CN106764247A - 压力管道内球形检测器运动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力管道内球形检测器运动控制方法。通过视频球内部的加速度计采集到视频球的行进速度，控制水流的流速，使得视频球的行进速度在最大速度和最小速度范围内，对水流流速的控制；通过视频球内部的浮力传感器采集到视频球的所受浮力值，并通过采集获得的图像判断视频球是否满足碰撞条件，根据视频球自身的重量和所受浮力值的比较以及视频球是否满足碰撞条件的结果进行综合分析判断，用以控制水流的流量。本发明方法能获得球形检测器在检测时的最佳流速和流量。通过控制水的流速及流量有效的控制视频球在管道内前进的速度，进行合理有效的拍摄。

Description

压力管道内球形检测器运动控制方法

技术领域

本发明涉及压力管道内检测领域，尤其涉及了一种压力管道内球形检测器运动控制方法，对压力管道内球形检测器运动进行控制。

背景技术

视频球检测管道堵塞和腐蚀是压力管道一种检测方法。由于对视频的清晰度要求比较高，所以如果检测的管道比较长，则对视频球的内存要求比较大。视频球如果在管道内前进的速度太快，就会出现很多盲区；如果太慢，又会造成许多地方重复拍摄，内存消耗太多。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出了一种压力管道内球形检测器运动控制方法，通过控制水的流速及流量有效的控制视频球在管道内前进的速度，进行合理有效的拍摄。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是将视频球作为球形检测器置于水流管道装置中，并采用以下步骤：

一方面，通过视频球内部的加速度计采集到视频球的行进速度，由于视频球在水流管道中跟随水流同步行进，因此其行进速度等同于水流的流速，控制水流的流速使得视频球的行进速度在最大速度和最小速度范围内，形成对水流流速的控制；

另一方面，通过视频球内部的浮力传感器采集到视频球的所受浮力值，根据视频球自身的重量和所受浮力值的比较用以调整水泵控制水流的流量，如果视频球自身的重量大于所受浮力值，则控制增大水流的流量。并可同时根据摄像机采集的每一帧图片判断缺陷轮廓，若缺陷轮廓不清晰，则控制减小水流的流速。

所述最大速度和最小速度具体采用以下方式进行计算：

a)根据视频球上的摄像机的视角θ和每秒钟拍摄的帧率ν，考虑视频球上的摄像机在行进中以刚好无遗漏拍摄管道的速度为最大速度，采用以下公式计算获得最大速度V_max：

其中，h表示视频球上所有摄像机的焦距平均值，n表示视频球每秒拍摄图片的张数，θ表示视频球上摄像机的视角；

焦距h的视频球每秒拍摄n张图片，由于在视频球行进过程中，其上的每个摄像机都是变焦的，因此根据视频球的直径以及管道的直径能获得变化的焦距范围，所以在实际行进中最大速度会在一定范围内变化。

b)根据相邻两帧图像的重叠率百分比阈值ε，采用以下公式计算得出视频球行进的最小速度V_min：

其中，ε表示相邻两帧图像的重叠率百分比阈值，h表示视频球上所有摄像机的焦距平均值，n表示视频球每秒拍摄图片的张数，θ表示视频球上摄像机的视角。

如果视频球运行的速度太慢，拍摄的视频将会占用太多的内存，处理起来也会增加数据量，而且许多数据都是重复的。因此采用上述公式计算获得的最小速度对视频球的行进速度进行限制。

同样，焦距h的视频球每秒拍摄n张图片，由于在视频球行进过程中，其上的每个摄像机都是变焦的，因此根据视频球的直径以及管道的直径能获得变化的焦距范围，因此在实际行进中最小速度会在一定范围内变化。

一般通过浮力使得视频球浮在水中行进，但因为水流量较大，虽然能保证视频球悬浮，但是也容易发生碰撞，要尽量减少视频球在拍摄过程中发生碰撞，所以水的流量也不能太大，要控制在合理的范围内。因此，通过浮力重力比较使得视频球浮在水中行进，所以要保证视频球所受的浮力要等于视频球自身的重力。

具体实施中还可以针对视频球的摄像机采集的每一帧图片进行处理，先通过梯度函数获得每张图像的灰度梯度，对应生成每一张图像的梯度图像作为图像轮廓，待检测样管包括管道缺陷如腐蚀、裂缝等，图像中如果缺陷轮廓清晰，此时的水流流速为最佳速度，如果缺陷轮廓不清晰，达不到检测要求，则减小水流的流速。

所述的水流管道装置包括待检测样管、水箱、支架、出水管道、进水管道、调速电机、变频器和计算机，水箱的出水口与出水管道一端连接，出水管道另一端与进水管道一端连接并在连接处接有调速电机，进水管道另一端与待检测样管的入口端连接，进水管道另一端与待检测样管的入口端连接，待检测样管的出口端置于水箱中并经浸没于水下，调速电机经变频器和计算机连接，其中的水流方向如图1中的箭头所示，视频球置于出水管道、进水管道、待检测样管和水箱形成的水管道循环系统中，对待检测样管进行检测。所述水泵的出水管与待检测样管的进水端相连，水箱的出水口与水泵的进水管相连。这样就可以实现水的循环利用。

所述的视频球包括球形外壳以及安装在球形外壳球体表面的摄像机、安装在球形外壳球体表面的电池和主板，球形外壳球体表面固定安装有六个摄像机，六个摄像机位于球形外壳正六面处，主板上设有低频发射器、加速度计、浮力传感器、存储器和ARM处理器，ARM处理器分别与低频发射器、加速度计、浮力传感器和存储器连接，电池与主板连接。

所述视频球的密度和水的密度相同。

所述水流的流速是调整调速电机控制，所述水流的流量是通过出水阀门控制阀门开合的大小控制，使视频球在管道内悬浮。调速电机和变频器构成了水泵，水泵置于待检测样管旁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够有效获得视频球在检测时水的最佳流速及流量，实现有效控制球形检测器在管道内行进的速度，以实现对管道无遗漏拍摄，同时保证拍摄视频的最佳。

附图说明

图1为本发明实施例中水流控制装置结构示意图。

图2为本发明实施例中球形检测器行进示意图。

图3为本发明实施例中球形检测器结构示意图。

图4为本发明实例中球形检测器相机分布结构示意图。

图5为本发明实施例中速度控制流程图。

图中：1：待检测样管，2：水箱，3：出水口，4：支架，5：出水管道，6：进水管道，7：调速电机，8：变频器，9：计算机，10：视频球大部分时间悬浮，11：待检测管道缺陷，12：水流方向，13：视频球，14：球形外壳，15：摄像机，16：电池，17：主板，18：低频发射器，19：加速度计，20：浮力传感器，21：存储器，22：ARM处理器，23：出水阀门。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

本发明的具体实施是在如图1所示的水流管道装置中进行，水流管道装置包括待检测样管1、水箱2、支架4、出水管道5、进水管道6、调速电机7、变频器8和计算机9，水箱2的出水口3与出水管道5一端连接，出水管道5另一端与进水管道6一端连接并在连接处接有调速电机7，进水管道6设有出水阀门23，进水管道6另一端与待检测样管1的入口端连接，待检测样管1的出口端置于水箱2中并经浸没于水下，调速电机7经变频器8和计算机9连接，其中的水流方向12如图1中的箭头所示，视频球置于出水管道5、进水管道6、待检测样管1和水箱2形成的水管道循环系统中，对待检测样管1进行检测。

视频球内部结构如图3所示，包括球形外壳14以及安装在球形外壳14球体表面的摄像机15、安装在球形外壳14球体表面的电池16和主板17，球形外壳14球体表面固定安装有六个摄像机15，六个摄像机15位于球形外壳14正六面处，如图4所示，主板17上设有低频发射器18、加速度计19、浮力传感器20、存储器21和ARM处理器22。

本发明的实施例及其实施工作过程如下：

下面以DN200(单位mm，以下同)的压力管道，视频球的直径为180，摄像机视角为120度，每秒拍摄30张图片为例，说明压力管道球形视频内检测器运动控制的具体实施方式。

首先可以确定所摄像机的拍摄帧率和视角。因为管道DN200，视频球DN180，所以焦距的范围为0到20。由于视频球的密度和水的密度一致，所以视频球大部分时间是在管道内悬浮，所以本实例焦距选择10。根据要求每帧重复率不超过50％(即相邻两帧图像的重叠率百分比阈值ε为50％)以及结合上面公式，通过本发明方法计算出视频球最大速度是0.5196m/s和最小速度是0.259m/s。

通过视频球13内部的加速度计采集到视频球的行进速度，并实时通过低频通讯模块传到计算机9，通过调速电机调整水流管道的水泵控制水流的流速，使得视频球的行进速度在最大速度和最小速度范围内，形成对水流流速的控制；

如果加速度计采集到的视频球13的行进速度不在最大速度和最小速度范围内，一种是视频球的行进速度大于最大速度，则通过调速电机调整水流管道的水泵减小水流的流速；另一种是视频球的行进速度小于最小速度，则通过调速电机调整水流管道的水泵增大水流的流速。

通过视频球13内部的浮力传感器采集到视频球的所受浮力值，并通过采集获得的图像判断视频球是否满足碰撞条件，根据视频球自身的重量和所受浮力值的比较以及视频球是否满足碰撞条件的结果进行综合分析判断，用以通过变频器调整水泵控制水流的流量，如果视频球满足碰撞条件，则控制减小水流的流量，如果视频球自身的重量大于所受浮力值，则通过加水球阀和吸水球阀控制增大水流的流量。

如图2所示，当视频球13开始运动时，待检测样管1中的水流方向12朝向右，视频球13在管道中悬浮10并随水流同步行进。视频球13会实时向计算机传输自己的加速度计参数以及浮力传感器的数据，由此得出视频球的运行速度，然后通过水泵的调速电机来控制水泵水的流速，同时通过浮力传感器获得视频球所受浮力的大小，当浮力小于视频球重力时，通过计算机调整变频器控制水泵的水流量，使视频球大部分时间在管道内悬浮。拍摄完成后，取出拍摄视频，提取每一帧图像，并通过后续处理获得待检测样管1中的待检测管道缺陷11。

然后通过梯度函数，对应生成每一张图像的梯度图像(即图像轮廓)。待检测样管包括管道缺陷如腐蚀、裂缝等。如果这些缺陷轮廓清晰，就是最佳速度，如果不清晰，达不到检测要求(无法判断缺陷)，就应减小水的流速。在最大和最小速度内找出最佳速度。

通过浮力使得视频球浮在水中行进，所以要保证视频球所受的浮力要等于视频球自身的重力。当浮力传感器的值小于视频球自身重力，应加大水的流量。如果相等则保持不变。经过多次实验，速度在0.38m/s到0.42m/s范围内，检测管道缺陷轮廓清晰，满足检测需求，此时速度最佳。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施案例，并非对本发明做任何形式上的限制。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种压力管道内球形检测器运动控制方法，将视频球作为球形检测器置于水流管道装置中，其特征在于包括以下步骤：

一方面，通过视频球内部的加速度计采集到视频球的行进速度，控制水流的流速，使得视频球的行进速度在最大速度和最小速度范围内，形成对水流流速的控制；

另一方面，通过视频球内部的浮力传感器采集到视频球的所受浮力值，根据视频球自身的重量和所受浮力值的比较，用以控制水流的流量，如果视频球自身的重量大于所受浮力值，则控制增大水流的流量。

2.根据权利要求1所述的一种压力管道内球形检测器运动控制方法，其特征在于：所述最大速度和最小速度具体采用以下方式进行计算：

a)根据视频球上的摄像机的视角θ，考虑视频球上的摄像机在行进中以刚好无遗漏拍摄管道的速度为最大速度，采用以下公式计算获得最大速度V_max：

$V_{max}=2hsin\frac{\mathrm{\θ}}{2}*n$

其中，h表示视频球上所有摄像机的焦距平均值，n表示视频球每秒拍摄图片的张数，θ表示视频球上摄像机的视角；

b)根据相邻两帧图像的重叠率百分比阈值ε，采用以下公式计算得出视频球行进的最小速度V_min：

$V_{\min }=2hsin\frac{\mathrm{\θ}}{2}*\mathrm{\ϵ}*n$

其中，ε表示相邻两帧图像的重叠率百分比阈值，h表示视频球上所有摄像机的焦距平均值，n表示视频球每秒拍摄图片的张数，θ表示视频球上摄像机的视角。

3.根据权利要求1所述的一种压力管道内球形检测器运动控制方法，其特征在于：针对视频球的摄像机采集的每一帧图片进行处理，先通过梯度函数获得每张图像的灰度梯度，对应生成每一张图像的梯度图像作为图像轮廓，如果缺陷轮廓不清晰，则控制调速电机减小水流的流速。

4.根据权利要求1所述的一种压力管道内球形检测器运动控制方法，其特征在于：所述的水流管道装置包括待检测样管(1)、水箱(2)、支架(4)、出水管道(5)、进水管道(6)、调速电机(7)、变频器(8)和计算机(9)，水箱(2)的出水口(3)与出水管道(5)一端连接，出水管道(5)另一端与进水管道(6)一端连接并在连接处接有调速电机(7)，进水管道(6)设有出水阀门(23)，进水管道(6)另一端与待检测样管(1)的入口端连接，待检测样管(1)的出口端置于水箱(2)中并经浸没于水下，调速电机(7)经变频器(8)和计算机(9)连接，视频球置于出水管道(5)、进水管道(6)、待检测样管(1)和水箱(2)形成的水管道循环系统中，对待检测样管(1)进行检测。

5.根据权利要求1所述的一种压力管道内球形检测器运动控制方法，其特征在于：所述的视频球包括球形外壳(14)以及安装在球形外壳(14)球体表面的摄像机(15)、安装在球形外壳(14)球体表面的电池(16)和主板(17)，球形外壳(14)球体表面固定安装有六个摄像机(15)，六个摄像机(15)位于球形外壳(14)正六面处，主板(17)上设有低频发射器(18)、加速度计(19)、浮力传感器(20)、存储器(21)和ARM处理器(22)，ARM处理器(22)分别与低频发射器(18)、加速度计(19)、浮力传感器(20)、存储器(21)连接。

6.根据权利要求4所述的一种压力管道内球形检测器运动控制方法，其特征在于：所述水流的流速是调整调速电机(7)控制。

7.根据权利要求1所述的一种压力管道内球形检测器运动控制方法，其特征在于：所述视频球的密度和水的密度相同。