CN101655183B

CN101655183B - 一种管道内检测器的地面标记方法及系统

Info

Publication number: CN101655183B
Application number: CN2008101516089A
Authority: CN
Inventors: 李一博; 王伟魁; 靳世久; 曾周末; 杜刚
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: CN101655183A

Abstract

本发明公开了一种管道内检测器的地面标记方法，包括步骤：同步管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统的时钟；通过地震检波器对地面标记器所处的管道标记处进行实时检测，并在具有震动时将震动信号转换，输出模拟的电压信号；通过模数转换器将该电压信号转换为数字信号，并发送给数字信号处理器；判断该震动信号是否为管道内检测器经过时所产生的有效信号，当该信号为有效信号时，记录该信号以及接收到该信号的时钟值；根据震动信号和接收到该信号的时钟值，获知地面标记器位置与该时刻管道内检测器所检测到的位置之间的误差并校正。本发明还公开了管道内检测器的地面标记系统，其通用性强、功耗低、成本低、检测灵敏度高，可以配套各种类型的管道内检测器。

Description

一种管道内检测器的地面标记方法及系统

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，特别是涉及一种管道内检测器的地面标记方法及系统。

背景技术

管道内检测是保障管道安全运行的重要方法，其基本原理是将管道内检测器投入到管道中，在管道内流体介质(油、水、气等)的推动下在管道内运行，在管道内检测器上装有一些检测装置，例如检测管道内几何形变的装置、检测管道腐蚀的漏磁检测装置等等。这些检测到的信息不仅需要被存储起来，更重要的是必须能够准确知道这些信息在管道中的位置。因此一般在管道内检测器上都装有计程装置，常用的计程装置是采用计程轮，理论上，根据计程轮转过的距离可以计算的出管道内检测器的位置。然而，计程轮在管道内运行时由于偶尔会出现打滑等现象会使计程出现误差，这个误差会随着计程的长度增加而不断累积，一旦累积误差达到了几十米，那么会对管道工作人员查找出有缺陷的管道造成巨大的困难。因此人们一般在管道沿线，还要间隔一定距离放置一个地面标记器。

对于带有漏磁检测装置的管道内检测器来说，由于其内部装有一个巨大的磁铁，在运行过程中会对周围的磁场产生影响。地面标记器通过感应周边的磁场发生异常，便可获知管道内检测器的到来，并记录此刻的时钟值。该地面标记器的时钟与管道内检测器上的时钟是同步工作的。待管道内检测器工作完成后，对其记录的数据进行分析。管道内检测器的时钟与其检测到的距离是对应的，通过对照每一个地面标记器记录管道内检测器经过的时刻可以准确知道管道内检测器所检测到的距离与地面标记器所处位置之间的误差，这样，根据地面标记器所处的位置，每经过一段就对管道内检测器所检测到的位置进行校正，于是可以大大消除所累积的定位误差。

另外，对于不带有漏磁检测装置的管道内检测器来说，其不能让地面标记器感应管道内检测器的经过，而是让地面标记器发出低频电磁波，在管道内检测器内安装有接收低频电磁波的装置，一旦在运行过程中该低频电磁波装置感应到低频电磁波，则认为该处有地面标记器，记录接收到的信号和此时的时钟值。在进行数据分析时，对照时钟，可以知道地面标记器的位置与该时刻管道内检测器所检测到的位置之间的误差，通过校正该误差也可以大大消除累积的定位误差。

上述的两种方式虽然都可以消除累积误差，但仍存在以下的缺点：

第一，两种类型不同的管道内检测器需要两种原理不同的地面标记装置，不能混用；第二，对于不带漏磁检测装置的管道内检测器来说，其地面标记器需要不停地发出低频电磁信号，浪费能源严重；第三，随着管道直径的增大，管道壁厚和埋藏深度都增加，这样接收到信号的灵敏度严重下降，一旦管道内检测器的运行速度很快，就有可能接收不到信号，然而目前管道的发展趋势正是大口径、厚壁、深埋，对这种发出低频电磁波的传统的地面标记方式是一个巨大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种管道内检测器的地面标记方法及系统，具有通用性强、功耗低、成本低、检测灵敏度高的优点，可以适应配套各种类型的管道内检测器。

为此，本发明提供了一种管道内检测器的地面标记方法，包括步骤：

同步管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统的时钟；

通过地震检波器对地面标记器所处的管道标记处进行实时检测，并在具有震动时将震动信号转换，输出模拟的电压信号；

通过模数转换器将模拟的电压信号转换为数字信号，并发送给数字信号处理器；

数字信号处理器判断该数字的震动信号是否为管道内检测器经过时所产生的有效信号，当该震动信号为有效信号时，记录该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值；

根据所记录的震动信号和接收到震动信号的时钟值，获知地面标记器的位置与该时刻管道内检测器所检测到的位置之间的误差并进行校正。

优选地，同步管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统时钟的具体步骤为：

以母钟的时钟为标准，母钟与地面标记器和管道内检测器通过无线传输方式，依次对每个地面标记器和管道内检测器进行校时。

优选地，所述地震检波器为动圈式地震检波器。

优选地，还包括步骤：对地震检波器所输出模拟的电压信号进行放大滤波。

优选地，数字信号处理器判断该数字的震动信号是否为有效信号，当该数字的震动信号为有效信号时，记录该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值的步骤具体为：

判断该信号的模数A/D转换值是否超过设定的阈值，若超过则记录接收到该震动信号的时钟值，并存储该震动信号到Flash存储器中，当信号连续低于阈值0.5秒后，则停止记录震动信号，所述震动信号为有效信号；

所述阈值一般设定为2.51V～3.5V，可以根据实际现场的噪声情况进行调整，优选2.6V。

此外，本发明还提供了一种管道内检测器的地面标记系统，包括：

地震检波器，用于对地面标记器所处的管道标记处进行实时检测，并在具有震动时将震动信号转换，输出模拟的电压信号；

模数A/D转换器，用于将模拟的电压信号转换为数字信号，并发送给数字信号处理器；

数字信号处理器，用于判断该数字的震动信号是否为管道内检测器经过时所产生的有效信号，并在该震动信号为有效信号时，控制输出该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值给非易失性存储器；

非易失性存储器，用于存储该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值；

无线局域网络WLAN模块，与数字信号处理器相连接，用于与母钟进行数据交互，在数字信号处理器控制下，将非易失性存储器所存储的震动信号以及接收到该震动信号的时钟值传输给外部的母钟；

所述母钟用于同步管道内检测器的时钟与地面标记系统的时钟，且将所收到的震动信号以及接收到该震动信号的时钟值传输给外部计算机，所述外部计算机，用于根据非易失性存储器所记录的震动信号和接收到震动信号的时钟值，获知地面标记器的位置与该时刻管道内检测器所检测到的位置之间的误差并进行校正。

优选地，在地震检波器、模数A/D转换器之间连接有：放大器，用于放大地震检波器所输出的电压信号，以及低通滤波器，用于对模拟的电压信号进行低通滤波。

优选地，所述地震检波器为动圈式地震检波器。

优选地，所述非易失性存储器为Flash存储器。

优选地，所述母钟与外部计算机的数据传输方式为：通过U盘进行数据传输或者通过有线接口进行数据传输。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明采用地震检波器实时检测地面标记器所处的管道处的震动信号，是一种被动探测方法，相对于传统的电磁探测方式的地面标记系统来说，不需要始终发出任何信号，不会对周边环境产生影响，且功耗低，不需要缠绕大型线圈作为接收天线，进而降低了成本和重量，便携性强。此外，震动信号作为一种声信号，其传输相对于电磁信号来说对管道、土壤有更强的穿透能力，因此该地面标记系统的探测灵敏度高，适用于大口径、厚壁、深埋的管道，对管道内检测器的运行速度限制减小，有利于提高检测效率。此外，本发明适用于任何类型的管道内检测器，通用性强。

附图说明

图1为本发明的一种管道内检测器的地面标记方法的流程图；

图2为本发明的一种管道内检测器的地面标记系统的组成框图；

图3为本发明的放大电路图；

图4为本发明的滤波电路图；

图5为本发明的数字信号处理电路信号采集和处理的程序流程图；

图6为母钟的系统框图；

图7为母钟的程序流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于声探测的管道内检测器的地面标记方法及系统进行详细说明。

参见图1，本发明提供了一种管道内检测器的地面标记方法，包括以下步骤：

步骤S101：同步管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统的时钟；

具体同步步骤为：以母钟的时钟为标准，母钟与地面标记器和管道内检测器通过无线传输方式，依次对每个地面标记器和管道内检测器进行校时。

管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统的时钟均是通过母钟在运行前同步的。

步骤S102：通过地震检波器对地面标记器所处的管道标记处进行实时检测，并在具有震动时将震动信号转换，输出模拟的电压信号；

在本发明中，上述地震检波器优选为动圈式地震检波器。

具体实现上，所述地震检波器埋在管道地面标记器附近的土壤中，其输出端通过导线连接于地面标记器的信号输入端，当管道内检测器经过该处管道时，便产生强烈的且具有一定特征的震动并向四周传播。

需要说明的是，震动信号相对于电磁信号来说对管道、土壤有更强的穿透能力，因此该地面标记系统的探测灵敏度高，适用于大口径、厚壁、深埋的管道，对管道内检测器的运行速度限制减小，有利于提高检测效率。

步骤S103：通过模数转换器将模拟的电压信号转换为数字信号，并发送给数字信号处理器；

步骤S104：数字信号处理器判断该数字的震动信号是否为管道内检测器经过时所产生的有效信号；

步骤S105：当该震动信号为有效信号时，记录该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值；

本发明在检测到数字的震动信号为有效信号时，将震动信号记录以及接收到该震动信号的时钟值存储到非易失性存储器中，例如存储到Flash存储器中。

步骤S104与S105的具体实现过程为：判断该信号的A/D转换值是否超过设定的阈值(阈值一般设定为2.51V～3.5V，可以根据实际现场的噪声情况进行调整，优选2.6V)，若低于阈值，则丢弃该数据，进行下一轮采集，若超过设定的阈值范围，则查询其内部时钟计数器，该时钟计数器由温补晶振所驱动。将该时钟值记录下来，并从此时刻起，无论信号大小为何值都依次记录存储到Flash存储器中，同时控制LED闪烁，蜂鸣器发声。若后续采集的信号小于阈值，则保持定时器继续工作，若后续采集的信号大于阈值则停止定时器，并将定时器所记录的时间清零。如此循环，一旦定时器时间大于0.5秒(即信号连续低阈值0.5秒)后，则停止记录A/D转换的信号，至此认为有一个管道内检测器经过，所述震动信号为有效信号，需要说明的是，当信号连续小于阈值内0.5秒时，这时信号已经很微弱了，则认为管道内检测器已经走远了，故停止存储数据。

如上所述，在获知震动信号为有效信号时，还可以控制一个LED灯闪烁以及接通一个蜂鸣器以发出声音，从而告知工作人员。

步骤S106：根据所记录的震动信号和接收到震动信号的时钟值，获知地面标记器的位置与该时刻管道内检测器所检测到的位置之间的误差并进行校正。

在本发明中，在步骤S102输出模拟的电压信号之后、步骤S103之前，还包括步骤：对该输出的模拟的电压信号进行放大滤波，以提高信号的质量。

参见图2，基于上述本发明提供的管道内检测器的地面标记方法，本发明还提供了一种管道内检测器的地面标记系统，包括地震检波器201、放大器202、低通滤波器203、模数A/D转换器204、数字信号处理器DSP205、非易失性存储器206、WLAN模块207，其中：

地震检波器201，用于对地面标记器所处的管道标记处进行实时检测，并在具有震动时将震动信号转换，输出模拟的电压信号；

上述地震检波器优选为动圈式地震检波器。

具体实现上，所述地震检波器埋在地面标记器附近的土壤中，其输出端通过导线连接于地面标记器的信号输入端，当管道内检测器经过该处管道时，便产生强烈的且具有一定特征的震动并向四周传播。

放大器202，用于放大地震检波器201所输出的电压信号；

低通滤波器203，用于对模拟的电压信号进行低通滤波；

模数A/D转换器204，用于将模拟的电压信号转换为数字信号，并发送给数字信号处理器205；

上述放大器202、低通滤波器203位于地震检波器201、模数A/D转换器204之间，以对地震检波器201所输出的电压信号进行放大滤波。

数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)205，用于判断该数字的震动信号是否为管道内检测器经过时所产生的有效信号，并在该震动信号为有效信号时，控制输出该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值给非易失性存储器206；

非易失性存储器206，用于存储该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值；所述非易失性存储器206优选为Flash存储器。

本发明的管道内检测器的地面标记系统，还外连接有母钟，用于同步管道内检测器的时钟与地面标记系统的时钟。

所述母钟可以对多个(如几百个)地面标记系统的时钟进行同步。

WLAN(无线局域网络，Wireless Local Area Network)模块207，与数字信号处理器DSP205相连接，用于与母钟中的WLAN模块605(参见图6)进行数据交互，在数字信号处理器DSP205的控制下，WLAN模块207将非易失性存储器206所存储的震动信号以及接收到该震动信号的时钟值传输给母钟；

母钟将所收到的数据(即震动信号以及接收到该震动信号的时钟值)传输给外部计算机。

具体实现上，母钟将所收到的数据传输给外部计算机的方式可以为：参见图6，母钟中的U盘读写模块606将所收到的数据存储到与其连接的U盘中，通过U盘传输该数据给外部计算机；此外，或者母钟通过与计算机相连接的有线接口将所收到的数据(即震动信号以及接收到该震动信号的时钟值)传输给外部计算机。

外部计算机，用于根据所接收的震动信号和接收到震动信号的时钟值，获知地面标记器的位置与该时刻管道内检测器所检测到的位置之间的误差并进行校正；

如前所述，数字信号处理器DSP205在获知震动信号为有效信号时，还可以控制一个LED灯210闪烁以及接通一个蜂鸣器211以发出声音，从而告知工作人员。

在本发明中，具体同步步骤为：以母钟的时钟为标准，母钟与地面标记器和管道内检测器通过无线传输方式，依次对每个地面标记器和管道内检测器进行校时。

具体应用实践上，将动圈式地震检波器201连接到放大器202，该放大器202为AD8221型仪表放大器，其电路如图3所示，增益可以设为10，100，500倍，由单刀三掷开关SW进行切换，当开关为1时放大10倍，为2时放大100倍，为3时放大500倍，参考电压由AD580精密基准源芯片产生2.5V。

然后，放大器202的输出端连接低通滤波器203，该滤波器203为采用MAX295芯片，为8阶巴特沃斯型，截止频率为500Hz，其电路如图4所示，低通滤波器3的输出端连接A/D转换器204，其分辨率为14位，采样率至少达到2K，参考电压为5V。A/D转换器204在DSP芯片205的控制下将感应的模拟信号转换成数字信号并传输给DSP芯片205。

在本发明中，DSP芯片处理信号的程序流程如图5所示，首先，判断状态开关208是否处于采集状态，若是，则控制A/D转换器204进行一次转换，之后判断该信号A/D转换值是否超过设定的阈值(阈值一般设定为2.51V～3.5V，其设置可以根据实际现场的噪声情况进行调整，优选2.6V)，若小于阈值，则丢弃该数据，进行下一轮采集，若大于阈值，则查询其内部时钟计数器，该时钟计数器由温补晶振209所驱动。将该时钟值记录下来，并从此时刻起，无论信号大小为何值都依次记录存储到Flash存储器206中，同时控制LED210闪烁，蜂鸣器211发声。若后续采集的信号小于阈值，则保持定时器继续工作，若后续采集的信号大于阈值则停止定时器，并将定时器所记录的时间清零。如此循环，一旦定时器时间大于0.5秒(即信号连续小于阈值0.5秒)后，则停止记录A/D转换的信号，至此系统认为有一个管道内检测器经过，所述震动信号为有效信号，需要说明的是，当信号连续小于阈值0.5秒时，这时信号已经很微弱了，则认为管道内检测器已经走远了，故停止存储数据。

若状态开关208处于信息传输状态，则直接进入信息传输程序，信息传输采用无线方式，通过DSP芯片控制相连接的WLAN(无线局域网络，WirelessLocal Area Network)模块207完成。

在本发明中，母钟的系统框图如图6所示，母钟由主控制芯片601、液晶模块602、键盘603、1MHz温补晶振604、WLAN模块605、U盘读写模块606组成。母钟的工作包括对地面标记器时钟进行同步，回收地面标记器采集的数据。1MHz的温补晶振604作为系统标准时钟，其每振荡一次则驱动主控制芯片601内的计数器计一个数，液晶模块602和键盘603作为人机接口，完成参数的输入和显示，并显示母钟的工作状态。WLAN模块605完成与地面标记器的WLAN模块207之间无线通信，在地面标记系统的WLAN模块207将非易失性存储器206所存储的震动信号以及接收到该震动信号的时钟值传输给母钟系统后，U盘读写模块606将回收的数据存储到与其连接的U盘中，供母钟外面的PC计算机进行数据处理。

母钟程序流程框图如图7所示。在硬件上一个按键代表一种命令，一旦有键按下，便产生中断，并向主控制芯片601发送按键码，母钟根据该按键码便进入一种程序状态，本发明的母钟系统有三种程序状态，分别为校时、闲置、回收数据。

在校时状态下，首先要求输入所需被校时的地面标记器编号i₁，i₂，...i_n，n≥1，之后母钟与地面标记器i_x联系，若联系成功，则向地面标记器i_x发送校时命令，然后获取本机的时钟值t1，并对t1进行修正，加上传输延迟的时间dt，得t2＝t1+dt，最后将t2发送给地面标记器i_x，在完成地面标记器i_x的校时或联系不成功情况下，令x＝x+1，判断x是否大于n，若x≤n，则继续联系下一个地面标记器，若x>n，则说明设置的地面标记器已经全部联系完毕，退出程序。

在闲置状态下，系统处于休眠状态，只进行时钟的计数。

在回收数据状态下，首先输入所需回收数据的地面标记器编号i₁，i₂，...i_n，n≥1，之后母钟与地面标记器i_x联系，若联系成功，则向地面标记器i_x发送回收数据命令，之后接收来自地面标记器i_x发送的数据，边接收边控制U盘读写模块向U盘存储数据，在本次接收完成后或联系不成功情况下，令x＝x+1，判断x是否大于n，若x≤n，则继续联系下一个地面标记器，若x>n则说明设置的地面标记器已经全部联系完毕，退出程序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种管道内检测器的地面标记方法，其特征在于，包括步骤：

同步管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统的时钟；

2.如权利要求1所述的管道内检测器的地面标记方法，其特征在于，同步管道内检测器的时钟与每一个地面标记系统时钟的具体步骤为：

以母钟的时钟为准，母钟与地面标记器和管道内检测器通过无线传输方式，依次对每个地面标记器和管道内检测器进行校时。

3.如权利要求1所述的管道内检测器的地面标记方法，其特征在于，所述地震检波器为动圈式地震检波器。

4.如权利要求1所述的管道内检测器的地面标记方法，其特征在于，还包括步骤：对地震检波器所输出模拟的电压信号进行放大滤波。

5.如权利要求1所述的管道内检测器的地面标记方法，其特征在于，数字信号处理器判断数字的震动信号是否为有效信号，当该数字的震动信号为有效信号时，记录该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值的步骤具体为：

判断该信号的模数A/D转换值是否超过设定的阈值范围，若超过设定的阈值范围，则记录接收到该震动信号的时钟值，并存储该震动信号到Flash存储器中，当信号连续低于阈值0.5秒后，则停止记录震动信号，所述震动信号为有效信号；

所述阈值一般设定为2.51V～2.6V，或2.6V～3.5V，可以根据实际现场的噪声情况进行调整。

6.一种管道内检测器的地面标记系统，其特征在于，包括：

地震检波器，用于对地面标记器所处的管道标记处进行实时监测，并在具有震动时将震动信号转换，输出模拟的电压信号；

模数A/D转换器，用于将模拟的电压信号转换为数字信号，井发送给数字信号处理器；

数字信号处理器，用于判断该数字的震动信号是否为管道内检测器经过时所产生的有效信号，并在该震动信号为有效信号时，控制输出该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值给非易失性存储器；非易失性存储器，用于存储该震动信号以及接收到该震动信号的时钟值；无线局域网络WLAN模块，与数字信号处理器相连接，用于与母钟进行数据交互，在数字信号处理器控制下，将非易失性存储器所存储的震动信号以及接收到该震动信号的时钟值传输给外部的母钟；

7.如权利要求6所述的管道内检测器的地面标记系统，其特征在于，在地震检波器、模数A/D转换器之间连接有：放大器，用于放大地震检波器所输出的电压信号，以及低通滤波器，用于对模拟的电压信号进行低通滤波。

8.如权利要求6所述的管道内检测器的地面标记系统，其特征在于，所述地震检波器为动圈式地震检波器。

9.如权利要求6所述的管道内检测器的地面标记系统，其特征在于，所述非易失性存储器为Flash存储器。

10.如权利要求6所述的管道内检测器的地面标记系统，其特征在于，所述母钟与外部计算机的数据传输方式为：通过U盘进行数据传输或者通过有线接口进行数据传输。