CN114384147A - 一种管道漏磁检测设备 - Google Patents

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刘林忠
高广
王志辉
王晓军
叶庆红
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Shanghai Aerospace Energy Co ltd
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Shanghai Aerospace Energy Co ltd
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems

Abstract

本发明揭示一种管道漏磁检测设备。所述管道漏磁检测设备包括：供电单元；数据采集单元，连接所述供电单元，所述数据采集单元至少包括多个信号采集子板；以及主控单元，连接所述供电单元和所述数据采集单元，所述多个信号采集子板通过一以太网现场总线并联至所述主控单元。该管道漏磁检测设备结构简洁，能够实现单网线的采集信号的高速实时传输处理，从而，可以有效降低节间线缆和主缸体线缆穿孔、加强主缸体的机械防护强度以及增加各个单元的器件的连接稳定度。

Description

一种管道漏磁检测设备
技术领域
本发明涉及油气管道检测技术领域，具体而言，涉及一种管道漏磁检测设备。
背景技术
目前，国内外已提出多种关于管道的无损检测方式，例如：漏磁检测、电磁超声检测以及涡流检测等。其中，漏磁检测中采用的漏磁检测探头，具有抗腐蚀，适应于高压力、潮湿以及液况和高压气体中工作等恶劣环境的优点。
然而，油气管道的漏磁检测是世界难题，存在复杂工况下缺陷复杂、缺陷模式识别困难以及精度难以达到等设计困难。在对管道缺陷进行三维的缺陷漏磁探测过程中，存在传感器数量多、信号采集传输容量和速度受限等瓶颈。如何在众多的信号传输中选取简洁可靠的信号采集方法将直接决定漏磁探测设备的量测精度和可靠性。
以往的漏磁探测设备多采用MCU设计以及较低速率如CAN总线或者FPGA的集总直连等，存在软件切换开销大、速度慢、精度低、线缆多以及系统容易损坏等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种管道漏磁检测设备。该管道漏磁检测设备结构简洁，能够实现单网线的采集信号的高速实时传输处理，从而，可以有效降低节间线缆和主缸体线缆穿孔、加强主缸体的机械防护强度以及增加各个单元的器件的连接稳定度。
根据本公开的一个方面的提供一种管道漏磁检测设备，所述管道漏磁检测设备包括：供电单元；多个信号采集探臂数据采集模组和相应子电路板；主控单元；励磁模组，连接所述供电单元和所述数据采集单元，所述多个信号采集子板通过一现场以太网总线串联至所述主控单元。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，每个所述信号采集子板包括现场可编程门阵列电路、模拟数字转换器以及探头传感器。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述现场可编程门阵列电路板、模拟数字转换器以及探头传感器一体封装。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述主控单元还包括陀螺仪。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述主控单元还包括旋转编码器。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述主控单元还包括加速度计。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述主控单元还包括存储单元。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述数据采集单元还包括多个里程轮传感器。
在根据本公开的一个方面的管道漏磁检测设备中，所述供电单元包括电源以及电源时序控制模块，所述电源时序控制模块连接所述电源。
相比于现有技术，本发明实施例提供的管道漏磁检测设备中，由于数据采集单元的多个信号采集子板通过一以太网现场总线串联至主控单元，因此，管道漏磁检测设备能够在多信号节点的情况下，单网线的采集信号的实现高速实时传输处理。系统简洁可靠，进而，单网线采集信号的方式可以有效降低节间线缆和主缸体线缆穿孔、实现小型化封装，从而在管道漏磁检测设备的探臂转轴内部获得密闭机械防护，有效增强管道漏磁检测设备在复杂工况的可靠信号采集和实时数据传输，保证管道漏磁检测设备的量测精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的一个实施例的管道漏磁检测设备的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的管道漏磁检测设备的主缸体过线前盖板的结构示意图；和
图3是本发明的一个实施例的管道漏磁检测设备的时钟设计示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。
根据本发明的主旨构思，本发明的管道漏磁检测设备包括：供电单元；数据采集单元，连接所述供电单元，所述数据采集单元至少包括多个漏磁、角度信号传感器；主控单元，连接所述供电单元和所述数据采集单元，所述主控单元采集来自各个所述漏磁、角度传感器的信号。
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
请参见图1，其示出了本发明的一个实施例的管道漏磁检测设备的结构示意图。在本发明的优选实施例中，所述管道漏磁检测设备主要包括供电单元1、数据采集单元2以及主控单元3。
在本发明的可选实施例中，供电单元1包括电源11以及电源时序控制模块12，电源时序控制模块12连接电源11，从而将电压精确地分配至数据采集单元2以及主控单元3中的各个器件，保证数据采集单元2以及主控单元3中的各个器件正常上电。其中，电源时序控制模块12可以是DC-DC电源时序控制电路。
数据采集单元2连接供电单元1。具体来说，在图1所示的可选实施例中，数据采集单元2至少包括多个信号采集子板21。信号采集子板21用于信号采集、信号处理以及协议转换。其中，每个信号采集子板21包括现场可编程门阵列电路211、模拟数字转换器212(ADC)以及探头传感器213。在本发明的可选实施例中，每个现场可编程门阵列电路211、模拟数字转换器212以及探头传感器213一体封装形成于一信号采集子板21中。在本发明的一个实施例中，信号采集子板21能够同时并行采集上百路来自探头传感器213信号，信号采集子板21内可以使用ETHERCAT IP软核，完成多路采集信号到ETHERCAT帧的创建的传输，FPGA固件设计实现双向通信传输，能够对探头传感器213进行定标。进一步地，数据采集单元2还包括多个里程轮传感器(图中未示出)，该里程轮传感器用于计算里程轮的行驶距离，其可以通过接近开关探测里程轮上镶嵌的磁铁的转动来计算内检测器运行的距离。
主控单元3连接供电单元1和数据采集单元2。主控单元3采集来自各个信号采集子板21的信号。在本发明的一个实施例中，主控单元3可以是现场可编程门阵列的系统级芯片(FPGA SOC)。如图1所示，在本发明的实施例中，多个信号采集子板21通过一以太网现场总线5(ETHERCAT总线)串接至主控单元3。以太网现场总线5(ETHERCAT总线)连接数据采集单元2和主控单元3，完成采集信号传输和主控命令发送的功能。在ETHERCAT传输上，实现了一条网线连接所有多个信号采集子板21，可以达到几千路信号的实时高速传输，能够在数据采集单元2和主控单元3之间实现单网线信号传输连接，进而，可以有效降低节间线缆和主缸体线缆穿孔、加强主缸体的机械防护强度以及增加各个单元的器件的连接稳定度。进而，在本发明的实施例中，管道漏磁检测设备采用ETHERCAT总线协议可以以1000MHz的实时信号传输速度满足漏磁探测器多达2700路探测信号的传输处理需求。
进一步地，请参见图2，其示出了本发明的一个实施例的管道漏磁检测设备的主缸体过线前盖板的结构示意图。如图2所示，在本发明的实施例中，由于使用了以太网现场总线5(ETHERCAT总线)，因此，主缸体的保护罩只预留两个穿孔6进行信号电源传输，进而有效地增加了主缸体的抗压能力。
进一步地，在图1所示的实施例中，主控单元3还包括陀螺仪。陀螺仪用于记录内检测器在管道检测中发生翻滚，记录内检测器的姿态和跟踪具体缺陷位置的检测，并能根据姿态位置进行进一步开发，调节内检测器稳定度、实现平稳匀速的检测。
进一步地，在图1所示的实施例中，主控单元3还包括旋转编码器。旋转编码器使用重锤量测内检测器的实时姿态角度。
进一步地，在图1所示的实施例中，主控单元3还包括加速度计。加速度计用于记录内检测在管道检测过程中的运行加速度，可以作为辅助的内检测器行驶里程判决，也可以判断内检测器是否出现过速，对所检测的数据进行辅助判断准确定位缺陷的位置。
进一步地，在图1所示的实施例中，主控单元3还包括存储单元。由于管道漏磁检测设备应用于油气管道内，为了满足对长距离油气管道(例如200公里的油气管道)的探测数据的存储要求，可选地，存储单元包括NAND FLASH芯片，进而，使用NV-DDR2协议达到400MHz的实时信号储存。
进一步地，请参见图3，其示出了本发明的一个实施例的管道漏磁检测设备的时钟设计示意图。在图3所示的实施例中，同步时钟设计能够满足200公里缺陷探测故障定位精度要求，可选地，采用高精度有源晶振，频率稳定度达到±0.5×10-6，满足授时要求。
综上所述，本发明实施例提供的管道漏磁检测设备中，由于数据采集单元的多个信号采集子板通过一以太网现场总线串联至主控单元，因此，管道漏磁检测设备能够在多信号节点的情况下，实现单网线的采集信号的高速实时传输处理。进而，单网线采集信号的方式可以有效降低节间线缆和主缸体线缆穿孔、实现小型化封装，从而在管道漏磁检测设备的探臂转轴内部获得密闭机械防护，有效增强管道漏磁检测设备在复杂工况的可靠信号采集和实时数据传输，保证管道漏磁检测设备的量测精度。
虽然本发明已以可选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种管道漏磁检测设备，其特征在于，所述管道漏磁检测设备包括：
供电单元；
数据采集单元，连接所述供电单元，所述数据采集单元至少包括多个信号采集子板；以及
主控单元，连接所述供电单元和所述数据采集单元，所述多个信号采集子板通过一以太网现场总线并联至所述主控单元。
2.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，每个所述信号采集子板包括现场可编程门阵列电路、模拟数字转换器以及探头传感器。
3.根据权利要求2所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述现场可编程门阵列电路板、模拟数字转换器以及探头传感器一体封装。
4.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述主控单元还包括陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述主控单元还包括旋转编码器。
6.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述主控单元还包括加速度计。
7.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述主控单元还包括存储单元。
8.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述数据采集单元还包括多个里程轮传感器。
9.根据权利要求1所述的管道漏磁检测设备，其特征在于，所述供电单元包括电源以及电源时序控制模块，所述电源时序控制模块连接所述电源。
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