测器的线性校准因子Y，并对所述内检测器 通过所述地面标记器的时间进行校准。所述计算所述母钟对所述内检测器的线性校准因子α，具体为将所述母钟与所述内检测器通过通讯接口连接起来，由所述母钟发送触发脉冲， 使所述母钟和所述内检测器同时将各自当前的时钟计数值no、时钟计数值m记录下来，再 通过数据通讯接口将所述时钟计数值m传输给所述母钟，所述母钟的主控制芯片计算出 线性校准因子α，并存储在存储器中，其中α =Ν0/Ν1。所述计算每个所述地面标记器对所述内检测器的线性校准因子Y，并对所述内检 测器通过所述地面标记器的时间进行校准，具体为将所述母钟与所述地面标记器通过通讯接口连接起来，由所述母钟发送触发脉 冲，使所述母钟和所述地面标记器同时将各自当前的时钟计数值Μ0、时钟计数值Ml记录下来，再通过数据通讯接口将所述时钟计数值MO和所述线性校准因子α传输给所述地面标 记器，所述地面标记器中的数字处理器计算出所述地面标记器对所述母钟的线性校准因子 β和对所述内检测器的线性校准因子Y，其中β = Μ1/Μ0, Y = α X β，再将存储器中存 储的所述内检测器通过时间乘以Y进行校准。本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供的消除晶振时间漂移的地面标记方法，可以有效地消除时钟漂移对测 量结果的影响，提高地面标记器的检测精度，精确地定位管道缺陷的位置；而且，数据处理 简单，对硬件电路的要求低，功耗和成本也低，在现代管道检测中有非常大的优势
图1为现有技术提供的地面标记器检测管道内检测器从管道正下方通过的原理 示意图；图2为现有技术提供的地面标记器的结构框图；图3为现有技术提供的母钟的结构框图；图4为本发明提供的地面标记器与母钟进行同步和二次标定的硬件连接图；图5为本发明提供的消除晶振时间漂移的检测方法的流程图；图6为本发明提供的二次标定的流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1 地面；2 管道；3:管道内检测器；4:地面标记器；5 地面标记器； 6 地面标记桩；7 地面标记桩； 8 内检测器通过时产生的漏磁、电磁或声信号。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。为了消除时钟漂移对测量结果的影响，提高地面标记器的检测精度，精确地定位 管道缺陷的位置，满足便携化、低功耗和低成本的要求，本发明实施例提供了一种消除晶振 时间漂移的地面标记方法，参见图2、图3、图4、图5和图6，详见下文描述本发明实施例基于现有利用高稳定时钟源同步法进行时间同步的地面标记系统， 该地面标记系统包括地面标记器和母钟两部分。地面标记器的结构框图如图2所示，地面 标记器包括用于感受内检测器通过声传感器(还可以为磁传感器、电磁接收器)；连接声传 感器并对声传感器接收的信号进行放大的放大器；滤除高频噪声信号的低通滤波器；连接 低通滤波器的A/D转换器；连接A/D转换器的数字信号处理器；连接数字信号处理器的用 于存储信号的大容量高速存储器；用于与母钟通讯的接口 ；为地面标记器提供高稳定度时 钟的晶振；按键以及指示内检测器通过的指示灯和蜂鸣器。利用声传感器探测内检测器通 过的信号，测量内检测器经过地面标记器正下方的时间，并利用指示灯或蜂鸣器等指示工 作人员内检测器已经通过。参见图3，母钟包括主控制芯片、存储器、晶振、与地面标记器连接的通讯接口、与管道内检测器连接的通讯接口以及按键等，该母钟用于地面标记器与管道内检测器的时间同步以及二次标定。地面标记器与母钟进行时间同步和二次标定的硬件组成如图4所示，其中，地面 标记器的数字处理器和母钟的主控制芯片中都有时钟计数器，时钟计数器用来对晶振时钟 进行计数，获取当前的计数值作为事件发生的标准时间。地面标记器和母钟中的晶振均采 用高稳定度、短期时间漂移小的温补晶振或温控晶振。与母钟通讯的接口和与地面标记器 连接的通讯接口由触发脉冲通道和数据通讯接口组成，数据通讯接口用于数据传输，触发 脉冲通道用于发送触发脉冲。管道内检测器与母钟进行时间同步和二次标定的硬件组成与图4类似，用于实现 内检测器与母钟的时间同步和二次标定。上述晶振为稳定度高、短期时间漂移小的温补晶振或温控晶振，长期使用后，由于 时钟漂移导致频率偏离标准频率较大。101 在内检测器送入管道之前，对每个地面标记器进行编号，将内检测器、各个地 面标记器通过母钟进行时间同步；该步骤具体为在内检测器送入管道之前，母钟与内检测器通过通讯接口将时钟计 数值同时清零，由母钟通过数据通讯接口将预设计数值传输给地面标记器，当母钟的时钟 计数值到达预设计数值时，通过发送触发脉冲使地面标记器的时钟计数器从预设计数值开 始计数。预设计数值比母钟当前时钟计数值稍大，预留足够的时间供母钟向地面标记器传 输预设计数值。102 将内检测器送入管道中运行，将每个地面标记器放置在相应的地面标记桩 处；其中，该步骤具体为一般沿管线每隔l_2km设置一个地面标记桩，作为管道上方 的永久标记。每次进行内检测时将地面标记器放置在地面标记桩处，记录地面标记器所处 的地面标记桩编号，即可知道地面标记器所处的位置。管道内检测完毕后进行几何变形、金 属腐蚀、裂纹等缺陷查找时，只需以地面标记桩为基准点对管道进行分段查找。103:当内检测器接近地面标记器时，开启地面标记器，采集信号，将采集到的信号 转换成电信号，经放大处理、滤波处理和A/D转换处理后，进行分析处理，若识别到信号为 内检测器通过地面标记器的信号，则记录内检测器通过地面标记器的时间，将记录的地面 标记器通过地面标记器的时间存储在地面标记器中；其中，该步骤具体为当内检测器接近地面标记器时，开启地面标记器开始采集信 号，传感器将采集到的信号转换成电信号，经放大、滤波、A/D转换等处理后，送入数字处理 器进行分析处理。若识别到该电信号为内检测器通过地面标记器的信号，则记录下内检测 器通过地面标记器时相应的地面标记器的时钟计数值。同时数字处理器将采集到的管道内 检测器通过的信号以及其通过的时钟计数值存储到地面标记器中。进一步地，为了降低功耗和成本，该方法还包括当内检测器通过地面标记器后， 将当前地面标记器休眠，只保持晶振和时钟计数器工作。具体为通过指示灯与蜂鸣器等提示工作人员内检测器已从此地面标记桩处通 过，使工作人员及时将此地面标记器改为休眠状态，并通知下一地面标记桩的工作人员准 备开启地面标记器。下一地面标记器开始工作，重复执行步骤103，直至所有地面标记桩处都完成对内检测器的标记。 进一步地，为了循环使用地面标记器，节约成本，同时减少时间同步和二次标记的 地面标记器数，该方法还包括将上游内检测器已通过的地面标记桩处的地面标记器取回， 将该地面标记器放置到下游内检测器还未通过的地面标记桩处。104 当内检测任务完成后，将内检测器从管道中取出，对每个地面标记器进行二 次标定，消除晶振时间漂移误差；该二次标定主要包括以下步骤1041 计算母钟对内检测器的线性校准因子α ；该步骤具体为将母钟与内检测器通过通讯接口连接起来，由母钟发送触发脉冲， 使母钟和内检测器同时将各自当前的时钟计数值no、时钟计数值m记录下来，再通过数据 通讯接口将时钟计数值m传输给母钟。母钟的主控制芯片计算出线性校准因子α，并存储 在存储器中，其中α =Ν0/Ν1。1042 计算每个地面标记器对内检测器的线性校准因子Y，并对内检测器的通过 地面标记器的时间进行校准。将母钟与地面标记器通过通讯接口连接起来，由母钟发送触发脉冲，使母钟和地 面标记器同时将各自当前的时钟计数值Μ0、时钟计数值Ml记录下来，再通过数据通讯接口 将时钟计数值MO和线性校准因子α传输给地面标记器。地面标记器中的数字处理器计算 出地面标记器对母钟的线性校准因子β和对内检测器的线性校准因子Y。其中β的计算 公式为β = Μ1/Μ0, γ的计算公式为、=α X β，再将存储器中存储的内检测器通过的 时间乘以Y，这样以内检测器的晶振为基准，将地面标记器测量的内检测器通过的时间校 准到对应的内检测器的时间上，解决了由时钟漂移引起的内检测器与地面标记器的晶振频 率不一样而导致的时间不同步问题。依次校准后续的地面标记器记录，最后，对其他的地面标记器也采取上述步骤 1041-1042的二次标定方法，对每个地面标记器测量的内检测器通过时间进行校准。105 将每个地面标记器记录的内检测器通过地面标记器的时间以及内检测器本 身记录的数据传输到上位机，对比每个地面标记器记录的内检测器通过地面标记器的时刻 处，内检测器本身记录的里程数据，修正内检测器的里程测量误差，实现对管道缺陷的定 位。其中，内检测器本身记录的数据包括管道缺陷信息、里程值等数据信息，这些信 息都是相互对应的，每一个管道缺陷信息都对应一个里程值，而里程值误差太大，地面标记 器通过测量内检测器通过地面标记器的时间，可以将该时刻里程值的误差修正。因此对管 道缺陷的定位就可以以地面标记器所在位置为起点，根据管道缺陷处里程值相对于地面标 记器处的增量，就可以精确定位管道缺陷。该步骤具体为根据地面标记器记录的内检测器通过地面标记器的的时刻，查找 内检测器记录数据中相应时刻处的里程值，将里程值修正到地面标记器所处的位置上。然 后，再以地面标记器所处位置为基准点，根据管道缺陷处里程值相对于地面标记处里程值 的增量，精确定位出管道缺陷。综上所述，本发明实施例提供了一种消除晶振时间漂移的地面标记方法，通过该 方法，可以有效地消除时钟漂移对测量结果的影响，提高地面标记器的检测精度，精确地定位管道缺陷的位置；而且，数据处理简单，检测精度高，对硬件电路的要求低，功耗和成本也 低，在现代管道检测中有非常大的优势。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种消除晶振时间漂移的地面标记方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)在内检测器送入管道之前，对每个地面标记器进行编号，将所述内检测器、每个所述地面标记器通过母钟进行时间同步；(2)将所述内检测器送入管道中运行，将每个所述地面标记器放置在相应的地面标记桩处；(3)当所述内检测器接近所述地面标记器时，开启所述地面标记器，采集信号，将采集到的信号转换成电信号，经放大处理、滤波处理和A/D转换处理后，进行分析处理，若识别到信号为所述内检测器通过所述地面标记器的信号，则记录所述内检测器通过所述地面标记器的时间，将记录的所述地面标记器通过所述地面标记器的时间存储在所述地面标记器中；(4)当内检测任务完成后，将所述内检测器从管道中取出，对每个所述地面标记器进行二次标定，消除晶振时间漂移误差；(5)将每个所述地面标记器记录的所述内检测器通过所述地面标记器的时间以及所述内检测器本身记录的数据传输到上位机，对比每个所述地面标记器记录的所述内检测器通过所述地面标记器的时刻处，所述内检测器本身记录的里程数据，修正所述内检测器的里程测量误差，实现对管道缺陷的定位。
2.根据权利要求1所述的消除晶振时间漂移的地面标记方法，其特征在于，步骤(4)中 所述当内检测任务完成后，将所述内检测器从管道中取出，对每个所述地面标记器进行二 次标定，消除晶振时间漂移误差，具体包括计算所述母钟对所述内检测器的线性校准因子α ；计算每个所述地面标记器对所述内检测器的线性校准因子Y，并对所述内检测器通过 所述地面标记器的时间进行校准。
3.根据权利要求2所述的消除晶振时间漂移的地面标记方法，其特征在于，所述计算 所述母钟对所述内检测器的线性校准因子α，具体为将所述母钟与所述内检测器通过通讯接口连接起来，由所述母钟发送触发脉冲，使所 述母钟和所述内检测器同时将各自当前的时钟计数值NO、时钟计数值m记录下来，再通过 数据通讯接口将所述时钟计数值m传输给所述母钟，所述母钟的主控制芯片计算出线性 校准因子α，并存储在存储器中，其中α =Ν0/Ν1。
4.根据权利要求2所述的消除晶振时间漂移的地面标记方法，其特征在于，所述计算 每个所述地面标记器对所述内检测器的线性校准因子Y，并对所述内检测器通过所述地面 标记器的时间进行校准，具体为将所述母钟与所述地面标记器通过通讯接口连接起来，由所述母钟发送触发脉冲，使 所述母钟和所述地面标记器同时将各自当前的时钟计数值Μ0、时钟计数值Ml记录下来，再 通过数据通讯接口将所述时钟计数值MO和所述线性校准因子α传输给所述地面标记器， 所述地面标记器中的数字处理器计算出所述地面标记器对所述母钟的线性校准因子β和 对所述内检测器的线性校准因子Y，其中β = Μ1/Μ0, γ = α X β，再将存储器中存储的 所述内检测器通过时间乘以 进行校准。
全文摘要
本发明公开了一种消除晶振时间漂移的地面标记方法，涉及管道内检测领域，包括在内检测器送入管道之前，对地面标记器进行编号，将内检测器、地面标记器通过母钟进行时间同步；将内检测器送入管道中运行，将地面标记器放置在地面标记桩处；当内检测器接近地面标记器时，开启地面标记器采集数据，记录内检测器通过地面标记器的时间，将记录的内检测器通过地面标记器的时间存储在地面标记器中；内检测器从管道中取出后，对各个地面标记器进行二次标定；将地面标记器记录的内检测器通过时间以及内检测器本身记录的数据传输到上位机进行处理，实现对管道缺陷的定位。该方法有效地消除时钟漂移的影响，提高地面标记器的检测精度，精确定位管道缺陷位置。
文档编号G01B7/00GK101986095SQ20101028315
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者向红, 曾周末, 李一博, 李健, 靳世久 申请人:天津大学