CN104865314A - 一种基于螺旋测量的管道无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于螺旋测量的管道无损检测装置，它包括连接头、前扶正器、电机、机体、分电板、单片机控制器、超声波距离传感器、机载存储器、无线传输模块、电池、数字电位式角度传感器、后扶正器。所述连接头位于前扶正器的前端，用以连接额外的管道牵引器，提供直线运动动力；所述电机固定在前扶正器后端，并与机体前端相连，电机转动时将带动机体旋转，再结合额外牵引器的直线运动，使得机体作螺旋运动；超声波距离传感器和数字电位式角度传感器分别采集径向位移数据和旋转角度数据，通过数学模型拟合成可反映管道内壁情况的螺旋轨迹线。本发明检测传感器与管道无接触，实现无损检测；设备简单，可靠性高，采集的数据量大，精确度高。

Description

一种基于螺旋测量的管道无损检测装置

技术领域

本发明涉及一种基于螺旋测量的管道无损检测装置，属于石油天然气输送管道检测设备领域。

背景技术

现如今世界范围内广泛采用长输管道输送油气，这些油气输送管道经过一段时间的运行后，会发生诸如腐蚀、裂纹、凹陷或变形等损坏。因此，实现对长输管道内壁腐蚀及内部缺陷的检测变得尤为重要。长输管道的内壁径向直径测量是一种普遍的管道检测方式，通过采集到的内壁径向数据拟合出内壁三维模型来表征内壁腐蚀和内部缺陷。

目前，已有的无损管道检测方式分为两大类，一类是包含超声检测、射线检测、涡流检测、漏磁检测及渗透检测的五大常规无损检测技术，另一类是有微波检测技术、激光检测技术、红外检测技术等非常规检测技术，在这些方法中运用最成熟、最广泛的是漏磁检测技术。漏磁检测的测量方式是利用磁敏元件做成的探头检测铁磁材料表面的漏磁场，当管壁上存在如内部腐蚀、局部变形、焊接裂纹等异常时，在这些地方就会有漏磁通，通过磁敏探头检测漏磁场就可以发现管道缺陷。然而现有的漏磁检测装置大多具备众多元器件和复杂机械结构，导致其数据采集速度慢，工作效率低；漏磁检测机理无法对缺陷尺寸进行量化，检测精度低；实际检测中，部分管道部件(法兰、直管等)也会对漏磁场产生影响，干扰对缺陷漏磁场的检测，易造成混淆，降低测量准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于螺旋测量的管道无损检测装置。该装置使测量点覆盖面更广、测量的数据量更大，装置自主旋转，使螺旋测量所需的旋转运动由自身实现，具备更好的适配性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明为一种基于螺旋测量的管道无损检测装置，包括连接头、扶正器、电机、机体、分电板、单片机控制器、超声波距离传感器、机载存储器、无线传输模块、电池、数字电位式角度传感器。所述连接头位于前扶正器的前端，用以连接额外的管道牵引器，提供直线运动动力；所述电机固定在前扶正器后端，并与机体前端相连，电机转动时将带动机体旋转，再结合额外牵引器的直线运动，使得机体作螺旋运动，电机转动由单片机PWM控制转动速度，从而控制测量螺旋线的螺距，使螺旋测量轨迹可根据使用需求调整的疏密程度。

所述扶正器位于机体两端，分别连接电机和数字电位式角度传感器；扶正器的前端装有预紧弹簧；结合端部的调节螺母可对扶正器的预紧力进行调节，使得整个装置的轴线与管道轴线同轴，并可适应不同的管径的作业要求；扶正器采用三组平行四连杆机构，使得扶正臂与井壁始终保持平行，提升扶正轮与井壁的接触条件；扶正轮为橡胶轮，与管道内壁接触时不会对内壁造成损伤。

所述的机体分别通过安装有电机和数字电位式角度传感器的工作短节连接前牵引器和后牵引器，电机和数字电位式角度传感器都与装置同轴；机体上载有数据采集电路，包含单片机控制器、分电板、机载存储器、无线传输模块、电池、超声波距离传感器和数字电位式角度传感器；单片机控制器作为传感器和无线传输模块的控制器来实现数据的A/D转换和处理；电池为整个装置提供电力；分电板将电池、单片机控制器、无线传输模块、电机、超声波距离传感器和数字电位式角度传感器连接起来，实现装置内部的电力和数据传输。

所述的超声波距离传感器安装在机体底部，与装置的旋转轴心有一定距离的偏差，其作用在于增大超声波距离传感器与井壁的距离，远离测量盲区以提高检测精度；所述的数字电位式角度传感器与旋转轴心同轴。

所述的超声波距离传感器和数字电位式角度传感器在数据采集的过程中与管道内壁无接触，消除了因接触而产生的测量误差和管道额外损伤；所述的扶正装置的扶正轮为橡胶轮，与管道内壁接触时也不会对内壁造成损伤；故整个管道检测过程是一种无损检测作业模式。

在管道测量过程中，机体作螺旋运动，所述超声波距离传感器和数字电位式角度传感器分别采集径向位移数据和旋转角度数据，经无线传输模块传输到上位机，再结合直线运动位移数据，通过数学模型拟合成可反映管道内壁情况的螺旋轨迹线。

与现有的技术相比，本发明的有益效果为：

1、使用无接触超声波距离传感器实现管道无损检测，消除接触误差，避免接触引起的管道内壁损伤和检测装置卡堵，增加检测作业的精确性和可靠性。2、使用螺旋测量原理，简化测量装置的机构组成，降低检测成本，使测量点覆盖面更广，测量的数据量更大、精确度更高。3、装置自主旋转，螺旋测量所需的旋转运动由自身实现，只需外部提供直线运动牵引，使装置可以多种管道机器人或管道牵引器配套使用，具备更好的适配性。

附图说明

图1为本发明一种基于螺旋测量的管道无损检测装置的结构示意图。

图2为本发明的前扶正器示意图。

图3为本发明的测量原理示意图。

图4为本发明的数据采集电路原理图。

图中：1.连接头，2.前扶正器，3.电机，4.机体，5.分电板，6.单片机控制器，7.超声波距离传感器，8.机载存储器，9.无线传输模块，10.电池，11.数字电位式角度传感器，12.后扶正器，13.调节螺母，14.预紧弹簧，15.扶正臂，16.扶正轮，17.螺旋轨迹线，18.管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步描述：

如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种基于螺旋测量的管道无损检测装置，包括连接头1、前扶正器2、电机3、机体4、分电板5、单片机控制器6、超声波距离传感器7、机载存储器8、无线传输模块9、电池10、数字电位式角度传感器11、后扶正器12，所述连接头1位于前扶正器2的前端，用以连接额外的管道牵引器；前扶正器(2)和后扶正器(12)位于机体(4)两端，分别连接电机(3)和数字电位式角度传感器(11)；前扶正器2和后扶正器12位的前端装有预紧弹簧14；结合端部的调节螺母13可对扶正器的预紧力进行调节，使得整个装置的轴线与管道轴线同轴，并能适应不同的管径的作业要求；机体4上安装数据采集电路，数据采集电路包括电机3、分电板5、单片机控制器6、超声波距离传感器7、机载存储器8、无线传输模块9、电池10、数字电位式角度传感器11，电机3使机体自主旋转，分电板5将数据采集电路全部部件的电路连接在一起。

如图1、图2所示，机体4上载有数据采集电路，单片机控制器6作为传感器和无线传输模块9的控制器来实现数据的采集和传输；电池10为整个装置提供电力供给；分电板5将电池10、单片机控制器6、无线传输模块9、电机3、超声波距离传感器7和数字电位式角度传感器11连接起来，实现装置内部的电力和数据传输。超声波距离传感器7安装在机体4底部，与整个装置的旋转轴心有一定距离的偏差，其作用在于增大超声波距离传感器7与井壁的距离，提高检测精度。数字电位式角度传感器11位于机体4后端，与装置的旋转轴心同轴。电机3位于机体4前端，电机3、数字电位式角度传感器11、机体4和扶正器同轴。

如图3、图4所示，在管道测量过程中，在单片机控制器6控制下，电机3转动带动机体4旋转，再结合额外牵引器的直线运动牵引，使得机体4作螺旋运动；超声波距离传感器7和数字电位式角度传感器11分别采集径向位移数据和旋转角度数据，通过单片机控制器6实现数据的A/D转换和处理，将数据储存在机载存储器8中或经无线传输模块9传输到上位机，再结合直线运动位移数据，即可通过数学模型拟合成可反映管道18内壁损伤情况的螺旋轨迹线17。

在管道测量过程中，超声波距离传感器7和数字电位式角度传感器11在数据采集的过程中与管道18内壁无接触，消除了因接触而产生的测量误差和管道额外损伤；所述的扶正装置的扶正轮16为橡胶轮，与管道内壁接触时也不会对内壁造成损伤；故整个管道检测过程是一种无损检测作业模式。

Claims (2)

1.一种基于螺旋测量的管道无损检测装置，包括连接头(1)、前扶正器(2)、电机(3)、机体(4)、分电板(5)、单片机控制器(6)、超声波距离传感器(7)、机载存储器(8)、无线传输模块(9)、电池(10)、数字电位式角度传感器(11)、后扶正器(12)，其特征在于：所述连接头(1)位于前扶正器(2)前端，前扶正器(2)和后扶正器(12)位于机体(4)两端，分别连接电机(3)和数字电位式角度传感器(11)；机体(4)上为数据采集电路，数据采集电路包括电机(3)、分电板(5)、单片机控制器(6)、超声波距离传感器(7)、机载存储器(8)、无线传输模块(9)、电池(10)、数字电位式角度传感器(11)，电机(3)使机体自主旋转，分电板(5)将数据采集电路全部部件的电路连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋测量的管道无损检测装置，其特征在于：超声波距离传感器(7)安装在机体(4)底部，与整个装置的旋转轴心有一定距离的偏差；数字电位式角度传感器(11)位于机体(4)后端，与装置的旋转轴心同轴。