专利名称：一种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于油田进行石油长输管道检测领域中的检测装置，具体的 说是涉及一种与管道漏磁腐蚀检测器配合使用的地面标记器。
背景技术：
地面标记器是与管道腐蚀检测器配合使用的重要辅助设备，其作用在于准确地获 得腐蚀缺陷点的位置，其主要依据为时间同步的原理。地面标记器和管道腐蚀检测器中都 装有高精度时钟芯片，检测之前，需将管道腐蚀检测器和地面标记器进行校时，使两者时间 同步。检测时将地面标记器放置到管道腐蚀检测器通过的地点，地面标记器记录管道腐蚀 检测器通过该点的时间。将来在数据分析时，依据时间对等的原则，将地面标记器的位置数 据标明在数据分析图形中，这样，依据多个地面标记器的记录就可以准确地判明腐蚀点的 地理位置。目前，国内外传统的管道腐蚀检测器，无一例外地采用以线圈传感器型地面标记 器，其基本构成如图1所示。尽管这样的标记器比较省电，但缺点是灵敏度较低，只能对较 强的磁场变化有反应。如果管道的埋深度较深，漏磁腐蚀检测器传到地面的磁场信号偏弱， 或者标记器放置的位置出现偏差，则标记器就接收不到磁信号，造成漏检。
发明内容
为了解决背景技术中给出的现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种新型 管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，该种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，具有灵敏度 高以及可以检测到弱磁场信号等特点。本发明的技术方案是该种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，包括MCU处理 器，以及为MCU处理器提供工作电源的电源模块，以及MCU处理器控制下的声光报警电路， 以及MCU处理器控制下的校时通信单元，在以上现有结构保留的基础上，本方案进行了如 下改进所述MCU处理器采用MSP430F149单片机；所述地面标记器还包括一个磁传感器 单元、一个时钟单元、一个存储单元；其中，所述磁传感器单元由霍尔传感器AD22151芯片 及其外围电阻和电容组成，霍尔传感器输出管脚接上拉电阻后连接到所述MSP430F149单 片机的59管脚，即由此霍尔传感器输出的随磁场变化的电压信号经过信号调整和转换后 输入到所述MCU处理器的信号输入端；所述时钟单元由高精度温补晶振TC20-NABIC、可编 程逻辑芯片EPM3032ATC44-10以及时钟芯片AD1390构成，其中，所述高精度温补晶振为 4. 194304MHZ，此晶振所提供的4MHZ的脉冲经过所述可编程逻辑芯片进行1 分频后得 到32768HZ脉冲作为所述时钟芯片AD1390震荡源；所述存储单元采用STC62WV10MTC数据 存储芯片，所述单片机的P3. (ΓΡ3. 4管脚链接至此数据存储芯片的控制引脚，所述单片机 的P4管脚接此数据存储芯片的数据引脚，所述单片机的P2和P5管脚接此数据存储芯片的 地址引脚，所述单片机的P3. 5管脚接此数据存储芯片的地址引脚最高位A16。此外，对原有校时通信单元进行改进，增加了一个MAX3485芯片以及一个 SN65LVDS048芯片，所述MAX3485芯片由所述单片机的Pl. 2管脚来控制数据传输方向；所述SN65LVDS048芯片接收来自于所述MAX3485芯片的信号后，采用差分信号方式传输校时 脉冲。另外，经过大量实验验证，应用于所述磁传感器单元中的霍尔传感器的测量范围 在+6高斯 -6高斯之间，这样本装置的性能最佳。本发明具有如下有益效果由于采取上述方案后，用电子式磁传感器取代了传统 的线圈式磁传感器，这种标记器与现有标记器相比，既具有较高的灵敏度，又可以克服传统 标记器无法检测到弱磁场信号的不足，因此，对于石油长输管道检测领域中，这是一项重大 的进步。同时，该种标记器还能够应用到清管器、模拟体及变形检测器的跟踪和标定上，只 要在上述管道通过装置附加具有一定磁场强度的永磁体和磁传导部件，就可能对这些装置 实施跟踪或标定，具有较宽阔的市场应用前景。
图1是采用传统的线圈式磁传感器的标记器组成结构示意图。图2是本发明的组成模块示意图。图3是本发明所述MCU处理器和时钟芯片DS1390连接后的电气原理图。图4是本发明所述磁传感器单元的电气原理图。图5是本发明中所述可编程逻辑芯片的电气原理图。图6是本发明中所述温补晶振的电气原理图。图7是本发明中所述数据存储芯片的电气原理图。图8是本发明中在原有校时通信单元基础上增加的MAX3485芯片以及 SN65LVDS048芯片的电气原理图。图9是应用于本发明电源模块中5V模拟电源的电气原理图。图10是应用于本发明中电源模块3V数字电源的电气原理图。图11是应用于本发明中声光报警电路的电气原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明
如图2所示，本种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，包括MCU处理器，以及为MCU 处理器提供工作电源的电源模块，以及MCU处理器控制下的声光报警电路，以及MCU处理器 控制下的校时通信单元，以上为常规结构，本发明作出改进之处在于所述MCU处理器采用 MSP430F149单片机；所述地面标记器还包括一个磁传感器单元、一个时钟单元以及一个存 储单元；其中，所述磁传感器单元由霍尔传感器AD22151芯片及其外围电阻和电容组成，霍 尔传感器输出管脚接上拉电阻后连接到所述MSP430F149单片机的59管脚，即由此霍尔传 感器输出的随磁场变化的电压信号经过信号调整和转换后输入到所述MCU处理器的信号 输入端；所述时钟单元由高精度温补晶振TC20-NABIC、可编程逻辑芯片EPM3032ATC44-10 以及时钟芯片AD1390构成，其中，所述高精度温补晶振为4. 194304MHZ，此晶振所提供的 4MHZ的脉冲经过所述可编程逻辑芯片进行1 分频后得到32768HZ脉冲作为所述时 钟芯片AD1390震荡源；所述存储单元采用STC62WV10MTC数据存储芯片，所述单片机的 P3. (ΓΡ3. 4管脚链接至此数据存储芯片的控制引脚，所述单片机的P4管脚接此数据存储芯片的数据引脚，所述单片机的P2和P5管脚接此数据存储芯片的地址引脚，所述单片机的 P3. 5管脚接此数据存储芯片的地址引脚最高位A16。此外，对原有校时通信单元进行改进，增加了一个MAX3485芯片以及一个 SN65LVDS048芯片，所述MAX3485芯片由所述单片机的Pl. 2管脚来控制数据传输方向；所 述SN65LVDS048芯片接收来自于所述MAX3485芯片的信号后，采用差分信号方式传输校时 脉冲。上述MCU处理器、时钟芯片DS1390、磁传感器单元、可编程逻辑芯片、温补晶振、数 据存储芯片、MAX;3485芯片以及SN65LVDS048芯片的电气原理图分别如图3至图8所示。下面对各个单元进行对应说明主控MCU采用MSP430F149单片机，该16位单片机 具有代码效率高，超低功耗的特点。磁传感器由AD22151芯片及其外围电阻，电容组成，其 输出管脚接上拉电阻后连接到MSP430F149单片机的59管脚。AD22151是高精度磁传感器， 超量程高磁场仍能正常工作，具有集成置位/复位带、降低温度漂移效应、线性误差以及减 少由于高磁场的存在导致的输出信号丢失等优点。本装置采用AD22151后，在主控MCU的 程序设计时，采用如下流程首先进行高速多次采集，再对大量采集数据进行高速傅立叶变 换，得到有效波形；之后，对波形的周期、幅度、频率进行分析判断，得到符合报警条件的进 行报警。为提高时钟的精度，本发明采用高精度温补晶振TC20-NABIC-4. 194304MHZ，该晶振 提供的4MHZ的脉冲经过可编程逻辑芯片EPM3032ATC44-10 128分频后得到32768HZ脉 冲作为时钟芯片AD1390震荡源。AD1390是高精度时钟芯片，有效值到毫秒级。存储部分 采用STC62WV10MTC 128KB数据存储芯片，单片机P3. 0 P3. 4链接该芯片的控制引脚，P4 接数据引脚，P2和P5接地址引脚，P3.5接地址引脚最高位A16。对原有校时通信电路进 行改进，为提高标记器通信能力，串口 uartl输出输入特加入了 MAX3485芯片，并由单片机 的Pl. 2来控制数据传输方向；为确保校时脉冲的稳定性，加入了 SN65LVDS048芯片，采用差 分信号方式传输较时脉冲。本发明的电源模块可以采用两节高能锂电池串联供电，每节电 池3. 6V。7. 2V电压经过MAX1776电路降压到5V给磁传感器供电，经过MAX1776电路降压 到3. 3V给单片机及其它电路供电。另外为防止数据丢失，特通过MAX6364芯片加入纽扣电 池作为备用电源。应用到本发明中的报警电路可以采用如图11所示的结构，为最大限度地 减小功耗，延长标记器工作时间，设计时未加入电源和工作状态指示灯。而是采用拨动开关 指示标记器状态。只加入由三极管，蜂鸣器和发光二极管组成的声光报警电路。采用不同 的报警声音提示标记器工作是否正常，以及是否采集到检测器通过时的数据。本装置的工作过程如下打开电源开关后，标记器先通过较时通信电路与检测器 进行时间同步，同步后放到规定地点，将标记器拨到工作状态。这时磁传感器随空间磁场 的变化输出相应变化的电压信号，单片机自带的A/D转换器将该模拟电压信号转换成数字 信号，转换进行的速率为4001ΛΖ，转换得到的数字信号经过傅立叶变换滤波，得到稳定的信 号。然后单片机程序的信号识别算法能够准确识别出检测器经过时特定的磁场变化信号。 当检测到检测器通过时，单片机记录当前时间和通过时产生的波形，并控制LED和蜂鸣器 声光报警。单片机将数据存入到RAM数据存储器中。一次采集结束后，将标记器调至休眠状 态，然后将标记器放置下个采集地点，调至工作状态继续采集。最后采集结束时，标记器再 次调到休眠状态。最后上位机通过较时通信电路将采集到的时间和波形数据读出并保存， 以便数据分析人员进行精确分析。
上述方案提出后，经过大量实验证明，应用于所述磁传感器单元中的霍尔传感器 的测量范围选在+6高斯 -6高斯之间时，本装置的性能较好。
权利要求
1.一种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，包括MCU处理器，以及为MCU处理器提 供工作电源的电源模块，以及MCU处理器控制下的声光报警电路，以及MCU处理器控制下 的校时通信单元，其特征在于所述MCU处理器采用MSP430F149单片机；所述地面标记器 还包括一个磁传感器单元、一个时钟单元以及一个存储单元；其中，所述磁传感器单元由霍 尔传感器AD22151芯片及其外围电阻和电容组成，霍尔传感器输出管脚接上拉电阻后连接 到所述MSP430F149单片机的59管脚，即由此霍尔传感器输出的随磁场变化的电压信号经 过信号调整和转换后输入到所述MCU处理器的信号输入端；所述时钟单元由高精度温补晶 振TC20-NABIC、可编程逻辑芯片EPM3032ATC44-10以及时钟芯片AD1390构成，其中，所述 高精度温补晶振为4. 194304MHZ，此晶振所提供的4MHZ的脉冲经过所述可编程逻辑芯片 进行1 分频后得到32768HZ脉冲作为所述时钟芯片AD1390震荡源；所述存储单元采用 STC62WV1024TC数据存储芯片，所述单片机的P3. (ΓΡ3. 4管脚链接至此数据存储芯片的控 制引脚，所述单片机的P4管脚接此数据存储芯片的数据引脚，所述单片机的P2和P5管脚 接此数据存储芯片的地址引脚，所述单片机的P3. 5管脚接此数据存储芯片的地址引脚最 高位A16。
2.根据权利要求1所述的一种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，其特征在于所 述校时通信单元还包括一个MAX;3485芯片以及一个SN65LVDS048芯片，所述MAX!3485芯片 由所述单片机的Pl. 2管脚来控制数据传输方向；所述SN65LVDS048芯片接收来自于所述 MAX3485芯片的信号后，采用差分信号方式传输校时脉冲。
3.根据权利要求2所述的一种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，其特征在于应 用于所述磁传感器单元中的霍尔传感器的测量范围在+6高斯 -6高斯之间。
全文摘要
一种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器。主要解决现有地面标记器采用线圈传感器精度低、弱磁场信号难以检测到的问题。其特征在于所述MCU处理器采用MSP430F149单片机；所述地面标记器还包括一个磁传感器单元、一个时钟单元以及一个存储单元；其中，所述磁传感器单元由霍尔传感器AD22151芯片及其外围电阻和电容组成，霍尔传感器输出管脚接上拉电阻后连接到所述MSP430F149单片机的59管脚，即由此霍尔传感器输出的随磁场变化的电压信号经过信号调整和转换后输入到所述MCU处理器的信号输入端。该种新型管道漏磁腐蚀检测用地面标记器，具有灵敏度高以及可以检测到弱磁场信号等特点。
文档编号F17D5/02GK102128353SQ201010602259
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者吴顺生, 姜群发, 张殿革, 杨林, 王辉, 马明利 申请人:大庆油田有限责任公司