CN101782361B

CN101782361B - 一种磁介质漏磁定位方法

Info

Publication number: CN101782361B
Application number: CN2009103111397A
Authority: CN
Inventors: 原培新; 赵秉军
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: CN101782361A

Abstract

一种磁介质漏磁定位方法，属于工业焊接技术领域，检定方法按如下步骤进行：本发明采取如下方法进行检测：A、爬车、接收器和发射器放在管道预定位置；B、在接收器上方移动发射器得到发射值；C、找到定位距离；D、测量爬车停的位置距管道口的距离和发射器所放的位置距管道口距离。本发明的优点为定位精度高、可靠性高、安全性能好、操作简便、成本低的定位方法。

Description

一种磁介质漏磁定位方法

技术领域

本发明属于工业焊接无损检测技术领域，特别涉及一种磁介质漏磁定位方法。

背景技术

微机技术的发展和高能锂电池的出现，使长距离油气输送管道高效高质量检测需要的数字化、智能化、高性能管道爬行器相继问世，在管道爬行器系统中，定位技术是一项关键性技术，爬行器行进在几百米甚至数千米长的封闭油气管道中，要找到管道焊缝的位置，并且要求精确定位、运行可靠、安全实用、便于操作，是有一定难度的，从国内外现有技术爬行器的生产与实践应用的情况表明，爬行器主要采用的定位系统有：机械式、射线型和摄像机型等定位系统，但它们都存在缺陷和不足：机械式定位系统操作简便，安全性能好，但可靠性差；射线型定位系统可靠性好，定位精度高，但安全性能不佳，也不适合自动化检测的发展需要；而摄像机型定位系统一般造价昂贵，因此，寻找一种定位精度高、可靠性高、安全性能好、操作简便、成本低的定位系统，既是国内外爬行器生产厂家与有关科研单位需要解决的问题，也是油气管道实际检测工作的迫切需要。

发明内容

为了解决当前爬行器定位方法存在的缺点，本发明提供一种磁介质漏磁定位方法，通过采用磁介质漏磁定位的方法替代辐射定位的方法，以达到安全性好，定位精度高、操作简单的目的。

本发明检测步骤如下：

步骤1、将爬车放入管道口的起始位置，接收器固定在爬车上距离管道内壁10cm处的高度，打开爬车电源，接收器上电，把发射器放置在管道垂直上方，打开发射器电源，调整输出信号值，直到接收器的两个信号指示灯稳定全亮；

步骤2、拿起发射器，在接收器的上方管道外壁由前向后移动或由后向前移动，接收器离管道内壁的距离保持不变，确定发射值，按发射器键盘锁定键，锁定各项参数；

步骤3、获取定位距离，确定发射器距焊缝的距离，其中爬行车长为L3，射线管的射线区到车前端长为L2，爬车停的位置距管道口的距离为L1，发射器所放的位置距管道口距离为L5，发射器在距焊缝的距离为L4＝L1+L3+L2-L5；

步骤4、测量L1和L5，得到发射器距焊缝的距离L4。

其中发射器包括主控单元、信号输出单元、功率放大单元、发射线圈、反馈采集单元、反馈信号调理单元、反馈线圈和专用键盘；其中主控单元分别连接专用键盘、反馈采集单元和信号输出单元，信号输出单元连接功率放大单元，功率放大单元连接发射线圈，反馈采集单元连接反馈信号调理单元，反馈信号调理单元连接反馈线圈。

其中接收器包括主控单元、环境温度采集单元、信号强度指示单元、信号调理单元、信号采集单元、指令输出单元、信号放大单元和接收线圈；其中主控单元分别连接信号强度指示单元、指令输出单元、环境温度采集单元和信号采集单元，信号采集单元和信号强度指示单元同时连接信号调理单元，信号调理单元连接信号放大单元，信号放大单元连接接收线圈。

本发明的优点：取代了以往具有强放射性的指令定位源，确保了高精度和高可靠性，采用了对人体无害的低频小功率磁场，安全性能好，操作简便、成本低，适合大范围推广。

附图说明

图1是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用装置结构图；

图2是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器方框图；

图3是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接受器方框图；

图4是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器电原理图；

图5是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器主控单元电原理图；

图6是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器信号输出单元电原理图；

图7是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器功率放大单元电原理图；

图8是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器发射线圈电原理图；

图9是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器反馈线圈电原理图；

图10是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器反馈信号调理单元电原理图；

图11是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器反馈采集单元电原理图；

图12是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器专用键盘电原理图；

图13是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器电原理图；

图14是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器主控单元电原理图；

图15是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器接收线圈电原理图；

图16是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器信号放大单元电原理图；

图17是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器信号调理单元电原理图；

图18是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器信号采集单元电原理图；

图19是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器环境温度采集单元电原理图；

图20是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器指令输出单元电原理图；

图21是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器信号强度指示单元电原理图；

图22是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器供电电源电原理图；

图23是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用发射器主控单元程序流程图；

图24是本发明一种磁介质漏磁定位方法所用接收器主控单元程序流程图；

图1中：1发射器，2接收器，3焊缝，4爬车，5射线管，6射线区。

具体实施方式

本发明结合实施例及附图加以说明。

本发明检测步骤如下：

步骤1、将爬车4放入管道口的起始位置，接收器2固定在爬车上，调节位置到距离管道内壁10cm处的高度，打开爬车4电源，使接收器2上电。把发射器1放置在管道上方、与接收器2保持垂直，打开发射器1电源，通过观察接收器2的指示灯状态，调整发射器1辐射功率的大小，直到接收器2的两个信号指示灯稳定全亮，即：使得当前状态下的发射器1与接收器2达到完全匹配。例如：接收器2的“停车阈值”＝70、当输出功率穿过管道后的漏磁强度等于70时，等于“停车阈值指示灯”点亮；

步骤2、拿起发射器1，调整发射器1输出功率，在接收器2的上方管道外壁由前向后移动或由后向前移动，接收器1离管道内壁的距离保持不变，确定发射值，按下发射器1面板上的“锁定”键，锁定发射磁场信号的功率值，使发射器1整体电路进入闭环工作状态；

步骤3、计算焊缝3与发射器1的准确长度：若爬车4长为L3，射线管5的射线区6到车前端长度为L2，爬车4停的位置距管道口的距离为L1，发射器1所放的位置距管道口距离为L5；得到发射器1距焊缝的距离L4＝L1+L3+L2-L5；

步骤4、测量L1和L5，得到发射器1距焊缝3的距离L4.实际工作中只需测量L1和L5，其它尺寸均为固定值，在管道外的焊缝3处确定好要停车的准确位置，将发射器1准确置于该处，等待爬车4的到来，接收器2电路识别并准确判断发射器1的需停车位置后，立即发出“停车”指令使爬车4停车。

该方法采用的发射器：

其中发射器如图2和图4所示，包括主控单元、信号输出单元、功率放大单元、发射线圈、反馈采集单元、反馈信号调理单元、反馈线圈和专用键盘；主控单元分别连接专用键盘、反馈采集单元和信号输出单元，信号输出单元连接功率放大单元，功率放大单元连接发射线圈，反馈采集单元连接反馈信号调理单元，反馈信号调理单元连接反馈线圈。

主控单元如图5所示，负责系统运算及控制，包括单片机IC1，晶振电路CY1、C14、C15，复位电路R19、C7，退耦电容C16；

信号输出单元如图6所示，负责信号产生，包括信号隔离及整形电路R20、U8、R15、U12A、R27，数字电位器WR1、WR2，数字电位器隔离控制电路R21、R22、R23、R60、U9、U10、U11、U13、R24、R25、R26、R61、U12-BCDE、R28、R29、R30、R62，信号微分电路C4、R18，信号强度转换电路R13、U5、R14、R16、C3、C4、R17、K1，退耦电容C17、C18；

功率放大单元如图7所示，负责信号波形功率放大，包括双电源大功率音频放大器；

发射线圈如图8所示，负责磁场功率信号辐射，包括L2；

反馈线圈如图9所示，负责磁场强度采集，包括L1；

反馈信号调理单元如图10所示，负责AC-DC变换及电压调节，包括精密全波信号整流滤波电路R1、R2、R3、R4、R5、R6、U1、RW1、C1；

反馈采集单元如图11所示，负责A/D转换，包括A/D转换芯片U3、U4，输入保护电路D1、D2、C2、C3，基准电压电路R8、R9、RW3、Q1，电池电压采集电路R7、RW2；

专用键盘如图12所示，负责信号强度调节、管道选择、状态锁定与解锁、信号强度数码显示、数显对象切换。

发射器工作过程：如图23所示，

一、开机后，系统自动进入默认工作状态，主控单元通过单片机程序依次完成6项准备工作：

1、通过信号输出单元中的“数字电位器隔离控制电路”控制数字电位器WR1和WR2的电阻值分别调整至50％；

2、将单片机IC1输出的TTL脉冲信号经U8隔离和U12A整形后送给数字电位器WR1和WR2，经过分压控制后送至功率放大器，驱动发射线圈向管道内辐射大功率低频电磁波；

3、通过反馈采集单元中的“A/D转换电路”采集来自 “反馈线圈”和反馈信号调理单元“精密全波信号整流滤波电路”的反馈信号；

4、将采集到的反馈信号输出显示到键盘的数码屏上，以反应发射线圈输出电磁波的辐射强度；

二、设定工作状态通过操作键盘：

1、通过按下“薄、中、厚”其中一个按键，来选择管道管壁的薄厚，电路中即为控制信号输出单元中数字电位器WR1和WR2的电阻值大小来调整输出信号的输出频率；

2、通过配合按下“增加、减小、粗调/细调”按键，来增加或减小输出电磁波的辐射强度；

3、通过按下“普通、增强”按键，来切换输出电磁波的波形为普通的“微分输出型”还是超强状态的“方波输出型”(一般只有在非常厚的管道检测中才用到)；

三、通过按下“V/I切换”按键，来切换要监测的输出电磁波功率的电压值还是电流值；

四、通过按下“锁定/解锁”按键，来锁定系统处于“闭环自动工作状态”还是“开环人工调整工作状态”，当锁定时，主控单元为防止误动，会将整个键盘上除了“锁定/解锁”按键之外的其它按键以失效的状态锁定，直至再次按下“锁定/解锁”实现解锁。另外，在锁定状态时，主控单元会将反馈采集单元中采集到的数值与键盘设定的输出数值进行比较并实时调整，即：进入“闭环自动工作状态”。

该设备采用的接收器

其中接收器如图3和图13所示，包括主控单元、环境温度采集单元、信号强度指示单元、信号调理单元、信号采集单元、指令输出单元、信号放大单元和接收线圈；其中主控单元分别连接信号强度指示单元、指令输出单元、环境温度采集单元和信号采集单元，信号采集单元和信号强度指示单元同时连接信号调理单元，信号调理单元连接信号放大单元，信号放大单元连接接收线圈。

主控单元如图14所示，负责系统运算及控制，包括单片机U4，晶振电路CY1、C14、C15，复位电路R15、C16，退耦电容C20；

接收线圈如图15所示，负责接收空间的漏磁信号，包括L1～L4；

信号放大单元如图16所示，负责放大由接收线圈采集到的微弱漏磁信号，包括放大电路C5、R1、R2、R3、U1，退耦电容C17、C21；

信号调理单元如图17所示，负责精密小信号全波整流滤波，包括R4、R5、C7、U2、C8、D1、D2、C9、R8、R9、C11、R6、C10、R10，退耦电容C18、C22；

信号采集单元如图18所示，负责A/D转换，包括A/D转换电路C3、U3，精密基准电压电路R20、R18、R21、Q1；

环境温度采集单元如图19所示，负责环境温度采集，包括U6、R22；

信号指令单元如图20所示，负责“停车”指令输出，包括R16、V1、V2、K1、R7；

强度指示单元如图21所示，负责显示“最低阈值”和“停车阈值”，包括U3-ACB、R25、R26、R24、R23、R11、R14、V3、D5、D6；

接收器工作过程，如图24所示，

一、信号采集：

1、漏磁信号被“信号接收线圈”接收；

2、由“信号放大单元”放大；

3、经由“信号调理单元”调理成直流信号；

4、由“信号采集单元”进行A/D转换，成为数字信号；

5、送入“主控单元”进行运算处理与识别；

二、信号识别：

1、程序中固化时，设定好预定的“最低阈值”、“停车阈值”和“停车阈值陷阱”；(例如：满量程为0～255，则“最低阈值”＝40、“停车阈值”＝70、“停车阈值陷阱”＝68～72)；

2、若漏磁信号电压幅值没有超过“最低阈值”时，不予响应；

2、若漏磁信号电压幅值超过“最低阈值”时，实时判断是否落入“停车阈值陷阱”，同时点亮“最低阈值”指示灯；

3、确定漏磁信号电压幅值落入“停车阈值陷阱”时，立即经由“指令输出单元”向爬车发出停车指令，同时点亮“停车阈值”指示灯；

三、温度补偿：

由于环境温度的变化会给接收器电路产生一定的温漂，通过温度补偿的办法使陷阱中心点随环境温度浮动，这样可以消除温漂带来的影响。

Claims

1.一种磁介质漏磁定位方法，其特征在于检测步骤如下：

步骤1、将爬车放入管道口的起始位置，接收器固定在爬车上距离管道内壁10cm处的高度，打开爬车电源，接收器上电，把发射器放置在管道上方，与接收器保持垂直，打开发射器电源，调整输出信号值，直到接收器的两个信号指示灯稳定全亮；

步骤3、确定发射器距焊缝的距离，其中爬行车长为L3,射线管的射线区到车前端长为L2,爬车停的位置距管道口的距离为L1，发射器所放的位置距管道口距离为L5，发射器距焊缝的距离为L4=L1+L3+L2-L5；

步骤4、测量L1和L5，根据步骤3中的公式得到发射器距焊缝的距离L4，从而获取定位距离。

2.按权利要求1所述的磁介质漏磁定位方法，其特征在于所述的发射器包括主控单元、信号输出单元、功率放大单元、发射线圈、反馈采集单元、反馈信号调理单元、反馈线圈和专用键盘；其中主控单元分别连接专用键盘、反馈采集单元和信号输出单元，信号输出单元连接功率放大单元，功率放大单元连接发射线圈，反馈采集单元连接反馈信号调理单元，反馈信号调理单元连接反馈线圈。

3.按权利要求1所述的磁介质漏磁定位方法，其特征在于所述的接收器包括主控单元、环境温度采集单元、信号强度指示单元、信号调理单元、信号采集单元、指令输出单元、信号放大单元和接收线圈；其中主控单元分别连接信号强度指示单元、指令输出单元、环境温度采集单元和信号采集单元，信号采集单元和信号强度指示单元同时连接信号调理单元，信号调理单元连接信号放大单元，信号放大单元连接接收线圈。