CN107356219A - 一种用于管道内径检测的泡沫几何测径器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫测径器。该装置包括带空腔的泡沫体和装在空腔内的密封单元。密封单元内部有不少于一组参数测量装置，该装置能够测量至少一组因管道变形引起的泡沫体形变。密封单元至少包括一组传感器，该传感器能够产生用于测量管道内径的一个输出信号。双密度泡沫体更能引起磁铁的位移变化，测量精度高。

Description

一种用于管道内径检测的泡沫几何测径器

技术领域

本发明涉及管道测径装置领域，具体涉及一种通过评估管道内部堵塞情况或外力引起的变形情况而测定管道直径的泡沫测径器。

背景技术

管道经常被用来输送不同的介质，包括石油、气体、水、化学药剂、矿浆和食品等。实践证明，即使由于结构引起的管道通径轻微的变小，都会对产品流速或泵的效能产生明显的影响。因此，为了高效的工作，管道在投入运行前，需要强制进行测径检测，防止管道由于外力破坏或结构引起的堵塞。在建设阶段，管道堵塞可能因为许多原因。管道可能受到一个外部的机械力，导致一个凹坑，也可能是操作工人把一个工具落在了管道里，或者是在管道焊接时，多余的焊瘤没有被正当剔除。

目前，检测管道堵塞的常用工具是管道猪，类似于一个塞子，被管道内流动的介质向前推进。管道猪能够刮除管道内壁的结垢，然后把这些垢层推出管道。因为管道内部情况不明确，管道清理经常是“盲操作”，即选择投放清管器时基本不考虑管道内部结垢的分布和厚度。结果，清管过程就必须非常小心，需多次投放泡沫管道猪。

首先发射一个变形量足够大的柔性泡沫管道猪来判断管道的通过性。泡沫管道猪一般由管道内介质的前后压差向前推动。如果泡沫管道猪在管道中遭遇一个障碍，该柔性管道猪的大变形量将保证它顺利通过障碍。随后，根据泡沫管道猪的损坏程度，操作人员来判断投进一个带金属测径盘的管道猪是否可行。如果不可行，将再一次投放泡沫管道猪去试着清除管道内的障碍物，直到出来的泡沫管道猪没有损坏。因此该方法效率极其低下，而且会浪费大量的人力物力。

已知的美国专利NO5659142，描述了一种带压力传感器的泡沫管道猪，当管道猪沿管线运行时，压力传感器可以记录由于管径变化引起的压力变化，这些压力传感器作为电子测量系统的一部分同样被放置在管道猪中心的空腔内。尽管测量压力允许给出一个障碍的位置信息，但是依靠压力测量，不会产生关于障碍的细节信息。进一步，其它一些管路特征，比如椭圆度不会反映在压力中，截面形状的变化与否不会很明显的反映在流体压力变化上。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种泡沫测径器，该泡沫测径器不仅能够测量堵塞障碍的分布，还能够给出管道通径的几何信息，而且具有最小的堵塞风险，几乎可以在清管的任何阶段被投放使用。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种泡沫测径器，其具有以下十分突出的优点：

1.双密度泡沫体设计比单密度设计更能引起磁铁的位移变化，测量精度高。

2.密封单元内还可以放置不同类型的传感器。放置超声波传感器，可通过反射信号的接受时间来计算管道内径。放置温度和压力传感器，可以对介质物理特性进行测量。放置陀螺仪和加速度计，陀螺仪用来测量管道水平面的左右摆角及清管器的周向旋转，加速度计用来测量管道的垂直面的仰角，可得出管道的3D走向及缺陷的周向时钟方向。

附图说明

图1为所述管道测径器的结构原理图。

图2为所述泡沫测径器在一个管道中的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图1-2给出本发明的具体实施方式，并通过具体实施方式对本发明的一种泡沫测径器作进一步说明。需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。

一种泡沫测径器，包括：高密度泡沫体1，内层低密度泡沫体2，放置在内外层泡沫体结合面上的磁铁3，实现内层泡沫体2空腔内的密封单元密封作用的密封盖4和密封圈5，以及安置在密封单元内部的USB接口6，电池7，磁敏传感器一8，磁敏传感器二9，电路板10。

由高低密度两组泡沫体组合而成，低密度泡沫体放置在高密度泡沫体的中心空腔里；泡沫体的材料都是聚氨酯发泡。

所述环形布置在高低密度泡沫体结合面上磁铁的个数不少于1个。

所述密封单元里用来测量磁铁位移量的传感器数量不少于1组。

所述环形布置在高低密度泡沫体结合面上的磁铁呈长条形，在长度方向上与泡沫体轴向平行，南北轴方向与泡沫体径向平行。

所述传感器组，放置在目标磁铁可作用范围内，由两个呈90°布置的磁敏传感器组成；一个磁敏传感器敏感轴与磁铁南北磁轴平行，另一个磁敏传感器敏感轴与泡沫体中心轴平行。

所述密封单元里配置超声传感器，对管道内径进行定性测量。

所述密封单元里配置压力及温度传感器，对介质物理特性进行测量。

所述密封单元里配置陀螺仪和加速度计，对管道三维走向进行绘制。

所有传感器采集信号被存储下来，待上位机分析。

一种泡沫测径器其构成包括：与管道直接进行摩擦的外层高密度泡沫体，安装在高密度泡沫体中心空腔内的内层低密度泡沫体，环形布置在高低密度泡沫体结合面上的磁铁，安装在低密度泡沫体中心空腔内的密封单元，该单元内部至少安放了一组测量装置，用来测量由于管道内径变化引起的泡沫体的形变，以及至少一个传感器组，能够产生用于测量的输出信号。

在上述技术方案中，参数测量装置包括至少一个安放在泡沫体结合面上的磁铁和一个内置在密封单元里的磁泄漏传感器，首选霍尔传感器。

在上述技术方案中，泡沫体由两种不同密度的泡沫体组合而成。外层是高密度的中空泡沫体，内层的低密度泡沫体插入外层高密度泡沫体的空腔内，同时，内层的低密度泡沫体同样有空腔，被用来放置密封单元。

在上述技术方案中，内外层泡沫体结合面上，至少布置了一个磁铁，磁铁的南北向与泡沫体的径向平行。对应地，至少有一组(两个)装在密封单元里的磁敏传感器，该组传感器敏感轴方向呈90°，其中一个磁敏传感器与磁铁的轴向平行，另一个磁敏传感器与磁铁的轴向垂直，该组传感器在磁铁磁场的作用范围内，能足够感知磁铁由于径向或轴向(管道方向)位移而导致的穿过磁敏传感器磁通量的变化。

本发明提供的一种泡沫测径器，是基于发明人以下的认识与灵感完成的：当泡沫测径器通过管道内部时，不管是因为管道本身变形还是结垢的原因，都将引起泡沫体外表面的形变。泡沫外表面被压缩引起的形变会线性的传递给布置在泡沫体结合面上的磁铁，导致磁铁发生沿管道径向的位移，磁铁的位移变化将会被密封单元里与磁铁轴向平行的磁敏传感器感知并测量，通过信号处理后转化为可存储的数字信号。同时由于磁铁没有沿管道轴向的位移量，所以另一个与磁铁轴向垂直的磁敏传感器基本感知不到磁铁的位移变化量。但在实际情况中，泡沫体碰到较大管道通径变化时，往往需要加大介质的压力，推送泡沫体向前运动。此时，泡沫体的轴向也会发生一定的形变，该形变会导致磁铁沿管道轴向位移，这时，与磁铁轴向垂直的磁敏传感器同时测量到磁铁的沿管道轴向的位移变化量，通过差分两个传感器的信号，可以很好的还原由于管道通径变化引起的磁敏传感器信号的变化，减小由于泡沫体轴向压缩导致的磁敏传感器的测量误差。当泡沫测径器通过凸起后，泡沫体由于弹性变形恢复形状，磁铁也一起回到初始状态。

在下面所述具体实施方式中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语仅仅是为了便于说明本发明，并非用来限制本发明。

本实施例的泡沫测径器，其结构示意图如图1所示：高密度泡沫体1，内层低密度泡沫体2，放置在内外层泡沫体结合面上的磁铁3，实现内层泡沫体空腔密封作用的密封盖4和密封圈5，以及安置在内层泡沫体内部的USB接口6，电池7，磁敏传感器一8，磁敏传感器二9，电路板10和其他传感器11(温度及压力传感器，陀螺仪和加速度计)。磁铁3的南北向与泡沫体的径向平行，磁敏传感器一8与磁铁3的南北向平行，磁敏传感器二9与磁铁的南北向垂直，分别用于感知磁铁由于径向或轴向(管道方向)位移而导致的穿过磁敏传感器磁通量的变化。磁敏传感器一8和磁敏传感器二9采集到的磁场信号进入电路板10进行放大、滤波和存储，测量结束后，通过USB接口6将检测数据拷出进行分析处理。在内层泡沫体内部密封单元内还可以放置不同类型的传感器11(温度及压力传感器，陀螺仪和加速度计)来实现其他检测功能。

如图2所示，在外层泡沫体1比内层的泡沫体2密度要高，外层泡沫体是典型的泡沫管道猪设计，厚度尺寸一般从4寸到48寸，泡沫体呈圆柱形带锥头设计，圆柱体外径被设计成等于管道的内径，在管道中的运行方向如图2箭头所示。

如图2所示，低密度泡沫体2插入高密度泡沫体1的空腔内。磁铁阵列4分布在高低密度的泡沫体结合面上，且与磁敏传感器的距离在磁敏传感器一8和磁敏传感器二9的工作范围内。当管道存在堵塞时，同一密度泡沫体由于管道通径的变化引起的压缩，在泡沫体径向呈非线性，即最大的变形量发生在外表面，沿径向越往内部，变形量越小，在泡沫体中心处为0。因此，如果采用统一密度的泡沫体，则管道小变形引起埋在相对靠近泡沫体轴心的磁铁的位移变化量极小，磁敏传感器几乎感知不到，管道变形将不易被测量出来。所以，在高密度泡沫体1中心构建一个大的空腔，低密度泡沫体2插入该空腔内，磁铁3预埋在两个泡沫体的结合面上，同样的管道变形量将会导致磁铁发生更大的径向变形，易于被传感器感知。

如图2所示，每个预埋在泡沫体结合面上的磁铁3，都对应有一组两个方向互相垂直的磁敏传感器，其中，磁敏传感器一8敏感轴方向与磁铁平行，另一个磁敏传感器二9方向与泡沫体轴心方向平行。敏感轴方向与磁场平行的传感器输出信号最大，敏感轴方向与磁场垂直传感器信号输出量最小。该组传感器的位置，根据其磁敏感度，必须布置在预埋磁铁的磁场作用范围内。且如果有磁铁的环形阵列，每组磁敏传感器分别对应一个磁铁，在阵列数过多时，磁铁的间距将会缩小，可能造成一个磁铁将会对周边附近的多组传感器产生影响。所以，在设计时，必须合理选择磁铁的强度和阵列数量。同时在传感器信号处理中，也要通过算法消除其它非对应磁铁的磁场干扰。如上述，由于管道猪在实际工作中，轴向也可能发生形变，为了最大限度消除此干扰对径向测量精度的影响，磁铁选择长条形，当发生轴向压缩时，由于长条形磁铁的长度远远大于传感器的尺寸，所以对径向测量的传感器信号影响并不大。对于要求测量管道壁厚变化的工况，预埋在泡沫体里的一组磁铁即可实现该功能。但是，在实际工况中，管道内部有凸起，有褶皱，有结垢，有椭圆度等等，体现在某点而不是均匀的径向变形，对于此种工况，将要求更多数量的传感器在圆周方向阵列，以更高的解析度来还原管道内径的变化。

Claims (10)

1.一种泡沫测径器，其特征在于,包括：高密度泡沫体，内层低密度泡沫体，放置在内外层泡沫体结合面上的磁铁，实现内层泡沫体空腔内的密封单元密封作用的密封盖和密封圈，以及安置在密封单元内部的USB接口，电池，磁敏传感器一，磁敏传感器二，电路板。

2.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：由高低密度两组泡沫体组合而成，低密度泡沫体放置在高密度泡沫体的中心空腔里；泡沫体的材料都是聚氨酯发泡。

3.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：所述环形布置在高低密度泡沫体结合面上磁铁的个数不少于1个。

4.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：所述密封单元里用来测量磁铁位移量的传感器数量不少于1组。

5.根据权利要求3所述的泡沫测径器，其特征在于：所述环形布置在高低密度泡沫体结合面上的磁铁呈长条形，在长度方向上与泡沫体轴向平行，南北轴方向与泡沫体径向平行。

6.根据权利要求4所述的泡沫测径器，其特征在于：所述传感器组，放置在目标磁铁可作用范围内，由两个呈90°布置的磁敏传感器组成；一个磁敏传感器敏感轴与磁铁南北磁轴平行，另一个磁敏传感器敏感轴与泡沫体中心轴平行。

7.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：所述密封单元里配置超声传感器，对管道内径进行定性测量。

8.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：所述密封单元里配置压力及温度传感器，对介质物理特性进行测量。

9.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：所述密封单元里配置陀螺仪和加速度计，对管道三维走向进行绘制。

10.根据权利要求1所述的泡沫测径器，其特征在于：所有传感器采集信号被存储下来，待上位机分析。