CN101979910B - 一种管道内检测器里程轮误差的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内检测器里程轮误差的修正方法，涉及管道内检测技术领域，该方法将内检测器记录的数据传输到上位机，以内检测器与环焊缝碰撞的时间为基准时间，在内检测器记录的数据中选择与基准时间最接近的环焊缝作为目标环焊缝，并获取目标环焊缝的里程值，根据目标环焊缝的里程值，获取内检测器测得的管道缺陷与目标环焊缝之间的里程增量；根据里程增量，以基准点为管道缺陷定位的起点，沿着管线方向前进里程增量的路程，确定管道缺陷。本发明提供的方法，提高了地面标记器对内检测器通过时间的检测精度，提高了抗干扰能力，精确地修正了管道内检测器里程轮的累计误差，能适用于埋地深、管壁厚的管道，可以配套任何类型内检测器使用。

Description

一种管道内检测器里程轮误差的修正方法

技术领域

本发明涉及管道内检测技术领域，特别涉及一种管道内检测器里程轮误差的修正方法。

背景技术

油气运输管道在长期使用后会因材料缺陷、外力损伤、施工缺陷和腐蚀等因素造成管道缺陷。这些缺陷会使管道的运输能力下降，对管道的安全运行造成潜在的危机，若不及时处理，往往导致灾难性的后果。为了及时发现管道缺陷，国外一些发达国家率先发明了管道内检测技术。管道内检测技术是通过装有无损检测设备及数据采集、处理和存储系统的管道内检测器在管道中运行，完成对管体的逐级扫描，达到对缺陷大小、位置的检测目的。管道内检测技术可以保证管道正常运行的情况下，定量检测出管道存在的几何形状异样、金属损失和各种裂纹等损失或缺陷。管道内检测器上安装有里程轮，用来定位管道缺陷的位置。管道内检测器在管道内运行时，里程轮紧贴着管道内壁随着内检测器的运行而滚动，通过记录里程轮滚过的角度就可以计算出内检测器运行的路程。但是由于里程轮本身的机械误差、磨损导致的直径变化以及滚动过程中出现打滑、翻转等原因，会影响里程轮定位精度。据统计，管道内检测器每运行1km里程轮就会产生1m左右的误差，若此误差一直累计下去，最终导致管道缺陷定位误差达到数十米甚至上百米。为了修正里程轮的累积误差，目前常用的方法是：在管道沿线每隔1-2km处放置一个地面标记器，地面标记器测得管道内检测器通过地面标记器正下方的时刻，将该时刻内检测器记录的里程值修正到地面标记器的位置上。里程轮再以地面标记器所在位置为起点，测量管道缺陷相对于地面标记器的距离，沿管线方向前进该距离即为管道缺陷所在点，最终管道缺陷的定位误差可以控制在1-2m。

2010年2月公开的中国专利CN101655183A，采用地震检波器测量内检测器与管壁摩擦声。当内检测器靠近地面标记器时，摩擦声逐渐增大，到达地面标记器正下方时达到最大，然后随着内检测器远离声信号逐渐变小。该专利通过捕获声信号的最高点，确定内检测器通过地面标记器正下方的时间。但是内检测器与管壁摩擦的声音非常微弱、特征不明显、易受外界干扰，地面标记器检测到的信号非常微弱。当管道埋地较深时，摩擦声信号在土壤中传播距离较大，受到土壤的衰减强烈，导致信号完全淹没在噪声信号中，无法准确地确定内检测器通过地面标记器正下方的时刻，从而无法精确地修正内检测器里程轮的误差。针对这一问题，一般的改进办法是采用多声阵列对声信号进行增强，增强后的声信号信噪比明显提高。但由于内检测器在运行过程中，摩擦声强度不稳定、传播途径不一致以及外界噪声干扰等，使得实际测得的信号波形并非规则地从小变大再逐渐变小，而是出现多峰和振荡等情况，很难精确地捕获声信号的最高点，使标记出现较大误差，无法满足工程需要。

发明内容

为了提高地面标记器对内检测器通过时间的检测精度，提高抗干扰能力，精确地修正管道内检测器里程轮的累计误差，适用埋地深、管壁厚的管道，本发明提供了一种管道内检测器里程轮误差的修正方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将地面标记器与内检测器通过母钟进行时间同步；

(2)对每个声传感器进行编号，依据预置阵列将每个所述声传感器放置在管道上方，获取每个所述声传感器位置坐标；

(3)每个所述声传感器都采集所述内检测器与环焊缝碰撞的声音信号及所述内检测器与环焊缝碰撞的时间，并存储所述声音信号及所述内检测器与环焊缝碰撞的时间；

(4)每个所述声传感器都将所述声音信号及所述内检测器与环焊缝碰撞的时间上传到上位机中，所述上位机对所述声音信号进行处理，获取所述声音信号的时延；

(5)根据每个所述声传感器位置坐标和所述声音信号的时延，获取所述地面标记器测得的环焊缝位置坐标，并找到环焊缝在地面上对应处的位置坐标，以所述环焊缝在地面上对应处的位置坐标作为定位管道缺陷的基准点；

(6)将所述内检测器记录的数据传输到上位机，以所述内检测器与环焊缝碰撞的时间为基准时间，在所述内检测器记录的数据中选择与所述基准时间最接近的环焊缝作为目标环焊缝，并获取目标环焊缝的里程值；

(7)根据所述内检测器测得的管道缺陷和所述目标环焊缝的里程值，获取所述内检测器测得的管道缺陷与所述目标环焊缝之间的里程增量；

(8)根据所述里程增量，以所述基准点为管道缺陷定位的起点，沿着管线方向前进所述里程增量的路程，确定所述管道缺陷。

步骤(3)中，所述每个所述声传感器都采集所述内检测器与环焊缝碰撞的声音信号，具体为：

当所述内检测器从管道中运行过来时，每个所述声传感器检测到所述内检测器在管道中运行的声音信号，将声音信号转换成电信号，经过放大处理、A/D转换后，送入所述地面标记器进行滤波处理和特征识别，若判断为所述内检测器与环焊缝碰撞的声音，则将所述内检测器与环焊缝碰撞的时间记录存储下来，并将声音信号存储在所述地面标记器的存储器中，同时驱动扬声器发声提示所述内检测器已经通过所述环焊缝；否则，重新采集所述内检测器在管道中运行的声音信号。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供的管道内检测器里程轮误差的修正方法，提高了地面标记器对内检测器通过时间的检测精度，提高了抗干扰能力，精确地修正了管道内检测器里程轮的累计误差，能适用于埋地深、管壁厚的管道，可以配套任何类型的内检测器使用。

附图说明

图1为本发明提供的管道内检测器里程轮误差的修正方法的流程图；

图2为本发明提供的声传感器阵列定位环焊缝的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了提高地面标记器对内检测器通过时间的检测精度，提高抗干扰能力，精确地修正管道内检测器里程轮的累计误差，适用埋地深、管壁厚的管道，本发明实施例提供了一种管道内检测器里程轮误差的修正方法，参见图1和图2，详见下文描述：

101：将地面标记器与内检测器通过母钟进行时间同步；

该步骤中同步的方法具体为母钟的时间与内检测器的时间同时清零，保证母钟与内检测器时间同步；母钟将预设时间值传输给地面标记器，要求预设时间值比当前时间值稍大；当母钟的时间到达预设时间值时，触发地面标记器从预设时间值开始计时。

优选地，母钟、内检测器、地面标记器都采用高稳定度温补晶振或温控晶振作为时钟源，三者时钟源的频率相等。

102：对每个声传感器进行编号，依据预置阵列将每个声传感器放置在管道上方，获取每个声传感器的位置坐标；

其中，将每个声传感器编号为S0、S1、S2、S3、S4等，将编号后的每个声传感器放置在管道上方地面上，以S0为坐标原点，地面为x-y平面建立直角坐标系，测量S1、S2、S3、S4的坐标。

优选地，声传感器个数为5个，即编号为S0、S1、S2、S3、S4，预置阵列布局优选十字阵。其中，具体实现时，预置阵列还可以为其他的类型，本发明实施例对此不做限制。

优选地，声传感器放置的地面平整，声传感器通过插针插入土壤中或将声传感器浅埋于土壤中，具体实现时，还可以采用其他的方式，本发明实施例对此不做限制。

103：每个声传感器都采集内检测器与环焊缝碰撞的声音信号及内检测器与环焊缝碰撞的时间，并存储声音信号及内检测器与环焊缝碰撞的时间；

该步骤具体为当内检测器从管道中运行过来时，每个声传感器检测到内检测器在管道中运行的声音信号，将声音信号转换成电信号，经过放大处理、A/D(Analog/Digital，模拟/数字)转换后，送入地面标记器进行滤波处理和特征识别，若判断为内检测器与环焊缝碰撞的声音，则将内检测器与环焊缝碰撞的时间记录存储下来，并将声音信号存储在地面标记器的大容量存储器中，同时驱动扬声器发声提示内检测器已经通过；否则，重新采集内检测器在管道中运行的声音信号。

本发明实施例中声传感器测量到的声音信号主要为内检测器与环焊缝碰撞声、内检测器与管壁的摩擦声以及外界环境噪声。内检测器上安装有皮碗，皮碗紧贴着管壁，当内检测器在管内流体压力推动下前进时，皮碗与管壁摩擦或与环焊缝碰撞时产生声音。其中，皮碗与环焊缝碰撞的声音特征明显、信号尖锐、强度大、频率较低、传播距离远、受外界干扰小，相比摩擦声较易被检测和识别，更适宜于标记管道内检测器。

上述滤波处理中优先使用FIR滤波器，可以滤除高频噪声信号和极低频地波信号，并且具有线性相位特征，对后续的时延估计不会产生影响。其中，具体实现时还可以采用其他类型的滤波器，本发明实施例对此不做限制。

上述特征识别优选频谱分析法，对采集到的信号进行频谱分析，再与环焊缝碰撞声的特征谱比较，推断是否为内检测器与环焊缝碰撞的声音。其中，具体实现时还可以采用其他类型的特征识别方法，本发明实施例对此不做限制。

104：每个声传感器都将声音信号及内检测器与环焊缝碰撞的时间上传到上位机中，上位机对声音信号进行处理，获取声音信号的时延；

该步骤具体为将每个声传感器存储的声音信号及内检测器与环焊缝碰撞的时间传输到上位机，利用时延估计法的处理方法获取各路声音信号的时延。具体实现时，还可以采用其他的方法获取各路声音信号的时延，本发明实施例对此不做限制。

105：根据每个声传感器位置坐标和声音信号的时延，获取地面标记器测得的环焊缝位置坐标，并找到环焊缝在地面上对应处的位置坐标，以环焊缝在地面上对应处的位置坐标作为定位管道缺陷的基准点；

其中，该步骤具体为将内检测器与环焊缝碰撞的声音等效为点声源，位置坐标为(x，y，z)。根据每个声传感器位置坐标以及各路声信号的时延，利用声达时间差的方法获取到环焊缝第一位置坐标(x，y，z)，具体实现时，也可以采用其他的方法获取环焊缝第一位置坐标，本发明实施例对此不做限制。在地面上找到地面标记器测得的环焊缝正上方地面的第二位置坐标(x，y，0)，以(x，y，0)点为定位管道缺陷的基准点。

106：将内检测器记录的数据传输到上位机，以内检测器与环焊缝碰撞的时间为基准时间，在内检测器记录的数据中选择与基准时间最接近的环焊缝作为目标环焊缝，并获取目标环焊缝的里程值；

由于内检测器的无损检测设备能检测到环焊缝，内检测器记录的数据包含了许多条环焊缝的信息，地面标记器测得的环焊缝对应内检测记录中的某一条环焊缝(即目标环焊缝)，由于内检测器与地面标记器始终保持时间同步，可以以时间为基准，查找内检测器数据中与地面标记器所测环焊缝对应的环焊缝(目标环焊缝)。

上述步骤106中，地面标记器与内检测器分别测得目标环焊缝的时间不一定相同。实际上，由于内检测器上皮碗的位置和无损检测设备的位置不重合，且声音在土壤中传播和被地面标记器接收都存在时延，使得地面标记器与内检测器测得目标环焊缝的时间不相等。

由于内检测器记录的数据中任何管道缺陷或管道特征都有唯一的里程值与之对应，作为管道缺陷或管道特征定位的依据。环焊缝作为重要的管道特征，每一条环焊缝的位置信息都以里程值的形式记录在内检测器数据中，其中也包括目标环焊缝。通过上述方法找到目标环焊缝后，很容易就可以在内检测器数据中获取目标环焊缝的里程值。

107：根据内检测器测得的管道缺陷和目标环焊缝的里程值，获取内检测器测得的管道缺陷与目标环焊缝之间的里程增量；

步骤107中，获取内检测器测得的管道缺陷与目标环焊缝之间的里程增量的具体方法为：查找内检测器记录的数据中管道缺陷的里程值N0和目标环焊缝的里程值N1，计算管道缺陷相对于目标环焊缝的里程增量N＝N0-N1。

108：根据里程增量，以基准点为管道缺陷定位的起点，沿着管线方向前进里程增量的路程，确定管道缺陷。

具体步骤为：由步骤105可以得到基准点的位置坐标为(x，y，0)，由步骤107可知管道缺陷相对于目标环焊缝的里程增量为N。以基准点位置(x，y，0)为起点，沿着管线方向，以N为增量，找到相应位置，该位置正下方即为管道缺陷。

综上所述，本发明实施例提供了一种管道内检测器里程轮误差的修正方法，该方法提高了地面标记器对内检测器通过时间的检测精度，提高了抗干扰能力，精确地修正了管道内内检测器里程轮的累计误差，能适用于埋地深、管壁厚的管道，可以配套任何类型的内检测器使用。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种管道内检测器里程轮误差的修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将地面标记器与内检测器通过母钟进行时间同步；

(2)对每个声传感器进行编号，依据预置阵列将每个所述声传感器放置在管道上方，获取每个所述声传感器位置坐标；

(3)每个所述声传感器都采集所述内检测器与环焊缝碰撞的声音信号及所述内检测器与环焊缝碰撞的时间，并存储所述声音信号及所述内检测器与环焊缝碰撞的时间；

(4)每个所述声传感器都将所述声音信号及所述内检测器与环焊缝碰撞的时间上传到上位机中，所述上位机对所述声音信号进行处理，获取所述声音信号的时延；

(5)根据每个所述声传感器位置坐标和所述声音信号的时延，获取所述地面标记器测得的环焊缝位置坐标，并找到环焊缝在地面上对应处的位置坐标，以所述环焊缝在地面上对应处的位置坐标作为定位管道缺陷的基准点；

(6)将所述内检测器记录的数据传输到上位机，以所述内检测器与环焊缝碰撞的时间为基准时间，在所述内检测器记录的数据中选择与所述基准时间最接近的环焊缝作为目标环焊缝，并获取目标环焊缝的里程值；

(7)根据所述内检测器测得的管道缺陷和所述目标环焊缝的里程值，获取所述内检测器测得的管道缺陷与所述目标环焊缝之间的里程增量；

(8)根据所述里程增量，以所述基准点为管道缺陷定位的起点，沿着管线方向前进所述里程增量的路程，确定所述管道缺陷；

其中，步骤(3)中，所述每个所述声传感器都采集所述内检测器与环焊缝碰撞的声音信号，具体为：

当所述内检测器从管道中运行过来时，每个所述声传感器检测到所述内检测器在管道中运行的声音信号，将声音信号转换成电信号，经过放大处理、A/D转换后，送入所述地面标记器进行滤波处理和特征识别，若判断为所述内检测器与环焊缝碰撞的声音，则将所述内检测器与环焊缝碰撞的时间记录存储下来，并将声音信号存储在所述地面标记器的存储器中，同时驱动扬声器发声提示所述内检测器已经通过所述环焊缝；否则，重新采集所述内检测器在管道中运行的声音信号。

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