CN114993159A - 一种搭载测径传感器的管道清管仪器 - Google Patents

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曾艳丽
汤银龙
徐义忠
张军
宋华东
程权波
王紫涵
蔡军
董冰
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Abstract

本申请属于管道清管装置技术领域，具体是公开了一种搭载测径传感器的管道清管仪器，包括：舱体，测径传感器；其中，所述测径传感包括：发射线圈组和次级线圈组；舱体中部设有空腔，空腔内设有电子系统和发射线圈组，电子系统与发射线圈组电连接；舱体外部被软质清洁件覆盖包裹，软质清洁件中还包裹有次级线圈组；次级线圈组与发射线圈组同轴。次级线圈组由线圈与磁路构成，磁路的加入，能够提高耦合系数，提高检测灵敏度。次级线圈组独立构成，与舱体没有线的连接，因此次级线圈组能够在软质清洁件中灵活的跟随管道变形，从而实现准确测量。本申请将次级线圈组直接埋在清管仪器中，使清管仪器整体更加紧凑，成本更低。

Description

一种搭载测径传感器的管道清管仪器
技术领域
本发明属于管道清管装置技术领域，具体涉及一种搭载测径传感器的管道清管仪器。
背景技术
清管仪器用于清除杂物和管道内积聚物，有很多种类包括不同的形状、材料和密度。泡沫和聚氨酯清管仪器因其变形能力强，很容易通过多径和弯曲的管道，适用于去除管道中的积聚物。
但是常规的清管仪器在工作的过程中，功能单一，只能进行清管作业，管道的直径检测需要增加单独的作业环节，这样不仅增加了作业时间，也会增加整个管道作业成本。
而现有的具有管道内检测功能的清管仪器，一般价格昂贵，使用成本高，通常安装有机械测径装置，通常为铝盘，发射清管仪器使其在管道内行走，在末端检查铝板是否变形从而判断管道是否存在变形。但只能测量到最大变形点，无法取得全部变形点的信息，并且没有管道变形定位信息和变形点周向位置信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种搭载测径传感器的管道清管仪器，实现在清管作业过程中对管道内径进行同步测量。为解决上述无法取得全部变形点的信息，并且没有管道变形定位信息和变形点周向位置信息等技术问题。
本申请提供的一种搭载测径传感器的管道清管仪器包括：舱体和测径传感器，其中，所述测径传感器包括：发射线圈组和次级线圈组；
所述舱体中部设有空腔，所述空腔内设有电子系统和所述发射线圈组，所述电子系统与所述发射线圈组电连接；
所述舱体外部被软质清洁件覆盖包裹，所述软质清洁件中还包裹有所述次级线圈组；所述次级线圈组与所述发射线圈组同轴。
进一步的，所述管道清管仪器还包括：发射线圈支架。
所述发射线圈支架设在所述舱体的内部，所述发射线圈组固定设在所述发射线圈支架上。
进一步的，所述管道清管仪器还包括：前盖板。
所述前盖板上设有第一密封圈放置槽，所述第一密封圈放置槽中设有第一密封圈；所述前盖板与所述舱体前端通过螺栓固定连接，所述第一密封圈在所述前盖板与所述舱体之间被压紧；所述电子系统与所述发射线圈组均固定在所述前盖板上。
进一步的，所述管道清管仪器还包括：后盖板。
所述后盖板上设有第二密封圈放置槽，所述第二密封圈放置槽中设有第二密封圈；所述后盖板与所述舱体后端通过螺栓固定连接，所述第二密封圈在所述后盖板与所述舱体之间被压紧。
进一步的，所述发射线圈组中包含若干个发射线圈，在所述舱体内部沿周向排列；所述次级线圈组中包含若干个次级线圈，在所述舱体外部沿周向排列；
所述发射线圈与所述次级线圈数量相等，且沿所述管道清管仪器径向一一对应。
进一步的，所述软质清洁件为泡沫橡胶填充物，或者为双层皮碗。
进一步的，所述舱体的材料为绝缘且非导磁的材料。
进一步的，所述发射线圈和所述次级线圈的材料为铜或铝。
进一步的，所述电子系统中包括惯性传感器，所述惯性传感器被配置为记录所述管道清管仪器的运动里程和运动时间点。
进一步的，所述电子系统被配置为记录所述发射线圈组和所述次级线圈组中的电流变化量及电流变化时间点。
由以上技术方案可知，发明设计了一种搭载测径传感器的管道清管仪器，通过在清管仪器中预埋次级线圈组，次级线圈组独立构成，与舱体没有线的连接，次级线圈组能够更灵活的跟随管道变形，从而实现准确测量。次级线圈组直接埋在清管仪器中，清管仪器整体更加紧凑，成本更低。次级线圈组由次级线圈与磁路构成，磁路的加入，能够提高耦合系数，提高检测灵敏度。本申请的管道清管仪器同时具有清管和检测管道内径的动能，电子系统还具有定位及记录位移和时间点的功能，可以获取全部变形点的信息，其中包括管道变形定位信息和变形点周向位置信息。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明实施例的实施例，并与说明书一起用于解释本发明实施例的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，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为本申请的有测径能力的管道清管仪器的第一种实施例的结构示意图；
图2为本申请的有测径能力的管道清管仪器的第二种实施例的结构示意图；
图3本申请的具有测径能力的管道清管仪器发射线圈组与次级线圈组示意图；
图4本申请的具有测径能力的管道清管仪器中单个线圈示意图；
图5本申请的具有测径能力的管道清管仪器中次级线圈组发生位移后，发射线圈中的电流变化图。
图中：1-软质清洁件、2-次级线圈组、3-舱体、4-前盖板、5-后盖板、6-电子系统、7-发射线圈支架、8-发射线圈组、21-次级线圈、41-第一密封圈放置槽、42-第一密封圈、51-第二密封圈放置槽、52-第二密封圈、81-发射线圈。
具体实施方式
管道内检测器价格昂贵，使用成本高，使用前需要多次进行清管作业，并通过测径取得管道的最大变形数据后再投放内检测器，以保证内检测器运行的可靠性和数据的完整性。现有的清管仪器上通常安装有机械测径装置，通常为铝盘，发射清管仪器使其在管道内行走，在末端检查铝板是否变形从而判断管道是否存在变形，但发射清管仪器只能测量到最大变形点，无法取得全部变形点的信息，其中包括变形定位信息和变形点周向位置信息。
另外还有管道内检测器形式的测径检测器，但是和清管仪器相比，设备造价和租赁费均十分昂贵，且因为机械结构复杂精密，容易出现卡堵损坏的情况，因此出于成本的考虑，一般在清管后，将其用于精密变形测量。
根据上述问题，本申请的目的在于提供一种搭载测径传感器的管道清管仪器，实现在清管作业过程中对管道内径进行同步测量。该清管仪器软质清洁件内埋有次级线圈，当管道内径变化时引起初级线圈中电流信号变化，从而实现对管道内径的检测。
如图1所示，本申请提供了一种搭载测径传感器的管道清管仪器，一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述管道清管仪器包括：舱体3和测径传感器9，其中所述测径传感器9包括：发射线圈组8和次级线圈组2；
所述舱体3中部设有空腔，所述空腔内设有电子系统6和所述发射线圈组8，所述电子系统6与所述发射线圈组8电连接；
所述舱体3起到所述清洁器的内部支撑作用，将所述电子系统6和所述发射线圈组8设置在空腔里面，可以保证所述电子系统6和所述发射线圈组8不会受到管道中的缺陷影响，不会被磕碰或挤压，让所述电子系统6和所述发射线圈组8保持良好的电连接接触，使得发出的交变磁场保持稳定。
所述电子系统6给所述发射线圈组8提供电压激励，同时还可以检测所述发射线圈组8内的电流。
所述舱体3外部被软质清洁件1覆盖包裹，所述软质清洁件1中还包裹有所述次级线圈组2；所述次级线圈组2与所述发射线圈组8同轴。
所述软质清洁件1均匀的包裹在舱体3外部，所述软质清洁件1可以在受到挤压时变形，不受力时再回弹，具有较好的形变能力，在管道中进行清洁时，能够贴合管道的大小和形状，同时，所述软质清洁件1中沿周向均匀铺设了所述次级线圈组2，所述次级线圈组2不与其他部件连接，当所述软质清洁件1受到挤压变形时，所述次级线圈组2也会在同时同一方向上发生形变，出现的形变量也与所述软质清洁件1的形变量正相关，因此，所述次级线圈组2与所述发射线圈组8由于电感耦合，可以判断出所述次级线圈组2出现的形变量，再进一步推算所述软质清洁件1的形变量，即管道内径的变化量。
在本申请的实施例中，所述发射线圈组8和所述次级线圈组2组成了所述测径传感器9，所述测径传感器9可以将距离变化量转换为电流信号，通过电流的变化量及电流信号与距离变化量之间的变化规律，可以计算得出管道的变形量。
进一步的，所述软质清洁件1可以为泡沫橡胶填充物，或者为双层皮碗。
当所述软质清洁件1为泡沫橡胶填充物时，如图1所示，所述次级线圈组2直接可以设在所述泡沫橡胶填充物中的任意位置，所述泡沫橡胶填充物可以选用由泡沫橡胶或泡沫塑料制成带有锥形头的圆柱体，在其尾部或表面交叉缠绕、涂装各种耐磨刮削材料而成。特点是材质柔软、弹性好、容易通过曲率半径较小的弯头，主要应用于管道内部的除水、干燥，加装其他辅助设备后，可以清除管道内结垢及腐蚀产物等杂质，常规泡沫清管仪器有两种：一种是由海绵类制品经加工而成，另一种是由聚氨酯材料经模具成型。
海绵类产品优点是加工简单，价格相对较低，吸水性能好；缺点是易破碎，有效运行距离较短。聚氨酯材料泡沫清管仪器优点是模具成型尺寸精准，耐磨性能好，有效运行距离远；但也存在需要较多模具，生产成本高，原材料价格较贵的问题。可以在实际使用过程中，自行选用其中的一种材料，本申请中不做限制。
当所述软质清洁件1为双层皮碗时，如图2所示，所述次级线圈组2固定在所述双层皮碗的夹缝中，能够有效的保护所述次级线圈组2不受损伤，材料可以选取聚氨酯等耐磨材料，并且所述双层皮碗数量可以为多个，一个清管仪器上可以设有2-5个所述双层皮碗，皮碗的可替换性强，磨损后可以很快拆卸替换，能够提高清管仪器整体的使用寿命。
同时，软质清洁件1选用上述的泡沫橡胶填充物或双层皮碗，还具有良好的清洁效果，由于其可以牢牢贴合管道内壁，所述软质清洁件的材料柔软、容易通过曲率半径较小的弯管，可以在清洁器运动的情况下直接去除管道内的结垢及腐蚀物等杂质。
因此，选用上述的泡沫橡胶填充物或双层皮碗用作本申请中的软质清洁件1都可以实现本申请的清洁及带动所述次级线圈组2变形的作用。
进一步的，在本申请的实施例中，所述管道清管仪器还包括：发射线圈支架7。
所述发射线圈支架7设在所述舱体3的内部，所述发射线圈组8固定设在所述发射线圈支架7上。所述发射线圈支架7给所述发射线圈组8提供了线圈缠绕的直径，及缠绕间距，所述发射线圈组8与所述次级线圈组之间的电感耦合系数取决于两个线圈组间的几何形状，大小相对位置，线圈匝数以及周围介质的磁导率等参数，所述发射线圈支架可以决定其中的一些参数，使得电感耦合系数的大小方便计算。
进一步的，在本申请的实施例中，所述管道清管仪器还包括：前盖板4。
所述前盖板4上设有第一密封圈放置槽41，所述第一密封圈放置槽41中设有第一密封圈42；所述前盖板4与所述舱体3前端通过螺栓固定连接，所述第一密封圈42在所述前盖板4与所述舱体3之间被压紧；所述电子系统6与所述发射线圈组8均固定在所述前盖板4上。
进一步的，在本申请的实施例中，所述管道清管仪器还包括：后盖板5。
所述后盖板5上设有第二密封圈放置槽51，所述第二密封圈放置槽51中设有第二密封圈52；所述后盖板5与所述舱体3后端通过螺栓固定连接，所述第二密封圈52在所述后盖板5与所述舱体3之间被压紧。
所述前盖板4与所述后盖板5将所述舱体3前后进行的完全封闭，其中还设有所述第一密封圈42和所述第二密封圈52，在选择密封圈是一般要注意下述条件：富有弹性和回弹性；适当的机械强度，包括扩张强度、伸长率和抗撕裂强度等；性能稳定，在介质中不易溶胀，热收缩效应小；易加工成型，并能保持精密的尺寸，不腐蚀接触面，不污染介质等。满足上述要求的最适合而且最常用的材料是橡胶，所以密封圈大多用橡胶材料制成。橡胶的品种很多，而且不断有新的橡胶品种出现，设计与选用时，应了解各种橡胶的特性，合理选择，在本申请中对密封圈的材质不做要求，选择耐腐蚀材料即可。可以保证管道中的脏污杂质及腐蚀性物质不会进入到舱体中，影响所述电子系统和所述发射线圈组8的正常工作，所述前盖板4与所述电子系统6和所述发射线圈组8固定连接，使得所述发射线圈组8的轴心位于所述清管仪器的轴心上，保证所述发射线圈组8的稳定。
进一步的，如图3所示，图3为本申请中的发射线圈组与次级线圈组示意图；在本申请的实施例中，还包括：
所述发射线圈组8中包含若干个发射线圈81，在所述舱体3内部沿周向排列。
所述次级线圈组2中包含若干个次级线圈21，在所述舱体3外部沿周向排列。
进一步的，所述发射线圈81与所述次级线圈21数量相等，且沿所述管道清管仪器径向一一对应。
在本申请的实施例中，首先要了解的是：由于电磁感应使一根导线中的电流变化引起电动势通过另一根导线的一端，这样配置的两个导体称为是互感耦合，或称磁耦合，这种状态的电流变化是根据法拉第电磁感应定律产生感应电动势。电感耦合可以由互感来度量。如要加强两根导线的耦合,可将其绕成线圈并以同轴方式接近放置,这样一个线圈的磁场会穿过另一个线圈。因此，本申请中，可以设置多个一一对应的所述发射线圈81与所述次级线圈21，加强电感耦合，使得在所述次级线圈组2出现位移时，所述发射线圈组8的电流变化更明显。并且，当所述发射线圈81与所述次级线圈21数量较多时，所述次级线圈21能够接收到来自各个方向的变形挤压，位移变化位置更具体，更够提供更准确的变化方位。如图4所示，图4为本申请实施例单个线圈示意图，其中，线圈上还设有烧结磁心，可以抑制其他的干扰信号。
如图5所示，图5为本申请中的所述次级线圈组发生位移后，有限元仿真的所述发射线圈中电流变化。在具体实时案例中，根据实验数据，例如，其中一组参数为：当管道直径变化50mm时，发射线圈中的电流增大7倍。从实验数据上，可以看出电流变化较为明显，具有较好的观测效果。
进一步的，在本实施例中，所述舱体3的材料为绝缘且非导磁的材料。所述舱体3在本申请中主要起到保护和支撑作用，因此，不能干扰所述次级线圈组2与所述发射线圈组8之间的电感耦合，选用绝缘材料可以起到漏电保护的作用，选用不导磁的材料可以不影响所述次级线圈组2与所述发射线圈组8之间的电感耦合。
进一步的，在本实施例中，所述发射线圈81和所述次级线圈21的材料为铜或铝。铜或铝都具有较好的导电性，并且造价较为便宜，加工方便，技术成熟，适合用作电感线圈，损害后也容易替换。
进一步的，在本实施例中，所述电子系统6中包括惯性传感器，所述惯性传感器被配置为记录所述管道清管仪器的运动里程和运动时间点。其中，惯性传感器即IMU，全称为Inertial Measurement Unit，惯性测量单元，主要用来检测和测量加速度与旋转运动的传感器。其原理是采用惯性定律实现的，惯性传感器是对物理运动做出反应的器件，如线性位移或角度旋转，并将这种反应转换成电信号，通过电子电路进行放大和处理。加速度计和陀螺仪是最常见的两大类MEMS惯性传感器。惯性微系统利用三维异构集成技术，将MEMS加速度计、陀螺仪、压力传感器、磁传感器和信号处理电路等功能零件集成在硅芯片内，并内置算法，实现芯片级制导、导航、定位等功能。
因此，在本实施例中，通过所述惯性传感器实时记录所述清管仪器所在的位置及走过的距离，同时记录运动时间点，方便后期追溯管道内径的变化位置。
进一步的，在本实施例中，所述电子系统被配置为记录所述发射线圈组8和所述次级线圈组2中的电流变化量及电流变化时间点。
在本实施例中，还记录了所述发射线圈组8和所述次级线圈组2中的电流变化量及电流变化时间点。可以与所述惯性传感器实时记录的运动里程和运动时间点进行比对，确定管道内径的具体变化位置，进行校验和核对。
通过上述实施例可知，本申请提供了一种搭载测径传感器的管道清管仪器，包括：管道清管仪器包括：舱体，舱体中部设有空腔，空腔内设有电子系统和发射线圈组，电子系统与发射线圈组电连接；舱体外部被软质清洁件覆盖包裹，软质清洁件中还包裹有次级线圈组；次级线圈组与发射线圈组同轴。次级线圈组独立构成，与舱体没有线的连接，次级线圈组能够灵活的跟随管道变形，从而实现准确测量。本申请将次级线圈组直接埋在清管仪器中，清管仪器整体更加紧凑，成本更低。次级线圈组由线圈与磁路构成，磁路的加入，能够提高耦合系数，提高检测灵敏度。

Claims (10)

1.一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述管道清管仪器包括：舱体(3)和测径传感器(9)，其中，所述测径传感器(9)包括：发射线圈组(8)和次级线圈组(2)；
所述舱体(3)中部设有空腔，所述空腔内设有电子系统(6)和所述发射线圈组(8)，所述电子系统(6)与所述发射线圈组(8)电连接；
所述舱体(3)外部被软质清洁件(1)覆盖包裹，所述软质清洁件(1)中还包裹有所述次级线圈组(2)；所述次级线圈组(2)与所述发射线圈组(8)同轴。
2.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述管道清管仪器还包括：发射线圈支架(7)；
所述发射线圈支架(7)设在所述舱体(3)的内部，所述发射线圈组(8)固定设在所述发射线圈支架(7)上。
3.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述管道清管仪器还包括：前盖板(4)；
所述前盖板(4)上设有第一密封圈放置槽(41)，所述第一密封圈放置槽(41)中设有第一密封圈(42)；所述前盖板(4)与所述舱体(3)前端通过螺栓固定连接，所述第一密封圈(42)在所述前盖板(4)与所述舱体(3)之间被压紧；所述电子系统(6)与所述发射线圈组(8)均固定在所述前盖板(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述管道清管仪器还包括：后盖板(5)；
所述后盖板(5)上设有第二密封圈放置槽(51)，所述第二密封圈放置槽(51)中设有第二密封圈(52)；所述后盖板(5)与所述舱体(3)后端通过螺栓固定连接，所述第二密封圈(52)在所述后盖板(5)与所述舱体(3)之间被压紧。
5.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，
所述发射线圈组(8)中包含若干个发射线圈(81)，在所述舱体(3)内部沿周向排列；所述次级线圈组(2)中包含若干个次级线圈(21)，在所述舱体(3)外部沿周向排列；
所述发射线圈(81)与所述次级线圈(21)数量相等，且沿所述管道清管仪器径向一一对应。
6.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述软质清洁件(1)为泡沫橡胶填充物，或者为双层皮碗。
7.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，
所述舱体(3)的材料为绝缘且非导磁的材料。
8.根据权利要求5所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，
所述发射线圈(81)和所述次级线圈(21)的材料为铜或铝。
9.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述电子系统中包括惯性传感器，所述惯性传感器被配置为记录所述管道清管仪器的运动里程和运动时间点。
10.根据权利要求1所述的一种搭载测径传感器的管道清管仪器，其特征在于，所述电子系统被配置为记录所述发射线圈组(8)和所述次级线圈组(2)中的电流变化量及电流变化时间点。
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