CN104315346A

CN104315346A - 一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法

Info

Publication number: CN104315346A
Application number: CN201410441800.7A
Authority: CN
Inventors: 曹崇珍; 赵晓光; 张永江; 杨金生; 陈崇祺; 周春; 李彦春; 李岩; 田爱民; 臧延旭; 邸强华; 赵云利; 马宁
Original assignee: CHINA PETROLEUM PIPELINE INSPECTION TECHNOLOGIES Co Ltd; China National Petroleum Corp; China Petroleum Pipeline Bureau Co Ltd
Current assignee: China Petroleum Pipeline Inspection Technologies Co., Ltd.; China National Petroleum Corp; China Petroleum Pipeline Engineering Corp
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: CN104315346B

Abstract

本发明公开了一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法，属于无损检测技术领域。所述管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法包括将陀螺仪传感器和加速度传感器用于埋地长输管道智能检测中，获取管道弯头信息；所采用的陀螺仪传感器和加速度传感器分别安装在由x、y、z坐标轴组成的三个互相垂直的平面上，输出为管道介质行进方向为x轴、垂直于管线方向水平向左的y轴，垂直于xy平面向上的z轴的三轴方向上的角速度变化率和加速度信息；根据角速度变化率和加速度信息计算得到管道弯头的曲率半径、弯头角度和弯头偏转方向信息。本发明管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法在不增加检测成本的前提下为管道完整性管理提供相关参考依据。

Description

一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法。

背景技术

长输管道在长期的运营过程中，由于局部地质结构的改变造成管道弯曲及管道上原有弯头的曲率半径改变，从而产生局部应力为管道的安全运营带来隐患。为了完善管线缺失的数据资料，获取详细的管线弯头信息，为今后管线的完整性管理提供参考，获取管线弯头走向信息成为在役管道智能检测的基本需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在不增加检测成本的前提下为管道完整性管理提供相关参考依据的管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法，包括将陀螺仪传感器和加速度传感器用于埋地长输管道智能检测中，获取管道弯头信息；检测器在管道弯头内运动，将运动信号传递给陀螺仪传感器及加速度传感器；由加速度传感器通过对重力加速度的测量来确定检测器在管道中的空间姿态；陀螺仪传感器的输出量为检测器行进过程中沿不同坐标轴发生旋转时的角速度变化率ω_x、ω_y、ω_z；所采用的陀螺仪传感器和加速度传感器分别安装在由x、y、z坐标轴组成的三个互相垂直的平面上，输出为管道介质行进方向为x轴、垂直于管线方向水平向左的y轴，垂直于xy平面向上的z轴的三轴方向上的角速度变化率和加速度信息；根据角速度变化率和加速度信息计算得到管道弯头的曲率半径、弯头角度和弯头偏转方向信息。

进一步地，所述管道弯头曲率半径测量包括管道的弯头部分看似呈圆弧状，圆弧所对应的弯头外圆称之为这段圆弧的曲率圆，曲率圆的半径R叫做弯头的曲率半径；检测器在t时刻从A点进入弯头，经过Δt时间行进到C点；由加速度传感器得到检测器的速度v；当Δt极小时，圆弧tanΔθ≈Δθ，因此可以得到：即：|AC|＝rΔθ；等式两边分别除以Δt，可得：最终得到：——式(1)；v——检测器行进速度，R——弯头曲率半径，ω——检测器通过弯头时的角速度；式(1)表明弯头的曲率半径可以由检测器的行进速度与通过弯头时的角速度得到；R＝nD——式(2)，式(2)中，D——被检测管道直径。

进一步地，所述弯头偏转角度θ测量包括弯头角度——式(3)，式(3)中，L——弯头长度，R——弯头曲率半径。

进一步地，所述弯头偏转方向测量包括陀螺仪传感器和加速度传感器所在xyz空间直角坐标系为相对坐标系，z轴指向检测器某一个探头，的空间位置，即某一个探头为系统安装时人为确定参考点，保证与重力加速度g所在xyz空间坐标系固连，即xyz空间坐标系为绝对参考坐标系，检测器通过弯头时，检测器在管道中的空间位置由加速度传感器所在的相对坐标系与重力加速度所在的xyz绝对参考坐标系的角度关系确定，即检测器为参考点，当检测器通过弯头时的空间姿态确定后，偏转方向由陀螺仪传感器在相对坐标系中所测量的角速度ω_y和ω_z确定。

本发明提供的管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法将陀螺仪传感器和加速度传感器用于埋地长输管道智能检测中，获取管道弯头信息；检测器在管道弯头内运动，将运动信号传递给陀螺仪传感器及加速度传感器；由加速度传感器通过对重力加速度的测量来确定检测器在管道中的空间姿态；陀螺仪传感器的输出量为内检测器行进过程中沿不同坐标轴发生旋转时的角速度变化率ω_x、ω_y、ω_z；所采用的陀螺仪传感器和加速度传感器分别安装在由x、y、z坐标轴组成的三个互相垂直的平面上，输出为管道介质行进方向为x轴、垂直于管线方向水平向左的y轴，垂直于xy平面向上的z轴的三轴方向上的角速度变化率和加速度信息；由陀螺仪传感器和加速度传感器组成检测器；根据角速度变化率和加速度信息计算得到管道弯头的曲率半径、弯头角度和弯头偏转方向信息，在现有管道智能检测器中集成相应类型陀螺仪传感器和加速度传感器，跟踪并捕捉检测器运行过程中三维空间的变化情况，通过计算获得管道弯头信息，在不增加检测成本的前提下为管道完整性管理提供相关参考依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法的管道内检测器通过管道弯头示意图；

图2为本发明实施例提供的道内检测器用管道弯头走向参数测量方法的陀螺仪传感器和加速度传感器所构建的三维测量系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的道内检测器用管道弯头走向参数测量方法对弯头曲率半径的计算示意图；

图4为本发明实施例提供的道内检测器用管道弯头走向参数测量方法对弯头偏转角度的计算示意图；

图5为本发明实施例提供的道内检测器用管道弯头走向参数测量方法对弯头偏转方向测量的示意图。

具体实施方式

参见图1-2，本发明实施例提供的一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法，包括将陀螺仪传感器和加速度传感器用于埋地长输管道智能检测中，获取管道弯头信息；检测器1在管道弯头内运动，陀螺仪传感器及加速度传感器设置在检测器1上，与检测器1连接，将运动信号传递给陀螺仪传感器及加速度传感器；由加速度传感器通过对重力加速度的测量来确定检测器1在管道中的空间姿态；陀螺仪传感器的输出量为内检测器行进过程中沿不同坐标轴发生旋转时的角速度变化率ω_x、ω_y、ω_z；所采用的陀螺仪传感器和加速度传感器分别安装在由x、y、z坐标轴组成的三个互相垂直的平面上，输出为管道介质行进方向为x轴、垂直于管线方向水平向左的y轴，垂直于xy平面向上的z轴的三轴方向上的角速度变化率和加速度信息。根据角速度变化率和加速度信息计算得到管道弯头的曲率半径，管道的弯头部分可用一段圆弧近似，圆弧所对应的弯头外圆称之为这段圆弧的曲率圆，曲率圆的半径R叫做弯头的曲率半径；检测器1在t时刻从A点进入弯头，经过Δt时间行进到C点；由加速度传感器得到检测器1的速度v；当Δt极小时，圆弧tanΔθ≈Δθ，因此可以得到：即：|AC|＝rΔθ；等式两边分别除以Δt，可得：最终得到：——式(1)；v——检测器1行进速度，R——弯头曲率半径，ω——检测器1通过弯头时的角速度；式(1)表明弯头的曲率半径可以由检测器1的行进速度与通过弯头时的角速度得到；R＝nD——式(2)，式(2)中，D——被检测管道直径弯头角度和弯头偏转方向信息，n—自然数。根据角速度变化率和加速度信息计算得到弯头偏转角度θ测量包括：弯头角度——式(3)，式(3)中，L——弯头长度，R——弯头曲率半径。根据角速度变化率和加速度信息计算得到弯头偏转方向测量包括陀螺仪传感器和加速度传感器所在xyz空间直角坐标系为相对坐标系，z轴指向检测器1某一个探头(系统安装时人为确定参考点)的空间位置，保证与重力加速度g所在XYZ空间坐标系(绝对参考坐标系)固连，检测器1通过弯头时，检测器1(参考点)在管道中的空间位置由加速度传感器所在的相对坐标系与重力加速度所在的XYZ绝对参考坐标系的角度关系确定，当检测器1(参考点)通过弯头时的空间姿态确定后，偏转方向由陀螺仪传感器在相对坐标系中所测量的角速度ω_y和ω_z确定。

当使用本发明一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法时，在检测器1上建立xyz空间直角坐标系，其中规定x轴方向为检测器1在管道中运行方向；y轴方向垂直于管线的走向方向水平向左，z轴方向垂直于由x轴和y轴组成的水平面向上。陀螺仪传感器和加速度传感器分别安装在由x、y、z坐标轴组成的三个互相垂直的平面上。加速度传感器通过对重力加速度的测量来确定检测器在管道中的空间姿态；陀螺仪传感器的输出量为内检测器行进过程中沿不同坐标轴发生旋转时的角速度变化率ω_x、ω_y、ω_z，当检测器1静止或匀速运动时，陀螺仪传感器输出为恒定值；当遇到弯头时，在检测器1进入弯头和离开弯头的过程中，角速度都会发生变化，通过陀螺仪传感器在不同坐标轴上的测量值计算得到管道弯头参数，具体计算方法为：

参见图3，管道弯头曲率半径测量：

图3所示，管道的弯头部分看似呈圆弧状，圆弧所对应的弯头外圆称之为这段圆弧的曲率圆，曲率圆的半径R叫做弯头的曲率半径。检测器1在t时刻从A点进入弯头，经过Δt时间行进到C点。当Δt极小时，圆弧tanΔθ≈Δθ，因此可以得到：即：|AC|＝rΔθ

等式两边分别除以Δt，可得：

最终得到：——式(1)

式(1)中：

v——检测器行进速度

R——弯头曲率半径

ω——检测器通过弯头时的角速度

同时，R＝nD——式(2)

式(2)中：

D——被检测管道直径

式(1)表明弯头的曲率半径可以由检测器1的行进速度与通过弯头时的角速度得到。

参见图4，弯头偏转角度θ测量：

如图4所示，弯头角度——式(3)

式(3)中：

L——弯头长度

R——弯头曲率半径

参见图5，弯头偏转方向测量：

陀螺仪传感器和加速度传感器所在xyz空间直角坐标系为相对坐标系，z轴指向检测器1某一个探头(系统安装时人为确定参考点)的空间位置，保证与重力加速度g所在XYZ空间坐标系(绝对参考坐标系)固连。检测器1通过弯头时，检测器1(参考点)在管道中的空间位置由加速度传感器所在的相对坐标系与重力加速度所在的XYZ绝对参考坐标系的角度关系确定。当检测器1(参考点)通过弯头时的空间姿态确定后，偏转方向由陀螺仪传感器在xyz相对坐标系中所测量的角速度ω_y和ω_z确定。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种管道内检测器用管道弯头走向参数测量方法，其特征在于，包括：将陀螺仪传感器和加速度传感器用于埋地长输管道智能检测中，获取管道弯头信息；检测器在管道弯头内运动，将运动信号传递给陀螺仪传感器及加速度传感器；由加速度传感器通过对重力加速度的测量来确定检测器在管道中的空间姿态；陀螺仪传感器的输出量为检测器行进过程中沿不同坐标轴发生旋转时的角速度变化率ω_x、ω_y、ω_z；所采用的陀螺仪传感器和加速度传感器分别安装在由x、y、z坐标轴组成的三个互相垂直的平面上，输出为管道介质行进方向为x轴、垂直于管线方向水平向左的y轴，垂直于xy平面向上的z轴的三轴方向上的角速度变化率和加速度信息；根据角速度变化率和加速度信息计算得到管道弯头的曲率半径、弯头角度和弯头偏转方向信息。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述管道弯头曲率半径测量包括：管道的弯头部分看似呈圆弧状，圆弧所对应的弯头外圆称之为这段圆弧的曲率圆，曲率圆的半径R叫做弯头的曲率半径；检测器在t时刻从A点进入弯头，经过Δt时间行进到C点；由加速度传感器得到检测器的速度v；当Δt极小时，圆弧tanΔθ≈Δθ，因此可以得到：即：|AC|＝rΔθ；等式两边分别除以Δt，可得：最终得到：——式(1)；v——检测器行进速度，R——弯头曲率半径，ω——检测器通过弯头时的角速度；式(1)表明弯头的曲率半径可以由检测器的行进速度与通过弯头时的角速度得到；R＝nD——式(2)，式(2)中，D——被检测管道直径。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述弯头偏转角度θ测量包括：弯头角度——式(3)，式(3)中，L——弯头长度，R——弯头曲率半径。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述弯头偏转方向测量包括：陀螺仪传感器和加速度传感器所在xyz空间直角坐标系为相对坐标系，z轴指向检测器某一个探头，的空间位置，即某一个探头为系统安装时人为确定参考点，保证与重力加速度g所在xyz空间坐标系固连，即xyz空间坐标系为绝对参考坐标系，检测器通过弯头时，检测器在管道中的空间位置由加速度传感器所在的相对坐标系与重力加速度所在的xyz绝对参考坐标系的角度关系确定，即检测器为参考点，当检测器通过弯头时的空间姿态确定后，偏转方向由陀螺仪传感器在相对坐标系中所测量的角速度ω_y和ω_z确定。