专利名称：油气管道缺陷漏磁内检测器里程测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于油气管道内检测技术中，确定缺陷在管道中具体位置的油气管道缺陷漏磁内检测器里程测量装置及方法。
背景技术：
管道缺陷漏磁内检测器是油气长输管道缺陷在线监测的主要仪器，它在油压(或气压)推动下在长输管道内自行前进，所携带的磁铁装置对经过的管道进行磁化，当管道存在因腐蚀或机械损伤存在缺陷时，在缺陷处将会产生漏磁场，检测并分析缺陷漏磁场，能得到管道缺陷大小。对于管道缺陷检测，不但要知道缺陷大小，而且还需知道缺陷在管道的具体位置，以便为管道的维护提供准确的数据。管道缺陷位置确定常采用在管道漏磁内检测器上安装里程轮的办法来实现，当管道漏磁内检测器在管道内运行时，里程轮紧贴管道内壁随漏磁内检测器的运行而滚动，通过记录里程轮滚过的角度就可以计算出漏磁检测器运行的距离，结合沿管道测得的漏磁信号就能计算出缺陷沿管道的位置分布。针对里程轮对里程记录方式的文献检索表明较早里程记录方式是在里程轮的轮子上安装一块永磁体，在轮子的支撑臂上安装磁性弹簧片，当里程轮滚动带动永磁体经过支撑臂上的磁性弹簧片时，在磁力的作用下，弹簧片闭合从而接通开关电路，使开关电路产生一相应的脉冲电信号，记录的脉冲电信号数量即是里程轮转过的圈数，里程轮的圈数乘上里程轮的周长即为漏磁检测器的里程数(美国专利us3732625、us3862497、us5205048、 us5088336)。但这种磁性弹簧片存在接触不可靠、精度低的问题，随着霍尔磁开关传感器的出现，人们采用霍尔磁开关传感器代替磁性弹簧片，同时为提高里程测量精度，在里程轮的轮子上安装更多数量的永磁体，使里程轮转过较小角度就产生一个脉冲，而不是转过一圈(中国专利200610025468.1、论文S. Sadovnychiy, J. Lopez, Improvement of Pipeline Odometer System Accuracy,Canadian International Petroleum Conference, Jun 7 - 9，2005 2005, Calgary, Alberta)。霍尔磁开关传感器的应用尽管提高了里程测量精度，但是仍存在以下不足一方面霍尔磁开关传感器工作需要驱动电源，检测上千公里的长输管道时需配置足够的电源，另外由于漏磁内检测器对管道的磁化为近饱和磁化， 磁化后的管道表面附近有较强的、相对稳定的剩磁场，该剩磁场作用在霍尔开关传感器上， 将影响传感器的测量精度
发明内容
本发明目的是为了确定管道缺陷检测中缺陷在管道的具体位置，以便为管道的维护提供准确的数据，特别提供一种油气管道缺陷漏磁内检测器里程测量装置和方法。本发明利用电磁感应原理，以带铁芯的多匝线圈为感应装置，将里程轮上永磁体转动形成的磁场变化变换为线圈输出电动势的变化，通过分析电动势的变化获得里程轮的里程信息。该方法线圈感应装置无需供电，同时克服了管道表面剩磁场的影响。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案油气管道缺陷漏磁内检测器里程测量装置，包括轮子系统、轮子支撑装置、探头装置、里程轮固定装置、拉伸弹簧、信号分析装置。其结构特征是轮子系统安装在轮子支撑装置的中心轴3上，用卡簧6固定；轮子系统包括转动轮4、滚动轴承5和小磁铁13，滚动轴承5按过盈配合关系安装在转动轮4内， 在转动轮4边缘处沿圆周等距离安装12个小磁铁13，每相邻两磁铁间极性相反，安装好的轮子系统用过盈配合关系安装在轮子支撑装置的中心轴3上，转动轮4材料为非导磁性材料；轮子支撑装置包括中心轴3、支撑臂I、第一锁紧螺母2，中心轴3与支撑臂I用螺纹连接，并用第一锁紧螺母2锁紧；探头装置包括探头臂10、铁芯8、多匝线圈7、第二锁紧螺母
9、第一紧固螺钉11、垫片12，多匝线圈7缠绕在铁芯8 一端并用绝缘漆固定，多匝线圈7的输出端用导线17与信号分析装置18连接，缠好多匝线圈7的铁芯8用第二锁紧螺母9固定在探头臂10上，探头臂10、垫片12用第一紧固螺钉11与轮子装置的支撑臂I紧固连接， 探头臂10所用材料为非导磁性材料；里程轮固定装置14与轮子支撑装置是转动连接，并用第二紧固螺钉15固定在里程节上；拉伸弹簧16安装在轮子支撑装置和里程轮固定装置14 之间，将两装置连接在一起；信号分析装置18安装在里程节内部，信号分析装置18包括模拟多路开关21、信号调理电路19、故障检测电路20、比较器电路22、整形电路23、微处理器 24和显示器25。四路里程信号线与信号调理电路19连接，调理后的输出信号一方面送至模拟多路开关21，另一方面送至故障检测电路20。故障检测电路20采样调理后的里程信号，送入微处理器24判断里程轮是否打滑。微处理器24控制模拟多路开关21选择一路不打滑的里程信号送入比较器电路22生成方波信号，通过整形电路23整形成脉冲信号，送入微处理器24计数，对脉冲信号进行处理生成数字信号，运算生成最终里程数并送至显示器 25进行显示油气管道缺陷漏磁内检测器里程测量方法先将管道缺陷漏磁内检测器安装在管道内运行，轮子系统中的转动轮与管道内壁接触并转动，小磁铁与转动轮一起转动并与探头装置中的多匝线圈形成相对运动，使多匝线圈中磁感应强度产生正弦周期变化，多匝线圈产生与磁感应强度成相应周期变化的感生电动势，则该电动势随里程变化而变化，再将该电动势送入信号分析装置，信号分析装置按以下步骤进行里程信号的分析与处理
(1)由信号调理电路对输入里程信号进行滤波、放大等预处理；
(2)由微处理器控制模拟多路开关，选择一路里程信号进行分析处理；
(3)故障检测电路用于里程轮打滑处理。当某一里程轮打滑时，多匝线圈电动势输出值为0，故障检测电路采样值连续为0，微处理器通过判断确定出打滑的里程轮通道，控制模拟多路开关切换通道，转入对下一路里程信号的处理，同时判断下一路里程信号是否为打滑信号，最终将不打滑的里程信号输入处理；
(4)调理后的信号送入比较器电路，生成高低电平信号。设电动势幅值为A，取±3A/4 作为阈值，当多匝线圈电动势输出值达到+3A/4时，比较器电路输出高电平；当多匝线圈电动势输出值达到一3A/4时，比较器电路输出低电平，则每一高、低电平分别代表两小磁铁之间间距；
(5)将高低电平信号送入整形电路，生成相应的测量脉冲信号；
(6)由微处理器内部的定时计数器对脉冲信号计数，将统计的脉冲数乘以小磁铁的间距，得到里程轮记录的里程数；(7)微处理器运算生成的里程数送往显示器进行显示。本发明的有益效果是本发明利用电磁感应原理，采用多匝线圈检测里程信号，无需对线圈供电，提高了里程测量时间和长度，特别适合长距离输油管道缺陷内检测器的里程测量，同时减少了管道剩磁对里程测量精度的干扰。
图I为本发明里程轮装置的结构示意图。图2为本发明里程轮装置主视图。图3为本发明里程测量装置在管道内的装配图。 图4为本里程测量装置中里程信号处理过程示意图。图5本里程测量装置里程测量原理示意图。图中1、支撑臂，2、第一锁紧螺母，3、中心轴，4、转动轮，5、滚动轴承，6、卡簧，7、多匝线圈，8、铁芯，9、第二锁紧螺母，10、探头臂，11、第一紧固螺钉，12、垫片，13、小磁铁，14、 里程轮固定装置，15、第二紧固螺钉，16、拉伸弹簧，17、导线，18、信号分析装置，19、信号调理电路，20、故障检测电路，21、模拟多路开关，22、比较器电路，23、整形电路，24、微处理器， 25、显示器。a、磁感应强度变化曲线，b、感生电动势变化曲线，c、输出电平，d、输出脉冲。
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，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细说明。本发明里程轮装置如图I、图2和图3所示，首先将滚动轴承5、小磁铁13安装在转动轮4里，12个小磁铁沿圆周均匀分布，同时每相邻两小磁铁按极性相反排列，以便形成磁回路。将装好小磁铁和滚动轴承的转动轮用卡簧6定位在中心轴3上，支撑臂I由第一锁紧螺母2固定在中心轴3的螺纹端。多匝线圈7按螺旋方式缠绕在铁芯8的一端并由第二锁紧螺母9固定在探头臂10上，再将探头臂10、调整垫片12用第一紧固螺钉11固定在支撑臂I上，通过调节垫片12来调节多匝线圈7与小磁铁13的间隙大小。将调整好的里程轮安装在里程轮固定装置14上，拉伸弹簧16连接在里程轮固定装置14和支撑臂I之间， 其弹簧力使转动轮4始终与被测管道紧密接触。里程轮固定装置14由第二紧固螺钉15固定在里程节上。然后将携带里程节的管道缺陷内检测器放入管道运行，多匝线圈(7)与小磁铁(13)则会以速度V产生相对运动，如图5轴I所示，相对运动引起多匝线圈(7)中的磁感应强度变化曲线(a)如图5轴2所示，产生的感生电动势变化曲线(b)如图5轴3所示， 多匝线圈7产生的电动势信号由导线17输入信号分析装置18中，在信号分析装置18中， 信号调理电路19对信号进行滤波放大处理后，分送至故障检测电路20和模拟多路开关21。 首先由故障检测电路20判断是否有通道打滑，将采样信号送至微处理器24判断打滑。由微处理器24控制模拟多路开关21选通四路里程信号中不打滑的一路作为输入信号。将输入信号送入比较器电路22，将正弦信号变换为高低电平输出，如图5轴4所示。再经整形电路23整形为可计数的脉冲信号，如图5轴5所示，将脉冲信号送入微处理器24中。微处理器24内部的定时计数器对脉冲计数，将所计脉冲数乘上小磁铁间距，计算得出里程数。显示器25显示最终里 程数。
权利要求
1.油气管道缺陷漏磁内检测器里程测量装置，包括轮子系统、轮子支撑装置、探头装置、里程轮固定装置、拉伸弹簧和信号分析装置，其特征是轮子系统安装在轮子支撑装置的中心轴(3 )上，用卡簧(6 )固定；轮子系统包括转动轮(4 )、滚动轴承(5 )和小磁铁(13)，滚动轴承(5)按过盈配合关系安装在转动轮(4)内，在转动轮(4)边缘处沿圆周等距离安装12个小磁铁(13)，每相邻两磁铁间极性相反，安装好的轮子系统用过盈配合关系安装在轮子支撑装置的中心轴(3)上，转动轮(4)材料为非导磁性材料；轮子支撑装置包括中心轴(3)、支撑臂(I)、第一锁紧螺母(2)，中心轴(3)与支撑臂(I)用螺纹连接，并用第一锁紧螺母(2)锁紧；探头装置包括探头臂(10)、铁芯(8)、多匝线圈(7)、第二锁紧螺母(9)、第一紧固螺钉(11)、垫片(12)，多匝线圈(7)缠绕在铁芯(8) —端并用绝缘漆固定，多匝线圈(7)的输出端用导线(17)与信号分析装置(18)连接，缠好多匝线圈(7)的铁芯(8)用第二锁紧螺母(9)固定在探头臂(10)上，探头臂(10)、垫片(12)用第一紧固螺钉(11)与轮子支撑装置的支撑臂(I)紧固连接，探头臂(10)所用材料为非导磁性材料；里程轮固定装置(14)与轮子支撑装置是转动连接，并用第二紧固螺钉(15)固定在里程节上；拉伸弹簧(16)安装在轮子支撑装置和里程轮固定装置(14)之间，将两装置连接在一起；信号分析装置(18)安装在里程节内部，信号分析装置(18)包括模拟多路开关(21)、信号调理电路(19)、故障检测电路(20)、比较器电路(22)、整形电路(23)、微处理器(24)和显示器(25)。
2.一种如权利要求I所述里程测量装置的测量方法，其特征是先将管道缺陷漏磁内检测器安装在管道内运行，轮子系统中的转动轮(4)与管道内壁接触并转动，小磁铁(13)与转动轮(4) 一起转动并与探头装置中的多匝线圈(7)形成相对运动，多匝线圈(7)中磁感应强度成正弦周期变化，产生的感生电动势做相应的周期变化，设电动势幅值为A，取±3A/4作为阈值，当多匝线圈(7)电动势输出值达到+3A/4时，比较器电路(22)输出高电平，当多匝线圈⑵电动势输出值达到一3A/4时，比较器电路(22)输出低电平，则每一高、低电平分别代表两小磁铁(13)之间间距；若某一转动轮(4)出现打滑时，多匝线圈(7)电动势输出值为0，故障检测电路(20)采样值连续为0，微处理器(24)收到该信号并判断打滑，通过模拟多路开关(21)切换通道，转入对下一路里程信号的处理，判断下一路里程信号是否为打滑信号，最终将不打滑的一路里程信号输入信号计数，将统计的脉冲数乘以小磁铁(13)的间距，就得到了里程轮记录的里程数。
全文摘要
本发明涉及用于油气管道内检测技术中，确定缺陷在管道的具体位置的油气管道缺陷内检测器里程测量装置与方法。它能确定缺陷在管道的具体位置，以便为管道维护提供准确数据。其技术方案轮子系统的滚动轴承安装在转动轮内，在转动轮边缘安装小磁铁，再将轮子系统安装在轮子支撑装置的中心轴上；轮子支撑装置的中心轴与支撑臂用螺纹连接，用锁紧螺母锁紧。探头装置的探头臂用紧固螺钉与支撑臂连接，里程轮固定装置与轮子支撑装置连接并固定在里程节上；拉伸弹簧安装在轮子支撑装置和里程轮固定装置间，信号分析装置安装在里程节内部，对里程信号进行分析、处理、计算。本发明提高了里程测量时间和长度，减少了管道剩磁对里程测量精度的干扰。
文档编号G01N27/82GK102621218SQ20121006753
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者代冰, 周永乾, 唐东林, 王鹏, 赖欣 申请人:西南石油大学