CN111828774A - 一种输气管道内窥三维定位仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及管道勘测技术领域,旨在提供一种输气管道内窥三维定位仪，其包括控制装置、探头装置和运动装置，控制装置与探头装置和运动装置电性连接；探头装置，用于放置于输气管道内部，以获取输气管道内部的情况信息、对自身在输气管道内的位置进行实时定位、并存储记录探头装置的移动轨迹；运动装置，安装于探头装置上，用于驱动探头装置运动；控制装置，用于控制运动装置工作和与探头装置进行实时通讯。本申请具有对输气管道进行准确定位、适用性强的效果，有利于辅助输气管道顶管施工。

Description

一种输气管道内窥三维定位仪

技术领域

本申请涉及管道勘测技术领域，尤其是涉及一种输气管道内窥三维定位仪。

背景技术

目前，地下输气管道是城市基础设施的重要组成部分, 也是城市赖以生存和发展的生命线。通常地，金属管道可使用金属管线定位仪对管道进行定位，非金属管道可使用探地雷达或声波仪等进行定位探测。

但当管道的埋设深度超过5米，特别是管径比较小（DN<500）的非金属管道，如采用拖拉管施工的燃气PE管，目前还没有很好的技术手段进行准确定位定深。同时，定位不精准影响了施工参数的设置，而很多输气管道通过顶管施工，埋深相对较深，缺乏有效的方法对输气管道进行准确定位以指导施工。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在现有的定位设备难以对输气管道进行准确定位、定位难度大、适用性差的缺陷，存在改进空间。

发明内容

为了对输气管道进行准确定位，本申请提供一种输气管道内窥三维定位仪。

本申请提供的一种输气管道内窥三维定位仪采用如下的技术方案：

一种输气管道内窥三维定位仪，包括控制装置、探头装置和运动装置，所述控制装置与所述探头装置和所述运动装置电性连接；

所述探头装置，用于放置于输气管道内部，以获取输气管道内部的情况信息、对自身在输气管道内的位置进行实时定位、并存储记录所述探头装置的移动轨迹；

所述运动装置，安装于所述探头装置上，用于驱动所述探头装置运动；

所述控制装置，用于控制所述运动装置工作和与所述探头装置进行实时通讯。

通过采用上述技术方案，控制装置控制运动装置，使得运动装置驱动位于输气管道内部的探头装置运动，实时探测管道，获取管道内部的情况信息、对探头在输气管道内的位置进行实时定位、并存储记录探头装置的移动轨迹；探头装置实时与控制装置进行通讯，探头装置发射的信号在传播过程中不断向地面传输，再在地面上利用定位设备，对探头装置进行追踪定位，实现对输气管道进行准确定位，适用性强；在检测管道的同时进行管道的定位勘测，检测定位一体化，工作效率大大提高；同时，将管道的精准定位结果作为施工参数设置的依据，有利于辅助输气管道的顶管施工。

优选的，所述探头装置包括视频图像采集模块，所述视频图像采集模块与所述控制装置电性连接，所述视频图像采集模块在所述控制装置的控制下拍摄采集管道内部的情况信息。

通过采用上述技术方案，控制装置控制视频图像采集模块拍摄采集管道内部的情况信息，以内窥管道，获取管道内部的情况信息用于分析，对目标管道进行结构性安全评价。

优选的，所述探头装置包括探测模块，所述探测模块与所述控制装置电性连接，所述探测模块在所述控制装置的控制下实时进行电磁信号的定位与追踪。

通过采用上述技术方案，控制装置控制探测模块实时进行电磁信号的定位与追踪，对管道的位置进行探测，以实时定位和追踪管道的位置，操作简便，定位精度高。

优选的，所述探头装置包括定位模块，所述定位模块与所述控制装置电性连接，所述定位模块在所述控制装置的控制下获取所述探头装置的移动轨迹信息。

通过采用上述技术方案，控制装置控制定位模块获取探头装置的移动轨迹信息，对探头装置走过的轨迹进行实时记录，有利于地面工作人员掌握地下探测工作的实际情况并及时采取操控措施。

优选的，所述运动装置包括驱动机构和前进机构，所述控制装置电性连接所述驱动机构和所述前进机构，所述控制装置与输气管道形成密闭空间，所述前进机构利用输气管道内的气流推动所述探头装置前进，所述驱动机构驱动所述探头装置运动。

通过采用上述技术方案，使控制装置与输气管道形成密闭空间，前进机构利用输气管道内的气流推动探头装置前进，在检测管道的同时进行管道的定位勘测，操作方便，节能环保；利用驱动机构驱动探头装置运动，起到辅助前进机构运动的作用；进而探头装置能在管道内前进或后退，便于工作人员操控探头装置进行管道探测工作。

优选的，所述前进机构包括驱动伞和用于驱动所述驱动伞撑开的驱动件，所述驱动伞固定于所述探头装置的一端，所述驱动件与所述驱动伞固定连接，所述驱动件与所述控制装置电性连接，所述驱动件在所述控制装置的控制下打开所述驱动伞。

通过采用上述技术方案，在探头装置前进前，借助管道内部气体载体流动，再借助控制装置控制驱动件，使得驱动伞打开，驱动伞利用气体载体流动在自身周围形成的压强差，沿管道不断前进，进而驱动伞带动探头装置在管道内向前运动，在检测管道的同时进行管道的定位勘测，节能环保，且伞型结构借助气体流体动力，更易于带动探头装置运动。

优选的，所述驱动伞包括伞布、伞骨和螺杆，所述伞骨用于带动所述伞布撑开或使所述伞布收拢，所述伞骨的一端固定在所述螺杆上，另一端与所述螺杆螺纹连接，所述螺杆转动连接于所述探头装置上且沿管道的长度方向设置，所述探头装置上还固定有与螺杆平行设置的导向杆，所述导向杆和所述螺杆横穿所述伞骨的两端，所述螺杆与所述驱动件固定连接。

通过采用上述技术方案，控制装置控制驱动件启动，驱动件带动螺杆转动，在导向杆的导向作用下，伞骨螺纹连接于螺杆上的一端沿螺杆的长度方向滑动，以改变伞骨两端点之间的距离，使得伞骨于撑开伞布或使伞布收拢，以实现驱动伞的电动开合，操作方便。

优选的，所述伞骨包括若干沿所述螺杆的周向间隔分布的支撑组件，所述支撑组件均包括铰接杆和限位杆，同一组支撑组件内，铰接杆的一端滑动设置于所述螺杆上，另一端为自由活动端；限位杆的一端铰接设置在铰接杆的中部位置，另一端固定于所述螺杆上。

通过采用上述技术方案，在限位杆的限位作用下，调节限位杆和铰接杆的相对位置，使得铰接杆向限位杆逐渐靠近，使得伞骨展开，撑开伞布，实现打开驱动伞的目的；使铰接杆逐渐远离限位杆，使得伞骨收拢，收拢伞布，实现关闭驱动伞的目的。

优选的，所述铰接杆远离所述螺杆的一端均固定有滑轮，当所述伞骨完全展开时，所述滑轮抵接于管道的内壁上。

通过采用上述技术方案，当伞骨完全展开时，滑轮抵接于管道的内壁上，使得伞布的开口与管道之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，以减小管道内壁对伞布的阻力，有利于伞布沿管道的长度方向更好地滑动，以更好地导向探头装置进行探测工作。

优选的，所述铰接杆与螺杆螺纹连接的端部位于所述限位杆和所述探头装置之间，所述铰接杆自身由远离所述探头装置的一端向滑动设置于所述螺杆上的一端倾斜设置，所述限位杆和所述铰接杆相对设置。

通过采用上述技术方案，伞骨朝远离探头装置的一端撑开设置且具有反向折叠的效果，在收纳后，伞骨的重心靠近远离探头装置的一端，使得位于管道内部的探头装置和运动装置的整体稳固性更好，有利于探头装置在管道内部进行稳固移动。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.探头装置实时与控制装置进行通讯，同时，探头装置发射的信号在传播过程中不断向地面传输，有利于对输气管道进行准确定位，适用性强；在检测管道的同时进行管道的定位勘测，检测定位一体化，工作效率大大提高；同时，将管道的精准定位结果作为施工参数设置的依据，有利于辅助输气管道的顶管施工；

2.控制装置控制视频图像采集模块拍摄采集管道内部的情况信息，以内窥管道，获取管道内部的情况信息用于分析；

3.探测模块通过电磁信号对管道进行实时追踪定位，以探测管道位置，操作简便，定位精度高；

4.控制装置控制定位模块获取探头装置的移动轨迹信息，有利于地面工作人员掌握地下探测工作的实际情况并及时采取操控措施；

5.运动装置使得探头装置能在管道内前进或运动，便于工作人员操控探头装置进行管道探测工作；

6.利用气流在驱动伞周围形成的压强差使驱动伞运动，带动探头装置在管道内向前运动，节能环保，且伞型结构在气流差的环境条件下更易于带动探头装置运动；

7.当伞布完全展开时，滑轮抵接于管道的内壁上，有利于伞布的开口沿管道的长度方向更好地滑动，以更好地带动探头装置进行探测工作；

8.伞骨朝远离探头装置的一端撑开设置和具有反向折叠的效果，有利于驱动伞收纳后探头装置在管道内部的稳固移动。

附图说明

图1是本申请实施例的一种输气管道内窥三维定位仪的结构示意图。

图2是伞骨的收纳状态示意图。

图3是伞骨的展开状态示意图。

图4是一种输气管道内窥三维定位仪的使用状态示意图。

附图标记说明：1、显示终端；2、控制装置；3、信标发生器；4、陀螺仪；51、伞布；52、伞骨；521、第一铰接部；5211、套筒；5212、套杆；522、第二铰接部；523、限位杆；53、螺杆；54、第一电机；55、第一滑块；56、第二滑块；57、导向杆；6、摄像头；7、信标探测器；8、地面；9、输气管道；10、排气口；11、光缆；12、滑轮；13、驱动轮；14、壳体；15、橡胶垫。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种输气管道内窥三维定位仪。参照图1，内窥三维定位仪包括控制装置2和探头装置，控制装置2上安装有显示终端1，以实时显示已获取的管道数据信息，地面8上开设有与待探测输气管道9连通的排气口10，排气口10位于输气管道9的上方位置，探头装置由排气口10进入输气管道9内部。

探头装置与控制装置2之间连接有导线，使得探头装置与控制装置2进行实时通讯，控制装置2控制探头装置获取管道内部的情况信息、对探头装置自身在输气管道9内部的位置进行实时定位、并存储记录探头装置的移动轨迹，本实施例中，导线可以为光缆11，进一步地，光缆11可以为加强型光缆。

探头装置包括视频图像采集模块、探测模块、定位模块和壳体14，视频图像采集模块、探测模块、定位模块安装于壳体14上。

视频图像采集模块电性连接控制装置2，视频图像采集模块在控制装置2的控制下拍摄采集管道内部的情况信息。本实施例中，视频图像采集模块可以为摄像头6，摄像头6安装于壳体14的一端所在平面的上方位置，控制装置2的输入端与摄像头6电性连接，以获取摄像头6拍摄的管道内部的视频图像信息。

探测模块电性连接控制装置2，探测模块在控制装置2的控制下发出电磁信号进行管道的位置探测。本实施例中，探测模块包括信标发生器3，信标发生器3安装于壳体14上，地面8上还设置有信标探测器7，信标探测器7与信标发生器3通讯连接。本实施例中，信标探测器7为管线探测仪。管线探测仪可在地面8上跟踪移动。

具体地，控制装置2经光缆11向信标发生器3发出控制电信号，控制信标发生器3工作，同时，信标探测器7在地面8上跟踪移动,对信标发生器3发出的电磁信号进行实时定位与追踪，信标探测器7与信标发生器3进行实时通讯，获取输气管道9的位置信息。

定位模块电性连接控制装置2，定位模块在控制装置2的控制下获取探头装置的移动轨迹信息。本实施例中，定位模块包括陀螺仪4，陀螺仪4安装于壳体14上，控制装置2与陀螺仪4电性连接。陀螺仪4基于探头装置运动轨迹的起点和终点，对探头装置运动轨迹的中间点进行精度修正，以准确获取探头装置的移动轨迹信息；再结合信标发生器3和信标探测器7对输气管道9的静态定位，对输气管道9实行陀螺仪4与探测模块的双定位技术，以更精准地定位输气管道9；同时，通过陀螺仪4轨迹反算，可推导出输气管道9的三维顶管路径，作为输气管道9的施工参数设置依据，有利于辅助输气管道9的顶管施工。

输气管道内窥三维定位仪还包括运动装置，运动装置包括用于驱动探头装置运动的驱动机构和用于带动探头装置前进的前进机构。

驱动机构包括驱动轮13和第二电机(图中未示出)，驱动轮13有四个且对称分布在壳体14相对的两个侧面上，驱动轮13竖直设置且转动连接于壳体14的侧面上，相对设置的两个驱动轮13之间均固定连接有传动杆(图中未示出)，传动杆的侧面均固定有第一锥齿轮(图中未示出)，两个第一锥齿轮之间啮合有水平设置的第二锥齿轮(图中未示出)，第二锥齿转动连接于壳体14的内部且与第二电机的输出轴固定连接，第二电机固定安装在壳体14的内部。

具体地，当第二电机启动时，第二电机的输出轴带动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮带动传动杆转动，传动杆带动驱动轮13转动，以实现四个驱动轮13的同步运动，使得驱动机构带动探头装置在管道内部运动。

参照图1和图2，控制装置的底部固定有封闭排气口10的橡胶垫15，控制装置、橡胶垫15、排气口10与输气管道9形成密闭空间，前进机构利用输气管道9内的气流推动探头装置前进。

参照图2和图3，前进机构包括驱动伞和用于驱动驱动伞撑开的驱动件，驱动伞朝远离探头装置的一端撑开设置且具有反向折叠的效果。

驱动伞包括伞布51、伞骨52、螺杆53、第一滑块55、第二滑块56和导向杆57，伞布51内部中空，伞骨52位于伞布51的中空位置且伞骨52内外贴合伞布51，螺杆53横穿伞骨52的两端，螺杆53转动连接于壳体14上摄像头6所在平面的中心位置且沿管道的长度方向设置，第一滑块55套设固定在螺杆53上，第二滑块56螺纹连接于螺杆53上，导向杆57与螺杆53平行设置，本实施例中，导向杆57有两根且分别固定在壳体14上摄像头6所在平面的中心位置的两侧，导向杆57横穿第一滑块55和第二滑块56，第二滑块56靠近摄像头6设置。

驱动件包括第一电机54，第一电机54固定安装在壳体14的内部中空位置，第一电机54的输出轴与螺杆53的端部固定连接。

伞骨52包括若干沿螺杆53的周向间隔分布的支撑组件，支撑组件均包括铰接杆和限位杆523，同一组支撑组件内，铰接杆的一端经第二滑块56滑动设置于螺杆53上，另一端为自由活动端且与伞布51固定连接；限位杆523的一端铰接设置在铰接杆的中部位置，另一端经第一滑块55套设固定于螺杆53上且与伞布51固定连接，铰接杆的中部位置均固定在伞布51上，若干限位杆523固定于第一滑块55的一端沿第一滑块55的周向间隔设置。

铰接杆自身由远离探头装置的一端向滑动设置于螺杆53上的一端倾斜设置。

铰接杆均由第一铰接部521和第二铰接部522组成，若干第一铰接部521的一端铰接于第二滑块56上且沿第二滑块56的周向间隔设置，若干第一铰接部521铰接于第二滑块56上的一端与伞布51固定连接，限位杆523和第一铰接部521相对设置，第二铰接部522沿第一铰接部521的长度方向衔接设置，第一铰接部521和第二铰接部522的衔接位置与伞布51固定连接，第二铰接部522远离第一铰接部521的一端为自由活动端且与伞布51固定连接。

本实施例中，限位杆523套设固定于螺杆53上的一端与第一滑块55固定连接，第一铰接部521的长度可调节，第一铰接部521包括套筒5211和套杆5212，套筒5211套接套杆5212，套杆5212滑动连接于套筒5211内，套筒5211远离套杆5212的一端铰接设置在第二滑块56上，套杆5212远离套筒5211的一端与第二铰接部522铰接，套杆5212远离套筒5211的一端与限位杆523铰接设置。

或者，当限位杆523套设固定于螺杆53上的一端与第一滑块55铰接设置时，若干第一铰接部521的长度固定。

第二铰接部522远离第一铰接部521的一端均固定有滑轮12，当伞骨52完全展开时，滑轮12抵接于输气管道9的内壁上。

伞布51完全撑开时的开口直径和两个滑轮12的直径之和与输气管道9的直径相同。

具体地，参照图3，当第一电机54启动时，第一电机54的输出轴带动螺杆53转动，在导向杆57的导向作用下，第二滑块56沿螺杆53的长度方向滑动，以向第一滑块55靠近，此时，在限位杆523的限位作用下，第一铰接部521的长度随第一滑块55和第二滑块56之间的相对距离发生变化，套筒5211和套杆5212的相对位置改变，使得第二铰接部522渐渐向外张开；直至第二铰接部522向靠近探头装置的一侧渐渐弯曲，使得伞骨52朝远离探头装置的一端完全展开，带动伞布51朝远离探头装置的一端完全展开，此时，关闭第一电机54，实现反向撑伞。

进而在伞骨52收纳后，伞骨52的重心靠近远离探头装置的一端，使得位于输气管道9内部的探头装置和运动装置的整体稳固性更好，有利于探头装置在管道内部进行稳固移动。

本申请实施例一种输气管道内窥三维定位仪的实施原理为：参照图4，使控制装置2与探头装置之间经光缆11连接，将探头装置置入输气管道9内部，再使控制装置、橡胶垫15、排气口10与输气管道9形成密闭空间。

借助控制装置2控制第一电机54，使得伞布51完全展开，再控制第一电机54关闭，此时，滑轮12抵接于管道内壁上，再往输气管道9内部进行通气操作，使得驱动伞在气体流体动力下沿管道的长度方向前进，带动探头装置沿管道的长度方向前进。

探头装置在运动过程中，通过摄像头6拍摄记录管道内部健康状况并将视频图像传输至显示终端1显示出来，作为工作人员对目标管道进行结构性安全评价的依据；通过信标探测器7对信标发生器3发出的电磁信号进行实时定位与追踪；通过陀螺仪4对探头装置走过的轨迹进行实时记录；以对输气管道9实行陀螺仪4与探测模块的双定位技术，以精准地定位输气管道9；同时，通过陀螺仪4轨迹反算，可推导出输气管道9的三维顶管路径，作为输气管道9的施工参数设置依据，有利于辅助输气管道9的顶管施工。

待探测完毕，控制装置2控制第二电机启动，控制驱动轮13转动，使探头装置移动至排气口10的正下方位置，此时，控制装置2控制第二电机关闭，控制装置2控制第一电机54启动，使得第二滑块56沿螺杆53的长度方向朝远离第一滑块55的方向滑动，带动第一铰接部521和第二铰接部522恢复至初始状态，使得伞骨52收纳，进而伞布51处于收纳状态，再从排气口10内取出探头装置。

进而一种输气管道内窥三维定位仪的探头装置实时与控制装置2进行通讯，同时，探头装置发射的电磁信号传输至地面8上的信标探测器7，使得发射的信号在传播过程中的衰减极大减小，有利于对输气管道9进行准确定位，适用性强；同时，利用气流在驱动伞周围形成的压强差使驱动伞运动，驱动伞带动探头装置在管道内向前运动，节能环保；输气管道内窥三维定位仪在检测管道的同时也能进行管道的定位勘测，检测定位一体化，操作方便，效率大大提高。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：包括控制装置(2)、探头装置和运动装置，所述控制装置(2)与所述探头装置和所述运动装置电性连接；

所述探头装置，用于放置于输气管道(9)内部，以获取输气管道(9)内部的情况信息、对自身在输气管道(9)内的位置进行实时定位、并存储记录所述探头装置的移动轨迹；

所述运动装置，安装于所述探头装置上，用于驱动所述探头装置运动；

所述控制装置(2)，用于控制所述运动装置工作和与所述探头装置进行实时通讯。

2.根据权利要求1所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述探头装置包括视频图像采集模块，所述视频图像采集模块与所述控制装置(2)电性连接，所述视频图像采集模块在所述控制装置(2)的控制下拍摄采集管道内部的情况信息。

3.根据权利要求1所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述探头装置包括探测模块，所述探测模块与所述控制装置(2)电性连接，所述探测模块在所述控制装置(2)的控制下实时进行电磁信号的定位与追踪。

4.根据权利要求1所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述探头装置包括定位模块，所述定位模块与所述控制装置(2)电性连接，所述定位模块在所述控制装置(2)的控制下获取所述探头装置的移动轨迹信息。

5.根据权利要求1所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述运动装置包括驱动机构和前进机构，所述控制装置(2)电性连接所述驱动机构和所述前进机构,所述控制装置(2)与输气管道(9)形成密闭空间，所述前进机构利用输气管道(9)内的气流推动所述探头装置前进，所述驱动机构驱动所述探头装置运动。

6.根据权利要求5所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述前进机构包括驱动伞和用于驱动所述驱动伞撑开的驱动件，所述驱动伞固定于所述探头装置的一端，所述驱动件与所述驱动伞固定连接，所述驱动件与所述控制装置(2)电性连接，所述驱动件在所述控制装置(2)的控制下打开所述驱动伞。

7.根据权利要求6所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述驱动伞包括伞布(51)、伞骨(52)和螺杆(53)，所述伞骨(52)用于带动所述伞布(51)撑开或使所述伞布(51)收拢，所述伞骨(52)的一端固定在所述螺杆(53)上，另一端与所述螺杆(53)螺纹连接，所述螺杆(53)转动连接于所述探头装置上且沿管道的长度方向设置，所述探头装置上还固定有与螺杆(53)平行设置的导向杆(57)，所述导向杆(57)和所述螺杆(53)横穿所述伞骨(52)的两端，所述螺杆(53)与所述驱动件固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述伞骨(52)包括若干沿所述螺杆(53)的周向间隔分布的支撑组件，所述支撑组件均包括铰接杆和限位杆(523)，同一组支撑组件内，铰接杆的一端滑动设置于所述螺杆(53)上，另一端为自由活动端；限位杆(523)的一端铰接设置在铰接杆的中部位置，另一端固定于所述螺杆(53)上。

9.根据权利要求8所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述铰接杆远离所述螺杆(53)的一端均固定有滑轮(12)，当所述伞骨(52)完全展开时，所述滑轮(12)抵接于管道的内壁上。

10.根据权利要求8所述的一种输气管道内窥三维定位仪，其特征在于：所述铰接杆与螺杆(53)螺纹连接的端部位于所述限位杆(523)和所述探头装置之间，所述铰接杆自身由远离所述探头装置的一端向滑动设置于所述螺杆(53)上的一端倾斜设置，所述限位杆(523)和所述铰接杆相对设置。

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