专利名称：海底管道智能检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种检测技术领域的检测器，具体地说，是一种海底管道智能检测器。
背景技术：
管线传输是石油、天然气等能源运输的主要方式，然而，无论是国内还是国外，许多管网已经使用了数十年，管线泄漏时有发生。特别是海底管道，由于其工作条件特别恶劣，更容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起的泄漏事故，如不及时修复，这必将造成巨大的经济损失和严重的环境污染。因而，有效的管道在线检测便成了当务之急，但国内目前尚无有效的近海海底管线在线检测系统。同时，由于国内比较老的管道在设计、建造中没有考虑检测的问题，致使诸如缺陷的精确定位等一系列问题变得较为困难。这些困难主要在于我国管道没有建造时的GIS(地理信息系统)资料。考虑能源的限制，需要在不停止输油的情况下利用油压差驱动检测器进行在线检测；同时在检修时需要把油抽干，进行第二次的定位检测。国外的管道都有相应的铺设GIS资料，只要有检测器行走的距离，无需进行定位检测便可确定缺陷的大地位置，为检修所用。由于缺少管道铺设时的GIS资料，国外的相关检测装置无法完全适合我国管道检测的实际需求。
经对现有技术的文献检索发现，美国专利公开号US2003083576-第一1，
公开日为2003.05.01，专利名称为管内超声壁厚测量装置，该专利自述为“检测装置采用超声壁厚测量的方法实现了从管内对管道的测量、检测数据的采样和数据结果的解释。检测器包括一个超声脉冲发射器、超声探头、放大器、自带模拟输入的比较器、数字时钟、处理器、数据存储模块以及一个可控制的参考电压源。参考电压源与比较器的输入端相连，其输出至少可以调节到两种不同的电压值。比较器的输出端与参考电压源的一个控制输入端相连，当记录超声脉冲时，此连接方法可以切换比较器的阈值电压。采用一个阈值电压触发记录管道内壁产生的超声反射脉冲，而另一个阈值记录管道外壁产生的超声反射脉冲。由此可以直接测量管壁间的超声脉冲的传播时间，这种方法可以增加检测器单次行程的检测距离，并且可以提高测量精度和硬件数据处理的速度。”其不足之处是检测装置只记录了内外壁脉冲反射的时间差，一旦脉冲判断失误，由于缺乏原始的超声数据，无法重新进行人工判别，系统的可靠性大大降低；该检测装置只测量管道壁厚，对于裂纹等潜在的危险缺陷无法进行识别。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种海底管道智能检测器，它同时采用了漏磁和超声两种检测技术，超声用于检测管道的壁厚，漏磁用于检测管道存在的裂纹等缺陷，两种技术优势互补，可以得到更全面的缺陷信息，以对缺陷更好地识别，满足我国管道检测的实际需求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括驱动装置、漏磁检测头、漏磁信号处理装置、电源装置、里程仪、旋转编码器、超声检测头及超声信号处理装置。各部分连接起来在管道内工作，行走并采集管道的缺陷信息。部件连接关系为驱动装置、漏磁检测头、漏磁信号处理装置、电源装置、超声信号处理装置、超声检测头由头至尾依次用万向节相连。里程仪和旋转编码器构成管内定位装置，里程仪设在超声信号处理装置的滚轮上，旋转编码器固定设在漏磁信号处理装置箱体内。由此，一个检测器的总节数为6节。
所述的漏磁检测头是由多个漏磁探头组成的探头阵列。单个漏磁探头包括钢刷、压力传感器、磁敏传感器、温度传感器、保护壳、轭铁、永磁体，在轭铁的两端分别设有两个永磁体，在轭铁的中间通过螺钉固定有保护壳，在保护壳内远离轭铁的一边设有磁敏传感器、温度传感器和压力传感器。刚刷的内圈与永磁体外圈直接相连，检测时外圈与管道接触。
所述的超声检测头包括16条螺旋形的探头架。每个探头架上装有8个超声探头，并保证这8个探头之间的间隙相等。16条螺旋形的探头架共布一周，它们也是等间隔布置。由此整套检测装置共用128个超声探头，这128个探头在圆周方向均匀布置，在轴线方向是互相错开。
所述的漏磁信号处理装置包括漏磁信号预处理电路、数据采集卡、工控机及第一存储器，漏磁检测头检测到的管道缺陷信号进入漏磁信号预处理电路，调理后的信号由数据采集卡进行采样，随后送入工控机处理并由工控机将处理后的数据保存在第一存储器中。
所述的超声信号处理装置包括超声信号预处理电路、高速数据采集卡、内嵌式CPU及第二存储器，超声检测头检测到的管道缺陷信号进入超声信号预处理电路，调理后的信号由高速数据采集卡进行采样，随后送入内嵌式CPU进行数据压缩，随后将经压缩的数据存入第二存储器。
所述的里程仪包括里程轮、小磁铁、霍尔开关及计数器，里程轮靠近边缘处等间隔安装8个小磁铁，轮子中心设在支脚上，在支脚上靠近小磁铁的一端安装霍尔开关，霍尔开关的输出传送给计数器。
里程仪和旋转编码器的信号经过调理电路后送给数据采集卡和高速数据采集卡。同时，温度传感器及压力传感器的信号经相应的调理电路后分别送给数据采集卡和高速数据采集卡。
所述的驱动装置由多个橡胶皮碗组成，利用管道内油压差驱动。
所述的电源装置由高能电池组组成。
本发明工作时驱动装置负责检测器的爬行驱动和导向，为了节省系统的电能供应，系统采用油压差驱动。电源装置由高能电池组组成，为整个系统提供检测所需的电能。漏磁检测由漏磁检测头和漏磁信号处理装置构成，检测时，同一个漏磁检测探头的永磁体、轭铁、钢刷与被测管道形成磁回路，当管道中有缺陷时，将产生漏磁信号，被磁敏传感器检测到。磁敏传感器的信号进入漏磁信号预处理电路进行放大和滤波，经过调理的信号由数据采集卡进行采集，随后送入工控机处理并将处理后的数据保存在第一存储器中。
超声检测由超声检测头和超声信号处理装置完成，超声检测头检测到的管道缺陷信号送入超声信号预处理电路进行放大和滤波，经过调理的信号由高速数据采集卡进行数字化，随后送入内嵌式CPU进行数据压缩，压缩后的数据存入第二存储器。同时，里程轮、旋转编码器、温度传感器及压力传感器的信号经相应的里程轮、旋转编码器调理电路和温度、压力信号调理电路，调理后送给数据采集卡和高速数据采集卡，此数据与代表缺陷信息的数据一同打包，存入相应的存储器。
里程轮可能打滑引起的计里累积误差通过管道的环焊缝信号分段消除，通过漏磁信号判断环焊缝，每通过一个环焊缝，里程仪就清零重新计数，这样里程轮在不同管道分段内的计里误差不会累积，通过环焊缝的计数值和里程轮的计里数据相结合共同实现缺陷的管内精确定位。
漏磁检测的特点是可以检测出管道的小面积缺陷和裂纹但对大面积的壁厚变化较难判断，超声波检测的特点是能够得到管道某一局部范围内的精确壁厚但对小面积缺陷和裂纹的检测比较困难，将两种方法集成于一个智能检测器内能形成优势互补，对采集的两种数据综合分析能得到更好的检测结果。
本发明的有益效果是采用漏磁和超声两种检测技术，对同一目标检测起到了优势互补的作用，能得到更准确的检测结果。采用里程仪、旋转编码器和环焊缝辅助判别的方法，使得缺陷的定位更精确。采用数据高速采集，工控机控制数据存储的结构可以实现高容量的数据采集和存储，能够记录原始的数据信息，为人工二次判断提供依据。所有这些技术适合我国管道现状对检测的特殊要求。
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明漏磁探头结构示意图。
图3为本发明的检测信号流及硬件原理图。
图4为本发明里程仪结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括驱动装置1、漏磁检测头2、漏磁信号处理装置3、电源装置4、超声信号处理装置5、超声检测头6、里程仪7、旋转编码器8。驱动装置1、漏磁检测头2、漏磁信号处理装置3、电源装置4、超声信号处理装置5、超声检测头6由头至尾依次通过万向节9相互连接，里程仪7和旋转编码器8构成管内定位装置，里程仪7设在超声信号处理装置5的滚轮上，旋转编码器8固定设在漏磁信号处理装置3箱体内。
如图2所示，所述的漏磁检测头2是由多个漏磁探头组成的探头阵列。其中单个漏磁探头包括钢刷10、压力传感器11、磁敏传感器12、温度传感器13、保护壳14、轭铁15、永磁体16，在轭铁15的两端分别设有两个永磁体16，在轭铁15的中间通过螺钉固定有保护壳14，在保护壳14内远离轭铁15的一边设有磁敏传感器12、温度传感器13和压力传感器11。刚刷10的内圈与永磁体16外圈直接相连，检测时外圈与管道接触。
所述的超声检测头16包括16条螺旋形的探头架。每个探头架上装有8个超声探头，并保证这8个超声探头之间的间隙相等。16条螺旋形的探头架共布一周，它们也是等间隔布置。由此整套检测装置共用128个超声探头，这128个探头在圆周方向均匀布置，在轴线方向是互相错开。
如图3所示，所述的漏磁信号处理装置3包括漏磁信号预处理电路17、数据采集卡18、工控机19和第一存储器20，漏磁信号预处理电路17、数据采集卡18、工控机19和第一存储器20按顺序依次连接，漏磁检测头2检测到的管道缺陷信号进入漏磁信号预处理电路17，调理后的信号由数据采集卡18进行采样，随后送入工控机19处理并由工控机19将处理后的数据保存在第一存储器20中。
所述的超声信号处理装置5包括超声信号预处理电路23、高速数据采集卡24、内嵌式CPU 25和第二存储器26，这4个构件按顺序依次连接，超声检测头6检测到的管道缺陷信号进入超声信号预处理电路23，调理后的信号由高速数据采集卡24进行采样，随后送入内嵌式CPU 25进行数据压缩，随后将经压缩的数据存入第二存储器26。
如图4所示，所述的里程仪7包括里程轮27、小磁铁28、霍尔开关29及计数器30，里程轮27靠近边缘处等间隔安装8个小磁铁28，轮子支架上靠近小磁铁28的一端安装霍尔开关29，霍尔开关29输出传送给计数器30。
里程仪7和旋转编码器8的信号经过调理电路后送给数据采集卡18和高速数据采集卡24。同时，温度传感器13及压力传感器11的信号经相应的调理电路后分别送给数据采集卡18和高速数据采集卡24。
所述的驱动装置1由多个橡胶皮碗组成，利用管道内油压差驱动。
所述的电源装置4由高能电池组组成。
权利要求
1.一种海底管道智能检测器，包括驱动装置(1)、漏磁检测头(2)、漏磁信号处理装置(3)、电源装置(4)、超声信号处理装置(5)、超声检测头(6)、里程仪(7)、旋转编码器(8)，其特征在于驱动装置(1)、漏磁检测头(2)、漏磁信号处理装置(3)、电源装置(4)、超声信号处理装置(5)、超声检测头(6)由头至尾依次通过万向节(9)相互连接，里程仪(7)和旋转编码器(8)构成管内定位装置，里程仪(7)设在超声信号处理装置(5)的滚轮上，旋转编码器(8)固定设在漏磁信号处理装置(3)箱体内。
2.根据权利要求1所述的海底管道智能检测器，其特征是，所述的漏磁检测头(2)是由多个漏磁探头组成的探头阵列。
3.根据权利要求2所述的海底管道智能检测器，其特征是，漏磁探头包括钢刷(10)、压力传感器(11)、磁敏传感器(12)、温度传感器(13)、保护壳(14)、轭铁(15)、永磁体(16)，在轭铁(15)的两端分别设有两个永磁体(16)，在轭铁(15)的中间通过螺钉固定有保护壳(14)，在保护壳(14)内远离轭铁(15)的一边设有磁敏传感器(12)、温度传感器(13)和压力传感器(11)。刚刷(10)的内圈与永磁体(16)外圈直接相连，检测时外圈与管道接触。
4.根据权利要求1所述的海底管道智能检测器，其特征是，所述的超声检测头(16)包括16条螺旋形的探头架，每个探头架上装有8个超声探头，这8个超声探头之间的间隙相等，16条螺旋形的探头架共布一周，它们也是等间隔布置。
5.根据权利要求1或者4所述的海底管道智能检测器，其特征是，共用128个超声探头，这128个探头在圆周方向均匀布置，在轴线方向是互相错开。
6.根据权利要求1所述的海底管道智能检测器，其特征是，所述的漏磁信号处理装置(3)包括漏磁信号预处理电路(17)、数据采集卡(18)、工控机(19)和第一存储器(20)，漏磁检测头(2)检测到的管道缺陷信号进入漏磁信号预处理电路(17)，调理后的信号由数据采集卡(18)进行采样，随后送入工控机(19)处理并由工控机(19)将处理后的数据保存在第一存储器(20)中。
7.根据权利要求1所述的海底管道智能检测器，其特征是，所述的超声信号处理装置(5)包括超声信号预处理电路(23)、高速数据采集卡(24)、内嵌式CPU(25)和第二存储器(26)，超声检测头(6)检测到的管道缺陷信号进入超声信号预处理电路(23)，调理后的信号由高速数据采集卡(24)进行采样，随后送入内嵌式CPU(25)进行数据压缩，随后将经压缩的数据存入第二存储器(26)。
8.根据权利要求3或者7所述的海底管道智能检测器，其特征是，温度传感器(13)及压力传感器(11)的信号经相应的调理电路后分别送给数据采集卡(18)和高速数据采集卡(24)。
9.根据权利要求1所述的海底管道智能检测器，其特征是，所述的里程仪(7)包括里程轮(27)、小磁铁(28)、霍尔开关(29)及计数器(30)，里程轮(27)靠近边缘处等间隔安装8个小磁铁(28)，里程轮(27)支架上靠近小磁铁(28)的一端安装霍尔开关(29)，霍尔开关(29)输出传送给计数器(30)。
10.根据权利要求1或者7或者9所述的海底管道智能检测器，其特征是，里程仪(7)和旋转编码器(8)的信号经过调理电路后送给数据采集卡(18)和高速数据采集卡(24)。
全文摘要
一种海底管道智能检测器，属于检测技术领域。本发明包括驱动装置、漏磁检测头、漏磁信号处理装置、电源装置、里程仪、旋转编码器、超声检测头及超声信号处理装置。驱动装置、漏磁检测头、漏磁信号处理装置、电源装置、超声信号处理装置、超声检测头由头至尾依次用万向节相连，里程仪设在超声信号处理装置的滚轮上，旋转编码器设在漏磁信号处理装置箱体内。本发明采用漏磁和超声对同一对象进行检测，达到优势互补，借助里程计和旋转编码器，结合焊缝信号实现了缺陷的管内精确定位，对采集的漏磁和超声两种数据综合分析从而得到更好的检测结果，降低了检测过程中个别传感器失效的影响，本发明能更全面地检测出管道的缺陷状况和存在危险。
文档编号G01N27/82GK1828219SQ200610025469
公开日2006年9月6日 申请日期2006年4月6日 优先权日2006年4月6日
发明者阙沛文, 黄作英, 雷华明, 毛义梅, 阎浚 申请人:上海交通大学