CN105629840A - 一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备 - Google Patents

一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，包括由嵌入式微处理器组成的主机电路模块(2)；由LED照明灯、漏磁检测探头、涡流检测探头、摄像头采集模块、多通道模拟量输入模块、AD转换模块组成的缺陷信息采集处理接收模块(1)；电源模块(3)；由缺陷信息输出通道和控制信息输入通道组成的上位机与下位机通信模块(4)；由液晶显示屏和上位机控制器组成的上位机控制模块(5)；由速度方向控制模块和探头转向控制模块组成的爬行与转向机构(6)。该检测设备在可爬行机构上集成多种检测探头，实现对难以到达的需检测部位的多方面缺陷检测，并实时控制设备的运动状态，实现对缺陷信息的采集、传输和给上位机集中处理。

Description

一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备
技术领域
本发明涉及探伤检测机器设备的技术领域，特别涉及一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备。
背景技术
工业管道广泛应用于石油、化工、冶金、制药、能源和环保等行业，担负着高温、高压、易燃、易爆和有毒等介质的输送任务，一旦发生泄漏或爆炸，有可能导致灾难性的事故。为保证压力管道的安全运行,1996年原劳动部颁布了《压力管道安全管理与监察规定》，正式将工业管道列入监察范围，对有效防止工业管道的破坏事故发挥了巨大作用。为确保工业管道运行的安全，需对投入运行的管道进行定期检验。根据质量监督检验检疫总局颁布的《在用工业管道检验规程》,在用工业管道检验分为不停止运行的在线检验和停止运行后的全面检验。在线检验每年至少一次，全面检验是按一定的检验周期在在用工业管道停运期间进行的较为全面的检验。
在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人为满足该需要而产生。管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。
目前国内已有许多厂家生产管道爬行器，但大多体型笨重，行走、控制不够灵活，对管道环境适应性不够，同时目前市场上已有的管道爬行器基本都是只集成了单一的探伤摄像头，对管道进行的缺陷损伤探测十分有限。管道内部的缺陷检测有很多种类型，包括管道内壁裂纹、管道内壁防腐层脱落、焊缝质量等，有些缺陷可以用摄像头所识别，然而大部分缺陷是管壁内部的，不能直接被摄像机拍到，加上许多缺陷会由于摄像机视界所限或比较细小而无法被摄像头检测出来，容易导致检测不够全面甚至由于遗漏了存在的缺陷而导致发生管壁破裂或泄漏等工业安全事故的发生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，所述检测设备包括缺陷信息采集处理模块1、主机电路模块2、电源模块3、上位机与下位机通信模块4、上位机控制模块5和爬行与转向机构6；
其中，所述缺陷信息采集处理接收模块1、所述电源模块3、所述上位机与下位机通信模块4和所述爬行与转向机构6均与所述主机电路模块2电气连接；所述爬行与转向机构6与所述缺陷信息采集处理接收模块1机械连接；
所述上位机与下位机通信模块4包括缺陷信息输出通道41和控制信息输入通道42；所述上位机控制模块5包括液晶显示屏51和上位机控制器52组成；所述上位机控制模块5通过所述上位机与下位机通信模块4与所述主机电路模块2信号连接。
进一步地，所述上位机控制模块5对该检测设备进行速度方向、探头的选择和开闭状态以及是否需要开启LED进行设置，设置完成后控制信息经由所述控制信息输入通道42给到所述主机电路模块2启动该检测设备，该检测设备开始按给定的条件开启指定的探头或使用多个探头同时进行工作，所述缺陷信息采集处理接收模块1将探头检测的各个数据信息经过AD转换模块处理后传输至所述主机电路模块2并通过所述缺陷信息输出通道41传到所述上位机控制模块5经过处理后在所述液晶显示屏51中显示，根据在所述液晶显示屏51中显示出的管道信息，实时通过所述上位机控制器52发出控制信息调节检测设备的速度方向和探头转向。
进一步地，所述爬行与转向机构6包括速度方向控制模块61和探头转向控制模块62，其中速度方向控制模块61包括前轮611)和依次连接的电机驱动模块612、左电机613、左驱动轮615和右电机614和右驱动轮616组成；所述探头转向控制模块62包括依次连接的舵机621和探头622。
进一步地，所述缺陷信息采集处理接收模块1包括漏磁检测探头12、涡流检测探头13、摄像头采集模块14、多通道模拟量输入模块15以及AD转换模块16，其中所述漏磁检测探头12、所述涡流检测探头13和所述摄像头采集模块14固定在所述探头转向控制模块62上，将采集到的信息通过所述多通道模拟量输入通道15和经过所述AD转换模块16的AD转换后送到所述主机电路模块2，继而通过所述上位机与下位机通信模块4的缺陷信息输出通道41传到所述上位机控制模块5进行处理并由所述液晶显示屏51将信息显示出来。
进一步地，所述缺陷信息采集处理接收模块1还包括LED照明灯11，所述LED照明灯1用于辅助所述摄像机采集模块14进行在黑暗环境下对管道缺陷的拍摄。
进一步地，所述漏磁检测探头12、所述涡流检测探头13以及所述摄像头采集模块14受所述上位机控制模块5并行控制，选择打开其中一个或同时打开若干个探头。
进一步地，所述缺陷信息输出通道41和所述控制信息输入通道42均分别与所述主机电路模块2和上位机控制模块5信号连接，上述通道根据不同的管道环境选择无线通信方式或者有线电缆方式进行数据传输。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本管道爬行智能检测设备综合地应用嵌入式系统技术、传感器技术、控制理论和数字信号处理技术等多学科知识，集成了管道内可能的多种缺陷参数的测量；
(2)本管道爬行智能检测设备具备机械爬行机构和探头转向机构，可以通过上位机对其进行控制，能够到达一般探头到达不了的地方进行缺陷检测，同时具备双机械结构，对管道环境具备更大的适应性；
(3)本管道爬行智能检测设备以嵌入式系统模块为核心，结合上位机控制模块，利用信息通道向连接实现对爬行器的远程控制；
(4)本管道爬行智能检测设备集成了多个管道缺陷检测探头，能够同时对管道进行多种缺陷信息的分析采集，得到对管道信息的更加详细和可靠的信息。
附图说明
图1是本发明中公开的集成多传感器的管道爬行智能检测设备的结构示意框图；
图2是本发明公开的集成多传感器的管道爬行智能检测设备中爬行与转向机构的结构示意框图；
1--缺陷信息采集处理模块，2--主机电路模块，3--电源模块，4--上位机与下位机通信模块，5--上位机控制模块，6--爬行与转向机构，11--LED照明灯，12--漏磁检测探头，13--涡流检测探头，14--摄像头采集模块，15--多通道模拟量输入模块，16--AD转换模块，41--缺陷信息输出通道，42--控制信息输入通道，51--液晶显示屏，52--上位机控制器，61--速度方向控制模块，62--探头转向控制模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
图1是本实施例中公开的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备的结构示意框图。如图1所示，本智能化多传感集成测控装置由缺陷信息采集处理模块1、主机电路模块2、电源模块3、上位机与下位机通信模块4、上位机控制模块5和爬行与转向机构6组成。
其中，缺陷信息采集处理接收模块1、电源模块3、上位机与下位机通信模块4、上位机控制模块5和爬行与转向机构6均与主机电路模块2电气连接。
操作者在上位机控制模块5的上位机控制器52设置好初始参数后，生成的控制信息经过上位机与下位机通信模块4的控制信息输入通道42传输到主机电路模块2，主机电路模块2接收控制信息后，启动设备，并根据控制信息控制爬行与转向机构6运行轨迹，然后通过缺陷信息采集处理模块1进行信息采集。
上述电源模块3为各模块电路提供5V输出电源。
缺陷信息采集处理接收模块1包括LED照明灯11、漏磁检测探头12、涡流检测探头13、摄像头采集模块14、多通道模拟量输入模块15、AD转换模块16。LED照明灯11辅助摄像机采集模块14进行在黑暗环境下对管道缺陷的拍摄。漏磁检测探头12、涡流检测探头13和摄像头采集模块14固定在爬行器的探头转向机构62上，漏磁检测探头12、涡流检测探头13和摄像头采集模块14采集到的信息通过多通道模拟量输入通道15和经过AD转换模块16的AD转换后送到主机电路模块2，继而通过上位机与下位机通信模块4的缺陷信息输出通道41传到上位机控制模块5进行处理并由液晶显示屏51将信息显示出来。
涡流检测探头13、摄像头采集模块14和漏磁检测探头12三者是并行的关系，通过上位机控制模块5选择打开其中一个或同时打开几个个探头。在摄像头采集模块13打开时，可以根据管道内部亮度选择打开LED照明灯11。根据摄像头采集模块14实时采集的管道内部信息不仅可以查看管道内壁可见的缺陷，同时，可以通过显示出的管道内部环境来指引操作者选择进一步的操作，操作者可以通过在上位机控制模块5输入新的控制信息，操纵爬行与转向机构6中的速度方向控制器61和探头转向控制器62做不同的运动实现对缺陷的进一步探索或在管道中按指定方向前进和检测。
上位机与下位机通信模块4分为两路，分别为缺陷信息输出通道41和控制信息输入通道42，控制信息输出模块和缺陷信息输入模块均与主机电路模块和上位机控制模块信号连接。该通信模块根据不同的管道环境可选择不同的载体，如果管道为非金属材质且长度有限则可选择无线通信模块，若管道为金属材质、长度较长或需要保证通信质量，则可选择用有线传输电缆的方式。
图2是爬行与转向机构6的具体实施图，爬行与转向机构6由速度方向控制模块61和探头转向控制模块62组成。其中，速度方向控制模块61由做左电机613和右电机614两个直流电机驱动，两个直流电机分别带动左驱动轮615和右驱动轮616两个驱动轮，通过主机电路模块2输出的PWM脉宽调制波控制两个直流电机，控制两个电机的速度的不同的变化实现本管道爬行智能检测设备的速度和方向的变化；探头转向控制模块62中，探头622由舵机621控制转向。速度方向控制模块61和探头转向控制模块62接收来自主机电路模块2的信号。
本管道爬行智能检测设备的工作原理是：本管道爬行智能检测设备上电工作后，首先通过在上位机控制模块5对设备进行速度方向、探头的选择和开闭状态以及是否需要开启LED进行设置。设置完成后控制信息经由控制信息输入通道42给到主机电路模块2启动设备，设备开始按给定的条件开启指定的探头或使用多个探头同时进行工作，缺陷信息检测接收模块1将探头检测的各个数据信息经过AD转换模块处理后传输至主机电路模块2(嵌入式微处理器)并通过缺陷信息输出通道41传到上位机控制模块5经过处理后在液晶显示屏51中显示，根据在液晶显示屏51中显示出的管道信息，操作者可以实时通过上位机控制器52发出控制信息调节设备速度方向和探头转向，引导设备向所需要探测的地方前进或对缺陷进行多角度和更细致的分析。
针对现有管道探测装置尤其是管道爬行器的不足，提供一种集基础多传感器的具备机械行走机构和探头转向机构的管道爬行智能检测设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，所述检测设备包括缺陷信息采集处理模块(1)、主机电路模块(2)、电源模块(3)、上位机与下位机通信模块(4)、上位机控制模块(5)和爬行与转向机构(6)；
其中，所述缺陷信息采集处理接收模块(1)、所述电源模块(3)、所述上位机与下位机通信模块(4)和所述爬行与转向机构(6)均与所述主机电路模块(2)电气连接；所述爬行与转向机构(6)与所述缺陷信息采集处理接收模块(1)机械连接；
所述上位机与下位机通信模块(4)包括缺陷信息输出通道(41)和控制信息输入通道(42)；所述上位机控制模块(5)包括液晶显示屏(51)和上位机控制器(52)组成；所述上位机控制模块(5)通过所述上位机与下位机通信模块(4)与所述主机电路模块(2)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，
所述上位机控制模块(5)对该检测设备进行速度方向、探头的选择和开闭状态以及是否需要开启LED进行设置，设置完成后控制信息经由所述控制信息输入通道(42)给到所述主机电路模块(2)启动该检测设备，该检测设备开始按给定的条件开启指定的探头或使用多个探头同时进行工作，所述缺陷信息采集处理接收模块(1)将探头检测的各个数据信息经过AD转换模块处理后传输至所述主机电路模块(2)并通过所述缺陷信息输出通道(41)传到所述上位机控制模块(5)经过处理后在所述液晶显示屏(51)中显示，根据在所述液晶显示屏(51)中显示出的管道信息，实时通过所述上位机控制器(52)发出控制信息调节检测设备的速度方向和探头转向。
3.根据权利要求1或2所述的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，
所述爬行与转向机构(6)包括速度方向控制模块(61)和探头转向控制模块(62)，其中速度方向控制模块(61)包括前轮(611)和依次连接的电机驱动模块(612)、左电机(613)、左驱动轮(615)和右电机(614)和右驱动轮(616)组成；所述探头转向控制模块(62)包括依次连接的舵机(621)和探头(622)。
4.根据权利要求3所述的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，
所述缺陷信息采集处理接收模块(1)包括漏磁检测探头(12)、涡流检测探头(13)、摄像头采集模块(14)、多通道模拟量输入模块(15)以及AD转换模块(16)，其中所述漏磁检测探头(12)、所述涡流检测探头(13)和所述摄像头采集模块(14)固定在所述探头转向控制模块(62)上，将采集到的信息通过所述多通道模拟量输入通道(15)和经过所述AD转换模块(16)的AD转换后送到所述主机电路模块(2)，继而通过所述上位机与下位机通信模块(4)的缺陷信息输出通道(41)传到所述上位机控制模块(5)进行处理并由所述液晶显示屏(51)将信息显示出来。
5.根据权利要求4所述的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，
所述缺陷信息采集处理接收模块(1)还包括LED照明灯(11)，所述LED照明灯(11)用于辅助所述摄像机采集模块(14)进行在黑暗环境下对管道缺陷的拍摄。
6.根据权利要求4所述的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，
所述漏磁检测探头(12)、所述涡流检测探头(13)以及所述摄像头采集模块(14)受所述上位机控制模块(5)并行控制，选择打开其中一个或同时打开若干个探头。
7.根据权利要求1所述的一种集成多传感器的管道爬行智能检测设备，其特征在于，
所述缺陷信息输出通道(41)和所述控制信息输入通道(42)均分别与所述主机电路模块(2)和上位机控制模块(5)信号连接，上述通道根据不同的管道环境选择无线通信方式或者有线电缆方式进行数据传输。
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