CN109374513A - 管道外防腐层检测分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道检测设备技术领域，具体涉及一种管道外防腐层检测分析系统，包括：电流激励系统，用于给管道提供激励信号；若干磁场感应装置，沿管道均匀间隔设置，用于采集并传递上述激励信号；监控分析系统，用于接收并分析上述激励信号；土壤检测设备，配合所述磁场感应装置设置，用于采集埋地管道所在土壤的腐蚀状况；腐蚀预测系统，用于分析管道的腐蚀情况及剩余寿命，分别于所述监控分析系统和所述土壤检测设备无线数据连接。本发明能够在检测出管道防腐层破损的同时，还能检测该处土壤状况，并综合分析，得出该出管道的使用寿命，便于管理。

Description

管道外防腐层检测分析系统

技术领域

本发明涉及管道检测设备技术领域，具体涉及一种管道外防腐层检测分析系统。

背景技术

地埋金属管道运送各种介质且工作压力高，沿途经过环境变化大，目前大都采用外防腐层覆盖进行管道防腐，受各种因素影响，防腐层会出现老化及破损，如何确定防腐层老化、破损及渗水位置以及时修补是减小管道腐蚀风险，从而确保地埋金属管道安全运行的必要条件之一。

目前，监测埋地金属管道防腐涂层破损的方法有很多种，较常见的有如下几种。交流电流衰减检测技术，它的工作原理是当电流施加在金属管道上时，根据电流衰减变化的大小探测防腐涂层的破损点。皮尔逊检测技术，基本原理是，当一个交流信号加在金属管道上，在防腐涂层破损处便会有电流泄漏入土壤中，这样在管道破损点与土壤之间会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，在管道竖直向上的地面上用仪器检测到这种电位的异常变化就可发现管道防腐层的破损点。密间隔电位检测技术(CIPS)，该方法是连续测量管道与地面的电位，在埋地管道防腐层的破损处，由于电流从防腐涂层破损处流向土壤，必然会产生一个电位梯度场，该电位梯度场的形状和位置将随防腐层缺陷的大小和管道上所处的位置而变化。该检测技术通过测得的电压图中电压梯度的变化来判断管道防腐层破损点。直流电压梯度检测技术(DCVG)，该技术的检测原理是在施加了阴极保护的埋地管线上，电流经过土壤介质流入管道外覆盖层破损处裸露的钢管处，在管道防腐层破损处的地面上形成了一个电压梯度场，在管道上方测量电势差即可判断管道防腐层破损点，该方法类似于，皮尔逊检测法，但是该方法的测量灵敏度更高。

现有技术中的上述检测方法，虽然都可以检测埋地金属管道防腐层的破损，但是不能对管道的损伤程度进行综合评价并对其使用寿命提前进行判断。

发明内容

为了解决现有技术中埋地金属管道防腐层的检测技术的不能对管道的腐蚀情况综合评价并对其使用寿命提前判断的问题，本发明提供了一种管道外防腐层检测分析系统。

本发明提供的一种管道外防腐层检测分析系统，包括：

电流激励系统，用于给管道提供激励信号；

若干磁场感应装置，沿管道延伸方向均匀间隔设置于地表以下,，用于采集并传递上述激励信号；

监控分析系统，用于接收上述激励信号，并与先前采集到的激励信号信号对比；

土壤检测设备，配合所述磁场感应装置所在位置设置于地表，用于采集埋地管道所在土壤的腐蚀状况；

腐蚀预测系统，用于预测管道的剩余使用寿命，分别于所述监控分析系统和所述土壤检测设备数据连接。

作为优选，所述电流激励系统，包括埋地管道测试桩、电流中断器、开关、直流电源和接地阳极组成，所述埋地管道测试桩直接与管道相连，所述埋地管道测试桩与所述电流中断器相连，所述开关将所述电流中断器和所述直流电源相连，所述直流电源与所述接地阳极相连接；

所述磁场感应装置，包括，数据采集模块、第一数据处理模块、第一无线通信模块和第一能量供应模块，所述数据采集模块用于采集环境中的磁感应强度，所述第一数据处理模块用于转换、存储信号并将信号传递给所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块将接收到的数据传递给相邻的所述磁场感应装置，信息依次通过无线多跳的线性路由方式传输到所述监控分析系统，所述第一能量供应模块与所述数据采集模块、所述第一数据处理模块、所述第一无线通信模块电连接；

所述监控分析系统，包括，第二无线通讯模块，第二数据处理模块、显示器模块和第二能量供应模块组成，所述第二无线通讯模块与所述第一无线通讯模块通讯连接，所述第二数据处理模块用于处理和存储各所述磁场感应装置传回的数据，并将信息在所述显示器模块上显示，通过显示某一个磁场感应装置与以往信息的对比，判断破损情况，所述第二能量供应模块与所述第二无线通讯模块、所述第二数据处理模块和所述显示器模块电连接；

所述所述腐蚀预测系统，包括管道腐蚀数据管理模块、管道腐蚀预测管理模块、系统管理模块；所述管道腐蚀数据管理模块设置有数据库存储管道的基础数据和腐蚀数据，实现对管道腐蚀信息的动态管理；所述管道腐蚀预测管理模块对管道腐蚀深度，管道剩余壁厚以及管道腐蚀剩余寿命的腐蚀参数进行估算和预测；所述系统管理模块通过系统用户的管理及数据库管理实现对整个系统的管理和维护。

作为优选，所述埋地管道测试桩包括，桩体和基座，所述桩体构成所述埋地管道测试桩的主体，所述基座设置在所述桩体的底部并套压固定所述桩体，所述桩体的外侧安装有金属外壳，且所述金属外壳的内侧设置有软质隔离层，所述软质隔离层的内部设置有石瓦层，所述桩体内部设置中空的面板放置孔，且所述桩体侧壁位于所述面板放置孔的位置设置有开口，所述开口边缘朝外的一侧设置有承接面，所述承接面上设置有若干凸起和螺纹孔，所述面板放置孔内设置有绝缘隔套，所述绝缘隔套与所述面板放置孔相匹配，其朝外的一侧设置有翻边，所述翻边上设置有与所述凸起和所述螺纹孔分别对应匹配的第一通孔和第二通孔，所述凸起与所述第一通孔契合，所述第二通孔与所述螺纹孔通过螺栓可拆卸连接，所述绝缘隔套内壁两侧中心位置设置有转轴，所述绝缘隔套内嵌设有接线座，所述接线座为方体结构，所述接线座的两侧与所述转轴转动连接，可在所述绝缘隔套内转动，所述接线座的上表面设置有接线孔，下表面置有接线柱，穿线孔从所述桩体底端通入并直通到所述面板放置孔处，测试电缆经由所述穿线孔与所述接线柱相连接，其中一根所述转轴贯穿所述桩体，并且其伸出所述桩体的一端设置有旋钮，所述开口处设置有元件保护门，所述元件保护门通过螺栓与所述桩体相连接并覆盖所述面板放置孔，所述元件保护门上设置有若干对应所述接线孔的插孔，所述插孔内设置有密封塞，所述桩体上部，且位于所述元件保护门上方设置有伞状结构的遮挡件。

作为优选，所述埋地管道测试桩的接线座内还设置有，第四通讯模块、独立电源模块和独立控制器，所述独立控制器连接于所述独立电源模块和所述接线柱之间，所述第四通讯模块与所述独立控制器相连接，所述第四通讯模块与巡检车上的第五通讯模块相连接，巡检车上设置有控制终端用于控制独立控制器，所述第五通讯模块与控制终端相连接。

作为优选，所述数据采集模块，包括：大量程传感器；高精度传感器，其紧密地设置在所述大量程传感器的一侧；负反馈线圈，其环绕地设置在所述高精度传感器的表面，其轴心与所述高精度传感器的轴心重合；控制模块，其分别与所述大量程传感器和所述高精度传感器连接，用于采集所述大量程传感器和所述高精度传感器的信号；所述第一能量供应模块与所述控制模块通信，并与所述负反馈线圈连接，所述第一能量供应模块受所述控制模块控制向所述负反馈线圈提供电流，对所述高精度传感器产生负反馈磁场；测量时，所述大量程传感器用于测量被测磁场的高位数值，所述高精度传感器测量被测磁场的低位数值，所述控制模块将所述大量程传感器和所述高精度传感器的数据相加得到测量结果，所述控制模块与所述第一数据处理模块相连接，所述大量程传感器和所述高精度传感器的敏感方向相互平行，所述负反馈线圈产生的负反馈磁场强度为所述大量程传感器的测量范围。

作为优选，所述高精度传感器包括：衬底、曲折多匝传感器、螺线管偏置线圈以及绝缘材料，所述曲折多匝传感器位于所述螺线管偏置线圈的内部轴心位置，所述绝缘材料包裹于所述曲折多匝传感器外部，述螺线管偏置线圈位于所述衬底表面，所述的螺线管偏置线圈包括：由上而下依次设置的顶层线圈、中间连接柱和底层线圈。

作为优选，所述管道腐蚀数据管理模块包括数据输入/输出模块、数据查询模块、图表分析模块、相片管理模块，所述管道腐蚀预测管理模块包括灰色GM(1，1)预测模块、指数回归预测模块；所述灰色GM(1，1)预测模块对给定时刻的腐蚀数据进行定量预测，所述指数回归预测模块利用指数回归模型对腐蚀数据做出趋势性的定量预测，所述灰色GM(1，1)预测模块所采用的腐蚀数据既可以是等时间序列的，也可以是非等时间序列的，所述灰色GM(1，1)预测模块还根据残差检验结果和后验差检验结果来判断灰色GM(1，1)建模精度，所述管道腐蚀预测管理模块还实现查看预测记录、保存结果、查看图形、导出EXCEL操作，所述管道腐蚀数据管理模块对管道腐蚀信息的动态管理包括管道基础腐蚀数据管理和管道腐蚀检测数据管理；所述管道基础腐蚀数据管理包括对管道施工概况、管道相关单位、管道介质特性、管道防腐层施工质检、管材特性参数、管道阴极保护原始参数、管道运行参数的管理；所述管道腐蚀检测数据管理包括对土壤腐蚀环境、杂散电流干扰、管道阴极保护现状、管道腐蚀抢险维修记录、管道防腐层检测、管道开挖腐蚀状况分析结果的管理。

作为优选，所述土壤检测设备包括顶板开设有穿插孔的支撑架、固定于所述支撑架顶板下端面且与所述穿插孔同心的上下两端开口的套筒、插设于所述套筒内且可沿所述套筒上下移动的推拉杆、所述推拉杆顶端设置有电控压杆，所述推拉杆底端可拆卸连接的探针、嵌设于所述探针下端侧面的检测传感器及与所述检测传感器通过导线连接的检测仪本体，所述检测仪本体和所述电控压杆均通过第四无线通讯模块与所述第三无线通讯模块相连接；所述套筒的一侧的侧壁底端通过竖直设置的销轴连接有套筒底座，所述套筒底座可沿所述销轴在水平方向上旋转；所述套筒底座上端开口，开口处设有搭接台(34)，所述套筒底座的内部为与所述探针轮廓相适应的空腔结构，所述推拉杆的底端设有与所述搭接台相适应的搭接边。所述推拉杆内部设有导线通道；所述导线的一端嵌设于所述探针内部并与所述检测传感器连接，所述导线的另一端布置于所述导线通道内并穿过所述推拉杆侧壁与所述检测仪本体可拆卸连接。所述探针的顶端设有安装座，所述安装座的上端通过螺纹与所述推拉杆连接，所述检测传感器有五个，分别为湿度检测传感器、酸碱度检测传感器、盐度传感器、电阻率传感器和氧化还原电位传感器，所述支撑架的顶板上与所述穿插孔对应的位置处还设有固定套环；所述固定套环通过与其侧壁连接的第二销轴与所述支撑架顶板连接，所述固定套环可沿所述第二销轴在水平方向上旋转，所述固定套环的内径与所述推拉杆的外径相等，所述固定套环内侧壁上设有橡胶软垫。

本发明提供一种管道外防腐层检测分析系统，在检测出管道防腐层破损的同时，还能检测该处土壤状况，并综合分析，得出该出管道的使用寿命，便于管理。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一个实施例中管道外防腐层检测分析系统结构示意图；

图2为本发明一个实施例中管道破损检测结构示意图；

图3为本发明一个实施例中电流激励系统结构示意图；

图4为本发明一个实施例中风磁场感应装置结构示意图。

图5为本发明一个实施例中腐蚀预测系统结构示意图；

图6为本发明一个实施例中埋地管道测试桩结构示意图；

图7为本发明一个实施例中桩体结构示意图；

图8为本发明一个实施例中面板放置孔内部结构示意图。

图9为本发明一个实施例中数据采集模块结构示意图；

图10为本发明一个实施例中土壤检测设备非工作状态示意图；

图11为本发明一个实施例中土壤检测设备工作状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种管道外防腐层检测分析系统，包括：

电流激励系统1，用于给管道提供激励信号；

若干磁场感应装置2，沿管道延伸方向均匀间隔设置于地表以下，用于采集并传递上述激励信号；

监控分析系统3，用于接收上述激励信号，并与先前采集到的激励信号信号对比；

土壤检测设备4，配合所述磁场感应装置2所在位置设置于地表，用于采集埋地管道所在土壤的腐蚀状况；

腐蚀预测系统5，用于分析管道的腐蚀情况及剩余寿命，分别于所述监控分析系统3和所述土壤检测设备4无线数据连接。

上述技术方案的工作原理为：

在使用时，通过电流刺激系统1周期性地给管道提供激励信号，如果管道腐蚀层存在破损，电流将在破损处从管道流入，由于电流会在周围空间感应出磁场，因此在腐蚀处的周围会产生较强的磁场信号，沿管道布置的磁场感应装置2可以检测土壤中的磁场信号，并传递给监控分析系统3进行分析并于先前一段时间采集的磁场信号作对比，以便分析管道腐蚀层的破损情况，并持续记录，土壤检测设备4检测破损处的土壤状况，并根据检测数据与管道破损出磁场信号在一段时间内的变化情况，综合分析该处管道的使用寿命。

上述技术方案的有益效果为：

本实施例的在检测出管道防腐层破损的同时，还能检测该处土壤状况，并综合分析，得出该出管道的使用寿命，便于管理。

如图2和图5所示，在一个实施例中，所述电流激励系统1，包括埋地管道测试桩6、电流中断器7、开关8、直流电源9和接地阳极10组成，所述埋地管道测试桩6直接与管道相连，所述埋地管道测试桩6与所述电流中断器7相连，所述开关8将所述电流中断器7和所述直流电源9相连，所述直流电源9与所述接地阳极10相连接；

所述磁场感应装置2，包括，数据采集模块11、第一数据处理模块12、第一无线通信模块13和第一能量供应模块14，所述数据采集模块11用于采集环境中的磁感应强度，所述第一数据处理模块12用于转换、存储信号并将信号传递给所述第一无线通信模块13，所述第一无线通信模块13将接收到的数据传递给相邻的所述磁场感应装置2，信息依次通过无线多跳的线性路由方式传输到所述监控分析系统3，所述第一能量供应模块14与所述数据采集模块11、所述第一数据处理模块12、所述第一无线通信模块13电连接，本实施例中数据采集模块11包括磁场传感器和A/D转换器，第一数据处理模块12包括第一微处理器和第一存储器，第一无线通信模块由无线射频芯片组成，第一能量供应模块为蓄电池；

所述监控分析系统3，包括，第二无线通讯模块15，第二数据处理模块16、显示器模块17和第二能量供应模块18组成，所述第二无线通讯模块15与所述第一无线通讯模块13通讯连接，所述第二数据处理模块16用于处理和存储各所述磁场感应装置2传回的数据，并将信息在所述显示器模块17上显示，通过显示某一个磁场感应装置2与以往信息的对比，判断破损情况，所述第二能量供应模块18与所述第二无线通讯模块15、所述第二数据处理模块16和所述显示器模块17电连接，本实施例中，第二无线通讯模块15为无线信号收发器，第二数据处理模块16包括处理器和存储器，显示器模块17为显示器，第二能量供应模块18为交流电；

所述腐蚀预测系统5，包括管道腐蚀数据管理模块、管道腐蚀预测管理模块、系统管理模块；所述管道腐蚀数据管理模块设置有数据库存储管道的基础数据和腐蚀数据，实现对管道腐蚀信息的动态管理；所述管道腐蚀预测管理模块对管道腐蚀深度，管道剩余壁厚以及管道腐蚀剩余寿命的腐蚀参数进行估算和预测；所述系统管理模块通过系统用户的管理及数据库管理实现对整个系统的管理和维护。

上述技术方案的工作原理为：

在使用时，电流激励系统1安装时先将开关8断开，然后将电流中断器7接入强制电流法阴极保护系统中，再闭合开关8，完成电流激励系统1的安装。磁场感应装置2的工作过程是：磁场感应器采集环境中的磁场信号，首先将采集到的模拟量信号传输到A/D转换器，将采集到的模拟量信号转化为数字量信号，然后再将数字信号传输到MSP430微处理器进行数据的处理并将处理好的信息存储到存储器并将数据传输到无线射频芯片，无线射频芯片CC2530接收到数据后将接收到的数据通过网络无线发送到相邻的磁场感应装置2。第二无线通讯模块15可与磁场感应装置2进行双向数据的传输。无线信号收发器将接收到信息传输给处理器。处理器将接收到的数据处理后发送到存储器进行存储。当需要调用以往采集到的数据对管道防腐层破损情况进行分析时，相关数据将以图像或图表的形式在显示器上显示，当检测到数据与以往采集到数据发生偏差时，则判定该处管道防腐层有破损，及时安排维护或更换。

上述技术方案的有益效果为：

根据埋地金属管道防腐层破损检测对实时性要求不高的特点使用人工发送监测命令对管道防腐层进行监测的方法，提高了监测系统的寿命。与传统的埋地金属管道防腐层破损检测技术相比本方法大大提高了监测的效率。短时间内就可完成对埋地金属管道防腐层破损点的检测。本方法利用无线传感器网络技术，将管道的防腐层的破损信息自动传输给控制中心，因此与原有的监测方法相比减少了人力资源的投入，降低维护成本，提高工作效率。

在一个实施例中，所述腐蚀预测系统，包括数据管理，腐蚀预测。所述数据管理包括数据输入/输出、数据查询、图表分析、相片管理，所述腐蚀预测包括包括灰色GM(1，1)预测、指数回归预测。

各个模块进行的详细说明如下：

1、数据管理模块

所述数据管理模块将埋地管道的基础数据和监控分析系统3的数据建立数据库，管理员可根据实际情况，不断更新完善数据库，从而实现对管道腐蚀信息的动态管理。按照执行方式和信息类型的不同，具体又可细分为以下四个子模块：

数据输入/输出模块

该模块提供硬件输入设备驱动接口，通过该驱动接口从监控分析系统3的硬件设备进行手动或自动的数据录入。

该模块同时提供用户操作界面，用于用户直接对管道基础腐蚀数据和管道腐蚀检测数据两大类数据进行添加、删除、修改、保存、取消和更新等数据库操作。考虑到Excel在当前办公操作中应用的广泛性，特别编制了Excel数据表的导入/导出功能，可将特定格式的外部Excel表中的数据导入到数据库的表格中，以及将数据库中的数据表以特定格式导出到外部Excel表中。另外，还可将数据库中的数据表以特定格式导出到纯文本文件中，以纯文本格式保存，方便用户在没有安装MSOffice的办公环境中一样可以浏览到管道信息。

数据查询

该模块可供用户通过输入管段编号，选择数据表名，即可从数据库中提取出某段管道的腐蚀相关信息显示在应用程序的用户操作界面上。该模块还提供了表内查询，可针对数据表中某个特定的字段进行关键字查询，考虑到用户操作的便利，还提供了模糊查询和精确查询两种匹配方式供用户选择。

图表分析

该模块可实现对管道实际腐蚀损伤数据、灰色GM(1，1)预测结果和指数回归预测结果的查询，并据此绘制相应的统计图表，将最大(平均)腐蚀坑深、最小(平均)剩余壁厚等腐蚀发展特征参数以散点图、折线图、柱状图的方式表达出来；同时还可实现图表的放大、缩小和3D显示功能。通过对同一条管段不同时间腐蚀状况的纵向比较和同一时间不同管段腐蚀状况之间的横向比较，用户能够更好地把握埋地管道的腐蚀发展趋势，如管道壁厚的减薄趋势，腐蚀速率的变化情况等，从而可确定腐蚀严重的重点管段以加强监督力度或采取一定措施维护。

2、腐蚀预测模块

对于重要和腐蚀情况严重的管道，需要定期监测管道壁厚的减薄情况。本发明采用的两种腐蚀预测模型可对管道腐蚀深度，管道剩余壁厚以及管道腐蚀剩余寿命等一系列重要的腐蚀参数进行估算和预测，预测结果可为管道维护的管理者提供决策支持。按照预测模型的不同，具体分为两个子模块：

灰色GM(1，1)预测模块

本模块对传统的灰色GM(1，1)模型进行了修改和扩充，既可利用等时间序列的腐蚀数据，也可利用非等时间序列的数据，对给定时刻的腐蚀数据进行定量预测。还可根据残差检验结果和后验差检验结果，判断灰色GM(1，1)建模精度，必要时选用残差灰色GM(1，1)模型对原模型进行精度修正。对于预测结果的显示和存储形式，模块还提供了查看预测记录、保存结果、查看图形、导出EXCEL等功能。

指数回归预测模块

本模块利用指数回归模型对腐蚀数据做出趋势性的定量预测。可通过查询管段信息，从而帮助输入预测所需原始信息，给出了腐蚀剩余寿命、剩余壁厚、腐蚀深度等表征管道腐蚀发展程度的重要指标的预测。对于预测结果的显示和存储形式，模块还提供了查看预测记录、保存结果、查看图形、导出EXCEL等功能。

本发明的数据管理包括管道基础腐蚀数据管理和管道腐蚀检测数据管理。

管道基础腐蚀数据管理包括对管道施工概况、管道相关单位、管道介质特性、管道防腐层施工质检、管材特性参数、管道阴极保护原始参数、管道运行参数等七个方面的数据，管理者可通过命令操作设备，进行增加、删除、修改、保存、更新等数据库操作，并可实现数据的Excel导入和导出以及文本格式的导出。

管道腐蚀检测数据管理包括对土壤腐蚀环境、管道阴极保护现状、管道腐蚀抢险维修记录、管道防腐层检测、管道开挖腐蚀状况分析结果等五个方面的数据，用管理者可通过命令操作设备，进行增加、删除、修改、保存、更新等数据库操作，并可实现数据的Excel导入和导出以及文本格式的导出。

预测模块中的灰色GM(1，1)预测模块，其灰色预测的基本思路和方法是通过对有限的、表面无规律的数据进行“生成”处理，再利用生成数据建立预测模型，从而揭示系统发展变化的潜在规律。城市埋地钢制燃气管网是一个复杂体系，腐蚀情况受到多方面因素的影响，且大多数因素常常是随机变化的，因此管网的腐蚀体系可视为一个灰色系统，通过对系统的腐蚀数据进行灰色模型处理，从杂乱无章的离散现象中去挖掘燃气管道的腐蚀特征量如腐蚀速度、腐蚀深度等随时间发展的内在规律。

从数据库中提取预测所需的管段编号、管道名称、壁厚和竣工日期等基本信息，以及通过数据录入设备现场检测中直接获取的最大蚀坑深度和平均蚀坑深度两个预测特征参量指标，进行快速、方便的灰色GM(1，1)建模。且可以通过“残差检验”对建立起来的灰色GM(1，1)模型进行残差检验，同时采用“后验差检验”对模型的精度从小误差频率和后验差比值两个方面进行定量评价。模型精度符合要求后，则可开始腐蚀预测。腐蚀预测后的结果保存进数据库并可将结果数据导出到Excel文件和文本文件两种格式，此外对于腐蚀预测后，腐蚀较为严重的管道，本发明还提供警报功能。

预测模块中的指数回归预测模块，是管线运行管理部门每隔一定时间都会针对某些薄弱区段需要进行局部开挖腐蚀检测，以确定腐蚀的大小和严重程度，采取相应的维修对策，在检测次数较少时，可根据检测的腐蚀数据分析腐蚀发展趋势，利用指数回归模型近似拟合出腐蚀发展趋势线，从现场实用性的角度出发，为管道的腐蚀预测提供有用信息。

从数据库中提取预测所需的管段编号、管道名称、壁厚、竣工日期等基本信息，如果数据库中没有相关信息，则也可以通过数据管理模块所设置的硬件输入设备驱动接口，用户也采用输入设备手动或自动输入，结合从现场检测中直接获取的最大蚀坑深度和平均蚀坑深度两个预测特征参量指标，便可方便快捷地进行指数回归预测建模。

确定好建模数据后，便可通过预测计算出该管段的剩余寿命。预测结果同样可以自动保存进数据库，同时还可以将结果数据导出到Excel文件和文本文件两种格式。

本实施例的有益效果为：本发明既对埋地管道腐蚀数据进行有效管理，又采用灰色GM(1，1)预测模块、指数回归预测模块两种腐蚀预测模型对管道腐蚀深度，管道剩余壁厚以及管道腐蚀剩余寿命等一系列重要的腐蚀参数进行准确的估算和预测，预测结果可为管道维护的管理者提供决策支持。

如图6和图8所示，在一个实施例中，所述埋地管道测试桩6包括，桩体6-1和基座6-2，所述桩体6-1构成所述埋地管道测试桩6的主体，所述基座6-2设置在所述桩体6-1的底部并套压固定所述桩体6-1，所述桩体6-1的外侧安装有金属外壳6-3，且所述金属外壳6-3的内侧设置有软质隔离层6-4，所述软质隔离层6-4的内部设置有石瓦层6-5，所述桩体6-1内部设置中空的面板放置孔6-6，且所述桩体6-1侧壁位于所述面板放置孔6-6的位置设置有开口，所述开口边缘朝外的一侧设置有承接面6-7，所述承接面6-7上设置有若干凸起6-71和螺纹孔6-72，所述面板放置孔6-6内设置有绝缘隔套6-8，所述绝缘隔套6-8与所述面板放置孔6-6相匹配，其朝外的一侧设置有翻边6-9，所述翻边6-9上设置有与所述凸起6-71和所述螺纹孔6-72分别对应匹配的第一通孔6-91和第二通孔6-92，所述凸起6-71与所述第一通孔6-91契合，所述第二通孔6-92与所述螺纹孔6-72通过螺栓可拆卸连接，所述绝缘隔套6-8内壁两侧中心位置设置有转轴6-10，所述绝缘隔套6-8内嵌设有接线座6-11，所述接线座6-11为方体结构，所述接线座6-11的两侧与所述转轴6-10转动连接，可在所述绝缘隔套6-8内转动，所述接线座6-11的上表面设置有接线孔6-12，下表面置有接线柱6-13，穿线孔6-14从所述桩体6-1底端通入并直通到所述面板放置孔6-8处，测试电缆经由所述穿线孔6-14与所述接线柱6-13相连接，其中一根所述转轴6-10贯穿所述桩体6-1，并且其伸出所述桩体6-1的一端设置有旋钮6-15，所述开口处设置有元件保护门6-16，所述元件保护门6-16通过螺栓与所述桩体6-1相连接并覆盖所述面板放置孔6-8，所述元件保护门6-16上设置有若干对应所述接线孔6-12的插孔6-17，所述插孔6-17内设置有密封塞6-18，所述桩体6-1上部，且位于所述元件保护门6-16上方设置有伞状结构的遮挡件6-19。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

本实施例，金属外壳6-3用于保证装置具有一定的强度，软质隔离层6-4用于防止金属外壳6-3所受冲击直接传导至石瓦层6-5上，石瓦层6-5用于保证装置内部的空气干燥度，本实施例在与电流中断器7相连接时，通过旋钮6-15将插线座6-11设有接线孔6-12的一面朝向面板放置孔6-6，通过接线头穿过插孔6-17与接线孔12相连接。本实施例元件保护门6-16的设置使得插线座6-11不受外部环境的影响，同时插孔6-17内密封塞6-18的设置也保证了在不使用时元件保护门6-16的密封性，插线座6-11可旋转设置，使得接线孔6-12在不使用时朝向内侧，进一步避免外部环境对其的影响。

在一个实施例中，所述埋地管道测试桩6的接线座6-11内还设置有，第四通讯模块、独立电源模块和独立控制器，所述独立控制器连接于所述独立电源模块和所述接线柱之间，所述第四通讯模块与所述独立控制器相连接，所述第四通讯模块与巡检车上的第五通讯模块相连接，巡检车上设置有控制终端用于控制独立控制器，所述第五通讯模块与控制终端相连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：当管道过长，需要设置多个管道测试桩6，对管道分段检测，此时人力巡查已不适用，应此通过巡检车沿管道沿线，通过控制终端发出控制指令通过第五通讯模块与第四通讯模块通讯将控制信号传递给独立控制器，控制独立电源模块与接线柱连通，发出刺激信号。本实施例可提高巡查人员的巡检效率，方便快捷。

如图9所示，在一个实施例中，所述数据采集模块11，包括：大量程传感器21；高精度传感器22，其紧密地设置在所述大量程传感器21的一侧；负反馈线圈23，其环绕地设置在所述高精度传感器22的表面，其轴心与所述高精度传感器22的轴心重合；控制模块24，其分别与所述大量程传感器21和所述高精度传感器22连接，用于采集所述大量程传感器21和所述高精度传感器22的信号；所述第一能量供应模块14与所述控制模块4通信，并与所述负反馈线圈23连接，所述第一能量供应模块14受所述控制模块24控制向所述负反馈线圈23提供电流，对所述高精度传感器22产生负反馈磁场；测量时，所述大量程传感器21用于测量被测磁场的高位数值，所述高精度传感器22测量被测磁场的低位数值，所述控制模块24将所述大量程传感器21和所述高精度传感器22的数据相加得到测量结果，所述控制模块24与所述第一数据处理模块12相连接，所述大量程传感器21和所述高精度传感器22的敏感方向相互平行，所述负反馈线圈23产生的负反馈磁场强度为所述大量程传感器21的测量范围。

上述技术方案的工作原理为：

大量程传感器21(如霍尔、线圈等)和高精度传感器22(如阻抗效应器件、磁通门等)的敏感方向平行并紧贴排列。大量程传感器21的量程是1000Oe，分辨率是1Oe。高精度传感器22的量程是10Oe，分辨率是0.001Oe。而被测的磁场为900.256Oe。

在测量磁场时，首先大量程传感器21的信号被传输到控制模块24。控制模块24控制电流驱动模块25通过负反馈线圈23在高精度传感器22的轴心及周围产生一个反向磁场，该反向磁场为负反馈磁场，磁场强度以整数为佳，例如，本实施例中反向磁场的强度为900Oe。这样高精度传感器2不会处于饱和状态，通过高精度传感器22就可以测量到磁场信号0.256Oe。高精度传感器2的测量信号被传输到控制模块24中，在控制模块24中将由大量程传感器21测得的数据900Oe和由高精度传感器22测得的数据0.256Oe相加，最终输出的信号是900.256Oe。通过这样的过程就可以在测量较大磁场的同时保持较高的测量精度。

上述技术方案的有益效果为：

本发明利用两种不同量程和分辨率的磁场传感器并兼利用线圈反馈的方式来协调工作，从而组成一种在较大的工作量程时仍然保持较高的分辨率的磁性探测器件。其工作方式为通过大量程器件、控制模块、负反馈线圈对小量程、高分辨率传感器形成负反馈磁场，使高分辨率器件始终工作在其量程范围中而不饱和，从而达到在实际测量较大量程磁场时仍然保持较高的分辨率。

如图10和图11所示，在一个实施例中，所述土壤检测设备4包括顶板开设有穿插孔的支撑架25、固定于所述支撑架25顶板下端面且与所述穿插孔同心的上下两端开口的套筒26、插设于所述套筒26内且可沿所述套筒26上下移动的推拉杆27、所述推拉杆27顶端设置有电控压杆28，所述推拉杆27底端可拆卸连接的探针29、嵌设于所述探针29下端侧面的检测传感器30及与所述检测传感器30通过导线连接的检测仪本体31，所述检测仪本体31和所述电控压杆28均通过第四无线通讯模块32与所述第三无线通讯模块18相连接；所述套筒26的一侧的侧壁底端通过竖直设置的销轴32连接有套筒底座33，所述套筒底座33可沿所述销轴32在水平方向上旋转；所述套筒底座33上端开口，开口处设有搭接台34，所述套筒底座33的内部为与所述探针29轮廓相适应的空腔结构，所述推拉杆27的底端设有与所述搭接台34相适应的搭接边35。所述推拉杆27内部设有导线通道36；所述导线的一端嵌设于所述探针29内部并与所述检测传感器30连接，所述导线的另一端布置于所述导线通道36内并穿过所述推拉杆27侧壁与所述检测仪本体31可拆卸连接。所述探针29的顶端设有安装座37，所述安装座37的上端通过螺纹与所述推拉杆27连接，所述检测传感器30有五个，分别为湿度检测传感器、酸碱度检测传感器、盐度传感器、电阻率传感器和氧化还原电位传感器，所述支撑架25的顶板上与所述穿插孔对应的位置处还设有固定套环38；所述固定套环38通过与其侧壁连接的第二销轴39与所述支撑架25顶板连接，所述固定套环38可沿所述第二销轴39在水平方向上旋转，所述固定套环38的内径与所述推拉杆27的外径相等，所述固定套环38内侧壁上设有橡胶软垫。

上述技术方案的工作原理为：

工作状态下，电控压杆28推动推拉杆27，推拉杆27在套筒26内向下移动，带动探针29伸入土壤，探针29进入土壤的深度达到要求时，检测传感器30将相关检测数据传输给检测仪本体31；非工作状态下，可将探针29向上拉动至套筒26内，旋转套筒底座33到套筒26的正下方，放下推拉杆27，探针29进入套筒底座33内，推拉杆27低端的搭接边10搭接于套筒底座8的搭接台34上，此时探针29被套筒底座33保护起来，推拉杆27则由搭接台34支撑固定在支撑架25上。

上述技术方案的有益效果为：

本发明创造所述的土壤检测设备设有套筒和与套筒旋转连接的套筒底座，使用时，旋开套筒底座，推拉杆可以在套筒向下移动，实现探针压入土壤的操作，套筒可以有效防止向下按压过程中，推拉杆发生偏移的问题的发生，确保探针能够垂直插入土壤中；不使用时，将套筒底座旋转回套筒的正下方，推拉杆底端的搭接边可搭接在套筒底座的搭接台上，探针则刚好伸入到套筒底座内腔，此时，带有探针的推拉杆固定于套筒及套筒底座内，探针由套筒底座保护起来，可以有效防止探针被外力误碰损坏的情况发生；本发明创造所述的土壤检测设备中探针和推拉杆可拆卸连接，导线与检测仪本体可拆卸连接，方便清理和维修装置的各个部件。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，包括：

电流激励系统(1)，用于给管道提供激励信号；

若干磁场感应装置(2)，沿管道延伸方向均匀间隔设置于地表以下,，用于采集并传递上述激励信号；

监控分析系统(3)，用于接收上述激励信号，并与先前采集到的激励信号信号对比；

土壤检测设备(4)，配合所述磁场感应装置(2)所在位置设置于地表，用于采集埋地管道所在土壤的腐蚀状况；

腐蚀预测系统(5)，与所述监控分析系统和所述土壤检测设备数据连接，用于预测管道的剩余使用寿命。

2.根据权利要求1所述的管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，所述电流激励系统(1)，包括埋地管道测试桩(6)、电流中断器(7)、开关(8)、直流电源(9)和接地阳极(10)组成，所述埋地管道测试桩(6)直接与管道相连，所述埋地管道测试桩(6)与所述电流中断器(7)相连，所述开关(8)将所述电流中断器(7)和所述直流电源(9)相连，所述直流电源(9)与所述接地阳极(10)相连接；

所述磁场感应装置(2)，包括，数据采集模块(11)、第一数据处理模块(12)、第一无线通信模块(13)和第一能量供应模块(14)，所述数据采集模块(11)用于采集环境中的磁感应强度，所述第一数据处理模块(12)用于转换、存储信号并将信号传递给所述第一无线通信模块(13)，所述第一无线通信模块(13)将接收到的数据传递给相邻的所述磁场感应装置(2)，信息依次通过无线多跳的线性路由方式传输到所述监控分析系统(3)，所述第一能量供应模块(14)与所述数据采集模块(11)、所述第一数据处理模块(12)、所述第一无线通信模块(13)电连接；

所述监控分析系统(3)，包括，第二无线通讯模块(15)，第二数据处理模块(16)、显示器模块(17)和第二能量供应模块(18)组成，所述第二无线通讯模块(15)与所述第一无线通讯模块(13)通讯连接，所述第二数据处理模块(16)用于处理和存储各所述磁场感应装置(2)传回的数据，并将信息在所述显示器模块(17)上显示，通过显示某一个磁场感应装置(2)与以往信息的对比，判断破损情况，所述第二能量供应模块(18)与所述第二无线通讯模块(15)、所述第二数据处理模块(16)和所述显示器模块(17)电连接；

所述腐蚀预测系统(5)，包括管道腐蚀数据管理模块、管道腐蚀预测管理模块、系统管理模块；所述管道腐蚀数据管理模块设置有数据库存储管道的基础数据和腐蚀数据，实现对管道腐蚀信息的动态管理；所述管道腐蚀预测管理模块对管道腐蚀深度，管道剩余壁厚以及管道腐蚀剩余寿命的腐蚀参数进行估算和预测；所述系统管理模块通过系统用户的管理及数据库管理实现对整个系统的管理和维护。

3.根据权利要求2所述的管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，所述埋地管道测试桩(6)包括，桩体(6-1)和基座(6-2)，所述桩体(6-1)构成所述埋地管道测试桩(6)的主体，所述基座(6-2)设置在所述桩体(6-1)的底部并套压固定所述桩体(6-1)，所述桩体(6-1)的外侧安装有金属外壳(6-3)，且所述金属外壳(6-3)的内侧设置有软质隔离层(6-4)，所述软质隔离层(6-4)的内部设置有石瓦层(6-5)，所述桩体(6-1)内部设置中空的面板放置孔(6-6)，且所述桩体(6-1)侧壁位于所述面板放置孔(6-6)的位置设置有开口，所述开口边缘朝外的一侧设置有承接面(6-7)，所述承接面(6-7)上设置有若干凸起(6-71)和螺纹孔(6-72)，所述面板放置孔(6-6)内设置有绝缘隔套(6-8)，所述绝缘隔套(6-8)与所述面板放置孔(6-6)相匹配，其朝外的一侧设置有翻边(6-9)，所述翻边(6-9)上设置有与所述凸起(6-71)和所述螺纹孔(6-72)分别对应匹配的第一通孔(6-91)和第二通孔(6-92)，所述凸起(6-71)与所述第一通孔(6-91)契合，所述第二通孔(6-92)与所述螺纹孔(6-72)通过螺栓可拆卸连接，所述绝缘隔套(6-8)内壁两侧中心位置设置有转轴(6-10)，所述绝缘隔套(6-8)内嵌设有接线座(6-11)，所述接线座(6-11)为方体结构，所述接线座(6-11)的两侧与所述转轴(6-10)转动连接，可在所述绝缘隔套(6-8)内转动，所述接线座(6-11)的上表面设置有接线孔(6-12)，下表面置有接线柱(6-13)，穿线孔(6-14)从所述桩体(6-1)底端通入并直通到所述面板放置孔(6-8)处，测试电缆经由所述穿线孔(6-14)与所述接线柱(6-13)相连接，其中一根所述转轴(6-10)贯穿所述桩体(6-1)，并且其伸出所述桩体(6-1)的一端设置有旋钮(6-15)，所述开口处设置有元件保护门(6-16)，所述元件保护门(6-16)通过螺栓与所述桩体(6-1)相连接并覆盖所述面板放置孔(6-8)，所述元件保护门(6-16)上设置有若干对应所述接线孔(6-12)的插孔(6-17)，所述插孔(6-17)内设置有密封塞(6-18)，所述桩体(6-1)上部，且位于所述元件保护门(6-16)上方设置有伞状结构的遮挡件(6-19)。

4.根据权利要求3所述的管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，所述埋地管道测试桩(6)的接线座(6-11)内还设置有，第四通讯模块、独立电源模块和独立控制器，所述独立控制器连接于所述独立电源模块和所述接线柱之间，所述第四通讯模块与所述独立控制器相连接，所述第四通讯模块与巡检车上的第五通讯模块相连接，巡检车上设置有控制终端用于控制独立控制器，所述第五通讯模块与控制终端相连接。

5.根据权利要求2所述的管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，所述数据采集模块(11)，包括：大量程传感器(21)；高精度传感器(22)，其紧密地设置在所述大量程传感器(21)的一侧；负反馈线圈(23)，其环绕地设置在所述高精度传感器(22)的表面，其轴心与所述高精度传感器(22)的轴心重合；控制模块(24)，其分别与所述大量程传感器(21)和所述高精度传感器(22)连接，用于采集所述大量程传感器(21)和所述高精度传感器(22)的信号；所述第一能量供应模块(14)与所述控制模块(4)通信，并与所述负反馈线圈(23)连接，所述第一能量供应模块(14)受所述控制模块(24)控制向所述负反馈线圈(23)提供电流，对所述高精度传感器(22)产生负反馈磁场；测量时，所述大量程传感器(21)用于测量被测磁场的高位数值，所述高精度传感器(22)测量被测磁场的低位数值，所述控制模块(24)将所述大量程传感器(21)和所述高精度传感器(22)的数据相加得到测量结果，所述控制模块(24)与所述第一数据处理模块(12)相连接，所述大量程传感器(21)和所述高精度传感器(22)的敏感方向相互平行，所述负反馈线圈(23)产生的负反馈磁场强度为所述大量程传感器(21)的测量范围。

6.根据权利要求2所述的管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，所述管道腐蚀数据管理模块包括数据输入/输出模块、数据查询模块、图表分析模块、相片管理模块，所述管道腐蚀预测管理模块包括灰色GM(1，1)预测模块、指数回归预测模块；所述灰色GM(1，1)预测模块对给定时刻的腐蚀数据进行定量预测，所述指数回归预测模块利用指数回归模型对腐蚀数据做出趋势性的定量预测，所述灰色GM(1，1)预测模块所采用的腐蚀数据既可以是等时间序列的，也可以是非等时间序列的，所述灰色GM(1，1)预测模块还根据残差检验结果和后验差检验结果来判断灰色GM(1，1)建模精度，所述管道腐蚀预测管理模块还实现查看预测记录、保存结果、查看图形、导出EXCEL操作，所述管道腐蚀数据管理模块对管道腐蚀信息的动态管理包括管道基础腐蚀数据管理和管道腐蚀检测数据管理；所述管道基础腐蚀数据管理包括对管道施工概况、管道相关单位、管道介质特性、管道防腐层施工质检、管材特性参数、管道阴极保护原始参数、管道运行参数的管理；所述管道腐蚀检测数据管理包括对土壤腐蚀环境、杂散电流干扰、管道阴极保护现状、管道腐蚀抢险维修记录、管道防腐层检测、管道开挖腐蚀状况分析结果的管理。

7.根据权利要求1所述的管道外防腐层检测分析系统，其特征在于，所述土壤检测设备(4)包括顶板开设有穿插孔的支撑架(25)、固定于所述

支撑架(25)顶板下端面且与所述穿插孔同心的上下两端开口的套筒(26)、插设于所述套筒(26)内且可沿所述套筒(26)上下移动的推拉杆(27)、所述推拉杆(27)顶端设置有电控压杆(28)，所述推拉杆(27)底端可拆卸连接的探针(29)、嵌设于所述探针(29)下端侧面的检测传感器(30)及与所述检测传感器(30)通过导线连接的检测仪本体(31)，所述检测仪本体(31)和所述电控压杆(28)均通过第四无线通讯模块(32)与所述第三无线通讯模块(18)相连接；所述套筒(26)的一侧的侧壁底端通过竖直设置的销轴(32)连接有套筒底座(33)，所述套筒底座(33)可沿所述销轴(32)在水平方向上旋转；所述套筒底座(33)上端开口，开口处设有搭接台(34)，所述套筒底座(33)的内部为与所述探针(29)轮廓相适应的空腔结构，所述推拉杆(27)的底端设有与所述搭接台(34)相适应的搭接边(35)。所述推拉杆(27)内部设有导线通道(36)；所述导线的一端嵌设于所述探针(29)内部并与所述检测传感器(30)连接，所述导线的另一端布置于所述导线通道(36)内并穿过所述推拉杆(27)侧壁与所述检测仪本体(31)可拆卸连接。所述探针(29)的顶端设有安装座(37)，所述安装座(37)的上端通过螺纹与所述推拉杆(27)连接，所述检测传感器(30)有五个，分别为湿度检测传感器、酸碱度检测传感器、盐度传感器、电阻率传感器和氧化还原电位传感器，所述支撑架(25)的顶板上与所述穿插孔对应的位置处还设有固定套环(38)；所述固定套环(38)通过与其侧壁连接的第二销轴(32)与所述支撑架(25)顶板连接，所述固定套环(38)可沿所述第二销轴(32)在水平方向上旋转，所述固定套环(38)的内径与所述推拉杆(27)的外径相等，所述固定套环(38)内侧壁上设有橡胶软垫。