CN114632773B - 一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法，应用于管道检测领域，所述柔性测径清管器包括柔性壳体、电子舱体、测量装置和清洗管，电子舱体设置于柔性壳体的内部，测量装置包括无源射频标签阵列、测量模块和控制模块，测量模块和控制模块设置在所述电子舱体内，无源射频标签阵列设置于柔性壳体和电子舱体之间，清洗管设置于所述柔性壳体内的贯穿孔中。柔性壳体与清洗管配合对管道内壁污垢进行清理，控制模块通过测量模块发出射频信号使无源射频标签阵列产生电磁场，进而通过电磁场信号进行管道形变测量。所述柔性测径清管器可以将清管和形变测量的过程结合，更稳定省时地进行在役管道内检测工作，避免传统设备的卡堵风险。

Description

一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法

技术领域

本申请涉及管道检测技术领域，特别涉及一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法。

背景技术

埋地管道的管道基础设施易受到结构缺陷、温度、环境及寿命等问题影响造成泄漏事故，因此需保证管道完整性来预防此类事故的发生。

管道内检测是检测管道完整性的重要手段，但由于在役管道内部情况不明，进行管道内检测前需要对管道内部进行清管和形变测量。清管和形变测量操作通常是分开进行的，典型的清管手段为应用泡沫清管器或钢骨架皮碗清管器对管道内部的蜡质等堵塞物进行清理；而常用的形变测量手段为应用钢骨架变形检测器对管道进行取样测量。

但泡沫清管器和钢骨架皮碗清管器都仅能进行清管操作，且由于钢骨架皮碗清管器的通过性受限，还会有卡堵的风险。而钢骨架变形检测器由于形变量小，在进行形变测量前为了保证通过性，必须对管道进行清管操作，同时钢骨架变形检测器在测量运行信息不明的在役管道时，由于无法通过管道有较大形变的位置，卡堵风险很大。总之，在管道内进行清管和形变测量的过程中存在的在役管道卡堵风险高以及整体检测费时的问题。

发明内容

本申请提供了一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法，以解决在管道内进行清管和形变测量过程中存在的在役管道卡堵风险高以及整体检测费时的问题。

根据本申请的第一方面，提供了一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器，包括：柔性壳体、电子舱体、测量装置和清洗管，其中：所述柔性壳体为圆柱状壳体，所述柔性壳体包括首端和尾端；所述首端和尾端之间有贯穿孔，所述清洗管设置于所述贯穿孔内；所述电子舱体为圆柱状舱体，所述电子舱体设置于所述柔性壳体的所述尾端内部；所述测量装置包括无源射频标签阵列、测量模块、定位模块和控制模块；所述无源射频标签阵列设置于所述柔性壳体和所述电子舱体的外圆周面之间，所述无源射频标签阵列用于接收所述测量模块产生的射频信号并产生电磁场；所述测量模块设置于所述电子舱体内壁，所述测量模块用于发射射频信号和接收所述无源射频标签阵列产生的电磁场信号；所述定位模块和所述控制模块都设置于所述电子舱体内部；所述测量模块和所述定位模块分别与所述控制模块电连接；所述控制模块被配置为控制所述测量模块发出射频信号从而使所述无源射频标签阵列产生电磁场，所述控制模块再通过所述电磁场信号进行管道形变测量，获取管道形变数据并发送至所述定位模块。

在进行管道清管及形变测量时，所述柔性测径清管器被放置在管道内，所述柔性壳体在行进过程中可以刮蹭到附着在管道内壁的堵塞物，通过清洗管的辅助将管道的堵塞物清除从而使所述柔性测径清管器顺利通过。在运行到产生形变的管道时，所述柔性壳体会因管道的形状变化进而产生形变，分布在所述柔性壳体内的所述无源射频标签阵列的位置也会产生变化，所述控制模块通过令所述测量模块产生射频信号从而使所述无源射频标签阵列产生电磁场信号，进而通过所述电磁场信号的位置变化获取管道形变数据。

可选的，所述首端为包括端面和侧面的圆台状结构，所述柔性壳体包括第一壳体、第二壳体和第三壳体，其中：所述第一壳体包裹所述第二壳体，所述第二壳体包裹所述第三壳体，所述第三壳体包裹所述电子舱体；所述第一壳体的厚度小于所述第二壳体的厚度，所述第一壳体的密度大于所述第二壳体的密度；所述第三壳体的厚度小于所述第二壳体的厚度，所述第三壳体的密度等于所述第一壳体的密度。

壳体为圆柱状能够更适应在管道内行动，圆台状结构的所述首端使所述柔性测径清管器的通过性更好，减少在管道内运行时所述柔性壳体的损坏。所述第一壳体包裹所述第二壳体，所述第二壳体包裹所述第三壳体，通过不同壳体之间的密度差异，既保证了所述柔性壳体与管道内壁接触面的基础强度，又提高了所述柔性壳体的可压缩程度，保证了所述柔性测径清管器的通过性。

可选的，所述无源射频标签阵列包括多个无源射频标签，所述无源射频标签按所述电子舱体的中轴线周向等距排布于所述第二壳体和所述第三壳体之间。通过多个无源射频标签可以全方位的获取管道的形变数据。

可选的，所述测量模块包括激发线圈和接收传感器，其中：所述激发线圈用于发出射频信号激发所述无源射频标签阵列产生电磁场；所述接收传感器用于检测所述无源射频标签阵列产生的电磁场信号。所述激发线圈和所述接收传感器使所述测量模块的发射和接收分开进行，保证测量的持续性。

可选的，所述测量装置还包括滤波放大模块和陀螺仪，其中：所述滤波放大模块置于所述电子舱体内部，所述滤波放大模块一端与所述接收传感器电连接，另一端与所述控制模块电连接。通过所述滤波放大模块将所述接收传感器接收到的电磁场信号进行滤波放大操作，使所述电磁场信号便于分析；所述陀螺仪位于所述电子舱体内部，所述陀螺仪与所述控制模块电连接，所述陀螺仪被配置为获取所述柔性测径清管器的姿态信息并发送至所述控制模块。陀螺仪可以确定管道变形的周向点位，同时获取管道的方向、弯头等信息。

可选的，所述控制模块还包括存储组件，所述控制模块被进一步配置为控制所述激发线圈产生射频信号激发所述无源射频标签阵列产生电磁场，并通过所述滤波放大模块对所述接收传感器检测到的电磁场信号进行滤除杂波及放大操作，所述控制模块还被配置为根据得到的所述电磁场信号计算管道形变数据，分析所述管道形变数据得到管道形变结果，接收所述陀螺仪发送的姿态信息并将所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果传输至存储组件进行存储。所述控制模块能够通过所述无源射频标签阵列产生的电磁场信号的变化获取管道形变数据及管道形变结果，通过所述陀螺仪获取姿态信息，并将姿态信息和管道形变数据及管道形变结果存储，便于对管道形变进行定位。

可选的，所述控制模块还被配置为将所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果存储到所述存储组件后，将所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果发送至所述定位模块。定位模块获取所述柔性测径清管器的姿态信息同时对管道变形位置进行定位。

可选的，所述定位模块包括射频发射组件、地面接收组件和远端主机，其中：所述射频发射组件与所述地面接收组件通过低频电磁波无线连接，所述射频发射组件被配置为接收所述控制模块发送的由所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果组成的信息数据，并将所述信息数据和所述定位模块采集的所述柔性测径清管器位置信息通过低频电磁波发送至所述地面接收组件；所述地面接收组件通过低频电磁波与所述远端主机无线连接，所述地面接收组件被配置为接收所述射频发射组件发送的所述信息数据和所述柔性测径清管器位置信息，并将其发送至所述远端主机。通过所述低频电磁波对所述柔性测径清管器进行定位，确定检测进度，所述远端主机能够实时对检测进行分析，获取管道形变信息。

可选的，所述清洗管包括压力喷头和旁通管，其中所述旁通管为金属制细管；所述压力喷头设置于所述首端圆台状结构的端面，所述压力喷头与所述旁通管通过螺纹连接。管道内的液体通过所述旁通管流至所述压力喷头，所述压力喷头能够对液体进行加压形成射流喷出，更好地清洁管道中的堵塞物，保证管道的畅通性。

根据本申请的第二方面，提供了一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器的使用方法，包括如下步骤：

S1、清管前调整管道的压力与流量，使柔性测径清管器处于正常运行状态；

S2、柔性测径清管器进入目标管道并在管道内介质前后压差Δp的驱动下进行清管检测作业，运行中通过柔性壳体的外壁清除管道污垢，同时采用清洗管对管壁进行动态清管作业；柔性测径清管器的尾端截面直径为219～610mm；介质前后压差Δp≥0.1MPA；

S3、柔性测径清管器内的控制模块控制激发线圈产生射频信号激发无源射频标签阵列产生电磁场，通过滤波放大模块对接收传感器检测到的电磁场信号进行处理，再根据电磁场信号计算管道形变数据得到管道形变结果并将管道形变数据及管道形变结果传输至存储组件；同时，陀螺仪将获知的柔性测径清管器姿态信息送至控制模块，控制模块将所述姿态信息存储至存储组件中，并将所述姿态信息和管道形变数据及管道形变结果发送给定位模块；

S4、在目标管道上设置多个跟踪点，通过柔性测径清管器内设置的定位模块在地面上获取柔性测径清管器行走位置，以得到位置信息，依据管道介质的流速与跟踪点的记录对管道具体形变位置进行辅助判断；

S5、地面接收组件将位置信息、管道形变数据及管道形变结果结果，和柔性测径清管器姿态信息通过电磁波传送至远端主机，实现数据的远程传输。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法，所述柔性测径清管器包括柔性壳体、电子舱体、测量装置和清洗管，所述电子舱体设置于所述柔性壳体内部，所述柔性壳体内设有贯穿孔，所述清洗管设置于所述贯穿孔内，所述测量装置包括无源射频标签阵列、测量模块、控制模块和定位模块，其中所述测量模块、控制模块和定位模块都设置于所述电子舱体内，所述测量模块和所述定位模块分别与所述控制模块电连接，所述无源射频标签阵列设置于所述柔性壳体和所述电子舱体的外圆周面之间。所述清管器通过柔性壳体的过盈量和清洗管对管道进行堵塞物清理操作，再通过测量模块发出射频信号使所述无源射频标签阵列产生电磁场，控制模块根据采集到的电磁场信号判断管道的形变情况。控制模块还可将管道形变数据及管道形变结果和所述柔性测径清管器的姿态信息一同发射至定位模块中，所述定位模块中的远端主机可对数据进行实时分析。与典型的清管和形变测量装置相比，本申请公开的所述柔性测径清管器将清管和形变测量的功能集成到一个设备中，节省了时间，同时柔性壳体在管道内不易滑脱且通过性好，提高了测量稳定性，降低了卡堵风险。

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为本申请一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器的剖面结构示意图；

图2为本申请实施例中一种柔性壳体的结构示意图；

图3为本申请实施例中一种无源射频标签阵列及测量模块分布结构示意图；

图4为本申请实施例中一种测量装置的示意图。

图示说明：

其中，1-柔性壳体；2-电子舱体；3-测量装置；4-清洗管；5-贯穿孔；11-第一壳体；12-第二壳体；13-第三壳体；14-首端；15-尾端；31-无源射频标签阵列；32-测量模块；33-定位模块；34-控制模块；35-滤波放大模块；36-陀螺仪；41-压力喷头；42-旁通管；321-激发线圈；322-接收传感器；331-射频发射组件；332-地面接收组件；333-远端主机。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的示例。

参见图1，为本申请公开的一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器的剖面结构示意图。由图1可知，所述柔性测径清管器包括：柔性壳体1、电子舱体2、测量装置3和清洗管4，其中：所述柔性壳体1内包含贯穿孔5，所述清洗管4设置于所述贯穿孔5内。所述柔性壳体1用于保护整个所述清管器以及对管道内堵塞物进行清理，同时所述柔性壳体1在管道内的通过性与钢骨架相比更优，不容易出现卡堵的情况。所述电子舱体2为圆柱状舱体，设置于所述柔性壳体1内部，主要用于放置电子器件，防止电子器件进水或其他液体从而出现损坏，圆柱状舱体可避免棱角损坏所述柔性壳体1以及保持重心。

所述测量装置3包括无源射频标签阵列31、测量模块32、定位模块33和控制模块34；所述无源射频标签阵列31设置于所述柔性壳体1和所述电子舱体2的外圆周面之间；所述测量模块32设置于所述电子舱体2内壁；所述定位模块33和所述控制模块34都设置于所述电子舱体2内部；所述测量模块32和所述定位模块33分别与所述控制模块34电连接。所述测量模块32具有发射和接收的功能，能够发射射频信号使所述无源射频标签阵列31产生电磁场，所述电磁场能够被所述测量模块32检测到并发送至所述控制模块34中，所述控制模块34根据所述电磁场信号的强度能够进行管道形变测量得到管道形变数据，并将所述管道形变数据发送至所述定位模块33。所述定位模块33还能够对所述清管器的当前位置进行确定，定位其工作位置，确定管道形变位置，同时防止出现位置丢失的情况。

由于所述测量装置3中除所述无源射频标签阵列31外的其他模块均为有源模块，因此所述测量装置3中还包含电源模块，用于为所述测量装置3中的有源模块进行供电。在部分实施例中，所述测量装置3中的所述测量模块32、所述定位模块33和所述控制模块34均包含独立的电源组件，所述电源组件分别为各自所属的模块进行单独供电，增加所述柔性测径清管器的运行稳定性。

所述柔性壳体1为圆柱状，如图2所示，所述柔性壳体1包括首端14和尾端15，所述贯穿孔5贯通所述首端14和尾端15，且所述贯穿孔5有两个。在本申请的部分实施例中，所述贯穿孔5的数量可大于两个，按周向等距排布于所述柔性壳体1中，例如贯穿孔5的数量可为四个，按周向等距排布。因所述清洗管4设置于所述贯穿孔5内，所述清洗管4的数量等于所述贯穿孔5的数量。

在本申请的部分实施例中，参见图2，为一种柔性壳体1的剖面结构示意图。如图2所示，所述柔性壳体1的所述首端14为包括端面和侧面的圆台状结构，圆台状结构的所述首端14可更好地与管道进行适配，避免所述柔性壳体1被形变较大或堵塞物较多的管道卡住，增加所述柔性测径清管器的通过性。

为保证所述柔性测径清管器的清管效果，所述柔性壳体1的底面直径需略大于所述管道的直径，所述底面直径可在所述管道直径的102%~105%范围内取值，例如102.5%、103%、103.2%等等。需要说明的是，所述柔性测径清管器主要通过所述柔性壳体1的过盈量来刮除管道内壁堵塞物来达到清洁管道的目的，所述清洗管4用于将所述柔性壳体1刮除的堵塞物冲走，避免堵塞物堆积造成所述柔性测径清管器卡堵。

如图2所示，在本申请的部分实施例中，所述柔性壳体1分为三层，第一壳体11包裹第二壳体12，所述第二壳体12包裹第三壳体13。其中所述第一壳体11的密度大于所述第二壳体12的密度，所述第一壳体11的密度等于所述第三壳体13的密度，且所述第一壳体11和所述第三壳体13的厚度均小于所述第二壳体12的厚度。需要说明的是，所述柔性壳体1的材质可选为泡沫，所述泡沫为有机发泡塑料，包括聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚烯烃类泡沫等种类，所述第一壳体11和第二壳体12可选用同种但密度不同的泡沫组成，也可选用不同种类且密度不同的泡沫组成；所述第一壳体11和所述第三壳体13可选用种类相同且密度相同的泡沫组成，也可选用不同种类但密度相同的泡沫组成，所述第一壳体11、第二壳体12和第三壳体13具体选用泡沫种类不做限制。

如图1所示，所述电子舱体2位于所述柔性壳体1的所述尾端15内部，所述电子舱体2内部设置有除无源射频标签阵列31外的其他所述测量装置3的模块。在本申请的部分实施例中，所述电子舱体2也为圆柱形，且所述电子舱体2的底面圆心与所述柔性壳体1的底面圆心位于同一水平面，这样设置的目的是方便将所述电子舱体设置于所述柔性壳体1内，同时还起到稳定重心的作用，防止所述柔性测径清管器运行不稳。

需要说明的是，在本申请的部分实施例中，因实际应用中可能存在不同埋地管道间管径大小不一的问题，需要对所述柔性测径清管器的底面直径大小进行改变。在底面直径的改变过程中，所述电子舱体2可不进行变化，仅需对所述柔性壳体1进行针对管径大小的适应性更换即可。

参见图1，所述无源射频标签阵列31位于所述柔性壳体1和所述电子舱体2的外圆周面之间，用于接收所述测量模块32的射频信号从而产生电磁场。

进一步说，在本申请的部分实施例中，所述无源射频标签阵列31由若干个无源射频标签组成。所述无源射频标签的数量可大于等于四个，例如4、6、8、10个等，具体数量不做限制，但由于所述无源射频标签存在大小限制，需根据大小和空间进行所述无源射频标签的布设。如图3所示，所述无源射频标签阵列31包括8个所述无源射频标签。在所述柔性壳体1分层的条件下，所述无源射频标签按所述电子舱体2的中轴线周向等距排布在所述第二壳体12和第三壳体13之间。因所述第一壳体11、第二壳体12的密度存在差异且所述第三壳体13的密度与所述第一壳体11的密度相同，当所述柔性测径清管器运行至具有形变的管道时，所述柔性壳体1也会产生形变。位于所述第二壳体12和所述第三壳体13之间的所述无源射频标签会因所述柔性壳体1的形变产生位置变化，而所述无源射频标签产生的电磁场强度不会发生变化，当所述测量模块32检测到的电磁场信号强度增强时，则说明管道发生形变。

所述测量模块32位于所述电子舱体2内部，所述测量模块32与所述控制模块34电连接。所述测量模块32用于发出射频信号使所述无源射频标签阵列31产生电磁场并检测所述电磁场信号发送给所述控制模块34。

在本申请的部分实施例中，参见图4，所述测量模块32包括激发线圈321和接收传感器322。其中所述激发线圈321用于向所述无源射频标签阵列31发射射频信号使其产生电磁场，所述接收传感器322用于检测所述无源射频标签阵列31产生的电磁场信号并将其发送至所述控制模块34中。为保证能够及时接收所述电磁场信号，所述接收传感器322可为磁敏传感器。

值得说明的是，所述无源射频标签阵列31中的所述无源射频标签与所述激发线圈321和所述接收传感器322有对应关系。参见图3，为一种无源射频标签阵列及测量模块分布结构示意图，由图3可知，所述测量模块32包含若干组所述激发线圈321和所述接收传感器322，若干组所述激发线圈321和所述接收传感器322分别与所述无源射频标签阵列31中的所述无源射频标签一一对应。

在本申请的部分实施例中，参见图4，所述定位模块33包含射频发射组件331、地面接收组件332。所述射频发射组件331设置于所述电子舱体2内，所述射频发射组件331与所述控制模块34电连接连接，用于接收所述控制模块34发送的由所述清管器的姿态信息和管道形变数据及管道形变结果组成的信息数据。所述射频发射组件331能够发射低频电磁波信号，所述低频电磁波信号中包括定位模块33获取的位置信息以及所述控制模块34发送的所述信息数据。所述地面接收组件332为能够接收所述低频电磁波信号的器件，所述地面接收组件332在接收到所述低频电磁波信号后，将根据所述信号的传输时间对所述清管器进行定位。采用低频信号进行定位的原因是埋地管道因埋于地下，而高频信号不适于穿透土地进行传输，因此选用低频信号进行信息传输。所述地面接收组件332可为具有分析能力的计算机、单片机、服务器等多种类型的电子设备，具体种类不做限制。

在部分实施例中，由于在役管道长度未知，可能需要布设多个地面接收组件332，为节省成本，所述地面接收组件332可仅具有收发低频电磁波信号的能力。同时，如图4所示，所述定位模块33还可包括远端主机333，本实施例中所述地面接收组件332能够将所述射频发射组件331发送的携带数据的所述低频电磁波信号，转发至所述远端主机333中，所述远端主机333能够对所述低频电磁波信号进行分析处理，获取所述柔性测径清管器的运行姿态、管道形变数据及结果、形变位置等信息。所述远端主机333可为具有分析能力的计算机、平板电脑、服务器、单片机等多种类型的电子设备，具体种类不做限制。

参见图4，为本申请实施例中一种测量装置的示意图。由图4可知，在本申请部分实施例中，所述测量装置3还包括滤波放大模块35和陀螺仪36。所述滤波放大模块35设置于所述接收传感器322和所述控制模块34之间，所述滤波放大模块35一端与所述接收传感器322电连接，另一端与所述控制模块34电连接。所述滤波放大模块35用于对所述接收传感器322接收到的电磁场信号进行杂波过滤和功率放大，经过杂波过滤和功率放大的所述电磁场信号干扰较少，易于所述控制模块34获取管道的形变信息。所述陀螺仪36与所述控制模块34电连接，所述陀螺仪36用于感知所述柔性测径清管器的姿态并传输至控制模块34中，通过所述陀螺仪36可以得知管道的实际方向、弯头位置等信息。所述激发线圈321与所述控制模块34连接，所述控制模块34能够控制所述激发线圈321产生射频信号。

需要说明的是，在本申请的部分实施例中，所述控制模块34包括模数转换端口，所述滤波放大模块35通过模数转换端口与所述控制模块34进行电连接。所述模数转换端口可将所述测量模块32采集到的电磁场信号转换为数字信号格式，使所述控制模块34能够对所述电磁场信号进行信号强度分析等操作，进而使所述控制模块34计算获取管道形变数据和管道形变结果。所述控制模块34还包括总线通讯端口，所述定位模块33通过所述总线通讯端口与所述控制模块34进行电连接。所述总线通讯端口能够将所述控制模块34获取的数据信息发送至所述定位模块33中，实现对管道形变点的定位。

参见图2，所述柔性壳体1内部有贯穿孔5，所述清洗管4设置于所述贯穿孔5中，所述清洗管4能够起到清理管道内部堵塞物的作用。所述清洗管4可设置多个，但数量需等于放置所述清洗管4的所述贯穿孔5的数量，例如当所述贯穿孔5数量为2个时，所述清洗管4的数量也为2个。由图1可知，在本申请的部分实施例中，所述清洗管4包括压力喷头41和旁通管42，所述压力喷头41和所述旁通管42连接，其中所述压力喷头41设置于所述柔性壳体1的所述首端14圆台状结构的端面，所述旁通管42为金属制细管，所述金属可为不锈钢或铝合金等合金材质，具体选用种类本申请中不做限制。所述压力喷头41能够将所述旁通管42中的液体以射流的形式喷出，将被所述柔性壳体从管道内壁刮下的堵塞物冲洗掉，避免堵塞物堆积造成卡堵，所述液体可为管道内运输的液体。

在本申请的部分实施例中，一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器的使用方法具体包括如下步骤：

S1：清管前调整管道的压力与流量，使所述柔性测径清管器本体处于正常运行状态。

在清管前需要对所述柔性测径清管器进行电子调试与机械调试，确保所述柔性测径清管器电子部分与机械部分能够正常工作，打开发球筒，将所述柔性测径清管器放置在大小头部分，使其在管道中形成过盈运行并关闭发球筒。调整管道的压力与流量，使所述柔性测径清管器处于正常运行状态；此时打开发球筒阀门，并关闭常规管道阀门，变换介质管路，使介质充满发球筒，并通过介质的运行将所述柔性测径清管器推至运行管道内实施清管与检测作业。

S2：所述柔性测径清管器进入目标管道并在管道内介质前后压差Δp的驱动下进行清管检测作业，运行中通过所述柔性壳体1的外壁清除管道污垢，同时采用所述清洗管4对管壁进行动态清管作业；所述柔性测径清管器的尾端截面直径为219～610mm；介质前后压差Δp≥0.1MPA。

S3：所述柔性测径清管器内的所述控制模块34控制所述激发线圈321产生射频信号，通过所述射频信号激发所述无源电子标签阵列31产生电磁场，通过所述滤波放大模块35对所述接收传感器322检测到的电磁场信号进行处理，再根据得到管道形变结果并将管道形变数据及管道形变结果传输至存储组件；同时，所述陀螺仪36获知的柔性测径清管器姿态信息送至所述控制模块34，控制模块34将所述姿态信息存储至存储组件中，并将所述姿态信息和所述管道形变数据及管道形变结果发送给所述定位模块33。

S4：在目标管道上设置多个跟踪点，所述跟踪点个数可根据目标管道长度进行设置，例如可设置为10个跟踪点，通过所述电子舱体2内部设置的所述定位模块33中的射频发射组件331不断向外辐射低频电磁场。所述低频电磁场穿透管壁与覆盖层来到地面，此时跟踪点上的所述地面接收组件332可接收到信号，并记录清管器通过时间，在地面上获取柔性测径清管器行走位置，同时根据介质的流速辅助判断管道的运行信息。

S5：地面接收组件332将位置信息、管道形变数据及管道形变结果和柔性测径清管器姿态信息通过电磁波传送至远端主机333，实现数据的远程传输。

当运行结束回收所述柔性测径清管器时，所述柔性测径清管器进入收球筒后，首先要变换收球端的介质管路，管壁收球筒与管道之间的阀门，排空收球筒中的介质后用气体检测器判断安全后打开收球筒，取出设备，下载数据并分析。

在本申请的部分实施例中，所述柔性测径清管器的尾端截面直径可为377mm；介质前后压差Δp=0.2MPA。由于采用的是无源射频标签工作的原理，所以整个清管器的结构不宜过大，所述柔性测径清管器的测径原理是：当所述柔性测径清管器在目标管道中遇到形变管段时，目标管道的变形会迫使柔性测径清管器发生变形后再通过管道，在柔性测径清管器变形时，预先封装在柔性测径清管器中的无源射频标签会发生位置的变化，传感器通过检测无源射频标签产生的电磁场的强度来判断管道是否发生变形。

所述柔性测径清管器在管道中靠介质前后压差形成推力使其运动，正常来说，由于柔性测径清管器重量较轻，只需0.1MPA压差就可使其顺利运行。且由于柔性测径清管器是由固定采集时间进行数据采集，与传统检测器设计的里程轮采集有所区别，所以，在速度方面具有较强的选择性，在介质前后压差Δp=0.2MPA，最快可达5m/s进行数据检测。

所述柔性测径清管器的所述压力喷头41采用的是15度喷头，其主要依据在于，所述柔性测径清管器在管道中清理出大量的污垢，在所述柔性测径清管器前端进行堆积，所述压力喷头41是为了更好的清理所述柔性测径清管器前方的污垢，不造成堵塞。

由以上技术方案可知，本申请公开了一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法，所述柔性测径清管器包括柔性壳体1、电子舱体2、测量装置3和清洗管4，其中所述柔性壳体1为圆柱体且包含首端14和尾端15，所述电子舱体2设置于所述柔性壳体1的所述尾端15内部，所述清洗管4设置于所述柔性壳体1内的贯穿孔5中。所述测量装置3包括无源射频标签阵列31、测量模块32、定位模块33和控制模块34，除所述无源射频标签阵列31外的其他模块均设置在所述电子舱体2内，所述无源射频标签阵列31设置于所述柔性壳体1和所述电子舱体2的外圆周面之间。所述柔性测径清管器通过所述清洗管4对管道内的堵塞物进行清理，当所述柔性测径清管器运行至管道的形变部位时，管道的形变会造成所述柔性壳体1形变进而使无源射频标签阵列31位置发生变化，再通过测量模块32使无源射频标签阵列31产生电磁场并采集电磁场信号，因所述无源射频标签阵列31所产生的电磁场强度恒定，但距离会影响到检测到的电磁场信号强度，通过检测到的电磁场信号强度变化就能够获取管道形变数据及管道形变结果。控制模块34还可将管道形变数据及结果和所述柔性测径清管器的姿态信息一同发射至定位模块33中，所述定位模块33中的远端主机333可对数据进行实时分析。本申请公开的一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器及其使用方法可以将清管和形变测量的过程结合，更稳定省时地进行管道内检测工作，避免了卡堵风险。

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。

Claims (10)

1.一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，包括：柔性壳体（1）、电子舱体（2）、测量装置（3）和清洗管（4），其中：

所述柔性壳体（1）为圆柱状壳体，所述柔性壳体（1）包括首端（14）和尾端（15）；所述首端（14）和尾端（15）之间有贯穿孔（5），所述清洗管（4）设置于所述贯穿孔（5）内；

所述电子舱体（2）为圆柱状舱体，所述电子舱体（2）设置于所述柔性壳体（1）的所述尾端（15）内部；

所述测量装置（3）包括无源射频标签阵列（31）、测量模块（32）、定位模块（33）和控制模块（34）；所述无源射频标签阵列（31）设置于所述柔性壳体（1）和所述电子舱体（2）的外圆周面之间，所述无源射频标签阵列（31）用于接收所述测量模块（32）产生的射频信号并产生电磁场；所述测量模块（32）设置于所述电子舱体（2）内壁，所述测量模块（32）用于发射射频信号和接收所述无源射频标签阵列（31）产生的电磁场信号；所述定位模块（33）和所述控制模块（34）都设置于所述电子舱体（2）内部；所述测量模块（32）和所述定位模块（33）分别与所述控制模块（34）电连接；所述控制模块（34）被配置为控制所述测量模块（32）发出射频信号从而使所述无源射频标签阵列（31）产生电磁场；所述控制模块（34）还被配置为通过所述电磁场信号进行管道形变测量，以获取管道形变数据并发送至所述定位模块（33）。

2.根据权利要求1所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述首端（14）为包括端面和侧面的圆台状结构，所述柔性壳体（1）包括第一壳体（11）、第二壳体（12）和第三壳体（13），其中：

所述第一壳体（11）包裹所述第二壳体（12），所述第二壳体（12）包裹所述第三壳体（13），所述第三壳体（13）包裹所述电子舱体（2）；

所述第一壳体（11）的厚度小于所述第二壳体（12）的厚度，所述第一壳体（11）的密度大于所述第二壳体（12）的密度；

所述第三壳体（13）的厚度小于所述第二壳体（12）的厚度，所述第三壳体（13）的密度等于所述第一壳体（11）的密度。

3.根据权利要求2所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述无源射频标签阵列（31）包括多个无源射频标签，所述无源射频标签按所述电子舱体（2）的中轴线周向等距排布于所述第二壳体（12）和所述第三壳体（13）之间。

4.根据权利要求1所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述测量模块（32）包括激发线圈（321）和接收传感器（322），其中：

所述激发线圈（321）用于发出射频信号激发所述无源射频标签阵列（31）产生电磁场；

所述接收传感器（322）用于检测所述无源射频标签阵列（31）产生的电磁场信号。

5.根据权利要求4所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述测量装置（3）还包括滤波放大模块（35）和陀螺仪（36），其中：

所述滤波放大模块（35）设置于所述电子舱体（2）内部，所述滤波放大模块（35）一端与所述接收传感器（322）电连接，另一端与所述控制模块（34）电连接；

所述陀螺仪（36）位于所述电子舱体（2）内部，所述陀螺仪（36）与所述控制模块（34）电连接，所述陀螺仪（36）被配置为获取所述柔性测径清管器的姿态信息并发送至所述控制模块（34）。

6.根据权利要求5所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述控制模块（34）还包括存储组件，所述控制模块（34）被进一步配置为控制所述激发线圈（321）产生射频信号激发所述无源射频标签阵列（31）产生电磁场，并通过所述滤波放大模块（35）对所述接收传感器（322）检测到的电磁场信号进行滤除杂波及放大操作；所述控制模块（34）还被配置为根据得到的所述电磁场信号计算管道形变数据，分析所述管道形变数据得到管道形变结果，接收所述陀螺仪（36）发送的姿态信息并将所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果传输至存储组件进行存储。

7.根据权利要求6所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述控制模块（34）还被配置为将所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果存储到所述存储组件后，将所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果发送至所述定位模块（33）。

8.根据权利要求7所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述定位模块（33）包括射频发射组件（331）、地面接收组件（332）和远端主机（333），其中：

所述射频发射组件（331）与所述地面接收组件（332）通过低频电磁波无线连接，所述射频发射组件（331）被配置为接收所述控制模块（34）发送的由所述姿态信息和所述管道形变数据及所述管道形变结果组成的信息数据，并将所述信息数据和所述定位模块（33）采集的所述柔性测径清管器位置信息通过低频电磁波发送至所述地面接收组件（332）；

所述地面接收组件（332）通过低频电磁波与所述远端主机（333）无线连接，所述地面接收组件（332）被配置为接收所述射频发射组件（331）发送的所述信息数据和所述柔性测径清管器位置信息，并将其发送至所述远端主机（333）。

9.根据权利要求2所述的基于复杂管道环境的柔性测径清管器，其特征在于，所述清洗管（4）包括压力喷头（41）和旁通管（42），其中：

所述旁通管（42）为金属制细管；

所述压力喷头（41）设置于所述首端（14）圆台状结构的端面，所述压力喷头（41）与所述旁通管（42）通过螺纹连接。

10.一种基于复杂管道环境的柔性测径清管器的使用方法，应用于权利要求1至9中任一项所述的柔性测径清管器，其特征在于，包括如下步骤：

S1、清管前调整管道的压力与流量，使柔性测径清管器处于正常运行状态；

S2、柔性测径清管器进入目标管道并在管道内介质前后压差Δp的驱动下进行清管检测作业，运行中通过柔性壳体的外壁清除管道污垢，同时采用清洗管对管壁进行动态清管作业；柔性测径清管器的尾端截面直径为219～610mm；介质前后压差Δp≥0.1MPA；

S3、柔性测径清管器内的控制模块控制激发线圈产生射频信号激发无源射频标签阵列产生电磁场，通过滤波放大模块对接收传感器检测到的电磁场信号进行处理，再根据电磁场信号计算管道形变数据得到管道形变结果并将管道形变数据及管道形变结果传输至存储组件；同时，陀螺仪将获知的柔性测径清管器姿态信息送至控制模块，控制模块将姿态信息存储至存储组件中，并将姿态信息和管道形变数据及管道形变结果发送给定位模块；

S4、在目标管道上设置多个跟踪点，通过柔性测径清管器内设置的定位模块在地面上获取柔性测径清管器行走位置，以得到位置信息，依据管道介质的流速与跟踪点的记录对管道具体形变位置进行辅助判断；

S5、地面接收组件将位置信息、管道形变数据及管道形变结果和姿态信息通过电磁波传送至远端主机，实现数据的远程传输。

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