CN101221152A - 管道数据采集与存储的检测装置 - Google Patents

Abstract

一种管道检测技术领域的管道数据采集与存储的检测装置，包括：检测装置、数据采集与存储装置、活动连接装置、支撑轮，检测装置包括：检测装置壳体、设置在检测装置壳体侧壁上的若干探测孔、若干设置在检测装置壳体内部的超声探头，超声探头的头部对应穿过探测孔，以及若干设置在检测装置壳体上的支撑轮；数据采集与存储装置包括：采集装置壳体、设置在采集装置壳体内部的采集密封舱、设置在采集密封舱内的控制模块，控制模块与超声探头电连接、若干设置在采集装置壳体上的支撑轮，活动连接装置连接到数据采集与存储装置壳体前部与检测装置壳体后部。本实施例结构简单、检测全面、连续工作时间长、可长距离检测。

Description

管道数据采集与存储的检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测技术领域的装置，具体是一种利用超声检测法管道数据采集与存储的检测装置。

背景技术

海底油气输送管道是近海油气资源的安全、便捷和高效的运输手段。我国在上世纪90年代，已经拥有了2万多公里的长输油气管道，其中有相当一部分管道服役已经达20年。管道长期运行会出现老化、腐蚀或变形，因此需要定期对管道进行检测，以便有计划、有针对性地对管道进行大修或维修。但由于海底环境复杂多变给管道的检测带来很大的困难，这些超龄管道至今没有进行过有效地检测，给安全生产带来极大的隐患，一旦管道发生渗漏，将会造成极大的财产损失和生态灾难。世界各海洋石油天然气生产国对此项工作均十分重视，各国研究开发部门投入了大量的人力和物力，积极开展管道检测系统的研究与应用开发工作。国外在相关领域的研究和开发工作远远超前我们国家。但其核心技术及设备处于严格的保密状态，相应的硬件设备和处理软件价格昂贵，设备维护费用也很高。国外公司更倾向于提供检测服务，而不是出售设备。如果只是一味地请国外公司来检测，显然是费用巨大，而且长期受制于人，也不利于我国管道事业的健康发展。因此，开发具有自主知识产权的核心技术及设备，是解决这一问题的必由之路。

与传统的检测方法相比，超声波检测法在海底管道检测中有着独特的优点。石油管道中的石油或海水可作为超声测量的耦合剂；超声测量时探头可以离开管壁，前进阻力小，耗能小，对管壁有较强的适应能力，适合长距离检测；超声具有很强的穿透能力，可以测量管道内壁，外壁及壁内的缺陷；超声探头可以采用不同的大小，不同的发射频率及不同的布设角度，以检测更多种类的缺陷，提高对缺陷的检出率。因此，在海底管道检测与安全性评估中具有明显的优势。

超声波技术是80年代末才引入爬行机的。国外最先将超声波技术引入腐蚀检测智能爬行机的是日本钢管株式会社和德国Pipetronix公司，以后加拿大、美国等也相继研制了这类超声爬行机。这些爬行机装置大都用于陆地上管道中腐蚀坑和壁厚的检测。爬行机装置主要分有缆和无缆两种型号：有缆型主要适用于短距离场合，其应用受到限制；而无缆型可用在长距离的探测场合，具有广阔的应用前景。根据检测方式的不同，管道检测主要有两种检测方法，一种是采用阵列式探头进行静态检测，另一种是动态检测。

经对现有技术文献检索发现，Jun Okamoto Jr等在《mechatronics》(机械电子)1999年第9期731-743页上发表的“Autonomous System for Oil PipelineInspection”(管道检测自动化系统)，该文提出探头环带着16个检测探头在管道中边行进边做旋转进行动态检测，其中不足在于：结构比较复杂，不易控制，采集数据不够全面，连续工作时间短。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种管道数据采集与存储的检测装置，使其采用超声探头阵列分布，实现管道内的全面检测，将采集到的管道数据通过数据存储装置存储记录。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：检测装置、数据采集与存储装置、活动连接装置、支撑轮，其中：

检测装置包括：检测装置壳体、探测孔、超声探头，其中：在检测装置壳体相对于管道内壁的侧壁上设有若干个探测孔，若干个超声探头设置在检测装置壳体内部，超声探头的头部对应穿过探测孔浸在管道内部的液体中，超声探头向外呈放射状分布，超声探头负责发射和接收超声检测信号，若干个支撑轮设置在检测装置壳体上，在前进中支撑轮将检测装置支撑在管道的内壁上。

数据采集与存储装置，包括：采集装置壳体、采集密封舱、控制模块，其中：采集装置壳体内部设有采集密封舱，采集密封舱内设有控制模块，控制模块与超声探头电连接，控制模块负责控制超声探头发射和接收超声检测信号，并采集和存储超声检测信号，若干个支撑轮设置在采集装置壳体外侧壁上，在前进中支撑轮将数据采集与存储装置支撑在管道的内壁上；

活动连接装置两端分别与采集装置壳体的一端和检测装置壳体的一端活动连接，用于使超声波管道检测数据采集与存储装置在管道内前进中时，检测装置与数据采集与存储装置可发生相对转动，以适应管道的管径变化及拐弯。

所述探测孔用于固定超声探头。

所述超声探头，其凸出检测装置壳体外的长度根据需要设置，以免与管壁碰撞而损坏。

所述超声探头，其数目依照扩散后的声束角将管道内表面完全覆盖的原则进行设定，同时超声探头之间有10％-15％的声束重复覆盖率，以保证缺陷的检出率，减少漏检率，从而为达到最佳的数据采集效果，又不使检测装置1体积过大。

所述检测装置壳体、采集装置壳体，均为承压材料，为不锈钢材料或特种塑料材料，以保证本实施例能够在液体中通过液压差前进。

所述检测装置、数据采集与存储装置，其所有组成部件均为温度耐受性元器件，适应5-80℃的温度范围，以广泛地适应输送液体的温度条件，本装置可浸没在输送液体中，在沙漠、海底、冰原等环境条件下。

所述检测装置壳体内设有一个检测密封舱，检测密封舱内设有姿态感应模块。

所述姿态感应模块，其负责感应在前进过程中的姿态变化，获得每一个超声探头的检测位置信息，检测位置信息包括前进的位移位置信息及轴向旋转的角度位置信息，姿态感应模块及超声探头通过金属软管与控制模块电连接。

所述姿态感应模块、超声探头，均通过金属软管密封保护的电缆与控制模块相连，实现检测装置和数据采集与存储装置的密封连接，其所占体积小，具有一定承压能力，能够适应检测过程中检测装置和数据采集与存储装置的相对扭转和偏转运动。

所述活动连接装置为万向节，以允许被连接的检测装置和数据采集与存储装置之间的夹角在一定范围内变化，使本装置能够在管道内自如地前进，适应本装置在管道内的微小转动和在管道内前进时所产生的上下跳动所造成的角度变化。

管道由于制造上的误差、热胀冷缩或由于内部结垢等原因，管径并不均匀，为使超声波管道检测数据采集与存储装置在管道中稳定前进，需在检测装置壳体和数据采集装置壳体的外侧面上设置支撑轮。

所述支撑轮，包括支撑轮架、弹性部件、轮系，弹性部件设在支撑轮架的内部，轮系和弹性部件的一端相连，轮系枢接在支撑轮架一端，使支撑轮架自动适应管径的变化，用于在前进中将超声波管道检测数据采集与存储装置支撑在管道的内壁上。

所述弹性部件为弹簧或橡胶垫片。

所述支撑轮，其高度随管道的管径变化进行调整。

所述控制模块，负责控制超声发射与接收，并对采集到的数据进行预处理，去掉噪声，并将数据压缩后再存储，以减少数据的存储量，适应长距离的检测，以减少存储数据量和提高压缩比。

本发明装置在管道内前进时，利用液压差驱动，进行管道内的自动检测以及超声检测信号和超声探头的检测位置信息的采集与存储；当在管道内前进检测时，姿态感应模块负责感应获得每一个超声探头的前进中位移位置信息及轴向旋转的角度位置信息，控制模块控制超声探头对管壁发射超声检测信号后，超声探头首先接收到由管壁内表面反射回来的超声检测信号，然后超声探头又会接收到由管壁的外表面反射回来的超声检测信号，由管壁内表面反射回来的超声检测信号和由管壁的外表面反射回来的超声检测信号通过控制模块进行实时采集，预处理，压缩并存储；本发明装置不断行进，完成对整个管道的检测。

本发明的工作原理为：将超声探头垂直向管道内壁发射超声脉冲波，超声探头首先接收到由管壁内表面反射的界面回波，然后接收到由管壁外表面反射的底面回波，计算出界面回波与底面回波之间的时间差，由于超声波在介质中的速度已知，速度与时间的乘积便可得到管道壁厚值，单个超声超声探头无法进行管道的全面检测，为了能准确快速全面的检测管道，采用多超声探头阵列的方法来对管道进行检测，根据超声探头的声束角，管道的内径以及管道壁厚可以确定超声探头的数量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明具有结构简单、成本低廉、易于实现、检测全面、连续工作时间长、能耗低，以及可以进行长距离检测等优点，所记录的数据通过离线处理与分析，可以确定缺陷的有无、性质、危害程度和在管道中的位置，为管道维修提供相应的依据；2、本发明不需要电缆控制和提供动力，可在管道中自动进行长距离和大数据量的检测；3、本发明能够在高温高压下工作，以适应管道内部的复杂条件；4、本发明采用可变高度轮系支撑，能够适应不同的管径及管径变化，满足在线检测和定位检测的双重要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的支撑轮结构示意图；

图3为本发明的内部结构示意图；

图4为本发明装置中控制模块进行数据采集的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例适应用于内径为300mm的管道，管径最大允许变形为2.5％

如图1、2所示，本实施例包括：检测装置1、数据采集与存储装置2、活动连接装置5、支撑轮11，其中：

检测装置1包括：检测装置壳体14、探测孔7、超声探头16，其中：在检测装置壳体14相对于管道内壁的侧壁上设有若干个探测孔7，若干个超声探头16设置在检测装置壳体14内部，超声探头16的头部对应穿过探测孔7浸在管道内部的液体中，超声探头16向外呈放射状分布，超声探头16负责发射和接收超声检测信号，若干个支撑轮11设置在检测装置壳体14上，在前进中支撑轮11将检测装置1支撑在管道的内壁上。

数据采集与存储装置2，包括：采集装置壳体15、采集密封舱10、控制模块13，其中：采集装置壳体15内部设有采集密封舱10，采集密封舱10内设有控制模块13，控制模块13与超声探头16电连接，控制模块13负责控制超声探头16发射和接收超声检测信号，并采集和存储超声检测信号，若干个支撑轮11设置在采集装置壳体15外侧壁上，在前进中支撑轮11将数据采集与存储装置2支撑在管道的内壁上；

活动连接装置5，其两端分别与采集装置壳体15的一端和检测装置壳体14的一端活动连接，用于使本发明装置在管道内前进中时，检测装置1与数据采集与存储装置2可发生相对转动，以适应管道的管径变化及拐弯。

所述探测孔7，用于固定超声探头。

所述超声探头16，其凸出检测装置壳体14外的长度根据需要设置，以免与管壁碰撞而损坏。

所述支撑轮11可随管径的变化调整高度。

所述超声探头16，其探头数目依照扩散后的声束角将管道内表面完全覆盖的原则进行设定，同时超声探头16之间有10％-15％的声束重复覆盖率，以保证缺陷的检出率，减少漏检率，从而为达到最佳的数据采集效果，又不使检测装置1体积过大，超声探头数量为32个到128个，本实施例中超声探头数目为64个。

所述检测装置壳体14、采集装置壳体，均为承压材料，为不锈钢材料或特种塑料材料，以保证本实施例能够在液体中通过液压差前进，检测装置1以及超声探头16在进行管道在线检测时，能承受最大2Mpa的压力。

所述检测装置1、数据采集与存储装置2，其所有组成部件均为温度耐受性元器件，适应5-80℃的温度范围，以广泛地适应输送液体的温度条件，可浸没在输送液体中，另外还适应沙漠、海底、冰原等环境条件。

所述检测装置1，其长度小于等于330mm，以保证检测装置1在管道转弯处顺利通过，避免卡死在管道内。

如图2所示，所述检测装置壳体14内设有一个检测密封舱17，检测密封舱17内设有姿态感应模块12。

所述姿态感应模块12，其负责感应在前进过程中的姿态变化，获得每一个超声探头16的检测位置信息，检测位置信息包括前进的位移位置信息及轴向旋转的角度位置信息，姿态感应模块12及超声探头16通过金属软管6与控制模块13电连接。

所述姿态感应模块12、超声探头16与控制模块13之间通过用金属软管密封保护的电缆6连接，以实现检测装置1和数据采集与存储装置2的密封连接，其所占体积小，具有一定承压能力，能够适应检测过程中检测装置1和数据采集与存储装置2的相对扭转和偏转运动。

管道由于制造上的误差、热胀冷缩或由于内部结垢等原因，管径并不均匀，为使本实施例装置在管道中稳定前进，在检测装置壳体14和采集装置壳体15的外侧面上设置支撑轮11。

如图3所示，所述支撑轮11，包括支撑轮架3、弹性部件9、轮系4，弹性部件9设在支撑轮架3的内部，轮系4和弹性部件的一端相连，轮系4枢接在支撑轮架3一端，以使支撑轮架3自动适应管径的变化，用于在前进中将超声波管道检测数据采集与存储装置支撑在管道的内壁上，单个支撑轮调整范围最小为±5mm。

所述弹性部件9为弹簧或橡胶垫片。

所述检测装置壳体14和采集装置壳体15的外侧面均设有3个支撑轮。

如图4所示，所述控制模块13，负责控制超声发射与接收，并对采集到的数据进行预处理，去掉噪声，并将数据压缩后再存储，以减少数据的存储量，适应长距离的检测，以减少存储数据量和提高压缩比。

本实施例工作时，在进行现场检测之前，利用模拟管段进行记录测试和校准本实施例装置，然后将本装置投入到管道中，使用油压差驱动本装置在管道内行进，姿态感应模块12负责感应获得每一个超声探头16的前进中位移位置信息及轴向旋转的角度位置信息，到达检测位置时，采用无缆方式进行管道内的自动检测以及数据采集与存储。当检测装置在管道内爬行检测时，数据采集与存储装置2中的控制模块13控制64个超声波探头16对管壁发射一个脉冲超声波后，超声探头16首先接收到由管壁的内表面反射回来的超声波，然后超声探头16又会接收到由管壁的外表面反射回来的超声波，并对返回的超声波进行实时检测，预处理，压缩，并进行存储，检测装置1在管道内的行进速度为150mm/s，每3mm检测一个数据点，检测装置1在管道内不断行进，完成对整个管道的检测。在检测完成后，在线检测数据可以通过USB接口与外部计算机连接获得。

本实施例具有结构简单、成本低廉、易于实现、检测全面、连续工作时间长、能耗低，以及可以进行长距离检测等优点，所记录的数据通过离线处理与分析，可以确定缺陷的有无、性质、危害程度和在管道中的位置，为管道维修提供相应的依据；本实施例不需要电缆控制和提供动力，可在管道中自动进行长距离和大数据量的检测；本实施例能够在能2Mpa的压力以及适应5-80℃的温度环境下工作，以适应管道内部的复杂条件；本实施例采用可变高度轮系支撑，能够适应不同的管径及管径变化，满足在线检测和定位检测的双重要求。本实施例一次可以检测采集10km以上的管道数据。

Claims (9)

1.一种管道数据采集与存储的检测装置，其特征在于，包括：检测装置、数据采集与存储装置、活动连接装置、支撑轮，其中：

检测装置包括：检测装置壳体、探测孔、超声探头，其中：在检测装置壳体相对于管道内壁的侧壁上设有若干个探测孔，若干个超声探头设置在检测装置壳体内部，超声探头的头部对应穿过探测孔浸在管道内部的液体中，超声探头向外呈放射状分布，超声探头负责发射和接收超声检测信号，若干个支撑轮设置在检测装置壳体上，在前进中支撑轮将检测装置支撑在管道的内壁上；

数据采集与存储装置包括：采集装置壳体、采集密封舱、控制模块，其中：采集装置壳体内部设有采集密封舱，采集密封舱内设有控制模块，控制模块与超声探头电连接，控制模块负责控制超声探头发射和接收超声检测信号，并采集和存储超声检测信号，若干个支撑轮设置在采集装置壳体外侧壁上，在前进中支撑轮将数据采集与存储装置支撑在管道的内壁上；

活动连接装置两端分别与采集装置壳体的一端和检测装置壳体的一端活动连接。

2.根据权利要求1所述的管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述检测装置壳体内设有一个检测密封舱，检测密封舱内设有姿态感应模块。

3.根据权利要求2所述的管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述姿态感应模块，其负责感应在前进过程中的姿态变化，获得每一个超声探头的检测位置信息，检测位置信息包括前进的位移位置信息及轴向旋转的角度位置信息。

4.根据权利要求3所述的利用超声检测法进行管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述姿态感应模块、超声探头，均通过金属软管与控制模块电连接。

5.根据权利要求3所述的利用超声检测法进行管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述姿态感应模块、超声探头，均通过金属软管密封保护的电缆与控制模块相连。

6.根据权利要求1所述的利用超声检测法进行管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述活动连接装置为万向节。

7.根据权利要求1所述的利用超声检测法进行管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述支撑轮，包括支撑轮架、弹性部件、轮系，弹性部件设在支撑轮架的内部，轮系和弹性部件的一端相连，轮系枢接在支撑轮架一端。

8.根据权利要求1所述的利用超声检测法进行管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述检测装置壳体、采集装置壳体，均为承压材料，为不锈钢材料或特种塑料材料。

9.根据权利要求1所述的利用超声检测法进行管道数据采集与存储的检测装置，其特征是，所述检测装置、数据采集与存储装置，其所有组成部件均为温度耐受性元器件。

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