专利名称：小口径地下管道测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及地下管道深度自主测量系统，特别涉及小口径地下管道测量系统，应用于各种非开挖/开挖地下管道(内径小于110mm)的深度测量。
背景技术：
地下管道(水、煤、电等)是城市的重要基础设施。通常采用常规物探仪器(如管线探测仪器、地质雷达等)对地下管道进行深度测定。而这种方法是采用电磁感应原理来测定管道深度的，存在着两个缺陷第一，当管道所处的深度很大，超过5米后，测量误差会变得很大；当深度达到10米以下时，地下传来的电磁波、雷达波反射信号已经严重衰减而使得测量变得几乎成为不可能。第二，即使在深度比较浅的情况下，该测量方式也会因为城市地下广泛存在的诸如电力、煤气管线等管线的存在而受到严重干扰。在这个背景下，工程上迫切需要一种不受外界干扰的深度测量方式。另外，对于在非开挖工程中广泛使用的小孔径管道(内径33mm)，目前尚没有对其5米以下深度测量的比较精确的方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是5米以下小口径管道精确测深方法，需要解决外界干扰问题和大深度下的测量问题。
本发明是这样来实现的一种小口径地下管道测量系统，包括测量单元、记录单元和计算单元，整个系统分为地面监控系统与地下测量系统，地面监控系统包括笔记本电脑和通讯模块，笔记本电脑用来控制程序处理地下部分传送来的数据、发送命令控制地下部分；地下测量系统包括通讯模块、电源调理模块、中央微处理单元、加速度计模块、倾斜计模块、里程计模块和模数转换模块，电源调理模块给地下部分其他所有模块提供电源；中央处理单元是地下部分的核心模块，处理地下部分其它各个模块传递来的数据，并将数据通过232格式传向地面；加速度计模块利用单片机模式完成测量加速度倾斜角，并将数据传给中央处理单元；倾斜计模块利用电解液模式完成测量倾斜角，并将数据传给模数转换模块；另一个加速度计模块利用微机械模式完成倾斜角的测量，并将数据传给模数转换模块；模数转换模块对另一个加速度计模块和倾斜计模块传来的数据进行模数转换，并将转换结果传递给中央处理单元；里程计模块完成对管线长度的实时连续测量，里程计的脉冲计数传给中央处理单元进行处理。
本发明中系统的核心内容是1)采用倾斜计、加速度计等测量器件在管道内部对深度进行测量。这种方式可以实现自主测量，不受外界的干扰(而传统的测量方法是在地面测量，受干扰影响大)，对于深度测量的范围没有具体的要求，理论上可以测量任意深度的管线，对于地下10米管线的测量具有极大的优越性。
2)在机械设计、器件选择以及系统设计上充分考虑到小口径管道的要求，做到系统的高度微型化.由于采用了MEMS(微机械加工)技术，测量器件的体积都很小，使得可测量的管线内径可以做到很小(33mm)。这些是现有测量方式无法同时满足的。
3)通过多传感器融合技术，可以有效提高测量精度。测量传感器，例如倾斜计、加速度计等都具有不同的缺点，因此采用多传感器融合技术，即由基于各种不同测量原理的传感器共同构成测量系统，利用信息融合技术处理多种传感器的测量数据，可最大程度地减小测量误差。
图1系统结构框2系统连接关系以及测量方法示意图具体实施方式
从图1中可知，整个系统分为地面监控系统与地下测量系统两个子系统。
地面监控系统地面主机采用了一台便于现场工作的笔记本电脑。笔记本电脑中控制程序处理地下部分传递来的数据，发送命令控制地下部分。地面与地下测量系统之间的通讯采用144编屏蔽双绞线，该通讯方式理论上可保证300米传输无误码，基本满足对目前绝大部分地下管线(＜200米)的测量。
地下测量系统该系统地下部分采用多节分体连接的形式，有利于通过管线的转弯处。地下测量系统前端为牵引线，负责长度的测量以及牵引系统在管线内运动，后端为数据线，负责与地面处理主机的通讯。
通讯模块(RS485)转232通讯模块与RS232转485通讯模块一起完成地面地下两部分的通讯。
电源调理模块给地下部分其它所有模块提供电源。
中央微处理单元(C8051MCU)地下部分的核心模块，，处理地下部分其它各个模块传递来的数据，并将数据通过232格式传向地面。
加速度模块(TD45-1)利用单片机模式完成测量加速度，并将数据传给中央处理单元(MCU)。
倾斜计模块(TD45-2)利用单片机模式完成测量倾斜角，并将数据传给中央处理单元(MCU)。
倾斜计模块(901-45T)利用电解液模式完成测量倾斜角，并将数据传给模数转换器(AD)模块。
加速度计模块(ADXL202)利用微机械模式(MEMS)完成倾斜角的测量，并将数据传给AD模块。
AD采集转换模块对ADXL202模块和901-45T模块传来的数据进行AD转换，并将转换结果传递给MCU。
里程计模块完成对管线长度的实时连续测量。里程计的脉冲计数传给MCU进行处理。
主控测量单元包括中央处理模块、加速度模块(TD45)、里程机等。
测量单元里包括倾斜计模块(901-45)等。
以上功能模块中的元器件均是市售外购件。
图2展示本发明的系统连接关系以及测量方法。一般的操作流程是(1)地面控制首先进行“系统自检”进行系统各个器件的自检，以及通讯的连接；(2)“开始采集”开始采集当前的倾角，同时，倾角数据将在计算机实时显示坐标图中实时画出，非常直观，便于操作人员监视。
(3)“暂停采集”，系统在暂停采集后会对数据进行计算处理，计算出当前的深度，计算出地下测量系统相对于管线入口处的位置横纵座标，显示出当前深度和坐标。
(4)一个点测定完成后，地面电机拉动地下测量系统(机器人)移位到另一个位置，重复(1)、(2)、(3)过程直至整段地下管道测量完成。
权利要求
1.一种小口径地下管道测量系统，包括测量单元、记录单元和计算单元，其特征在于整个系统分为地面监控系统与地下测量系统，地面监控系统包括笔记本电脑和通讯模块，笔记本电脑用来控制程序处理地下部分传送来的数据、发送命令控制地下部分；地下测量系统包括通讯模块、电源调理模块、中央微处理单元、加速度计模块、倾斜计模块、里程计模块和模数转换模块，电源调理模块给地下部分其他所有模块提供电源；中央处理单元是地下部分的核心模块，处理地下部分其它各个模块传递来的数据，并将数据通过232格式传向地面；加速度计模块利用单片机模式完成测量加速度倾斜角，并将数据传给中央处理单元；倾斜计模块利用电解液模式完成测量倾斜角，并将数据传给模数转换模块；另一个加速度计模块利用微机械模式完成倾斜角的测量，并将数据传给模数转换模块；模数转换模块对另一个加速度计模块和倾斜计模块传来的数据进行模数转换，并将转换结果传递给中央处理单元；里程计模块完成对管线长度的实时连续测量，里程计的脉冲计数传给中央处理单元进行处理。
2.根据权利要求1所述的小口径地下管道测量系统，其特征在于所述地面与地下测量系统之间的通讯采用144编屏蔽双绞线。
3.根据权利要求1或2所述的小口径地下管道测量系统，其特征在于采用的倾斜计、加速度测量器件能够实现自主测量，不受外界的干扰，对于深度测量的范围理论上可以测量任意深度，对于地下10米管线的测量具有极大的优越性，测量的管线内径可以做到33mm。
4.根据权利要求1或2所述的小口径地下管道测量系统，其特征在于里程计参与了对地下管线长度的实时连续测量。
全文摘要
本发明公开了一种小口径地下管道测量系统采用惯性器件——倾斜计、加速度计和里程计测量器件与计算机结合应用于地下管线空间定位测量，使其不受外界干扰，采用包含微电子机械技术的微型传感器使得可测量管线内径可以很小的微型技术形成本发明的技术特征。本发明能够对于地下10m管线的系统测量具有极大的优越性，测量精度高，测量管线的内径可以做到33mm，应用于各种非开挖地下管道测量。
文档编号G01B21/18GK1758023SQ200510027070
公开日2006年4月12日 申请日期2005年6月23日 优先权日2005年6月23日
发明者张洪钺, 李啸, 李大海 申请人:上海非开挖信息工程技术有限公司, 北京航空航天大学, 上海市信息管线有限公司