CN101725834A - 管道爬行器磁传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种管道爬行器磁传感器。它由位于管道外部的磁发射器(1)和管道(2)内部的磁接收传感器(3)组成；磁发射器(1)由电池、稳压电路、直流电动机和钕铁硼永磁旋转体组成，由电池经稳压供电的直流电动机带动钕铁硼永磁旋转体旋转；磁发射器(1)在管道(2)外表局部空间产生交变磁场并扫描钢质管道(2)表面，磁场透过钢管(2)在管道(2)内部形成漏磁场；磁接收传感器(3)由感应线圈、限幅器、仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路和防抖电路组成；感应线圈两端接限幅器的输入，限幅器的输出顺次接仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路后，由比较电路输出一个开关量信号经过防抖电路隔离输出。
Description
技术领域
本发明是一种利用交变磁场穿透钢制管道壁用于射线管道爬行器定位和控制的管道爬行器磁传感器。涉及测量磁变量、传输和管道系统技术领域。
背景技术
射线管道爬行器是一个专门在管道内部自行行走的工业机器人，但需要根据人的要求在管道外部对其进行随意遥控，包括管内精确定位、前进、后退、原地休息、曝光、改变曝光时间等。要求可以在管道外部随意指定透照位置，这就需要有一种能在管道内外进行通讯的手段。目前，国内外所使用的传感器几乎都是在使用铯137指令源进行控制。使用放射性指令源控制器具有电路简单，控制效果好，几乎不存在各种工业干扰的特点。但是由于近年来，对HSE的高标准要求，国际工程往往不允许我们将放射性物质带入，从而造成了我们打入国际管道建设市场的天然屏障。即使在国内，随着国家对放射性物质管理力度的加大，放射性指令源在国内的运输、储存、使用也都受到很大限制，过程复杂、相关费用大幅度提高。采用超声波、远场涡流、微波无线电、红外线、星轮接近开关、视频识别、微型射线机、磁致伸缩型超声波换能器、等多种技术均不能实现对爬行器进行定位控制或效果不佳。
发明内容
本发明的目的是发明一种无放射性辐射、准确、可靠的管道爬行器磁传感器。
本发明是设计一种射线管道爬行器定位和控制的专用磁传感器，用于取代传统的放射性指令源控制的射线传感器，使无损检测工作人员的人身放射性损害降低到最小，大幅度降低HSE风险。
为了达到上述目的，本发明由以下技术方案来实现(见图1)：由位于管道2外部的磁发射器1、管道2内部的磁接收传感器3组成；磁发射器1在管道2外表面局部空间内产生交变磁场，扫描钢质管道2表面，磁场透过钢管2壁，在管道2内部形成漏磁场；管道2内部的磁接收传感器3是在管道爬行器上设置一感应线圈，接收交变漏磁场信号，然后经过信号处理后输出一个开关量传感信号。
其中磁发射器1原理框图如图2所示，它由电池、稳压电路、低压检测电路、直流电动机和钕铁硼永磁旋转体组成，由电池经稳压电路稳压供电的直流电动机带动钕铁硼永磁旋转体旋转，为随时监视电池电压，在电池输出端接有低压检测电路。
其电路原理图如图3所示，电池输出经开关和保险丝后一路接至由运算放大器IC2及反馈回路有LED组成的低压检测电路输入端，另一路接由IC1组成的稳压电路输入端，稳压电路输出端并联一电容C3及另一串联LED的R3后，接到直流电动机电源输入端。
磁接收传感器3原理框图如图4所示，它由感应线圈、限幅器、仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路和防抖电路组成；感应线圈两端接限幅器的输入，限幅器的输出顺次接仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路后，由比较电路输出一个开关量信号经过防抖电路(继电器)隔离输出。
磁接收传感器3电原理如图5所示，感应线圈L两端并联两个反向接的二极管D5、D6后接仪表运算放大器IC3的2、3端，其输出5和6端接R4、R5、C4、C5组成的积分电路输入端，积分电路的输出经二极管D7检波后接由运算放大器构成的比较电路输入端，比较电路输出接一带有继电器线包负载的放大器输入端，而继电器的控制触点输出开关量信号。
由机械行走部分、射线发生部分、定位传感器(含磁发射器和磁接收传感器)、逻辑控制器、电源等组成的射线管道爬行器，通过管道外部磁发射器发射一个信号，管道内部磁接收传感器接收到此信号后，经过电路处理并输出一个开关量信号，输入到PLC由软件判断，可以在管道内实现定位、曝光、前进、后退、休息、改变曝光时间等动作。
本发明用磁传感器取代传统的放射性指令源控制的射线传感器，使无损检测工作人员的人身放射性损害降低到最小，大幅度降低HSE风险。同时结构简单、准确、可靠，使用方便。
附图说明
图1整体结构示意图
图2磁发射器原理框图
图3磁发射器电路原理图
图4磁接收传感器原理框图
图5磁接收传感器电路原理图
其中1-磁发射器 2-管道
3--磁接收传感器
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明的具体实施方式进一步阐述。本例是一试验样机，其构成如附图1所示，整个设计由位于管道2外部的磁发射器、位于管道2内部安装在爬行器上的磁传感器两部分组成。
磁发射器1如图2所示。代替原来的放射性指令源部分，采用电动机带动钕铁硼磁体旋转产生交变磁场，有电池电压稳压控制，以保持磁场频率的恒定，电池电压控制电路同时用于低压控制，以防止电池电压的过度放电。要求至少能穿透26毫米壁厚的钢管，体积重量方面能满足单人独立操作的使用，连续工作时间大于8小时。
磁发射器1原理框图如图2所示，它由电池、稳压电路、低压检测电路、直流电动机和钕铁硼永磁旋转体组成，由电池经稳压电路稳压供电的直流电动机带动钕铁硼永磁旋转体旋转，为随时监视电池电压，在电池输出端接有低压检测电路。
其电路原理图如图3所示，7.2V电池输出经开关和1A的保险丝后一路接至由AN051运算放大器IC1及由R1和D1 LED组成反馈回路的低压检测电路输入端；另一路接由LM317组成的稳压电路IC2输入端，该稳压电路的1端与地之间接电容C1，1、3端之间接二极管D2，2、3端之间接并联的二极管D3和电阻R2后再接并联的电容器C2和电位器W1到地；稳压电路输出端3并联一电容器C3及另一串联LED的电阻R3后，接到直流电动机电源输入端。
7.2V电源经过IC2稳压后供给6V直流电动机，稳定的供电电压保证了电动机转速的稳定，电动机带动的静磁体以恒速旋转，产生一个6-35赫兹的交变磁7场，转速可以通过调节W1进行控制，IC1为电池电压过低判断集成电路，D1为电池电压低压告警指示灯，D4为电动机旋转工作指示。
其中：
IC1：AN051运算放大器；
IC2：LM317稳压电路；
D1：LED；
D2：IN4007；
D3：IN4007；
D4：LED；
R1：2KΩ；
R2：240Ω；
R3：1KΩ；
W1：501Ω；
C1：0.33μf；
C2：1μf；
C3：1μf。
磁接收传感器3原理框图如图4所示，它由感应线圈、限幅器、仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路和防抖电路组成；感应线圈两端接限幅器的输入，限幅器的输出顺次接仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路后，由比较电路输出一个开关量信号经过继电器构成的防抖电路隔离输出。
磁接收传感器3电原理如图5所示，感应线圈L两端并联两个反向接的二极管D5、D6后接仪表运算放大器IC3的2、3端，其输出5和6端接R4、R5、C4、C5组成的积分电路输入端，积分电路的输出经二极管D7检波后接由运算放大器构成的比较电路输入端，比较电路输出接一带有继电器线包负载的放大器输入端，而继电器的控制触点输出开关量信号。
图5中，带铁芯的感应线圈L接收到管道内部的微弱交变磁场信号后，产生一个感生电动势，经过二极管D5、D6限幅后输入到IC3仪表运算放大器INA128的输入端，放大后的信号由二极管D7检波，通过R4、R5、C4、C5组成的积分电路变成变化缓慢的直流电平信号，输入到IC4运放组成的比较器反相LM358A输入端，TL431、R9组成的5V基准电压源，经过W3分压给IC4同相输入端提供基准电压，当感应线圈L没有接收到磁场信号的时候，比较器IC4输出高电平，Q1截至，当有磁场信号输入时，IC4反相输入端比同相输入端电位高，比较器反转输出低电平，Q1导通，继电器吸和，输出端得到一个开关量信号，此信号提供给爬行器的PLC通过编程就可以实现随意控制过程，包括管内精确定位、前进、后退、休息、曝光等。图中W2用来调节放大器放大倍数，改变接收灵敏度，W3用于调节比较器基准值，适当的调节可以防止无效信号的干扰。
其中：
IC3：INA128；
IC4：LM358A；
IC5：TL431；
D5：IN4148；
D6：IN4148；
D7：IN4148；
D8：IN4007；
R4：1KΩ；
R5：1KΩ；
R6：10KΩ；
R7：5KΩ；
R8：510Ω；
R9：5.1KΩ；
W2：103Ω；
W3：501Ω；
C4：20μf；
C5：20μf；
C6：47μf；
C7：0.1μf；
C8：0.1μf；
C9：0.22μf；
C10：10μf；
Q1：9014。
本磁传感器用于西气东输二线管道无损检测中，很好地实现了预期的目标，爬行器的定位精度可以控制在±2cm以内，控制爬行器的各种动作等都很达到了可靠的效果。
Claims (4)
1.一种管道爬行器磁传感器，其特征是由位于管道(2)外部的磁发射器(1)和管道(2)内部的磁接收传感器(3)组成；磁发射器(1)由电池、稳压电路、直流电动机和钕铁硼永磁旋转体组成，由电池经稳压电路稳压供电的直流电动机带动钕铁硼永磁旋转体旋转；磁发射器(1)在管道(2)外表面局部空间内产生交变磁场并扫描钢质管道(2)表面，磁场透过钢管(2)壁，在管道(2)内部形成漏磁场；磁接收传感器(3)由感应线圈、限幅器、仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路和防抖电路组成；感应线圈两端接限幅器的输入，限幅器的输出顺次接仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路后，由比较电路输出一个开关量信号经过防抖电路隔离输出。
2.根据权利1要求所述的管道爬行器磁传感器，其特征是所述磁发射器(1)为电池输出经开关和保险丝后一路接至由运算放大器(IC2)及反馈回路有(LED)组成的低压检测电路输入端，另一路接由(IC1)组成的稳压电路输入端，稳压电路输出端并联一电容(C3)及另一串联(LED)的(R3)后，接到直流电动机电源输入端。
3.根据权利1要求所述的管道爬行器磁传感器，其特征是所述磁接收传感器(3)为感应线圈(L)两端并联两个反向接的二极管(D5)、(D6)后接仪表运算放大器(IC3)的(2、3)端，其输出(5)和(6)端接(R4)、(R5)、(C4)、(C5)组成的积分电路输入端，积分电路的输出经二极管(D7)检波后接由运算放大器构成的比较电路输入端，比较电路输出接一带有继电器线包负载的放大器输入端，而继电器的控制触点输出开关量信号。
4.根据权利1或2要求所述的管道爬行器磁传感器，其特征是在电池输出端接有低压检测电路。
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