CN114527161B - 一种电位梯度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电位梯度测量系统，包括电位梯度测量装置和移动终端，通过电位梯度测量装置的主探杖和副探杖沿着埋地管道的方向分别多次测量埋地管道上方的两个标记点的第一交直流电位信号和第二交直流电位信号，并发送带有第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据和带有第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据到移动终端，移动终端根据第一交直流电位梯度数据和第二交直流电位梯度数据的情况分析埋地管道是否存在防腐层破损的区域以及确定埋地管道的防腐层破损处位置，便于检测人员作出判断。所述电位梯度测量系统使用电位梯度测量装置即可代替交流电位测量装置和直流电位测量装置两件设备，使检测人员对埋地管道进行安全检测更加方便。
Description
技术领域
本申请涉及测量电位梯度领域，尤其涉及一种电位梯度测量系统。
背景技术
埋地钢质长输油气管道是国家能源的“大动脉”，油气输送管线造价高，穿越地域广阔，涉及的地域类型复杂，一旦发生腐蚀引起的穿孔、破裂，就会造成严重事故。由于长输油气管道的腐蚀破坏而引发的恶性事故，往往会造成巨大的经济损失。
根据埋地钢质管道腐蚀相关的法律、法规、国标、行标要求，需要定期对长输油气管道开展管道检测工作，管道防腐层完整性检测和阴极保护有效性检测是管道外防腐系统检测的重要内容。
外防腐层和阴极保护是目前在役油气管道控制腐蚀的主要技术，直流电位梯度法和交流电位梯度法能够有效评价外防腐层整体性能和阴极保护有效性。现有的测量技术需要采用两套独立的装置测量直流电位和交流电位，为了同时测量直流电位和交流电位，需要同时携带两套设备并由双人操作，工作效率低，作业成本高。而且存在以下缺点：
交流电位测量装置采用的A字架间距固定，不能变距离灵活测量；
在交流电位测量中，A字架的接地探针与管道走向的夹角影响测量精度；
在直流电位测量中，探杖的接地电极连线方向与管道走向的夹角影响测量精度；
直流电位测量装置和交流电位测量装置的测量结果中仅含有电位差绝对值，不包含测量点方向和测量点间距信息，未能取得电位梯度矢量值结果；
多次测量中由于测量点方向和测量点间距无法复现，相同位置测量数据无可比性，影响管道健康水平综合评估准确度。
发明内容
为了解决现有技术测量直流电位和交流电位需要两套装置、多人使用操作不便、直流电位和交流电位测量精度不高、测量过程不灵活的问题，本申请提供了一种电位梯度测量系统，包括：
电位梯度测量装置，包括：主探杖、副探杖、以及连接所述主探杖和所述副探杖的连接电缆。
所述主探杖被配置为采集埋地管道上方第一标记点的第一交直流电位信号。
所述副探杖被配置为采集埋地管道上方第二标记点的第二交直流电位信号。所述第一标记点和所述第二标记点之间的距离大于零。
所述主探杖将第一差值信号转换为第一交直流电位梯度数据并发送带有所述第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据至移动终端；所述第一差值信号为所述第一交直流电位信号和通过所述连接电缆获得的所述第二交直流电位信号的差值。
所述副探杖将第二差值信号转换为第二交直流电位梯度数据并发送带有所述第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据至移动终端；所述第二差值信号为所述第二交直流电位信号和通过所述连接电缆获得的所述第一交直流电位信号的差值。
移动终端，用于获取电位梯度测量装置发送的反馈数据以及向电位梯度测量装置发送控制指令和数据；所述反馈数据包括第一反馈数据和第二反馈数据。
进一步的，所述主探杖包括：第一参比电极、第一连接器、第一按钮开关、第一端盖、第一电路板、第一保护套筒和主探杖外壳。
所述副探杖包括：第二参比电极、第二连接器、第二按钮开关、第二端盖、第二电路板、第二保护套筒和副探杖外壳。
所述第一参比电极和所述第二参比电极的主体为圆柱状、头部为圆锥状。
所述主探杖外壳和所述副探杖外壳为圆柱状壳体。
所述第一参比电极的主体与所述主探杖外壳的一侧连接，所述主探杖外壳的另一侧连接所述第一端盖；在所述主探杖外壳靠近所述第一端盖的位置设置有所述第一连接器，在所述第一连接器和所述第一端盖之间设置有所述第一按钮开关；所述第一保护套筒套在所述第一参比电极的主体外侧；所述第一电路板与所述第一参比电极电连接，用于接收所述第一参比电极测量的所述第一交直流电位信号，并通过所述连接电缆传输所述第一交直流电位信号到所述副探杖内的所述第二电路板；所述第一电路板接收所述副探杖发送的所述第二交直流电位信号，并根据所述第一交直流电位信号和所述第二交直流电位信号计算所述第一差值信号，并将所述第一差值信号转换为所述第一交直流电位梯度数据，发送带有所述第一交直流电位梯度数据的所述第一反馈数据至所述移动终端。
所述第二参比电极的主体与所述副探杖外壳的一侧连接，所述副探杖外壳的另一侧连接所述第二端盖；在所述副探杖外壳靠近所述第二端盖的位置设置有所述第二连接器，在所述第二连接器和所述第二端盖之间设置有所述第二按钮开关；所述第二保护套筒套在所述第二参比电极的主体外侧；所述第二电路板与所述第二参比电极电连接，用于接收所述第二参比电极测量的所述第二交直流电位信号，并通过所述连接电缆传输所述第二交直流电位信号到所述主探杖内的所述第一电路板；所述第二电路板接收所述主探杖发送的所述第一交直流电位信号，并根据所述第二交直流电位信号和所述第一交直流电位信号计算所述第二差值信号，并将所述第二差值信号转换为所述第二交直流电位梯度数据，发送带有所述第二交直流电位梯度数据的所述第二反馈数据至所述移动终端。
所述连接电缆的两端分别连接所述第一连接器和所述第二连接器。
进一步的，所述第一端盖和所述第二端盖上分别设置有多频天线组件。
进一步的，所述第一电路板包括：第一差分定位模块、第一倾斜传感模块、第一通讯模块、第一电源模块和第一测量控制模块。
所述第二电路板包括：第二差分定位模块、第二倾斜传感模块、第二通讯模块、第二电源模块和第二测量控制模块。
所述第一差分定位模块被配置为获取主探杖原始定位数据；所述第二差分定位模块被配置为获取副探杖原始定位数据。
所述第一倾斜传感模块被配置为测量所述主探杖的倾斜角度，生成第一角度数据。
所述第二倾斜传感模块被配置为测量所述副探杖的倾斜角度，生成第二角度数据。
所述第一测量控制模块被配置为根据所述第一参比电极测量的第一交直流电位信号与第二参比电极测量的所述第二交直流电位信号计算所述第一差值信号，并将所述第一差值信号转换为所述第一交直流电位梯度数据。
所述第二测量控制模块被配置为根据所述第二参比电极测量的第二交直流电位信号与第一参比电极测量的所述第一交直流电位信号计算所述第二差值信号，并将所述第二差值信号转换为所述第二交直流电位梯度数据。
所述第一通讯模块被配置为执行所述主探杖与所述移动终端之间的控制指令和数据的传输；向移动终端发送所述第一反馈数据。
所述第二通讯模块被配置为执行所述副探杖与所述移动终端之间的控制指令和数据的传输；向移动终端发送所述第二反馈数据。
所述第一反馈数据包括：所述主探杖原始定位数据、所述第一交直流电位梯度数据和所述第一角度数据。
所述第二反馈数据包括：所述副探杖原始定位数据、所述第二交直流电位梯度数据和所述第二角度数据。
所述第一电源模块被配置为向所述主探杖提供电源；所述第二电源模块被配置为向所述副探杖提供电源。
进一步的，所述第一测量控制模块和所述第二测量控制模块还分别包括：
偏置电压发生器电路，用于产生电路的工作电压参考点。
输入电阻分压电路，用于对交直流电位信号进行分压。
仪表放大器，用于将交直流电位信号转换为放大后的模拟交直流差值电位信号。
模拟数字转换器，用于将所述模拟交直流差值电位信号转换为交直流电位梯度数据。
单片机，被配置为控制模拟数字转换器运行，读取交直流电位梯度数据，获取原始定位数据并将所述原始定位数据发送至移动终端，修正交直流电位梯度数据；所述原始定位数据包括主探杖原始定位数据和副探杖原始定位数据。
进一步的，所述第一通讯模块和所述第二通讯模块还分别包括：
蓝牙通讯模块，被配置为与所述移动终端进行蓝牙连接交互。
网络通讯模块，被配置为与所述移动终端进行网络通信交互。
进一步的，所述第一电源模块和所述第二电源模块分别包括：
电量计模块，被配置为显示电池剩余电量以及可使用时间。
充放电控制模块，被配置为对电池充放电进行控制以及进行升压降压变换。
稳压电路模块，被配置为稳定电路电压。
进一步的，所述移动终端还被配置为将所述反馈数据发送到连续运行参考站或基准站进行修正。
进一步的，所述系统还包括差分定位服务器，被配置为接收所述移动终端发送的原始定位数据，并基于实时动态差分技术将所述原始定位数据修正为精准定位数据并反馈给移动终端。
进一步的，所述移动终端还被配置为发送GPS请求指令，获取与所述GPS请求指令相对应的探杖修正信息，根据所述探杖修正信息对交直流电位梯度数据进行修正；所述探杖修正信息包括：主探杖位置修正信息和副探杖位置修正信息。
本申请提供一种电位梯度测量系统，通过用连接电缆连接的主探杖和副探杖，测量埋地管道上方第一标记点的第一交直流电位信号和第二标记点的第二交直流电位信号。主探杖计算第一交直流电位信号与第二交直流电位信号的第一差值信号，并将第一差值信号转换为第一交直流电位梯度数据，并发送到移动终端。副探杖计算第二交直流电位信号和第一交直流电位信号的第二差值信号，并将第二差值信号转换为第二交直流电位梯度数据，并发送至移动终端。移动终端取得主探杖和副探杖的原始定位数据后，利用差分基准站或者参考站进行修正，取得主探杖和副探杖的精准定位信息，并对第一交直流电位梯度数据和第二交直流电位梯度数据进行修正。通过移动终端获取第一交直流电位梯度数据和第二交直流电位梯度数据分析埋地管道的防腐层是否存在破损，如果存在破损，判断埋地管道防腐层破损处的位置和严重程度。提高检测人员检测埋地管道的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为现有技术同时测量直流电位和交流电位的示意图；
图2为一种电位梯度测量系统一种实施例的测量直流电位和交流电位的示意图；
图3为电位梯度测量装置检测埋地管道过程图；
图4为一种电位梯度测量系统的主探杖外形图；
图5为一种电位梯度测量系统的主探杖内电子系统布局主视图；
图6为一种电位梯度测量系统的主探杖内电子系统布局侧视图；
图7为一种电位梯度测量系统的副探杖外形图；
图8为一种电位梯度测量系统的副探杖内电子系统布局主视图；
图9为一种电位梯度测量系统的副探杖内电子系统布局侧视图；
图10为探杖电路系统的偏置电压发生器电路接线图；
图11为探杖电路系统的输入电阻分压电路接线图；
图12为探杖电路系统的稳压电路模块图；
图13为一种电位梯度测量系统的一种实施例的工作流程图。
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、完整的描述，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。
如图1所示，现有技术中，直流电位测量装置采用两只安装有参比电极的探杖，配合阴极保护测量装置测量。交流电位测量装置是配置有埋地管道防腐层状况检测系统的设备，采用A字架体结构。图1中，10为埋地管道、11为埋地管道的防腐层破损处、12为埋地管道防腐层破损后的电压等势线。
电位测量相关领域在测量直流电位和交流电位需要两套装置。为了解决使用这两套装置过程中，因测量过程复杂，导致所得到的测量结果精度低的问题，本申请提供了一种电位梯度测量系统，如图2所示，系统包括：
电位梯度测量装置，包括：主探杖100、副探杖200、以及连接所述主探杖100和副探杖200的连接电缆300。
所述主探杖100被配置为采集埋地管道上方第一标记点的第一交直流电位信号，所述副探杖200被配置为采集埋地管道上方第二标记点的第二交直流电位信号，所述第一标记点和所述第二标记点之间的距离大于零。
所述主探杖100将第一差值信号转换为第一交直流电位梯度数据并发送带有所述第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据至移动终端，所述第一差值信号为所述第一交直流电位信号和通过所述连接电缆300获得的所述第二交直流电位信号的差值。
所述副探杖200将第二差值信号转换为第二交直流电位梯度数据并发送带有所述第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据至移动终端，所述第二差值信号为所述第二交直流电位信号和通过所述连接电缆300获得的所述第一交直流电位信号的差值。
移动终端，用于获取电位梯度测量装置发送的反馈数据以及向电位梯度测量装置发送控制指令和数据；所述反馈数据包括第一反馈数据和第二反馈数据。
主探杖100和副探杖200分别采集埋地管道上方的两个标记点的交直流电位信号（第一交直流电位信号和第二交直流电位信号）。因为埋地管道是被埋在地下土壤里，如果埋地管道的防腐层发生破损，会造成埋地管道附近区域的电位梯度变化。
检测人员先将主探杖100放置于第一标记点，然后将副探杖200放置于第二标记点，取得在当前位置的第一交直流电位信号和第二交直流电位信号。主探杖100还会通过连接电缆300获取副探杖200所测得的第二交直流电位信号，主探杖100根据第一交直流电位信号和所获取的第二交直流电位信号计算第一差值信号，并将第一差值信号转换为便于检测人员查看的第一交直流电位梯度数据，然后发送至移动终端。副探杖200还会通过连接电缆300获取主探杖100所测得的第一交直流电位信号，副探杖200根据第二交直流电位信号和所获取的第一交直流电位信号计算第二差值信号，并将第二差值信号转换为便于检测人员查看的第二交直流电位梯度数据，然后发送至移动终端，以上第一交直流电位梯度数据和第二交直流电位梯度数据在移动终端上显示。
图2中，10为埋地管道，11为埋地管道的防腐层破损处，12为埋地管道防腐层破损后的电压等势线，13表示的是埋地管道附近的土壤层。此时，主探杖100距离防腐层破损处较远，所测量到的第一交直流电位信号较弱，而副探杖200相对主探杖100来说，距离防腐层破损处较近，所测量到的第二交直流电位信号较强。当移动终端接收到主探杖100和副探杖200发送的带有第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据，以及带有第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据后，会通过第一反馈数据和第二反馈数据进行分析，得到埋地管道的防腐层破损处的大致位置和破损程度。
上述操作仅为完成一次的测量，因为检测埋地管道是一个动态的过程，所以需要进行多次测量来对埋地管道的整体进行检测，整体的测量方向为从埋地管道的起始测量端向埋地管道的结束测量端。在埋地管道的防腐层没有破损的测量段，不会产生埋地管道与大地之间的泄漏电流，因此电位梯度接近于零。在埋地管道的防腐层破损处附近，会产生埋地管道与大地之间的泄漏电流，埋地管道周边的电位梯度会出现规律性变化。
如图3所示，当电位梯度测量装置位于A点时，电位梯度测量装置接近防腐层破损处，此时，主探杖100和副探杖200所测得的交直流电位信号开始出现波动。在A点时刻副探杖200相较于主探杖100更接近防腐层破损处，所以副探杖200所测得的第二交直流电位信号强度大于主探杖100所测得的第一交直流电位信号强度，说明正在接近防腐层破损处。继续向行进方向前进测量，当电位梯度测量装置到达B点处，主探杖100和副探杖200距离防腐层破损处的距离相同，在B点时刻主探杖100所测得的第一交直流电位信号强度与副探杖200所测得的第二交直流电位信号强度相同或相接近（实际测量会存在一定数值误差），说明已经到达防腐层破损处的正上方。继续向行进方向前进测量到达C点处，主探杖100相对副探杖200更接近防腐层破损处，在C点时刻主探杖100所测得的第一交直流电位信号强度大于副探杖200所测得的第二交直流电位信号强度，说明电位梯度测量装置已走过并正在远离防腐层破损处。图3中，10为埋地管道，11为埋地管道的防腐层破损处，12为埋地管道防腐层破损后的电压等势线，13表示的是埋地管道附近的土壤层。
其中，在逐渐接近防腐层破损处的过程中，主探杖100和副探杖200所测得的交直流电位信号强度的差值逐渐增大，当副探杖200位于防腐层破损处正上方时，交直流电位信号的差值为极大值；当副探杖200开始远离防腐层破损处，主探杖100继续接近防腐层破损处时，交直流电位信号的差值减小，直至主探杖100与副探杖200位于防腐层破损处正上方的距离相同时，交直流电位信号的差值为极小值，此时主探杖100与副探杖200距离中心为防腐层破损处的位置。当主探杖100位于防腐层破损处正上方，副探杖200已经经过防腐层破损处时，交直流电位信号的差值再次为极大值。当主探杖100经过防腐层破损处后，交直流电位信号的差值逐渐减小。测量过程中，主探杖100和副探杖200之间的距离保持不变，通过观察交直流电位信号强度的差值变化可以大致判断埋地管道的防腐层破损处的位置。
其中，移动终端可以为智能手机、笔记本电脑、平板电脑、智能手表等可以接收数据、可以通信交互的任意电子设备。电位梯度测量装置通过相应通讯链路将相关数据发送至处于移动终端的电子设备中。
在一些实施例中，移动终端安装有可将交直流电位梯度数据分为交流电位梯度数据和直流电位梯度数据的处理软件。例如移动终端接收到主探杖100发送的带有第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据，因为主探杖100所采集的第一交直流电位信号是交流电位信号和直流电位信号混合在一起的，如果需要分开检测交流电位信号和直流电位信号需要两套设备，增加成本和人力，检测人员操作起来也不方便。通过处理软件可以直接将第一交直流电位梯度数据分开为第一交流电位梯度数据和第一直流电位梯度数据，使用一套装置就可以完成交流电位梯度数据和直流电位梯度数据的采集，节省人力物力，更高效地采集相关数据。
检查埋地管道时，若电流穿过土壤并触及防腐层破损的埋地管道，土壤中就会产生泄漏电流并在防腐层破损处周围形成电位梯度。防腐层破损越严重，电流就会越强，电位梯度也就越大，从而检测人员使用电位梯度测量装置所检测的交直流电位信号的差值也就越大，代表此位置的埋地管道的防腐层急需修复。
电位梯度测量装置采集交直流电位信号时采用的是管道电流定位技术，在进行测量之前，先使用发射器对埋地管道的一端和大地之间施加一个电流信号，电流信号会沿着埋地管道的方向向远处传播，如果埋地管道的防腐层产生破损，发生泄漏，这个电流信号就会在防腐层破损处，产生一个以防腐层破损处为中心的电场，检测人员使用电位梯度测量装置在防腐层破损处附近所测得的交直流电位信号的数值是最大的。
在一些实施例中，所述主探杖100包括：第一参比电极104、第一连接器105、第一按钮开关106、第一端盖108、第一电路板109、第一保护套筒110、主探杖外壳111。
所述副探杖200包括：第二参比电极204、第二连接器205、第二按钮开关206、第二端盖208、第二电路板209、第二保护套筒210、副探杖外壳211。
所述第一参比电极104和所述第二参比电极204的主体为圆柱状、头部为圆锥状。
所述主探杖外壳111和副探杖外壳211为圆柱状壳体。
所述第一参比电极104的主体与所述主探杖外壳111的一侧连接，所述主探杖外壳111的另一侧连接所述第一端盖108；在所述主探杖外壳111靠近所述第一端盖108的位置设置有所述第一连接器105，在所述第一连接器105和所述第一端盖108之间设置有所述第一按钮开关106；所述第一保护套筒110套在所述第一参比电极104的主体外侧；所述第一电路板109与所述第一参比电极104电连接，用于接收所述第一参比电极104测量的所述第一交直流电位信号，并通过所述连接电缆300传输所述第一交直流电位信号到所述副探杖200内的所述第二电路板209；所述第一电路板109接收所述副探杖200发送的所述第二交直流电位信号，并根据所述第一交直流电位信号和所述第二交直流电位信号计算所述第一差值信号，并将所述第一差值信号转换为所述第一交直流电位梯度数据，发送带有所述第一交直流电位梯度数据的所述第一反馈数据至所述移动终端。
所述第二参比电极204的主体与所述副探杖外壳211的一侧连接，所述副探杖外壳211的另一侧连接所述第二端盖208；在所述副探杖外壳211靠近所述第二端盖208的位置设置有所述第二连接器205，在所述第二连接器205和所述第二端盖208之间设置有所述第二按钮开关206；所述第二保护套筒210套在所述第二参比电极204的主体外侧；所述第二电路板209与所述第二参比电极204电连接，用于接收所述第二参比电极204测量的所述第二交直流电位信号，并通过所述连接电缆300传输所述第二交直流电位信号到所述主探杖100内的所述第一电路板109；所述第二电路板209接收所述主探杖100发送的所述第一交直流电位信号，并根据所述第二交直流电位信号和所述第一交直流电位信号计算所述第二差值信号，并将所述第二差值信号转换为所述第二交直流电位梯度数据，发送带有所述第二交直流电位梯度数据的所述第二反馈数据至所述移动终端。
所述连接电缆300的两端分别连接所述第一连接器105和所述第二连接器205。
参见图4和图5，主探杖100的头部为第一参比电极104，使用时检测人员操控主探杖100使得第一参比电极104接触埋地管道上方的地面测量第一标记点的第一交直流电位信号。第一电路板109根据第一交直流电位信号和第二交直流电位信号计算第一差值信号，将第一差值信号转换为第一交直流电位梯度数据，然后将带有第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据发送到移动终端。
第一保护套筒110套在第一参比电极104的主体外侧，保护第一参比电极104的主体不受到撞击、挤压等损害。第一连接器105用于与连接电缆300的一端相连，连接电缆300另一端与副探杖200中的第二连接器205相连。第一电路板109在主探杖外壳111内部。第一端盖108安装在主探杖外壳111尾部。第一按钮开关106控制主探杖100的启动和关闭，以及向移动终端发送信号指示保存当前的第一交直流电位梯度数据。例如，当主探杖100上的第一交直流电位梯度数据符合要求时，检测人员按下第一按钮开关106，主探杖100检测到按键信号，通过第一电路板109发送按键事件信息，通知移动终端保存当前的测量数据。所述第一按钮开关106和第二按钮开关206可以为带灯自复位开关。连接电缆300可采用多芯电缆，用于主探杖100与副探杖200之间的有线信号传输。所述多芯电缆内包含第一参比电极104和第二参比电极204的连接信号线。
需要说明的是，主探杖100和副探杖200的部件结构和工作原理相同，以上仅对于主探杖100的结构及工作原理进行说明描述。副探杖200的部件结构如图7和图8所示，不作重复阐述。使用时检测人员操控副探杖200使得第二参比电极204接触埋地管道上方的地面，测量第二标记点的第二交直流电位信号。第二电路板209根据第二交直流电位信号和第一交直流电位信号计算第二差值信号，将第二差值信号转换为第二交直流电位梯度数据，然后将带有第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据发送到移动终端。
在一些实施例中，所述第一电路板109包括：第一差分定位模块101、第一倾斜传感模块102、第一通讯模块103、第一电源模块107、第一测量控制模块120。上述各模块的位置参见图5和图6。
所述第二电路板209包括：第二差分定位模块201、第二倾斜传感模块202、第二通讯模块203、第二电源模块207、第二测量控制模块220。第二电路板209上的各模块分布位置与第一电路板109相同，如图8和图9所示。
所述第一差分定位模块101和所述第二差分定位模块201被配置为通过全球定位系统如GPS、北斗等分别获取主探杖原始定位数据和副探杖原始定位数据。主探杖原始定位数据用于消除主探杖100所采集的第一交直流电位梯度数据的误差，副探杖原始定位数据用于消除副探杖200所采集的第二交直流电位梯度数据的误差。通过GPS定位技术，根据主探杖100上的第一差分定位模块101对主探杖100的位置进行卫星定位，根据副探杖200上的第二差分定位模块201对副探杖200的位置进行卫星定位，确定当前时刻主探杖100和副探杖200所在的位置。并将当前时刻主探杖原始定位数据和副探杖原始定位数据发送到基准站或参考站，由基准站或参考站给出修正后的精准定位数据并发送给移动终端。
在一些实施例中，所述第一端盖108和所述第二端盖208上分别设置有多频天线组件，便于第一电路板109上的第一差分定位模块101接收主探杖原始定位数据，同时也便于第二电路板上的第二差分定位模块201接收副探杖原始定位数据。
其中，基准站或参考站是对卫星导航信号进行长期连续观测，并由通信设施将观测数据实时或定时传送至数据中心的地面固定观测站，能够对移动站提供差分数据修正服务，即高精度的定位服务，精度最高可达毫米级别。移动站可被定义为检测人员使用的移动终端。
所述第一倾斜传感模块102被配置为测量所述主探杖100的倾斜角度，生成第一角度数据。通过第一倾斜传感模块102感应主探杖100与地面之间的角度，主探杖100与地面之间的角度是九十度时，为标准的测量角度，误差近似于零。当主探杖100与地面之间的角度小于或大于九十度时，主探杖100从上投影到埋地管道所在位置的长度为主探杖100的测量误差。主探杖100与地面的角度越接近九十度，测量误差越小。例如，主探杖100长度为100cm，测量时，检测人员将主探杖100与地面呈六十度进行测量，此时主探杖100的第一倾斜传感模块102会将此刻的主探杖100与地面之间的角度生成第一角度数据，移动终端在接收到第一角度数据后，检测人员即可知道当前时刻的倾斜角度与相应的测量误差。例如，当倾斜角度为六十度时，主探杖100在埋地管道方向的投影为50cm，即为实际测量的测量误差。
所述第二倾斜传感模块202被配置为测量所述副探杖200的倾斜角度，生成第二角度数据，工作原理与第一倾斜传感模块102相同，在此不作重复阐述。
在一些实施例中，在移动终端上以图形方式显示主探杖100和副探杖200的倾斜角度情况，并能够给出声音报警信息，供检测人员纠正探杖的不当放置角度。
在一些实施例中，第一倾斜传感模块102和第二倾斜传感模块202分别包含三轴高精度MEMS加速度计。三轴高精度MEMS加速度计中设置有三轴加速度计传感器，能够输出三个方向的重力加速度数据，通过将静态重力场变化，转换成倾角变化，再将倾角变化的数据上传至移动终端。检测人员通过倾角变化的数据纠正探杖的不当放置角度，减小产生的测量误差。
所述第一测量控制模块120被配置为，根据所述第一参比电极104测量的第一交直流电位信号与第二参比电极204测量的第二交直流电位信号计算第一差值信号，并将第一差值信号转换为所述第一交直流电位梯度数据。
所述第二测量控制模块220被配置为，根据所述第二参比电极204测量的第二交直流电位信号与第一参比电极104测量的第一交直流电位信号计算第二差值信号，并将第二差值信号转换为所述第二交直流电位梯度数据。
在一些实施例中，第一测量控制模块120和所述第二测量控制模块220还分别包括：
偏置电压发生器电路，用于产生电路的工作电压参考点。参见图10，在一些实施例中，偏置电压发生器电路包括：电阻R5、R6、电容C2和运算放大器OP2。通过等值的电阻R5和R6对3.3V电源信号（VCC33）进行串联分压，并在R6两端并联电容C2，分压后的信号接到运算放大器OP2的同向输入引脚3。输出电压的偏置电压信号分别连接到输入电阻分压电路和仪表放大器。在本实施例中，运算放大器OP2采用3.3V电源供电方案，其正负电源引脚5和引脚2分别接3.3V正电源和电源地。
输入电阻分压电路，用于对交直流电位信号进行分压。为了满足标准和测量电路对输入阻抗和输入电压范围要求，通过输入电阻分压电路对输入信号进行分压。参见图11，在一些实施例中，CN1代表主探杖100上的第一连接器105，CN1有八条引脚，引脚1、2左侧分别连接主探杖100的第一参比电极104的引线和副探杖200的第二参比电极204的引线（图11中均未示出），引脚1右侧连接输入电阻分压电路中的电阻R1，引脚2右侧连接输入电阻分压电路中的电阻R4。引脚3接5V电源（VDD50），可在其中一只探杖未安装电池的情况下由另一只的探杖提供电源。例如，在主探杖100未安装电源的情况下，副探杖200通过第二连接器205的引脚3（所述第二连接器与第一连接器的引脚结构相同，也包含相同的八条引脚），从连接电缆300向主探杖100提供电源，电源大小根据引脚3所连接的电压大小决定。引脚4接3.3V（VCC33）电源；引脚5和引脚7接地（GND）；引脚8是外部USB充电接口，接USB充电器的5V电源输出。
输入电阻分压电路中的电阻R1、R2、R3、R4，均为精密低温漂电阻，精度为0.1%以上，温度系数不大于25ppm。R1和R4的阻值为10MΩ，R2和R3的阻值为499kΩ。如图11，R2和R3接在偏置电压上，从而保证后续电路有合适的工作点。
电路中的VGIN_M和VGIN_S信号为被测的输入信号，即第一交直流电位信号和第二交直流电位信号，通过输入电阻分压电路在OP1的引脚2和引脚3处得到分压后的交直流电位信号。
需要说明的是，因为主探杖100和副探杖200分别测量埋地管道上方的两个不同的标记点，所以第一交直流电位信号和第二交直流电位信号之间存在差值，通过输入电阻分压电路后，可以得到分压衰减后的交直流电位信号，也就能反映出主探杖100和副探杖200之间的交直流电位信号的差值程度，根据差值程度来判断埋地管道的腐蚀程度。
OP1为仪表放大器。用于将第一交直流电位信号或第二交直流电位信号放大后，转化为适用于模拟数字转换器进行转换的电位信号。仪表放大器在引脚2、引脚3输入的分压后的交直流电位信号为高源阻抗信号。经过仪表放大器处理后，将原有的高阻抗的交直流电位信号转换为低阻抗的模拟交直流差值电位信号，并通过图11中的仪表放大器的引脚5和引脚6输出。
模拟数字转换器用于将来自仪表放大器输出的所述模拟交直流电位差值信号转换为交直流电位梯度数据。
单片机，被配置为控制模拟数字转换器运行，读取交直流电位梯度数据，获取原始定位数据并将原始定位数据发送至移动终端，修正交直流电位梯度数据。原始定位数据包括主探杖原始定位数据和副探杖原始定位数据。
所述第一通讯模块103被配置为执行所述主探杖100与所述移动终端之间的控制指令和数据的传输；向移动终端发送所述第一反馈数据。
所述第二通讯模块203被配置为执行所述副探杖200与所述移动终端之间的控制指令和数据的传输；向移动终端发送所述第二反馈数据。
进一步的，所述第一通讯模块103和所述第二通讯模块203还分别包括：
蓝牙通讯模块，被配置为与所述移动终端进行蓝牙连接交互。同时开启主探杖100和副探杖200上的蓝牙模块和移动终端上的蓝牙通讯模块，建立蓝牙通讯连接。主探杖100将第一反馈数据通过蓝牙通讯连接发送至移动终端，副探杖200将第二反馈数据通过蓝牙通讯连接发送至移动终端。
网络通讯模块，被配置为与所述移动终端进行网络通信交互。同时开启主探杖100和副探杖200上的网络通讯模块，打开移动终端上的网络连接，建立网络通讯连接。主探杖100将第一反馈数据通过网络通讯连接发送至移动终端，副探杖200将第二反馈数据通过网络通讯连接发送至移动终端。
所述移动终端上的网络通讯模块还能够连接到互联网或者与基准站或参考站建立连接，接入方式包括数传电台、移动网络等。
所述第一反馈数据包括：所述主探杖原始定位数据、所述第一交直流电位梯度数据和所述第一角度数据。
所述第二反馈数据包括：所述副探杖原始定位数据、所述第二交直流电位梯度数据和所述第二角度数据。
所述第一电源模块107被配置为向所述主探杖100提供电源；所述第二电源模块207被配置为向副探杖200提供电源。在一些实施例中，所述第一电源模块107和第二电源模块207还分别包括备用电源模块。例如，当副探杖200没有安装电源时，主探杖100中的备用电源模块可通过连接电缆300向副探杖200提供电源。当主探杖100没有安装电源时，副探杖200中的备用电源模块可通过连接电缆300向主探杖100提供电源。
在一些实施例中，所述第一电源模块107和所述第二电源模块207分别包括：
电量计模块，被配置为显示电池剩余电量以及可使用时间。其中，电量计模块安装有电池，可测量电池电压，并根据电池模型计算出电池的剩余电量。通过单片机读取电池模型计算出的电池电量数据以及电池当前状态下还可使用的时间数据。电池可以为锂电池，镍氢电池等可反复使用或者一次性使用的电池。
充放电控制模块，被配置为对电池充放电进行控制以及进行升压降压变换。通过接入或断开外部USB5V供电电源对主探杖100或副探杖200进行充放电。当断开外部电源时，主探杖100或副探杖200进入放电模式，可对接入的电池进行升压变换；当接入外部电源时，主探杖100或副探杖200进入充电模式，可对接入的电池进行充电。
稳压电路模块，被配置为稳定电路电压。如图12，U9是低噪声稳压电路，用于为电路系统提供稳定的3.3V电源供电。U9的引脚1是电源输入引脚；引脚2是接地引脚；引脚3是使能引脚，为高电平，在电路中与输入电源相连；引脚5是稳压输出引脚。当引脚1接入5V电源后，由于使能引脚信号为高电平，因此电路正常工作，在引脚5输出稳压后的3.3V电源信号，外接电容进一步保证信号的稳定以及降低电源噪声水平。
在一些实施例中，所述系统还包括差分定位服务器415，被配置为接收移动终端发送的所述原始定位数据，并基于实时动态差分技术将所述原始定位数据转化为精准定位数据，并反馈精准定位数据至移动终端。
移动终端接收到电位梯度测量装置发送的反馈数据，此时的反馈数据存在一定的定位偏差。如图2，移动终端通过互联网将原始定位数据发送至差分定位服务器415，差分定位服务器415根据原始定位数据转化为精准定位数据，并将修正后的反馈数据通过互联网发送回移动终端，移动终端软件对电位梯度测量装置发送的反馈数据进行修正和补偿，使检测人员在移动终端所获得的数据更加精准。
在一些实施例中，所述差分定位服务器415使用连续运行参考站（CORS）进行修正。在连续运行参考站中，利用多基站网络，载波相位差分技术建立的连续运行参考站（卫星定位服务）能够提供高精度差分定位服务。其中，实时动态差分（RTK），是差分GPS（differential GPS，DGPS）中精度最高的一种。通过连续运行参考站修正后的反馈数据的定位精度更加精准，可以达到厘米级以上的定位精度。
需要说明的是，在全球导航卫星系统测量中，如静态、快速静态、动态测量都需要进行解算才能获得分米级以上的精度，而实时动态差分技术是一种能够在野外实时得到厘米级以上定位精度的测量方法，能够极大地提高电位梯度测量装置在野外作业效率。在移动站与基准站之间的距离小于50km时被普遍使用。
在一些实施例中，通过在已知位置的参考点安装一个基准站或者参考站代替差分定位服务器415，提供差分定位修正服务。对本发明的电位梯度测量系统而言，其工作原理与上述差分定位服务器415的工作原理类似，在此不做重复阐述。
在一些实施例中，所述移动终端还被配置为发送GPS请求指令，获取与所述GPS请求指令相对应的探杖修正信息，根据所述探杖修正信息对交直流电位梯度数据进行修正。所述探杖修正信息包括：主探杖位置修正信息和副探杖位置修正信息。通过GPS卫星定位，修正反馈数据的定位精度，并将修正后的反馈数据返回至移动终端。经过修正后的反馈数据的定位更精准，电位梯度测量装置所测量的精度更高。
如图13所示，为一种电位梯度测量系统的一种实施例的工作流程图。首先将电位梯度测量装置进行上电初始化，读取电位梯度测量装置当前电池电量，如果电量低或电池存在其他异常时，装置关机；如果电量充足，电位梯度测量装置正读取ADC数据（ADC数据为第一交直流电位梯度数据和第二交直流电位梯度数据），然后获取主探杖100和副探杖200的姿态数据，包括第一角度数据和第二角度数据，并将姿态数据发送到移动终端，移动终端接收姿态数据，产生姿态提示，检测人员可根据姿态提示手动姿态纠正主探杖100和副探杖200，减小测量过程中产生的误差。然后电位梯度测量装置读取定位数据，包括主探杖原始定位数据和副探杖原始定位数据，并将定位数据发送到移动终端，移动终端通过差分定位解算，或者根据基站或连续运行参考站来修正定位数据的精度。在其他实施例中基准站也可称为基站。再将混合在一起的交直流电位梯度数据通过计算分开为直流电位梯度数据和交流电位梯度数据，通过ACVG交流电位梯度法计算出交流电位梯度数据，通过DCVG直流电位梯度法计算出直流电位梯度数据，并将直流电位梯度数据和交流电位梯度数据归一化。检测人员可根据用户按键类型，进一步对归一化后的数据进行处理。其中，包括两种用户按键类型，一种是表示确定的用户按键，另一种是表示返回的用户按键。检测人员确认归一化后的数据无误可通过点击表示确定(Yes)的用户按键控制蓝牙通讯将上述直流电位梯度数据和交流电位梯度数据发送至移动终端显示，得到当前测量位置的检测结果，如果归一化后的数据存在明显误差，可通过点击表示返回（No）的用户按键重复上述步骤重新计算。姿态提示、定位数据、直流电位梯度数据和交流电位梯度数据的显示和存储等动作均发生在移动终端。在本实施例中，将上述数据传输至移动终端均使用蓝牙通讯。蓝牙通讯仅为传输数据的一种技术手段，在其他实施例中，还可以使用网络通讯等可以传输数据的方式将上述数据传输至移动终端。
由上述技术方案可知本申请提供一种电位梯度测量系统，包括电位梯度测量装置和移动终端，通过电位梯度测量装置的主探杖和副探杖沿着埋地管道的方向分别多次测量埋地管道上方的两个标记点的第一交直流电位信号和第二交直流电位信号。主探杖根据第一交直流电位信号和第二交直流电位信号计算出第一差值信号，将第一差值信号转化成第一交直流电位梯度数据，并发送带有第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据到移动终端。在副探杖根据第二交直流电位信号和第一交直流电位信号计算出第二差值信号，将第二差值信号转化成第二交直流电位梯度数据，并发送带有第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据到移动终端。移动终端根据第一交直流电位梯度数据和第二交直流电位梯度数据分析埋地管道是否存在防腐层破损的区域以及确定埋地管道的防腐层破损处位置，便于检测人员作出判断，制定应对方法。所述电位梯度测量系统使用电位梯度测量装置即可代替交流电位测量装置和直流电位测量装置两件设备，使检测人员对埋地管道进行安全检测更加方便。并且，移动终端取得主探杖和副探杖的原始定位数据后，利用差分基准站或者参考站进行修正，取得主探杖和副探杖的精准定位信息，并对交直流电位梯度数据进行修正，减小测量所得数据的定位误差，实现更高精度的测量。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种电位梯度测量系统，其特征在于，包括：
电位梯度测量装置，包括：包含相同结构的主探杖（100）和副探杖（200）、以及连接所述主探杖（100）和所述副探杖（200）的连接电缆（300）；
所述主探杖（100）被配置为采集埋地管道上方第一标记点的第一交直流电位信号；
所述副探杖（200）被配置为采集埋地管道上方第二标记点的第二交直流电位信号；
所述第一标记点和所述第二标记点之间的距离大于零；
所述主探杖（100）将第一差值信号转换为第一交直流电位梯度数据并发送带有所述第一交直流电位梯度数据的第一反馈数据至移动终端；所述第一差值信号为所述第一交直流电位信号和通过所述连接电缆（300）获得的所述第二交直流电位信号的差值；其中，所述主探杖（100）包括：第一参比电极（104）、第一连接器（105）、第一按钮开关（106）、第一端盖（108）、第一电路板（109）、第一保护套筒（110）和主探杖外壳（111）；
所述第一参比电极（104）的主体与所述主探杖外壳（111）的一侧连接，所述主探杖外壳（111）的另一侧连接所述第一端盖（108）；在所述主探杖外壳（111）靠近所述第一端盖（108）的位置设置有所述第一连接器（105），在所述第一连接器（105）和所述第一端盖（108）之间设置有所述第一按钮开关（106）；所述第一保护套筒（110）套在所述第一参比电极（104）的主体外侧；所述第一电路板（109）与所述第一参比电极（104）电连接，用于接收所述第一参比电极（104）测量的所述第一交直流电位信号，并通过所述连接电缆（300）传输所述第一交直流电位信号到所述副探杖（200）内的第二电路板（209）；所述第一电路板（109）接收所述副探杖（200）发送的所述第二交直流电位信号，并根据所述第一交直流电位信号和所述第二交直流电位信号计算所述第一差值信号，并将所述第一差值信号转换为所述第一交直流电位梯度数据，发送带有所述第一交直流电位梯度数据的所述第一反馈数据至移动终端；
所述第一电路板（109）包括：第一差分定位模块（101）、第一倾斜传感模块（102）、第一通讯模块（103）、第一电源模块（107）和第一测量控制模块（120）；
所述第一差分定位模块（101）被配置为获取主探杖原始定位数据；
所述第一倾斜传感模块（102）被配置为测量所述主探杖（100）的倾斜角度，生成第一角度数据；
所述第一测量控制模块（120）被配置为根据所述第一参比电极（104）测量的第一交直流电位信号与第二参比电极（204）测量的所述第二交直流电位信号计算所述第一差值信号，并将所述第一差值信号转换为所述第一交直流电位梯度数据；
所述第一通讯模块（103）被配置为执行所述主探杖（100）与所述移动终端之间的控制指令和数据的传输；向移动终端发送所述第一反馈数据；
所述第一反馈数据包括：所述主探杖原始定位数据、所述第一交直流电位梯度数据和所述第一角度数据；
所述第一电源模块（107）被配置为向所述主探杖（100）提供电源；
所述副探杖（200）将第二差值信号转换为第二交直流电位梯度数据并发送带有所述第二交直流电位梯度数据的第二反馈数据至移动终端；所述第二差值信号为所述第二交直流电位信号和通过所述连接电缆（300）获得的所述第一交直流电位信号的差值；其中，所述副探杖（200）包括：第二参比电极（204）、第二连接器（205）、第二按钮开关（206）、第二端盖（208）、第二电路板（209）、第二保护套筒（210）和副探杖外壳（211）；
所述第二参比电极（204）的主体与所述副探杖外壳（211）的一侧连接，所述副探杖外壳（211）的另一侧连接所述第二端盖（208）；在所述副探杖外壳（211）靠近所述第二端盖（208）的位置设置有所述第二连接器（205），在所述第二连接器（205）和所述第二端盖（208）之间设置有所述第二按钮开关（206）；所述第二保护套筒（210）套在所述第二参比电极（204）的主体外侧；所述第二电路板（209）与所述第二参比电极（204）电连接，用于接收所述第二参比电极（204）测量的所述第二交直流电位信号，并通过所述连接电缆（300）传输所述第二交直流电位信号到所述主探杖（100）内的所述第一电路板（109）；所述第二电路板（209）接收所述主探杖（100）发送的所述第一交直流电位信号，并根据所述第二交直流电位信号和所述第一交直流电位信号计算所述第二差值信号，并将所述第二差值信号转换为所述第二交直流电位梯度数据，发送带有所述第二交直流电位梯度数据的所述第二反馈数据至移动终端；
所述第二电路板（209）包括：第二差分定位模块（201）、第二倾斜传感模块（202）、第二通讯模块（203）、第二电源模块（207）和第二测量控制模块（220）；
所述第二差分定位模块（201）被配置为获取副探杖原始定位数据；
所述第二倾斜传感模块（202）被配置为测量所述副探杖（200）的倾斜角度，生成第二角度数据；
所述第二测量控制模块（220）被配置为根据所述第二参比电极（204）测量的第二交直流电位信号与第一参比电极（104）测量的所述第一交直流电位信号计算所述第二差值信号，并将所述第二差值信号转换为所述第二交直流电位梯度数据；
所述第二通讯模块（203）被配置为执行所述副探杖（200）与所述移动终端之间的控制指令和数据的传输；向移动终端发送所述第二反馈数据；
所述第二反馈数据包括：所述副探杖原始定位数据、所述第二交直流电位梯度数据和所述第二角度数据；
所述第二电源模块（207）被配置为向所述副探杖（200）提供电源
所述连接电缆（300）的两端分别连接所述第一连接器（105）和所述第二连接器（205）；
所述第一参比电极（104）和所述第二参比电极（204）的主体为圆柱状、头部为圆锥状；
所述主探杖外壳（111）和所述副探杖外壳（211）为圆柱状壳体；
移动终端，用于获取电位梯度测量装置发送的反馈数据以及向电位梯度测量装置发送控制指令和数据；所述反馈数据包括第一反馈数据和第二反馈数据。
2.根据权利要求1所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述第一端盖（108）和所述第二端盖（208）上分别设置有多频天线组件。
3.根据权利要求2所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述第一测量控制模块（120）和所述第二测量控制模块（220）还分别包括：
偏置电压发生器电路，用于产生电路的工作电压参考点；
输入电阻分压电路，用于对交直流电位信号进行分压；
仪表放大器，用于将交直流电位信号转换为放大后的模拟交直流差值电位信号；
模拟数字转换器，用于将所述模拟交直流差值电位信号转换为交直流电位梯度数据；
单片机，被配置为控制模拟数字转换器运行，读取交直流电位梯度数据，获取原始定位数据并将所述原始定位数据发送至移动终端，修正交直流电位梯度数据；所述原始定位数据包括主探杖原始定位数据和副探杖原始定位数据。
4.根据权利要求2所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述第一通讯模块（103）和所述第二通讯模块（203）还分别包括：
蓝牙通讯模块，被配置为与所述移动终端进行蓝牙连接交互；
网络通讯模块，被配置为与所述移动终端进行网络通信交互。
5.根据权利要求2所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述第一电源模块（107）和所述第二电源模块（207）分别包括：
电量计模块，被配置为显示电池剩余电量以及可使用时间；
充放电控制模块，被配置为对电池充放电进行控制以及进行升压降压变换；
稳压电路模块，被配置为稳定电路电压。
6.根据权利要求2所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述移动终端还被配置为将所述反馈数据发送到连续运行参考站或基准站进行修正。
7.根据权利要求1所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述系统还包括差分定位服务器（415），被配置为接收所述移动终端发送的原始定位数据，并基于实时动态差分技术将所述原始定位数据修正为精准定位数据并反馈给移动终端。
8.根据权利要求1所述的电位梯度测量系统，其特征在于，所述移动终端还被配置为发送GPS请求指令，获取与所述GPS请求指令相对应的探杖修正信息，根据所述探杖修正信息对交直流电位梯度数据进行修正；所述探杖修正信息包括：主探杖位置修正信息和副探杖位置修正信息。
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