CN101692301B - 油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法。管内部分在驱动装置的驱动下在油汽管道内匀速移动，磁传感器检测单元检测到的漏磁数据信息送入数据处理单元进行数据分类、压缩和缺陷量化后进行暂存，每隔一段时间，将暂存数据以及里程轮计数传入单片机中的微控制器，经过功率放大和DA转换后，传入发射线圈，输出管内不同类型的数据信息；磁感应接收天线组接收电磁脉冲，提取出电压值后送入数据解压缩单元，还原这一时段内的管内数据，进一步确定管内缺陷状况和缺陷位置。本发明可以将一段时间内存储的压缩数据传输以及缺陷量化数据和里程轮信息传输到地面的接收装置中，及时分析确定管内缺陷信息，提高了管道缺陷检测的效率。

Description

油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法

(一)技术领域

本发明涉及一种油汽管道漏磁检测器甚低频信号传输方法，特别涉及通信技术领域。

(二)背景技术

我国的在役长距离输油管道大多已经运行几十年，现在已经进入事故多发阶段。为了防止管道腐蚀穿孔、泄漏污染等恶性事故的发生，需要定期的对其进行检测和清理。因此，各种管道检测器应运而生，其中漏磁管道检测装置的应用最为广泛。一般情况下管道漏磁检测器在石油管道中运行，通过磁传感器探头检测管道内数据信息，经过数据处理后送入数据存储单元，管道检测器在管内运行结束后取出整个过程中检测到的数据，进行数据分析，进而确定管内缺陷状况，所以不能做到对管内缺陷的及时确定，而且在管道检测器体积有限的情况下，对存储的单元的能力提出了一定的要求。

与本发明相关的公开报道有：1、“管道漏磁检测数据压缩算法研究”(《沈阳工业大学学报》2006/6)一文中给出的数据压缩方案为基于差分的嵌入式零数编码算法。2、“管道漏磁数据分析专家分析系统”(天津大学硕士论文2007.01)一文中详细的给出了焊缝识别的方法，其中包括环焊缝、直焊缝、螺旋焊缝判别的具体流程图，以及缺陷量化的一些方法。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以将一段时间内存储的压缩数据传输到地面的接收装置中，及时的分析确定管内缺陷信息，提高管道缺陷检测的效率的油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法。

本发明的目的是这样实现的：

在待测管道内设置由磁传感器检测单元、数据处理单元、超低频电磁脉冲发射装置、里程轮、驱动装置组成的管内部分，在待测管道外设置由数据解压缩单元、数据分析单元和磁感应接收天线组组成的管外部分；管内部分在驱动装置的驱动下在管内匀速移动，磁传感器检测单元检测到的数据送入数据处理单元进行 数据分类、压缩和缺陷分析后进行暂存，每隔一段时间，将暂存的数据和这一时段内的里程轮计数作为控制信号通过数据总线输入到超低频电磁脉冲发射装置2内单片机的微控制器中，经过功率放大和DA转换后，传入发射线圈，改变发射的电磁信号的幅值和频率调制方式，输出带有管内数据信息的电磁脉冲；管外部分通过安装在管道外接收天线车上的磁感应接收天线组接收该电磁脉冲，提取出电压值后送入数据解压缩单元，还原这一时段内的管内数据，结合里程轮计数信息确定这一时段内的管道缺陷状况。

所述的数据处理单元进行数据分类、压缩和缺陷分析后进行暂存的具体方法为：首先，将检测到的漏磁数据分成较少的数据块，依据采样间隔来确定数据块的大小；然后使用差分阈值法和动态范围阈值法分割每一个数据块，得到重要数据区域和非重要数据区域，并且对其区域进行标识；其次，对重要数据区域进行缺陷的识别和判定，其实现过程为：(1)在重要数据中识别出管道的附件信息，其包括管道环焊缝、直焊缝、螺旋焊缝的识别；(2)识别和判定划痕缺陷数据；(3)识别和判定管道缺陷数据，满足一定幅度阈值的数据为管道缺陷数据，在判定为缺陷数据的基础上，对缺陷数据要进一步的量化，依据此处的里程轮信息分析出缺陷的长、宽和深度，将其暂存在存储器内，每隔一段时间，直接传输到地面接收车上；最后，对于重要的数据块，在保留首列数据的基础上对每行数据的差值进行霍夫曼编码，实现对重要数据的无损压缩，对于非重要数据也采用同样的方式。

所述超低频电磁脉冲发射装置主要由数据处理单元1、超低频电磁脉冲发射器2、磁感应接收天线组3、数据解压缩单元4、数据分析单元5以及磁传感器检测单元6、里程轮7组成。该甚低频信号传输系统将管道内磁传感器检测到的数据处理后，暂时存放在检测器内的数据存储单元，每隔一段时间，将处理后的管道内数据送入超低频电磁脉冲发射装置后传输到地面，地面接收车上的磁感应天线组接收携带有管内数据信息的电磁脉冲信号并检测出电压信号后送入数据解压缩装置，将解压缩后的管内数据信息结合里程轮计数信息，即可确定管道缺陷的状况以及缺陷的位置。

管内数据处理单元。在管道漏磁检测的数据中，与管道缺陷和管道特征物对应的数据是检测结果分析时的重要数据，与管道健康所对应的数据在数据处理时 则是不重要的数据，由于缺陷和特征物在管道中仅占较少的部分，而且这部分数据具有较大的动态范围和较大变化率等特性，因此可以将这些数据分离出来对其进行无损压缩或是压缩比较低的有损压缩，对其他数据采用压缩比较大的有损压缩，在保证评价质量的基础上可获得满意的压缩比。在本发明中使用的漏磁检测数据处理方案为：首先，将检测到的漏磁数据分成较少的数据块，依据采样间隔等条件通过实验的方法来确定数据块的大小；然后使用差分阈值法和动态范围阈值法分割每一个数据块，从而得到重要数据区域和非重要数据区域，并且对其区域进行标识。其次，对重要数据区域进行缺陷的识别和判定。其实现过程为：(1)在重要数据中识别出管道的附件信息，其包括管道环焊缝、直焊缝、螺旋焊缝的识别。(2)划痕缺陷数据。在检测数据中，划痕会导致信号幅值的增大通常影响多条通道。但划痕信号的振幅通常不能满足系统设定的大振幅缺陷阈值的要求，我们不仅需要对信号幅值进行判断，同时要结合影响通道的多少对缺陷进行确认。(3)管道缺陷数据。满足一定幅度阈值的数据为管道缺陷数据，在判定为缺陷数据的基础上，对缺陷数据要进一步的量化，依据此处的里程轮信息分析出缺陷的长、宽和深度，将其暂存在存储器内，每隔一段时间，直接传输到地面接收车上。最后，对于重要的数据块，在保留首列数据的基础上对每行数据的差值进行霍夫曼编码，这样可以实现对重要数据的无损压缩，压缩比可以达到2∶1。对于非重要数据也采用同样的方式，压缩比可以达到14∶1，总的压缩比可以达到10∶1以上。

超低频电磁脉冲发射器。该装由电压转化电路、通信总线(CAN)、数据处理器(包括FPGA用于数据压缩和PC104用于缺陷数据分析)、单片机、DA转换装置、功率放大器、发射线圈、磁芯等组成。经过数据压缩处理后的管道数据信息，定时的通过数据总线传入数据处理器，通过输出控制信号到单片机，单片机输出信号经过功率控制放大器及DA转换后传输到发射线圈，控制产生的电磁脉冲幅值，实现定时向管外传递管内数据信息的要求。本发明中发射线圈采用分布式双匝缠绕。

磁感应接收天线组。将其接收到电磁脉冲信号转换成电压信号后转入天线车的数据处理单元进行数据解压缩，并结合管外定位信息和里程轮信息确定缺陷位置。

管外的数据解压缩单元。其实现过程为数据压缩处理的逆过程。

本发明提出了甚低频信号传输技术，通过该技术可以将一段时间内存储的压缩数据传输到地面的接收装置中，及时的分析确定管内缺陷信息，提高了管道缺陷检测的效率。

(四)附图说明

图1是本发明的甚低频信号传输系统结构图；

图2数据处理结构图；

图3缺陷识别流程图；

图4超低频电磁脉冲发射装置结构图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

图1所示为甚低频信号传输系统结构图。管道内通过磁传感器检测到数据信息通过通信数据总线传入数据处理单元进行数据处理后暂时存储，每隔一段时间，将处理完的数据通过超低频电磁脉冲信号发生器发射出去，传输到地面后由磁感应接收天线组接收超低频的电磁脉冲信号并将其转化成电压信号，将数据送入数据解压单元，恢复出原始检测数据图像，通过数据分析确定缺陷的状况。

图2所示为数据处理结构图。图中粗箭头表示数据信号，细箭头表示控制、状态标志及地址信号。主控单元完成RAM的读写操作以及各个单元之间的协同，其功能由相应的状态机来实现。系统工作之后，数据首先存于RAM的上半区域，当数据存满之后，在数据存入下半区的同时，由于RAM上下端口之间是独立的，主控单元开始读取上半区中的数据到差分计算单元和动态范围计算单元。差分计算单元内有3个寄存器，分别保存行首值、前值和现值。差分单元复位后，输出首行数据的首值和其后的各个差分值，在首列数据读取信号有效时，输出两个相邻列的差分。在输出差分值的同时，差分计算单元还判断差分值是否大于差分重要性阈值。如果有大于阈值的差分值，就设置差分重要信号有效。动态范围计算单元内置三个寄存器，分别记录每行数据的最大值和最小值和动态范围，当首列数据读取信号有效时，复位3个寄存器为0，动态范围重要性的判断流程与差分重要性的流程判断一致。经过差分计算和动态范围计算后，数据别分成了重要数据和非重要数据，并做好标识。非重要数据直接输入到RAM3存储器中，对于重 要数据要进行缺陷识别和分类后存入RAM3中，当数据存满后，控制器开始读取其中的数据，送入霍夫曼编码单元，进行编码后输出码流到超低频电磁脉冲发射装置。

图3所示的是缺陷识别流程图。管道内特征主要分成三类即焊缝、划痕和缺陷。其中焊缝包括环焊缝、直焊缝和螺旋焊缝。其具体缺陷识别的分析过程如下：

(1)读取一部分漏磁数据到数据缓冲区，分析此部分数据，确定环焊缝的位置；以两个环焊缝为界判断其间的焊缝是螺旋焊缝还是直焊缝，并记下对应的焊缝位置信息。

(2)同样以两个环焊缝为界，依据设定的阈值标准确定是划痕还是缺陷，同样做好标注的位置信息。

(3)确定管道缺陷数据后，对缺陷数据进行量化，依据此处的里程轮信息量化缺陷的长度、宽度和深度，将结果暂存在存储器中，一段时间后连同这一时段的里程轮脉冲数直接发送到地面接收车上。

(4)此段分析完之后进入下一个管段进行分析，重复上述的过程直到这一时段内存储的漏磁数据信息全部分析完为止。

图4所示是超低频电磁脉冲发射装置结构图。在设备正常工作时由输入的24V电压供电，经过第一次电压转化后为单片机、功率放大器以及数模转化器提供15V的工作电压；经过第二次电压转换后为PC104提供其正常工作所需的5V电压；经过第一次电阻分压，为FPGA的输入输出端口正常工作提供3.3V的电压；经过第二次电阻分压，为FPGA的工作提供1.5V的核心工作电压。

漏磁检测所得的数据通过通信数据总线传入数据处理单元，对漏磁数据进行压缩、识别以及缺陷数据的量化，通过输出控制信号到单片机改变发射电磁信号的幅值和发射频率，实现向管外的传递不同类型的数据信息。本发明设置5种发射频率。用16Hz的发射频率传输未经压缩处理的缺陷量化信息和里程轮脉冲信息，其中实际的里程轮脉冲数很大，无法通过调制信号幅度将其传输，所以要做一个转换：

实际产生的脉冲数/理想产生的脉冲数*100％

选取其他四种发射频率传输焊缝数据、缺陷数据、划痕数据以及健康数据。地面 信号接收车上的磁感应天线组接收电磁脉冲信号并检测出电压信号，送入数据解压缩单元后还原出管内数据信息，结合里程轮信息，判定管内的缺陷位置，及时全面地了解这一时段内的管内缺陷状况。

管内外数据通信协议

发射频  率	16Hz	19Hz	22Hz	26Hz	29Hz
						信号种  类	缺陷量化数  据  里程轮脉冲  数百分比	焊缝数据	缺陷数据	划痕数据	健康数据

Claims (4)

1.一种油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法，在待测管道内设置由磁传感器检测单元(6)、数据处理单元(1)、超低频电磁脉冲发射装置(2)、里程轮(7)、驱动装置组成的管内部分；在待测管道外设置由磁感应接收天线组(3)、数据解压缩单元(4)和数据分析单元(5)组成的管外部分；其特征是：管内部分在驱动装置的驱动下在管内匀速移动，磁传感器检测单元(6)检测到的数据送入数据处理单元进行数据分类、压缩和缺陷分析后进行暂存，每隔一段时间，将暂存的数据和这一时段内的里程轮计数作为控制信号通过数据总线输入到超低频电磁脉冲发射装置(2)内单片机的微控制器中，经过功率放大和DA转换后，传入发射线圈，改变发射的电磁信号的幅值和频率调制方式，输出带有管内数据的电磁脉冲；管外部分通过安装在管道外接收天线车上的磁感应接收天线组接收该电磁脉冲，提取出电压值后送入数据解压缩单元，还原这一时段内的管内数据，结合里程轮信息及时确定这一时段内的管道缺陷状况；

所述的数据处理单元进行数据分类、压缩和缺陷分析后进行暂存的具体方法为：首先，将检测到的漏磁数据分成较少的数据块，依据采样间隔来确定数据块的大小；然后使用差分阈值法和动态范围阈值法分割每一个数据块，得到重要数据区域和非重要数据区域，并且对其区域进行标识；其次，对重要数据区域进行缺陷的识别和判定，其实现过程为：(1)在重要数据中识别出管道的附件信息，其包括管道环焊缝、直焊缝、螺旋焊缝的识别；(2)识别和判定划痕缺陷数据；(3)识别和判定管道缺陷数据，满足一定幅度阈值的数据为管道缺陷数据，在判定为缺陷数据的基础上，对缺陷数据要进一步的量化，依据此处的里程轮信息分析出缺陷的长、宽和深度，将其暂存在存储器内，每隔一段时间，直接传输到地面接收天线车上；最后，对于重要的数据块，在保留首列数据的基础上对每行数据的差值进行霍夫曼编码，实现对重要数据的无损压缩，对于非重要数据也采用同样的方式。

2.根据权利要求1所述的油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法，其特征是：所述超低频电磁脉冲发射装置由电压转化电路、通信总线、数据处理器、单片机、DA转换装置、功率放大器、发射线圈、磁芯组成；经过数据压缩处理后的管道数据信息，定时的通过数据总线传入数据处理器，通过输出控制信号到单片机，单片机输出信号经过功率控制放大器及DA转换后传输到发射线圈，控制产生的电磁脉冲幅值和频率，实现定时向管外传递管内数据信息的要求，所述发射线圈采用分布式双匝缠绕。

3.根据权利要求2所述的油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法，其特征是：所述磁感应接收天线组将其接收到电磁脉冲信号转换成电压信号后转入接收天线车的数据解压缩单元进行数据解压缩，并结合里程轮信息全面确定缺陷状况。

4.根据权利要求3所述的油汽管道漏磁检测器超低频信号传输方法，其特征是：管外的数据解压缩单元的实现过程为数据压缩处理的逆过程。

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