CN110146069B - 一种管道支管定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管道支管定位装置及方法。本装置包括多个管道正上方预埋的地面预埋标志盒、检测器和数据处理器；检测器包括主舱体，主舱体外表面上设有多个里程数据采集模块，主舱体内设有陀螺仪、低频发射机、数据存储模块和数据传输模块；陀螺仪用于采集检测器行进时的姿态信息，里程数据采集模块用于分别采集管道内的里程数据信息；低频发射机不间断的发射低频信号，用于触发地面预埋标志盒发出报警；将所有数据存储至数据存储模块，再经数据传输模块传输至数据处理器进行处理。本装置设置多个里程轮分别记录里程数据，保证采集里程数据的完整性；结合里程数据、姿态信息与地面预埋标志盒触发数据，使得到的定位数据更加准确。

Description

一种管道支管定位装置及方法

技术领域

本发明涉及管道定位技术领域，特别涉及一种管道支管定位装置及方法。

背景技术

在如今管道检测领域中，管道的定位一直都是一个十分重要的课题。由于开掘改造管道的成本较高，一旦定位精度不够，几米的偏差也将导致很大的经济、时间等的浪费。因此，管道支管的精准定位是目前需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高定位精度的管道支管定位装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种管道支管定位装置，所述装置包括若干个地面预埋标志盒、检测器和数据处理器；

所述地面预埋标志盒等间距预埋在所述管道对应的地面上；

所述检测器包括主舱体，

所述主舱体外表面上设置有多个里程数据采集模块，所述主舱体内设置有陀螺仪、低频发射机、数据存储模块和数据传输模块；所述多个里程数据采集模块、所述陀螺仪、所述低频发射机、所述数据传输模块分别与所述数据存储模块相连；

所述陀螺仪用于采集所述检测器在所述管道内行进时的俯仰、航向及滚动姿态信息，并将采集到的姿态信息存储至所述数据存储模块；

所述多个里程数据采集模块用于分别采集所述管道内的里程数据信息；并将采集到的所述里程数据信息以及采集所述里程数据信息不同步点存储至所述数据存储模块；

所述低频发射机用于不间断的发射低频信号，所述低频信号用于触发所述地面预埋标志盒发出报警，并将触发时间点与当前对应的里程数据信息存储至所述数据存储模块；

所述数据传输模块用于将所述数据存储模块内存储的数据传输至所述数据处理器；

所述数据处理器用于对接收到的数据进行处理，对所述管道进行定位。

可选的，所述里程数据采集模块包括里程轮、摆臂和支撑单元；

所述摆臂一端与所述里程轮的转轴连接，所述里程轮绕所述转轴转动；

所述摆臂另一端为拐角结构，所述拐角处设置有固定部件，所述固定部件固定在所述主舱体外表面上，所述摆臂绕所述固定部件转动；

所述支撑单元一端与所述拐角末端连接，另一端固定在所述主舱体外表面上，用于为所述摆臂提供使所述里程轮远离所述主舱体方向的力；

所述支撑单元包括连杆、压缩弹簧和滑动轴承；

所述连杆一端与所述拐角末端连接；

所述压缩弹簧和所述滑动轴承依次套在所述连杆外，所述滑动轴承位于靠近所述拐角的一端，并固定在所述主舱体外表面上，所述连杆与所述滑动轴承滑动连接；

所述连杆另一端通过螺母将所述压缩弹簧限制在所述连杆上。

可选的，所述摆臂上靠近所述里程轮的位置还设置有磁铁安装支座，所述磁铁安装支座用于安装磁铁，所述磁铁用于产生磁场。

可选的，所述里程轮包括主轮和靶轮；

所述主轮绕所述转轴转动，用于在所述管道内沿内壁行进；

所述靶轮直径小于所述主轮，固定在所述主轮上，随所述主轮转动；

所述靶轮外边缘为锯齿结构，用于在所述里程轮行进过程中切割磁感线。

可选的，所述摆臂上靠近所述里程轮的位置还设置有霍尔传感器，

所述霍尔传感器用于记录所述里程轮切割所述磁信号的次数，每切割一次产生并记录一个脉冲信号。

可选的，所述数据处理器内设置有里程脉冲优选模块，所述里程脉冲优选模块内置判断电路，用于选择所述多个里程数据采集模块采集到的所述里程数据最大的一组。

还涉及到一种应用于管道支管定位装置的管道支管定位方法，

将多个数据采集模块的里程轮分别紧贴管道内壁，向前行进；

所述里程轮行进过程中，切割磁铁产生的磁信号，由霍尔传感器检测并记录所述磁信号被切割次数，每切割一次，产生一个脉冲信号，得到里程数据信息，存储至数据存储模块；

由陀螺仪采集检测器在所述管道内行进时的俯仰、航向及滚动姿态信息，并将得到的数据信息存储至所述数据存储模块；

当所述检测器在所述管道内运行至地面预埋标志盒对应位置时，通过低频发射机不间断发射的低频信号触发所述地面预埋标志盒发出报警，并记录当前触发点与对应的里程数据信息，存储至所述数据存储模块；

所述数据存储模块将存储的数据信息传输至数据处理模块进行处理，对管道进行定位。

可选的，所述多个数据采集模块分别得到所述里程数据信息后，由里程脉冲优选模块中的判断电路对采集到的多个所述里程数据信息进行比较，选取记录数据最大的一组进行处理。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

在内检测器中设置多个里程轮，分别记录里程数据，保证检测器经过弯头或凹坑时，里程轮出现打滑现象，仍能保证采集数据的完整性，提升管道支管定位精度。

同时，在检测器内设置陀螺仪，记录检测器在管道内行进过程中产生的俯仰、航向及滚动姿态信息，对管道里的弯道进行辨识，再结合检测器采集到的里程信息以及检测器行进过程中触发地面标志盒时产生的数据信息，使最终得到的对管道支管的定位更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明管道支管定位装置结构图；

图2为本发明管道支管定位装置的里程数据采集模块结构图；

附图标号说明：1-固定部件；2-压缩弹簧；3-里程轮；4-主轮；5-靶轮；6-霍尔传感器；7-磁铁安装支座；8-螺栓；9-摆臂；10-连杆；11-滑动轴承；12-主舱体；13-地面预埋标志盒；14-里程数据采集模块；15-陀螺仪；16-低频发射机；17-数据存储模块；18-数据传输模块；19-数据处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有高定位精度的管道支管定位装置及方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明管道支管定位装置结构图，如图1所示，一种管道支管定位装置，所述装置包括若干个地面预埋标志盒13、检测器和数据处理器19；所述地面预埋标志盒13等间距预埋在所述管道对应的地面上；

所述检测器包括主舱体12，所述主舱体12外表面上设置有多个里程数据采集模块14，比如，设置两个里程数据采集模块14。所述主舱体12内设置有陀螺仪15、低频发射机16、数据存储模块17和数据传输模块18；所述多个里程数据采集模块14、所述陀螺仪15、所述低频发射机16、所述数据传输模块18分别与所述数据存储模块17相连；

所述陀螺仪15用于采集所述检测器在所述管道内行进时的俯仰、航向及滚动姿态信息，并将采集到的姿态信息存储至所述数据存储模块17；

所述多个里程数据采集模块14用于分别采集所述管道内的里程数据信息；并将采集到的所述里程数据信息以及采集所述里程数据信息不同步点存储至所述数据存储模块17；

所述低频发射机16用于不间断的发射低频信号，所述低频信号用于触发所述地面预埋标志盒13发出报警，并将触发时间点与当前对应的里程数据信息存储至所述数据存储模块17；

所述数据传输模块18用于将所述数据存储模块17内存储的数据传输至所述数据处理器19；所述数据处理器19用于对接收到的数据进行处理，对所述管道进行定位。其中所述数据处理器19可为上位机软件执行算法实现数据处理过程。

具体地，跟踪人员按照固定间距在管道正上方的地面上提前预埋标志盒(Marker)，检测器经过Marker所在位置后，所述低频发射机16发射的低频信号触发Marker发生灯光报警，跟踪人员根据地面Marker的灯光报警情况能够方便获知检测器在管道内的运行位置。

图2为本发明管道支管定位装置的里程数据采集模块14结构图，如图2所示，所述里程数据采集模块14包括里程轮3、摆臂9和支撑单元；所述摆臂9一端与所述里程轮3的转轴连接，所述里程轮3绕所述转轴转动；所述摆臂9另一端为拐角结构，所述拐角处设置有固定部件1，所述固定部件1固定在所述主舱体12外表面上，所述摆臂9绕所述固定部件1转动；所述支撑单元一端与所述拐角末端连接，另一端固定在所述主舱体12外表面上，用于为所述摆臂9提供使所述里程轮3远离所述主舱体12方向的力；所述支撑单元包括连杆10、压缩弹簧2和滑动轴承11；所述连杆10一端与所述拐角末端连接；所述压缩弹簧2和所述滑动轴承11依次套在所述连杆10外，所述滑动轴承11位于靠近所述拐角的一端，并固定在所述主舱体12外表面上，所述连杆10与所述滑动轴承11滑动连接；所述连杆10另一端通过螺母将所述压缩弹簧2限制在所述连杆10上。

所述摆臂9上靠近所述里程轮3的位置还设置有磁铁安装支座7，所述磁铁安装支座7用于安装磁铁，所述磁铁用于产生磁场。

所述里程轮3包括主轮4和靶轮5；所述主轮4绕所述转轴转动，用于在所述管道内沿内壁行进；所述靶轮5与所述主轮4同轴，所述靶轮5直径小于所述主轮4，固定在所述主轮4上，随所述主轮4转动，如图2所示，通过六个螺栓8将靶轮5固定在主轮4上。所述靶轮5外边缘为锯齿结构，齿间距为3.3mm但不限定于这一数值，用于在所述里程轮3行进过程中切割磁感线。

所述摆臂9上靠近所述里程轮3的位置还设置有霍尔传感器6，所述霍尔传感器6用于记录所述里程轮3切割所述磁信号的次数，每切割一次产生并记录一个脉冲信号。

如图2所示，里程轮3处于所述磁铁产生的磁场中，在管道内贴紧内管壁行进过程中，靶轮5随主轮4转动，靶轮5为金属制成，并且为锯齿结构，在行进过程中锯齿将会切割磁感线，导致里程轮3所处的磁场发生变化，再通过霍尔传感器6监测磁场的变化情况，每变化一次，产生一个脉冲信号，即靶轮5的锯齿每切割磁感线一次，磁场产生一次变化，霍尔传感器6产生一个脉冲信号。

里程轮3在管道内贴紧管道内壁行进过程中，容易产生磨损，在主轮4上设置靶轮5，使主轮4贴紧管道内壁行进并带动靶轮5转动，保护靶轮5不受磨损，同时确保靶轮5能够顺利切割磁感线，避免靶轮5与管道内壁直接接触，受到磨损，使锯齿产生形变，不能正常切割磁感线，最终使霍尔传感器6产生的脉冲信号不准确。

所述数据处理器19内设置有里程脉冲优选模块，所述里程脉冲优选模块内置判断电路，用于选择所述多个里程数据采集模块14采集到的所述里程数据最大的一组。

通过设置多个里程数据采集模块14同时紧贴管道内壁，向前行进，分别将记录的里程脉冲数据存储至数据存储模块17，再通过数据传输模块18传输至数据处理器19进行处理。在进行处理时，通过脉冲优选模块的判断电路，自动选择记录里程数据信息最快的一组数据，从而保证数据采集模块在管道内经过弯头或凹坑时，出现某些里程轮3打滑的情况下，仍能保证里程数据采集的完整性。

同时在内检测器中安装MEMS陀螺仪15，记录检测器在管道内部行进时俯仰、航向及滚动姿态信息。通过上位机软件算法能够解算出管道所有弯头方向及角度数据，可以准确识别出特殊表面在管道圆周上的安装方位。

一种应用于管道支管定位装置的管道支管定位方法，将多个数据采集模块的里程轮3分别紧贴管道内壁，向前行进；检测器在管道内行进过程中，保持各个数据采集模块的里程轮3分别紧贴管道，方向随意设置，使采集到的里程数据更加精确。

所述里程轮3行进过程中，切割磁铁产生的磁信号，由霍尔传感器6检测并记录所述磁信号被切割次数，每切割一次，产生一个脉冲信号，得到里程数据信息，存储至数据存储模块17；

由陀螺仪15采集检测器在所述管道内行进时的俯仰、航向及滚动姿态信息，并将得到的数据信息存储至所述数据存储模块17；

当所述检测器在所述管道内运行至地面预埋标志盒13对应位置时，通过低频发射机16不间断发射的低频信号触发所述地面预埋标志盒13发出报警，并记录当前触发点与对应的里程数据信息，存储至所述数据存储模块17；

所述数据存储模块17将存储的数据信息传输至数据处理器19进行处理，对管道进行定位。

所述多个数据采集模块分别得到所述里程数据信息后，由里程脉冲优选模块中的判断电路对采集到的多个所述里程数据信息进行比较，选取记录数据最大的一组进行处理。

具体的，数据传输模块18将检测器采集到的数据传输至上位机，同时地面Marker点设置GPS模块，也将位置信息传输给上位机。在上位机中设置数据库，用于实时存储收到的数据信息。

检测器采集到的数据包括里程数据信息、陀螺仪15信息、里程数据信息不同步时间点与对应的里程数据信息、触发Marker的时间点与对应的里程数据信息等，通过采集到的各数据信息与对应的时间点，推算出各个支管的里程信息。

另外，通过若干个里程轮3采集的里程数据，结合陀螺仪15采集到的姿态信息进行弯管的辨识。当陀螺仪15检测到检测器整体呈现急弯规则运动，再结合里程轮3的数据，判定出弯管的位置和里程信息。

同时，地面预埋标志盒13是等间距设置的，通过对比触发Marker的时间点与对应的里程数据信息，以及陀螺仪15采集的姿态信息，实现对里程数据的校准和还原。

本发明的管道支管定位装置及方法，采用检测器与地面Marker相结合的方法有效提升了定位精度。

另外在检测器内置电路里加入了脉冲限速功能、超速指示功能、里程计数器维护、检测器运行方向指示，有效的提升了里程轮3数据的精确性，同时配以陀螺仪15，使得检测器的姿态信息也一并掌握，对检测器的检测能力有极大的提升。其中，脉冲限速功能是采集脉冲信号之后，进行转速转换分析，设定一定的速度上限，当速度超过上限时，实时采集的数据进行自动删除。超速指示功能是指在速度超过上限时，对超速时刻进行标记。里程计数器维护是当里程轮3的数据出现问题时，进行错误数据的指示。检测器运行方向指示是根据检测的数据进行行进方向的判断和标识。

地面Marker采用中国石油管道公司根据自身管道内检测实际需要开发的高灵敏度Marker设备，除具备传统Marker全部功能外，可以采集Marker布放点的坐标数据，为后期缺陷修复时定位开挖提供位置信息，数据处理均由管道公司自主完成，无泄密风险；

检测器还内置有地磁信号采集模块，当检测器运行至某地面预埋标志盒13对应位置时，如果低频发射机16发射的低频信号没有被地面预埋标志盒13捕获，通过地磁信号采集模块发出的地磁信号依然能够准确触发Marker，两方面共同配合确保了管道支管定位的准确性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种管道支管定位装置，其特征在于，

所述装置包括若干个地面预埋标志盒、检测器和数据处理器；

所述地面预埋标志盒等间距预埋在所述管道对应的地面上；

所述检测器包括主舱体，

所述主舱体外表面上设置有多个里程数据采集模块，所述主舱体内设置有陀螺仪、低频发射机、数据存储模块和数据传输模块；所述多个里程数据采集模块、所述陀螺仪、所述低频发射机、所述数据传输模块分别与所述数据存储模块相连；

所述陀螺仪用于采集所述检测器在所述管道内行进时的俯仰、航向及滚动姿态信息，并将采集到的姿态信息存储至所述数据存储模块；

所述多个里程数据采集模块用于分别采集所述管道内的里程数据信息；并将采集到的所述里程数据信息以及采集所述里程数据信息不同步点存储至所述数据存储模块；

所述低频发射机用于不间断的发射低频信号，所述低频信号用于触发所述地面预埋标志盒发出报警，并将触发时间点与当前对应的里程数据信息存储至所述数据存储模块；

所述数据传输模块用于将所述数据存储模块内存储的数据传输至所述数据处理器；

所述数据处理器用于对接收到的数据进行处理，对所述管道进行定位；

所述数据处理器内设置有里程脉冲优选模块，所述里程脉冲优选模块内置判断电路，用于选择所述多个里程数据采集模块采集到的所述里程数据最大的一组；

检测器内置电路里加入了脉冲限速功能、超速指示功能、里程计数器维护、检测器运行方向指示，有效的提升了里程轮数据的精确性，同时配以陀螺仪，使得检测器的姿态信息也一并掌握，对检测器的检测能力有极大的提升；其中，脉冲限速功能是采集脉冲信号之后，进行转速转换分析，设定一定的速度上限，当速度超过上限时，实时采集的数据进行自动删除；超速指示功能是指在速度超过上限时，对超速时刻进行标记；里程计数器维护是当里程轮的数据出现问题时，进行错误数据的指示；检测器运行方向指示是根据检测的数据进行行进方向的判断和标识；

检测器还内置有地磁信号采集模块，当检测器运行至某地面预埋标志盒对应位置时，如果低频发射机发射的低频信号没有被地面预埋标志盒捕获，通过地磁信号采集模块发出的地磁信号依然能够准确触发地面预埋标志盒，两方面共同配合确保了管道支管定位的准确性；

检测器采集到的数据包括里程数据信息、陀螺仪信息、里程数据信息不同步时间点与对应的里程数据信息、触发地面预埋标志盒的时间点与对应的里程数据信息，通过采集到的各数据信息与对应的时间点，推算出各个支管的里程信息；

通过若干个里程轮采集的里程数据，结合陀螺仪采集到的姿态信息进行弯管的辨识；当陀螺仪检测到检测器整体呈现急弯规则运动，再结合里程轮的数据，判定出弯管的位置和里程信息；

地面预埋标志盒是等间距设置的，通过对比触发地面预埋标志盒的时间点与对应的里程数据信息，以及陀螺仪采集的姿态信息，实现对里程数据的校准和还原。

2.根据权利要求1所述的一种管道支管定位装置，其特征在于，所述里程数据采集模块包括里程轮、摆臂和支撑单元；

所述摆臂一端与所述里程轮的转轴连接，所述里程轮绕所述转轴转动；

所述摆臂另一端为拐角结构，所述拐角处设置有固定部件，所述固定部件固定在所述主舱体外表面上，所述摆臂绕所述固定部件转动；

所述支撑单元一端与所述拐角末端连接，另一端固定在所述主舱体外表面上，用于为所述摆臂提供使所述里程轮远离所述主舱体方向的力；

所述支撑单元包括连杆、压缩弹簧和滑动轴承；

所述连杆一端与所述拐角末端连接；

所述压缩弹簧和所述滑动轴承依次套在所述连杆外，所述滑动轴承位于靠近所述拐角的一端，并固定在所述主舱体外表面上，所述连杆与所述滑动轴承滑动连接；

所述连杆另一端通过螺母将所述压缩弹簧限制在所述连杆上。

3.根据权利要求2所述的一种管道支管定位装置，其特征在于，

所述摆臂上靠近所述里程轮的位置还设置有磁铁安装支座，所述磁铁安装支座用于安装磁铁，所述磁铁用于产生磁场。

4.根据权利要求3所述的一种管道支管定位装置，其特征在于，

所述里程轮包括主轮和靶轮；

所述主轮绕所述转轴转动，用于在所述管道内沿内壁行进；

所述靶轮直径小于所述主轮，固定在所述主轮上，随所述主轮转动；

所述靶轮外边缘为锯齿结构，用于在所述里程轮行进过程中切割磁感线。

5.根据权利要求4所述的一种管道支管定位装置，其特征在于，

所述摆臂上靠近所述里程轮的位置还设置有霍尔传感器，

所述霍尔传感器用于记录所述里程轮切割所述磁信号的次数，每切割一次产生并记录一个脉冲信号。

6.一种管道支管定位方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任意一项所述的管道支管定位装置，

将多个数据采集模块的里程轮分别紧贴管道内壁，向前行进；

所述里程轮行进过程中，切割磁铁产生的磁信号，由霍尔传感器检测并记录所述磁信号被切割次数，每切割一次，产生一个脉冲信号，得到里程数据信息，存储至数据存储模块；

由陀螺仪采集检测器在所述管道内行进时的俯仰、航向及滚动姿态信息，并将得到的数据信息存储至所述数据存储模块；

当所述检测器在所述管道内运行至地面预埋标志盒对应位置时，通过低频发射机不间断发射的低频信号触发所述地面预埋标志盒发出报警，并记录当前触发点与对应的里程数据信息，存储至所述数据存储模块；

所述数据存储模块将存储的数据信息传输至数据处理模块进行处理，对管道进行定位；

所述多个数据采集模块分别得到所述里程数据信息后，由里程脉冲优选模块中的判断电路对采集到的多个所述里程数据信息进行比较，选取记录数据最大的一组进行处理；

检测器内置电路里加入了脉冲限速功能、超速指示功能、里程计数器维护、检测器运行方向指示，有效的提升了里程轮数据的精确性，同时配以陀螺仪，使得检测器的姿态信息也一并掌握，对检测器的检测能力有极大的提升；其中，脉冲限速功能是采集脉冲信号之后，进行转速转换分析，设定一定的速度上限，当速度超过上限时，实时采集的数据进行自动删除；超速指示功能是指在速度超过上限时，对超速时刻进行标记；里程计数器维护是当里程轮的数据出现问题时，进行错误数据的指示；检测器运行方向指示是根据检测的数据进行行进方向的判断和标识；

检测器还内置有地磁信号采集模块，当检测器运行至某地面预埋标志盒对应位置时，如果低频发射机发射的低频信号没有被地面预埋标志盒捕获，通过地磁信号采集模块发出的地磁信号依然能够准确触发地面预埋标志盒，两方面共同配合确保了管道支管定位的准确性；

检测器采集到的数据包括里程数据信息、陀螺仪信息、里程数据信息不同步时间点与对应的里程数据信息、触发地面预埋标志盒的时间点与对应的里程数据信息，通过采集到的各数据信息与对应的时间点，推算出各个支管的里程信息；

通过若干个里程轮采集的里程数据，结合陀螺仪采集到的姿态信息进行弯管的辨识；当陀螺仪检测到检测器整体呈现急弯规则运动，再结合里程轮的数据，判定出弯管的位置和里程信息；

地面预埋标志盒是等间距设置的，通过对比触发地面预埋标志盒的时间点与对应的里程数据信息，以及陀螺仪采集的姿态信息，实现对里程数据的校准和还原。

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