地面标记器及地面标记系统的制作方法

1.本发明涉及管道漏磁内检测技术领域，尤其涉及一种地面标记器及地面标记系统。


背景技术：

2.管道漏磁内检测是在不影响油气管道介质正常输送的条件下，利用检测装置中的磁化系统进行管道局部磁化，依靠管道漏磁内检测器在管道内介质压差推动，来检测出管道的内外壁金属腐蚀缺陷等，并定位缺陷在管道中的位置。
3.管道一般埋于地下，由于地质变动(滑坡、崩塌、泥石流、地震、沉降、海床运动)、船锚的拖拽、洪水和第三方破坏等原因会引起管道发生变形、位移或弯曲。在实际管道漏磁内检测工程中，由于管道存在实际位移，为了提高管道内检测缺陷定位精度，需要通过在地面每隔一定距离(常用1公里)布置一个标记盒作为地面定标点。
4.由于管道变形、位移或者弯曲等，管道漏磁内检测器在管道中运行时易发生卡堵事件，影响管道的正常使用，带来重大安全隐患以及严重的经济损失。因此，在管道漏磁内检测过程中，常采用在管道漏磁内检测器上安装一低频信号发射装置，通过跟球人员手持低频信号接收机对管道漏磁内检测器进行定位跟踪。跟球阶段，需要根据管道信息合理设置跟踪组，组员选用熟悉沿线路况和管道的人员。每一个跟踪组配置一名跟球人员和一名驾驶员。跟球人员携带一台低频信号接收机，放置于地面定标点处。当跟球人员收到漏磁内检测器通过信号后，采用无线对讲方式实时通知集中调动中心管道漏磁内检测器的通过状态以及当前时间，并驱车立刻转移至数公里远处的下一地面定标点继续跟球，如此循环，来有效避免管道漏磁内检测器的卡堵事故。但是该方式需要的跟球人员较多，自动化程度低，造成极大的人力和财力浪费。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种地面标记器及地面标记系统，能够实时地将地面标记器的位置信息及管道漏磁内检测器通过的时间信息发送给云端服务器，不需要安排跟球人员进行通讯，通讯快捷方便，节省了人力及财力资源。
6.为了达到上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种地面标记器，设置于地面定标点处，并用于对管道漏磁内检测器进行定位跟踪，包括控制模块以及与所述控制模块连接的感应模块、gps模块和无线通信模块，其中：
7.所述感应模块，包括呈环形阵列分布的多个三轴霍尔传感器，所述三轴霍尔传感器用于获取一定范围内的磁场信号，并根据所述磁场信号判断所述管道漏磁内检测器是否通过，当所述管道漏磁内检测器通过时，发送信号给所述控制模块；
8.所述gps模块，用于执行所述控制模块的采集指令，获取所述地面定标点的位置信息以及所述管道漏磁内检测器通过的时间信息；
9.所述无线通信模块，用于执行所述控制模块的通信指令，将所述位置信息及所述
时间信息发送至云端服务器。
10.可选的，所述三轴霍尔传感器的数量不小于12个。
11.可选的，所述三轴霍尔传感器为mlx90393霍尔传感器。
12.可选的，所述控制模块为cc3235无线微控制器。
13.可选的，所述无线通信模块包括射频双工器、5ghz滤波器、2.4ghz滤波器及天线，所述射频双工器通过所述5ghz滤波器及所述2.4ghz滤波器与所述控制模块连接，所述天线与所述射频双工器连接以收发wifi信号。
14.可选的，所述控制模块、所述感应模块、所述gps模块及所述无线通信模块集成于一电路板上，且所述控制模块、所述gps模块及所述无线通信模块位于所述电路板的其中一面，所述感应模块位于所述电路板的另一面。
15.可选的，所述地面标记器还包括盒体，所述电路板设置于所述盒体内。
16.作为本发明的另一个方面，本发明提供了一种地面标记系统，包括云端服务器、设备终端及至少两个如上所述的地面标记器，所述地面标记器与所述云端服务器连接以将所述地面标记器的位置信息及管道漏磁内检测器通过的时间信息发送给所述云端服务器，所述设备终端与所述云端服务器连接以接收所述位置信息及所述时间信息。
17.可选的，多个所述地面标记器沿管道的延伸方向每间隔设定间距设置于所述管道的上方。
18.可选的，所述设备终端包括计算机及手机。
19.本发明提供了一种地面标记器及地面标记系统，通过将多个三轴霍尔传感器呈环形阵列布置，这样不管地面标记器如何放置，都能保证至少在某个方向有三轴霍尔传感器平行于管道的方向。通过该三轴霍尔传感器的bx分量的幅值和相位便可以判断管道漏磁内检测器是否通过，为现场检测工程师提供了更大的灵活性，可大大减少地面标记器放置位置导致的测量误差。此外，本发明通过设置gps模块及无线通信模块，能够实时地将所述地面标记器的位置信息及管道漏磁内检测器通过的时间信息发送给云端服务器，不需要安排跟球人员进行通讯，通讯快捷方便，节省了人力及财力资源。
附图说明
20.本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
21.图1为本发明实施例提供的地面标记器的磁场方式示意图；
22.图2为本发明实施例提供的三轴霍尔传感器在bx分量、by分量和bz分量波形图；
23.图3为本发明实施例提供的地面标记器的结构框图；
24.图4为本发明实施例提供的三轴霍尔传感器的阵列布局图；
25.图5为本发明实施例提供的地面标记系统的网络拓扑结构图。
26.附图中：
[0027]1‑
地面标记器；2
‑
管道内管道漏磁内检测器；3
‑
永磁铁n极；4
‑
永磁铁s极；
[0028]
10
‑
控制模块；20
‑
感应模块；30
‑
gps模块；40
‑
无线通信模块；41
‑
射频双工器；42
‑
5ghz滤波器；43
‑
2.4ghz滤波器；44
‑
天线；50
‑
电源管理芯片；60
‑
jtag接口；70
‑
40mhz晶振；80
‑
32.768khz晶振；90
‑
电源；
[0029]
100
‑
云端服务器；200
‑
设备终端；300
‑
地面标记器。
具体实施方式
[0030]
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，而三轴霍尔传感器能够在单点感应磁通量的所有三个分量，可通过多种模式输出准确度很高的线性绝对位置信号，能够实现1d、2d和3d的控制。
[0031]
具体的，请参照图1，图1为本发明实施例提供的地面标记器的磁场方式示意图，当地面标记器1放置于位于管道内管道漏磁内检测器2的正上方时，磁场方向从永磁铁n极3指向永磁铁s极4，该磁场穿过地面标记器1内的三轴霍尔传感器，形成水平方向的bx分量，垂直的方向by分量和竖向方向bz分量。假设地面标记器1放置于管道正上方，且平行于管道的延伸方向。如果管道内管道漏磁内检测器2经过所述地面标记器1，则三轴霍尔传感器的bx分量先有负峰值后有正峰值，by分量和bz分量都只有正峰值，如图2所示，图2为本发明实施例提供的三轴霍尔传感器在bx分量、by分量和bz分量波形图。由于管网沿地下敷设，穿越河流、湖泊、马路和田野等，因此地面标记器1在放置时会受到各种干扰，其中影响最大的是高压线和汽车的杂散磁场干扰。因此，通过bx分量的波形，便可以分辨出管道漏磁内检测器2是否通过。
[0032]
但是由于现场检测时，无法准备判别管道的具体走向，因此地面标记器1在放置时不可能完全平行于管道方向，造成当管道漏磁内检测器2经过地面标记器1时，bx波形不一定是先有负峰值后有正峰值。因此，本发明提供了一种地面标记器，通过将多个三轴霍尔传感器呈环形阵列布置，这样不管地面标记器如何放置，都能保证至少在某个方向有三轴霍尔传感器平行于管道的方向。通过该三轴霍尔传感器的bx分量的幅值和相位便可以判断管道漏磁内检测器是否通过，为现场检测工程师提供了更大的灵活性，可大大减少地面标记器放置位置导致的测量误差。此外，本发明通过设置gps模块及无线通信模块，能够实时地将所述地面标记器的位置信息及管道漏磁内检测器通过的时间信息发送给云端服务器，不需要安排跟球人员进行通讯，通讯快捷方便，节省了人力及财力资源。
[0033]
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
[0034]
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。
[0035]
请参照图3，图3为本发明实施例提供的地面标记器的结构框图。本实施例提供了一种地面标记器，设置于地面定标点处，并用于对管道漏磁内检测器进行定位跟踪，包括控
制模块10以及与所述控制模块10连接的感应模块20、gps模块30和无线通信模块40，其中：
[0036]
所述感应模块20，包括呈环形阵列分布的多个三轴霍尔传感器，所述三轴霍尔传感器用于获取一定范围内的磁场信号，并根据所述磁场信号判断所述管道漏磁内检测器是否通过，当所述管道漏磁内检测器通过时，发送信号给所述控制模块10；
[0037]
所述gps模块30，用于执行所述控制模块10的采集指令，获取所述地面定标点的位置信息以及所述管道漏磁内检测器通过的时间信息；
[0038]
所述无线通信模块40，用于执行所述控制模块10的通信指令，将所述位置信息及所述时间信息发送至云端服务器。
[0039]
应当理解的是，所述地面标记器设置于地面定标点处，所述地面定标点应当理解为沿管道延伸方向或管道漏磁内检测器的运行方向上设置于管道上方的地面位置处，所述地面标记器用于检测所述管道漏磁内检测器是否通过所述地面定标点对应的管道处，实现对所述管道漏磁内检测器的定位跟踪。对于同一段管道，通常间隔数公里设置一个地面定标点。
[0040]
具体的，所述感应模块20包括呈环形阵列分布的多个三轴霍尔传感器，所述三轴霍尔传感器用于获取一定范围内的磁场信号，并根据所述磁场信号判断所述管道漏磁内检测器是否通过，当所述管道漏磁内检测器通过时，发送信号给所述控制模块10。
[0041]
本实施例中，所述三轴霍尔传感器为mlx90393传感器，mlx90393传感器是一款运用triaxistm(三轴)霍尔技术的独立传感器芯片，既可以感应垂直方向的磁场强度，又可以感应与芯片表面平行的磁场强度，方便与地面标记器通过磁场对管道漏磁内检测器的位置进行捕捉，提高系统的抗干扰能力。
[0042]
较佳的，所述三轴霍尔传感器的数量不小于12个。如图4所示，至少12个述三轴霍尔传感器呈环形阵列布置，这样不管地面标记器如何放置，都能保证至少在某个方向有3个传感器平行于管道延伸的方向。通过3个三轴霍尔传感器的bx分量的幅值和相位便可以准确的判断所述管道漏磁内检测器是否通过，为现场检测工程师提供了更大的灵活性。
[0043]
本实施例中，所述控制模块10例如为cc3235无线微控制器，所述cc3235无线微控制器是一款单芯片安全解决方案和无线微控制器(mcu)，集成了用户应用专用的
‑
m4 mcu以及运行2.4ghz和5ghz双频带wi
‑
fi协议和互联网安全协议的网络处理器。所述mlx90393传感器采用spi总线和cc3235无线微控制器通信连接。
[0044]
当所述管道漏磁内检测器通过时，所述感应模块20发送信号给所述控制模块10。所述控制模块10向所述gps模块30发布采集指令，通过所述gps模块30获取所述地面标记器所处的位置信息以及所述管道漏磁内检测器通过的时间信息。然后通过所述无线通信模块40将所述位置信息及所述时间信息发送至云端服务器。如此配置，只需每间隔一定距离放置一个地面标记器，在检测管道里程范围内放置多个地面标记器的方式即可模拟出管道漏磁内检测器的运行轨迹，实现对管道漏磁内检测器的定位跟踪。
[0045]
所述gps模块30采用基于neo
‑
6芯片的ublox模块，利用串口和所述cc3235微控制器通讯连接。
[0046]
具体的，所述无线通信模块40包括射频双工器41、5ghz滤波器42、2.4ghz滤波器43及天线44，所述射频双工器41通过所述5ghz滤波器42及所述2.4ghz滤波器43与所述控制模块10连接，所述天线44与所述射频双工器41连接以收发wifi信号。本实施例中，所述射频双
工器41采用dpx165950dt，用于混合2.4ghz、5ghz频带2种不同频率信号的功能，所述5ghz滤波器42用于将5ghz信号与其它频段分开，所述2.4ghz滤波器43用于将2.4ghz信号与其它频段分开，所述天线44用于接收wifi信号，例如中国移动wlan信号，采用wlan无线通讯方式方便地面标记器在全国具有中国移动wlan网络覆盖区域内，进行网络操作。
[0047]
所述控制模块10、所述感应模块20、所述gps模块30及所述无线通信模块40集成于一电路板上，且所述控制模块10、所述gps模块30及所述无线通信模块40位于所述电路板的其中一面，所述感应模块20位于所述电路板的另一面。如此设置，能够极大地节省占用电路板的空间，减小电路板的尺寸，传输效果更佳。
[0048]
当然，所述电路板上还可以布置其它电子元件，本技术对此不作任何限制。
[0049]
例如：
[0050]
电源管理芯片50，作为降压型开关电压调节器，能够输出满足地面标记器所需要的电平；
[0051]
jtag接口60，用于程序下载和调试；
[0052]
40mhz晶振70，为cc3235无线微控制器提供性稳定的脉冲输出。
[0053]
32.768khz晶振80，为cc3235无线微控制器提供性稳定的时钟脉冲。应当理解的是，由于gps模块与卫星首次建立通讯时，可以获取当前的初始时间，此时所述32.768khz晶振80也进入工作状态，通过所述32.768khz晶振80发送的时钟脉冲可以获取工作时间，然后当所述管道漏磁内检测器通过时，所述gps模块30根据初始时间与所述工作时间之和即可得到所述管道漏磁内检测器通过的时间信息。
[0054]
所述地面标记器还包括电源90，所述电源90由6节1.5v 5号电池组成，方便更换，便于野外操作。
[0055]
本实施例中，所述地面标记器还包括盒体，所述电路板设置于所述盒体内，以保护所述电路板。所述盒体例如为长方体，本技术对此不作任何限制。
[0056]
基于此，如图5，图5为本发明实施例提供的地面标记系统的网络拓扑结构图，本发明还提供了一种地面标记系统，包括云端服务器100、设备终端200及至少两个所述的地面标记器300，所述地面标记器300与所述云端服务器100连接以将所述地面标记器300的位置信息及管道漏磁内检测器通过的时间信息发送给所述云端服务器100，所述设备终端200与所述云端服务器100连接以接收所述位置信息及所述时间信息。
[0057]
较佳的，多个所述地面标记器300沿管道的延伸方向每间隔设定间距设置于所述管道的上方。通过将地面标记器300设置于地面处于管道正上方，每隔设定间距(例如一公里)放置一个地面标记器300，地面标记器300带有gps模块30，当管道漏磁内检测器通过时，将通过时间和gps地理位置信息通过无线通信模块40发送到云端服务器100，集中调度人员通过设备终端200读取云端服务器100中各地面标记器300发送的时间信息及位置信息，便可知道管道漏磁内检测器的通过时间，并能根据gps坐标信息绘制出所述管道漏磁内检测器的运动轨迹，进而判断内是否发生卡堵现象，实现对管道漏磁内检测器的定位跟踪。
[0058]
较佳的，本发明采用wifi连接方式，设计了一种星型网络拓扑结构。在星型拓扑结构中，将管道检测例程内所有地面标记器300连接到云端服务器100，云端服务器100作为中心节点，地面标记器300、各种设备终端200作为分节点，大大提高了管道内检测的实时性。本实施例中，所述设备终端200包括集中调度人员的手机和计算机。
[0059]
综上，本发明实施例提供了一种地面标记器及地面标记系统，通过将多个三轴霍尔传感器呈环形阵列布置，这样不管地面标记器如何放置，都能保证至少在某个方向有三轴霍尔传感器平行于管道的方向。通过该三轴霍尔传感器的bx分量的幅值和相位便可以判断管道漏磁内检测器是否通过，为现场检测工程师提供了更大的灵活性，可大大减少地面标记器放置位置导致的测量误差。此外，本发明通过设置gps模块及无线通信模块，能够实时地将所述地面标记器的位置信息及管道漏磁内检测器通过的时间信息发送给云端服务器，不需要安排跟球人员进行通讯，通讯快捷方便，节省了人力及财力资源。
[0060]
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。