CN104266086B - 一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统，涉及数据采集系统领域，所述数据采集系统包括：通信电缆，所述通信电缆一端电连接设置在陆地上的数据采集器，另一端电连接设置在水下的矩阵式电位传感器，所述矩阵式电位传感器监测海管电位，同时将管道电位数据通过所述通信电缆传输到所述数据采集器，所述数据采集器进行处理并显示。该数据采集系统的数据采集与处理性能较强，工作性能稳定，可靠性高，实现了复杂环境下的连续作业；并且该数据采集系统的结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值，满足了实际应用中的多种需要。

Description

一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统

技术领域

本发明涉及数据采集系统领域，尤其涉及一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统。

背景技术

部分海上油/气田曾经出现过因阴极保护不到位导致海底管道发生外腐蚀而泄漏的事件，急需对漏点以外的区域进行电位检测及外腐蚀评估，防止泄漏事件再次发生；部分新建海管因施工等问题造成外防腐层破损，在日后运行过程中需要不定期的对其阴极保护状况进行评估；中海油已有海底油气管道近5000公里，半数投入使用10年以上，处于中、后服役期。“十二五”还将新建约1500公里海底管道。海底管道通常采用涂层和牺牲阳极联合进行外腐蚀防护，随着海底管道在役年限的增长，且部分海底管道已达到设计寿命，均将面临延寿的问题。因此需要对海底管道电位进行检测以评估阴极保护效果，防止因阴极保护不到位导致海底管道发生外腐蚀，保障海底管道的安全运行。但业界尚无一种有效快捷的方法。

目前检测海底管道电位分布一般采用接触式方法进行检测，接触式测量需要在作业前对海底管道上的海泥及海生物进行清理，清理效果直接影响到检查的准确程度，且工作量大、检测效率低，无法大面积普查。

发明内容

本发明提供了一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统，通过该系统能有效检测海底管道空间电位的三维分布，从而找出海管电位异常点，对海管阴极保护效果进行评估，即实现了对海底管道电位进行快速、准确检测，详见下文描述：

一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统，所述数据采集系统包括：通信电缆，所述通信电缆一端电连接设置在陆地上的数据采集器，另一端电连接设置在水下的矩阵式电位传感器，

所述矩阵式电位传感器监测海管电位，同时将管道电位数据通过所述通信电缆传输到所述数据采集器，所述数据采集器进行处理并显示。

其中，所述数据采集器包括：

数据采集模块，用于采集12路管道电位数据，同时将电位数据通过远程通信模块发送到ARM核心控制模块；

所述ARM核心控制模块，用于对无人遥控潜水器进行控制，并对接收的数据进行处理显示；

所述远程通信模块，用于通过控制信号线及数据线与无人遥控潜水器进行控制信号及数据的交互传输。

视频传输模块，用于对无人遥控潜水器获得的视频信号进行传输；

字符叠加模块，用于接收视频传输模块传输的视频信号，在所述ARM核心控制模块的控制下，将视频信号在液晶显示屏上进行显示；

无人遥控潜水器遥控模块，与所述ARM核心控制模块相连接，用于输入无人遥控潜水器控制信号。

进一步地，所述数据采集器还包括：

稳压模块，用于输入12V直流电，为所述ARM核心控制模块提供+3.3V稳压电源；

系统电源模块，用于为所述稳压模块提供12V直流电输入。

其中，所述数据采集模块包括：电压跟随器，

所述电压跟随器前端与检测电极相连接，后端与模拟开关相连接，提供一个高阻抗的输入；所述模拟开关与输入缓冲放大器相连接，用来依次切换12路电位信号；

所述输入缓冲放大器与单端转差分器相连接，所述单端转差分器与AD芯片相连接，所述AD芯片分别与基准电源、单片机相连接；

所述单片机与远程通信模块相连接，所述远程通信模块将采集的电位数据发送到陆地控制台的所述ARM核心控制模块。

其中，所述系统电源模块放置在防水配电盒中，包括：漏电保护器，

所述漏电保护器的输入端接入220V市电，所述漏电保护器的输出端与空气开关相连接，所述空气开关分别与AC-DC升压模块和AC-DC降压模块相连接；

所述AC-DC升压模块分别与电流表和电压表相连接，所述电流表与电压电流报警系统相连接；所述AC-DC降压模块与所述稳压模块的输入端及所述电压电流报警系统相连接；

所述电压表和所述电流表显示高压侧的电压、电流值，一旦电压或者电流超出设定的阈值，所述电压电流报警系统及时给出报警信号。

进一步地，所述数据采集器还包括：视频存储模块，用于将所述字符叠加模块输出的视频信号内容进行存储。

所述视频存储模块包括：录像模块，

所述录像模块的输入端与所述字符叠加模块相连接，所述录像模块的输出端与固态硬盘相连接，所述固态硬盘与驱动模块相连接。

所述矩阵式电位传感器上配制有多个探头，

每个探头上安装有2～3个参比电极，所述参比电极竖直布置，形成阵列。

所述视频传输模块通过视频线对无人遥控潜水器获得的视频信号进行传输。

所述无人遥控潜水器遥控模块通过摇杆、控制键盘实现信号输入，所述控制键盘中设置有控制绞车上的电机实现收缆或者放缆动作的按键。

本发明提供的技术方案的有益效果是：该用于海底管道电位分布的数据采集系统，通过设置在水下的矩阵式电位传感器监测海管电位，同时将管道电位数据通过通信电缆传输到设置在陆地上的数据采集器，数据采集器进行处理并显示。该数据采集系统的数据采集与处理性能较强，工作性能稳定，可靠性高，实现了复杂环境下的连续作业；并且该数据采集系统的结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值，满足了实际应用中的多种需要。

附图说明

图1是本发明提供的用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统的总体结构示意图；

图2是本发明提供的用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统的结构框图；

图3是本发明提供的数据采集模块的结构框图；

图4是本发明提供的系统电源模块的结构框图；

图5是本发明提供的数据缓冲队列实现传感器数据存储的流程图；

图6是本发明提供的定时器每10ms向ROV发送一次控制指令的中断流程图；

图7是本发明提供的ARM核心控制模块控制指令发送完成中断的流程图；

图8是本发明提供的显存发送中断将传感器数据通过字符叠加模块显示在液晶显示屏上的中断流程图；

图9是本发明提供的串口中断接收ROV发送的传感器数据的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：数据采集器； 2：通讯电缆；

3：矩阵式电位传感器； 11：ARM核心控制模块；

12：稳压模块； 13：远程通信模块；

14：视频传输模块； 15：字符叠加模块；

16：液晶显示屏； 17：ROV遥控模块；

18：时钟模块； 19：视频存储模块；

191：录像模块； 192：驱动模块；

193：固态硬盘； 20：系统电源模块；

201：漏电保护器； 202：空气开关；

203：AC-DC升压模块； 204：AC-DC降压模块；

205：电流表； 206：电压表；

207：电压电流报警模块； 21：数据采集模块。

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，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供的用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统包括：数据采集器1，数据采集器1通过通信电缆2与水下的矩阵式电位传感器3电连接；矩阵式电位传感器3，监测海管电位，同时将管道电位数据通过通信电缆2传输到数据采集器1。

参见图2，数据采集器1包括以下部件：

数据采集模块21，用于采集12路管道电位数据，同时将电位数据通过远程通信模块13发送到ARM核心控制模块11；

即，矩阵式电位传感器3是将管道电位数据通过通信电缆2传输到数据采集模块21中。

ARM核心控制模块11，用于对ROV(无人遥控潜水器)进行控制，并对接收的数据进行处理显示；

稳压模块12，与ARM核心控制模块11相连接，用于为ARM核心控制模块11提供稳压电源；

远程通信模块13，与ARM核心控制模块11相连接，用于将ARM核心控制模块11输出的控制信号发送至ROV，同时将ROV的状态数据及检测数据传输至ARM核心控制模块11，即远程通信模块13通过控制信号线及数据线与ROV进行控制信号及数据的交互传输。

视频传输模块14，用于对ROV获得的视频信号进行传输；

字符叠加模块15，与视频传输模块14及ARM核心控制模块11相连接，用于接收视频传输模块14传输的视频信号，在ARM核心控制模块11的控制下，将视频信号在液晶显示屏16上进行显示；

ROV遥控模块17，与ARM核心控制模块11相连接，用于输入ROV控制信号；

时钟模块18，与ARM核心控制模块11相连接，用于为ARM核心控制模块11提供高精度时钟信号。

系统电源模块20，用于为稳压模块12提供12V直流电输入。

其中，矩阵式电位传感器3上优选配制有多个探头，每个探头上安装有2～3个高效参比电极，参比电极竖直布置，形成阵列。本发明实施例是以配制有6个探头，参比电极间隔50cm为例进行说明，具体实现时，还可以根据实际应用中的需要选择参比电极的数量，以及间距，本发明实施例对此不做限制。

参见图3，数据采集模块21包括：电压跟随器211、模拟开关212、输入缓冲放大器213、单端转差分器214、AD芯片215、基准电源216、单片机217、远程通信模块218；

电压跟随器211前端与检测电极相连接，后端与模拟开关212相连接，提供一个高阻抗的输入，保证信号测量的准确性；模拟开关212与输入缓冲放大器213相连接，模拟开关212选择低阻抗、高导通速率提高采集速率，也用来依次切换12路电位信号；输入缓冲放大器213与单端转差分器214相连接，单端转差分器214与AD芯片215相连接，基准电源216与AD芯片215相连接，为AD芯片215提供高精度的基准电源；AD芯片215与单片机217相连接，单片机217与远程通信模块218相连接，远程通信模块218将采集的电位数据发送到陆地控制台的ARM核心控制模块11。

具体实现时，稳压模块12输入12V直流电，为ARM核心控制模块11提供+3.3V稳压电源。

参见图4，系统电源模块20放置在防水配电盒中，系统电源模块20包括：漏电保护器201、空气开关202、AC-DC升压模块203、AC-DC降压模块204、电流表205、电压表206、电压电流报警模块207；

漏电保护器201的输入端接入220V市电，漏电保护器201的输出端与空气开关202相连接，空气开关202分别与AC-DC升压模块203和AC-DC降压模块204相连接；AC-DC升压模块203分别与电流表205和电压表206相连接，电流表205与电压电流报警系统207相连接，AC-DC降压模块204与稳压模块12的输入端及电压电流报警系统207相连接；电压表206和电流表205显示高压侧的电压、电流值，一旦电压或者电流超出设定的阈值，电压电流报警系统207及时给出报警信号。

参见图2，该用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统还设置有：视频存储模块19，用于将字符叠加模块15输出的视频信号内容进行存储。

视频存储模块19包括：录像模块191、驱动模块192、固态硬盘193，录像模块191的输入端与字符叠加模块15相连接，录像模块191的输出端与固态硬盘193相连接，固态硬盘193与驱动模块192相连接。

在本发明实施例中，ROV遥控模块17通过摇杆、控制键盘输入ROV控制信号，控制键盘中设置有控制绞车上的电机实现收缆或者放缆动作的按键。

在本发明实施例中，ARM核心控制模块11中设置有4个中断，定时器T0每10ms向ROV发送一次控制指令；串口1中断接收ROV发送的传感器数据；串口2中断接收ROV发送的腐蚀电位数据；显存发送中断将传感器数据通过字符叠加模块15显示在液晶显示屏16上；ARM核心控制模块11控制指令发送完成中断；同时数据缓冲队列实现了传感器数据的存储。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

在本发明实施例提供的用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统中，ROV上搭载数据采集模块21，用于采集12路管道电位数据，同时将电位数据通过远程通信模块发送到ARM核心控制模块11；ARM核心控制模块11对ROV进行控制以及数据的处理显示，稳压模块12提供+3.3V稳压电源，时钟模块18提供高精度时钟，ROV遥控模块17通过键盘和三维摇杆对ROV进行设置和控制，控制指令通过远程通信模块13发送给ROV，ROV将状态和检测数据通过远程通信模块13传送给ARM核心控制模块11，视频信号通过字符叠加模块15在液晶显示屏16进行显示，并同时存储于固体硬盘中，ROV的视频信号通过视频线进入视频传输模块14，在液晶显示屏16上显示，并通过录像模块191存储到固态硬盘193，同时控制键盘的几个按键用来控制绞车上的电机实现收缆或者放缆的动作。

ARM核心控制模块11中的软件架构主要由主程序及4个中断组成，在主程序中开一个数据缓冲队列，实现电场数据及状态数据写入固态硬盘的存储，如图5所示；定时器每10ms向ROV发送一次中断指令，采集摇杆键盘信息，送到甲板单元发送缓存，如图6所示；控制指令发送完成中断，串口中断接收ROV发送的传感器数据，如图7所示；显存发送中断将高度计等传感器数据通过字符叠加模块15显示在液晶显示屏16上，如图8所示；电场及状态数据接收完成中断，数据接收完成标识置位如图9所示。

系统电源模块20将交流220V市电通过升压AC-DC升压模块203变换为300VDC送至ROV，通过AC-DC降压模块204变换为12VDC送至ARM核心控制模块11，提供充足纯净的直流电。

系统电源模块20安装在防水配电盒内，为监视电源状态，分别有电压表206和电流表205显示高压侧的电压、电流值，一旦电压或者电流超出设定的阈值电压电流报警系统207及时给出报警信号，表内安装有高灵敏度漏电保护器201及空气开关202，保护人身安全。

综上所述，本发明实施例提供的用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统，数据采集与处理性能较强，工作性能稳定，可靠高，实现了复杂环境下的连续可靠作业，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

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)

1.一种用于海底管道电位分布非接触式检测的数据采集系统，所述数据采集系统包括：通信电缆，其特征在于，所述通信电缆一端电连接设置在陆地上的数据采集器，另一端电连接设置在水下的矩阵式电位传感器，

所述矩阵式电位传感器监测海管电位，同时将管道电位数据通过所述通信电缆传输到所述数据采集器，所述数据采集器进行处理并显示；

通过所述系统能有效检测海底管道空间电位的三维分布，从而找出海管电位异常点，对海管阴极保护效果进行评估，实现了对海底管道电位进行快速、准确检测；

所述矩阵式电位传感器上配制有多个探头，

每个探头上安装有2～3个参比电极，所述参比电极竖直布置，形成阵列；

所述数据采集器包括：

数据采集模块，用于采集12路管道电位数据，同时将电位数据通过远程通信模块发送到ARM核心控制模块；

所述ARM核心控制模块，用于对无人遥控潜水器进行控制，并对接收的数据进行处理显示；

所述远程通信模块，用于通过控制信号线及数据线与无人遥控潜水器进行控制信号及数据的交互传输；

视频传输模块，用于对无人遥控潜水器获得的视频信号进行传输；

字符叠加模块，用于接收视频传输模块传输的视频信号，在所述ARM核心控制模块的控制下，将视频信号在液晶显示屏上进行显示；

无人遥控潜水器遥控模块，与所述ARM核心控制模块相连接，用于输入无人遥控潜水器控制信号；

所述数据采集器还包括：

稳压模块，用于输入12V直流电，为所述ARM核心控制模块提供+3.3V稳压电源；

系统电源模块，用于为所述稳压模块提供12V直流电输入；

所述数据采集模块包括：电压跟随器，

所述电压跟随器前端与检测电极相连接，后端与模拟开关相连接，提供一个高阻抗的输入；所述模拟开关与输入缓冲放大器相连接，用来依次切换12路电位信号；

所述输入缓冲放大器与单端转差分器相连接，所述单端转差分器与AD芯片相连接，所述AD芯片分别与基准电源、单片机相连接；

所述单片机与远程通信模块相连接，所述远程通信模块将采集的电位数据发送到陆地控制台的所述ARM核心控制模块；

所述系统电源模块放置在防水配电盒中，包括：漏电保护器，

所述漏电保护器的输入端接入220V市电，所述漏电保护器的输出端与空气开关相连接，所述空气开关分别与AC-DC升压模块和AC-DC降压模块相连接；

所述AC-DC升压模块分别与电流表和电压表相连接，所述电流表与电压电流报警系统相连接；所述AC-DC降压模块与所述稳压模块的输入端及所述电压电流报警系统相连接；

所述电压表和所述电流表显示高压侧的电压、电流值，一旦电压或者电流超出设定的阈值，所述电压电流报警系统及时给出报警信号；

所述数据采集器还包括：

视频存储模块，用于将所述字符叠加模块输出的视频信号内容进行存储；

所述视频存储模块包括：录像模块，

所述录像模块的输入端与所述字符叠加模块相连接，所述录像模块的输出端与固态硬盘相连接，所述固态硬盘与驱动模块相连接；所述视频传输模块通过视频线对无人遥控潜水器获得的视频信号进行传输；

所述无人遥控潜水器遥控模块通过摇杆、控制键盘实现信号输入，所述控制键盘中设置有控制绞车上的电机实现收缆或者放缆动作的按键。