CN102444786A

CN102444786A - 检测输油管道泄漏的球形内检测器

Info

Publication number: CN102444786A
Application number: CN2011104023193A
Authority: CN
Inventors: 陈世利; 郭世旭; 靳世久; 李一博; 李健
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: CN102444786B

Abstract

本发明公开了一种检测输油管道泄漏的球形内检测器。该检测器包括球形铝壳体及其外的聚氨酯泡沫层，铝壳体内设置电子器件，电子器件包括：ARM处理器；IMU惯性测量单元，该惯性测量单元内含数字三轴加速度计、磁力计、陀螺仪；A/D模数转换器；SDRAM内存；NAND Flash存储器；Micro SD存储卡；抗混叠低通滤波器；前置放大器；驻极体电容传声器；可充电锂电池及电源模块；连接排线。本发明的优点在于：检测灵敏度高，制备成本低，体积小，在管道中不易卡堵，功耗低，使用灵活，应用广泛。

Description

检测输油管道泄漏的球形内检测器

技术领域

本发明涉及一种检测输油管道泄漏的球形内检测器。属于检测管道泄漏的装置技术领域。

背景技术

随着管道运输业的飞速发展，管线的增多，管龄的增长，管道本身的制造缺陷、施工缺陷和腐蚀以及人为的破坏等，管道事故频频发生，给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁，因此，管道的腐蚀、裂纹等缺陷以及由缺陷引起的泄漏的及时发现与定位具有重要的现实意义。

目前，国内外现有的检测管道的方法中主要有两类：一类是检测因泄漏而引起的流量、压力、声音等物理参数发生变化的外部检测法，此类方法中应用较多的是负压波检漏法。当管线破裂发生泄漏时，泄漏点压力突降产生的瞬态负压波沿管壁由泄漏处向上、下游传播，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置，再利用相关分析、小波变换、模式识别等数据处理方法，可准确识别泄漏并精准定位。这种方法使用的主要的装置为压力变送器，对于大的泄漏，负压波检漏法灵敏准确，但由于微小泄漏产生的负压波在长距离传输后衰减严重，压力变送器对其不敏感，对于微小泄漏该方法效果不明显，经常出现漏报。

另一类是基于磁通、超声、涡流、录像等技术的管内检测法，管道内检测技术是通过装有无损检测设备及数据采集、处理和存储系统的智能清管器在管道中运行，完成对管体的逐级扫描，达到对缺陷大小、位置的检测目的。此类方法中应用较多的是基于漏磁技术的管道漏磁检测装置(磁通管道猪)，文献“杨理践.智能化管道漏磁检测装置的研究(J).无损检测，2002，24(3)：100-102”中所述的检测装置外观呈圆柱状，长度在1.5m～3m，两端是橡胶皮碗，皮碗直径略大于被测管径，整个检测装置靠管道内油的推力前进，在检测装置行进的过程中，装置内部的电子设备会记录被磁化的管道表面的漏磁通，探测完成后对存储器中数据进行分析处理，可以判断管道内的腐蚀、损伤等缺陷。该方法检测准确，精度较高，缺点是检测不同直径管道时需要更换相应直径的管道内检测器，体积庞大，阻塞甚至损坏管道的风险大，而且检测成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测输油管道泄漏的球形内检测器，该球形内检测器体积小、功耗低、成本低，具有检测灵敏度高、定位准确、不易堵塞和使用安全方便的优点。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：一种检测输油管道泄漏的球形内检测器，该球形内检测器，包括球形承压铝壳体5及铝壳体内的电子装置，球形承压铝壳之外是聚氨酯泡沫层3，其上开设上大下小的锥形孔4，所述的球形承压铝壳体是由两个半球铝壳体以子口对接并通过螺钉紧固构成，其特征在于：在其中一个半球铝壳体的半球顶点处开设制有螺纹的连通孔2，与该连通孔密封配合的是密封头1，在该半球铝壳体内，与壳体内壁上的凸台并以螺钉连接设置接口电路板7与核心电路板9，在接口电路板上设置电子器件，电子器件包括Mini USB接口以及上电和断电机械开关、状态指示灯；在核心电路板9上设置有ARM处理器13，与该处理器连接的电子器件是：IMU惯性测量单元22、A/D模数转换器24、晶体振荡器17、USB接口12、SDRAM内存14、NAND Flash存储器15和Micro SD存储卡16，其中在A/D模数转换器之前依次是抗混叠低通滤波器23、前置放大器21和驻极体电容传声器20；接口电路板与核心电路板通过6芯排线8实现电气连接；在另一个半球铝壳内设置有与铝壳内壁以螺钉连接的电源电路板11，在该电路板上设置有可充电锂电池19及电源模块18；电源电路板通过8芯排线10与另一半球铝壳内的核心电路板实现电气连接，并向整体电子装置供电。

本发明的优点：本装置在管道内滚动的过程中，其内设置的声音传感器与泄漏声源距离近，因此可感测微小泄漏声信号，检测灵敏度高，在管道内检测时不发生卡堵现象；装置内设置的基于MEMS技术的惯性测量单元，具有低成本、微功耗、体积小、使用灵活；该装置不仅可应用于埋地输油管道，也可应用于海洋输油管道的腐蚀、裂纹等缺陷以及由缺陷引起的泄漏的检测与定位，另外该装置还可搭载各种传感器，如温度、压力等，绘制管道内温度、压力场分布，具有广泛的应用性。

附图说明

图1为本发明检测输油管道泄漏的球形内检测器的结构示意图。

图2为图1中的接口电路板7、核心电路板9和电源电路板11上的电子装置系统框图。

图中：1-密封头；2-螺纹连通孔；3-聚氨酯泡沫层；4-锥形孔；5-球形承压铝壳体；6-紧固螺钉；7-接口电路板；8-6芯排线；9-接口电路板；10-8芯排线；11-电源电路板；12-USB接口；13-ARM处理器；14-SDRAM内存；15-NAND Flash存储器；16-MicroSD存储卡；17-晶体振荡器；18-电源模块；19-可充电锂电池；20-驻极体电容传声器；21-前置放大器；22-惯性测量单元IMU；23-抗混叠滤波器；24-A/D模数转换器。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2对本发明作进一步说明。图1中5为该内检测器的球型承压铝壳体，该壳体由两个半球铝壳体以子口对接并通过3～6个M4*5紧固螺钉6紧固构成，在下半球铝壳上设置有放置O型密封圈的凹槽，两个半球铝壳间构成径向密封方式，铝球壳外径Φ100mm，壁厚8mm，设计耐压≥5MPa；聚氨酯泡沫层3紧密贴合于球形承压铝壳体上，该泡沫层厚度为30mm；聚氨酯泡沫层上开设锥形孔4，该锥形孔大孔径Φ15mm，小孔径Φ10mm，开设这样的锥形孔8个；在上半球铝壳体的顶部开设制有螺纹的连通孔2，该螺纹连通孔内螺纹为M16*15，与该连通孔密封配合的是密封头1，该密封头外螺纹为M16*13，在该半球铝壳体内，与铝壳体内壁上的凸台并以3～6个M3*5螺钉连接接口电路板7与核心电路板9，在接口电路板上设置有Mini USB接口、控制系统上电和断电的拨动式机械开关及多种颜色状态指示灯；在核心电路板9上设置有ARM处理器15，该处理器为ARM9系列的S3C2440，主频为400MHz；与该处理器连接的电子器件是：IMU惯性测量单元24，型号为ADIS16405，该测量单元内含基于MEMS的三轴数字加速度计、陀螺仪与磁力计，它们通过SPI接口输出三维的数字加速度、角速度及磁信号；A/D模数转换器26，型号为AD7934-6，设定采样率为44.1KHz；晶体振荡器19，频率为12MHz；USB接口14，为标准的Mini USB接口；SDRAM内存16，型号为MT48LC16M16A2，容量为64Mbit；NAND Flash存储器17，型号为K9F2G08U0A，容量为256MB；Micro SD存储卡18，容量为4GB；其中在A/D模数转换器26之前依次是抗混叠低通滤波器25，型号为MAX7424，该滤波器为5阶巴特沃斯低通滤波器，截止频率设为22KHz；前置放大器23，型号为MAX9814，具有自动增益控制(AGC)及最大60dB的增益；驻极体电容传声器22，型号为WM-61B，该传感器灵敏度为-35dB，频响范围为20～20KHz；接口电路板7与核心电路板9通过6芯排线8实现电气连接；在下半球铝壳内设置有电源电路板11，在该电路板上设置有3.7V可充电锂电池21，容量为9.8Ah；电源模块20，该电源模块包括升压开关型DC-DC芯片NCP1450A，将3.7V电池电压升至5V，输出能力1A，降压开关型DC-DC芯片NCP1550，将3.7V电池电压降为3.3V，输出能力为2A。电源电路板11通过8芯排线10与上半球铝壳内的核心电路板9实现电器连接，并向整体电子系统供电。

本发明可以应用于输油管道微泄漏检测，也可应用于检测管道的腐蚀与裂纹缺陷，还可用于管道走向的确定，当本发明内加设温度、压力传感器后，还可用于测量海底管道内的温度场和压力场分布。

本发明用于检测输油管道微泄漏的工作过程如下：首先在管道里程桩下方的管道左右两侧埋设N、S极相对的强磁铁。然后利用接口电路板上的拨动机械开关对该检测装置上电，系统上电后ARM处理器13先将Bootloader、Linux内核镜像从NAND Flash存储器15中拷贝到SDRAM内存14中解压、启动，接着运行NAND Flash存储器15中的应用程序，待接口电路板7上绿色状态指示灯闪烁，将密封头1旋入螺纹连通孔2中拧紧，准备发射。利用清管器发球筒将该球形内检测器发射到输油管道内，所述的清管器(pig)是现有的用于清洁管壁及监测管道内部状况的工具，在管道内油品的推力作用下该球形内检测器在待监测管道内滚动，在这个过程中球形内检测器内的电子装置采集并存储声音信号、加速度信号及磁信号，具体的：驻极体电容传声器20将采集到的模拟声信号送至麦克风前置放大器21进行阻抗变换、信号放大，再将放大后的信号送至抗混叠滤波器23进行滤波处理，滤波后的信号经过模数转换器24变为12位的数字声音信号；同时基于MEMS的惯性测量单元(IMU)22，通过SPI协议输出该球形内检测器滚动过程中的三维加速度信号及其周围的磁信号，数字声音信号和IMU输出的加速度信号及磁信号按照一定的时序传输到ARM处理器13，ARM处理器将这些采集到的数据先缓存到SDRAM内存14中，再将数据存储至Micro SD存储卡16中；检测完毕后，从末端清管器收球筒内取出上述球形内检测器，将USB线缆通过Mini USB接口12连接至计算机，ARM处理器13将存储于Micro SD存储卡16中的数据传输到计算机中，利用上位机软件对采集的多传感器数据进行分析、处理，确定泄漏的存在及其位置。

Claims

1.一种检测输油管道泄漏的球形内检测器，该球形内检测器，包括球形承压铝壳体(5)及铝壳体内的电子装置，球形承压铝壳之外是聚氨酯泡沫层(3)，其上开设上大下小的锥形孔(4)，所述的球形承压铝壳体是由两个半球铝壳体以子口对接并通过螺钉紧固构成，其特征在于：在其中一个半球铝壳体的半球顶点处开设制有螺纹的连通孔(2)，与该连通孔密封配合的是密封头(1)，在该半球铝壳体内，与壳体内壁上的凸台并以螺钉连接设置接口电路板(7)与核心电路板(9)，在接口电路板上设置电子器件，电子器件包括Mini USB接口以及上电和断电机械开关、状态指示灯；在核心电路板(9)上设置有ARM处理器(13)，与该处理器连接的电子器件是：IMU惯性测量单元(22)、A/D模数转换器(24)、晶体振荡器(17)、USB接口(12)、SDRAM内存(14)、NAND Flash存储器(15)和Micro SD存储卡(16)，其中在A/D模数转换器之前依次是抗混叠低通滤波器(23)、前置放大器(21)和驻极体电容传声器(20)；接口电路板与核心电路板通过6芯排线(8)实现电气连接；在另一个半球铝壳内设置有与铝壳内壁以螺钉连接的电源电路板(11)，在该电路板上设置有可充电锂电池(19)及电源模块(18)；电源电路板通过8芯排线(10)与另一半球铝壳内的核心电路板实现电气连接，并向整体电子装置供电。