CN117450357B - 一种速度可控的自发电管道内检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道检测技术领域，具体涉及一种速度可控的自发电管道内检测装置，用于解决管道内检测装置行进速度难以控制，以及不能长时间供电续航的问题。本装置的壳体外部设置有皮碗，皮碗的内部设置有若干个调速系统，调速系统通过的电流的大小影响皮碗的形变量；发电系统与调速系统电连接并为其供电，发电系统能够将装置的动能转化为电能，发电系统产生的电流大小随装置运动速度变化，进而改变皮碗对管壁的摩檫力，实现自行调节运行速度；同时本装置的发电系统在装置行进的过程中所产生的电能大部分输送至调速系统，其余电能储存在锂电池中用于为其他元器件供电，实现了装置电能的自给自足，提高了装置的长续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及管道检测技术领域，具体涉及一种速度可控的自发电管道内检测装置。
背景技术
近年来，随着管道运营时间的延长，管道老化问题日益突出。在诸如天气、环境、第三方施工破坏等因素的影响下，管道内外壁会产生不同程度的损坏或腐蚀，为管道运行带来安全隐患。因此，油气管道检测就显得尤为重要。
对于管道内壁缺陷，管道内检测机器人能够很好地进行检测。而为了保证内检测机器人具备长续航能力，机器人较多地采用管道流体压差驱动模式，但这也会造成机器人在管道内行进速度难以保持稳定，如此将影响检测的精确度和覆盖率。同时，装置内部各个功能单元的能耗也使得机器人往往需要携带大体积的储能电池，这也会提高检测成本，降低机器人的长时间续航能力，增大机器人遭遇卡堵的风险。
为此设计一种速度可控的自发电管道内检测装置，可以有效自行调节行进速度，并自身发电实现长时间续航，提高管道检测效率，降低管道检测成本，具有现实意义和良好应用前景。
发明内容
本申请提供了一种速度可控的自发电管道内检测装置，用于解决管道内检测装置行进速度难以控制，以及不能长时间供电续航的问题。
本申请采用技术方案如下：
一种速度可控的自发电管道内检测装置，包括壳体和设置于壳体内部的检测系统。还包括皮碗、调速系统和发电系统；皮碗为内部空心的圆盘状结构，设置于壳体外部且与壳体同圆心布置，皮碗外圆周的直径大于壳体直径并与管道内壁相接触，每个皮碗的空心内部设置有若干个调速系统，通过调速系统的电流增大则皮碗的形变量增大，通过调速系统的电流减小则皮碗的形变量减小；发电系统设置于壳体中部，发电系统与调速系统电连接并为其供电，发电系统能够将装置的动能转化为电能，发电系统产生的电流大小随装置运动速度变化。
所述发电系统包括发电机和环形轮，壳体外壁设置有若干个弧形凹槽，若干个弧形凹槽围绕壳体外壁均匀布置；每个弧形凹槽内平行于壳体轴线方向设置有两个悬挂杆，环形轮设置于两个悬挂杆之间并通过轴承与悬挂杆转动连接，环形轮转动方向与装置运动方向同向布置；每根悬挂杆两端均通过减震弹簧与弧形凹槽弹性连接，减震弹簧使得环形轮能够根据管道的尺寸进行位置调整并使环形轮能充分接触管壁，环形轮与管道内壁之间保持足够的摩擦力；发电机设置于壳体内部并与环形轮机械传动连接，环形轮转动时能够带动发电机发电。
若干个所述调速系统以皮碗的圆心为中心呈放射状均匀布置；所述调速系统包括压力梢，压力梢内部设置有通电螺线管，压力梢与发电机电连接，改变通电螺线管的电流大小能够改变皮碗的形变量。
所述皮碗共有两个，一个皮碗设置于壳体前端，另一个皮碗设置于壳体后端。
所述调速系统还包括与压力梢靠近皮碗圆心一端连接的弹簧阻尼器，弹簧阻尼器对压力梢保持拉力。
所述皮碗采用全聚氨酯发泡材质。
所述壳体采用两端开口的圆柱筒形结构，壳体的筒体内部中部设置有密封隔板，密封隔板将壳体分隔为前腔室和后腔室；前腔室位于装置前进方向一端，后腔室位于装置前进相反方向一端；发电机设置于前腔室内部，检测系统设置于后腔室内部，检测系统包括相互电连接的检测模块、智能分析存储模块、锂电池，检测模块用于采集管道内的声波信息，并将信息发送给智能分析存储模块，智能分析存储模块用于接收、分析检测模块采集到的声波信息，并对分析结果进行识别、储存，锂电池为检测模块、智能分析存储模块供电；锂电池与发电机电连接、锂电池能够储存发电机产生的电能。
所述壳体前端的皮碗还密封连接有半球面结构的头罩，头罩直径小于皮碗直径。
所述检测模块搭载高精度IEPE振动传感器，用于检测管道内声波信号，结合VMD和小波去噪的管道泄漏优化检测算法，判断泄漏点位置。
所述智能分析存储模块采用STM32单片机芯片作为中央处理单元，采用外部时钟电路为STM32单片机芯片提供时钟，采用典型的复位电路实现STM32单片机芯片的启动及复位，采用典型的DCDC电源芯片将锂电池提供的电能转换为STM32单片机芯片所需要的3.3V直流电源，采用RS485芯片实现RS485总线的通讯，STM32单片机芯片通过RS485通讯接口与检测模块相连接，读取、分析并储存检测过程中采集的声波数据。
本申请具有的有益效果：本发明的一种速度可控的自发电管道内检测装置，壳体外部设置有皮碗，皮碗内部设置调速系统，发电系统与调速系统电连接并为其供电，发电系统能够将装置的动能转化为电能，电流大小随装置运动速度变化，进而影响皮碗的形变量，改变皮碗对管壁的摩檫力，实现自行调节运行速度；同时本装置的发电系统在装置行进的过程中所产生的电能大部分输送至调速系统，其余电能储存在锂电池中用于为其他元器件供电，实现了装置电能的自给自足，提高了装置的长续航能力。
附图说明
图1 一种速度可控的自发电管道内检测装置的剖面结构示意图；
图2 一种速度可控的自发电管道内检测装置的外部结构示意图；
图3 一种速度可控的自发电管道内检测装置电连接结构框图。
其中，1、头罩；2、壳体；3、皮碗；4、调速系统；5、发电系统；6、检测系统；21、前腔室；22、后腔室；41、压力梢；42、弹簧阻尼器；51、发电机；52、环形轮；211、弧形凹槽；212、悬挂杆；213、减震弹簧；221、智能分析存储模块；222、锂电池；223、检测模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
参阅附图1-3，速度可控的自发电管道内检测装置包括：壳体2、皮碗3、调速系统4、发电系统5、检测系统6、检测模块223。
所述壳体2是装置的主体部分，采用两端开口的圆柱筒形结构，壳体2的筒体内部中部设置有密封隔板，密封隔板将壳体2分隔为前腔室21和后腔室22；前腔室21位于装置前进方向一端，后腔室22位于装置前进相反方向一端；
所述发电系统5包括环形轮52和发电机51；前腔室21外侧设置有弧形凹槽211，弧形凹槽211共有六个，六个弧形凹槽211围绕前腔室21的筒体外圆周均匀布置，每个弧形凹槽211内平行于壳体2轴线方向设置有两个悬挂杆212，环形轮52设置于两个悬挂杆212之间并通过轴承与悬挂杆212转动连接，环形轮52转动方向与装置运动方向同向布置；每根悬挂杆212两端均通过减震弹簧213与弧形凹槽211弹性连接，减震弹簧213使得环形轮52能够根据管道的尺寸进行位置调整并确保环形轮52能充分接触管壁，环形轮52与管道内壁之间保持足够的摩擦力，以使得装置移动时环形轮52能够在管道内壁滚动；前腔室21内部设置有发电机51，环形轮52与发电机51机械传动连接，环形轮52转动时能够带动发电机51的转子旋转从而发电。
所述检测系统6设置于后腔室22内部，包括相互电连接的检测模块223、智能分析存储模块221和锂电池222；检测模块223用于采集管道内的声波信息，并将信息发送给智能分析存储模块221，检测模块223搭载高精度IEPE振动传感器，在装置运行时不断检测管道内的声波并全程记录，当运行到泄漏点时，声信号的频率与幅值均会表现出不同，结合VMD和小波去噪的管道泄漏优化检测算法，过滤掉机器人自身运行对声信号的影响，可以对微小泄漏实现高精度的检测，精准判断出泄漏点位置，精度可达99%以上，最小可检测泄漏流量为0.2286L/min。智能分析存储模块221用于接收、分析检测模块223采集到的声波信息，并对分析结果进行识别、储存；智能分析存储模块221采用ST公司生产的STM32单片机芯片作为中央处理单元，采用外部时钟电路为STM32单片机芯片提供时钟，采用典型的复位电路实现STM32单片机芯片的启动及复位，采用典型的DCDC电源芯片将锂电池222提供的电能转换为STM32单片机芯片所需要的3.3V直流电源，采用RS485芯片实现RS485总线的通讯；STM32单片机芯片通过RS485通讯接口与检测模块223相连接，读取、分析并储存检测过程中采集的声波数据。
锂电池222与发电机51、调速系统4、检测模块223、智能分析存储模块221电连接，锂电池222用于储存发电机51产生的部分电能，并为调速系统4、检测模块223、智能分析存储模块221供电。
壳体2外侧设置有两个圆盘状的皮碗3，皮碗3与壳体2同心布置，一个皮碗3设置于壳体2前端（装置前进方向的一端），另一个皮碗3设置于壳体2后端（与装置前进方向相反的一端），皮碗3的外圆周直径大于壳体2直径并与管道内壁相接触，皮碗3为内部空心结构；每个皮碗3的空心内部设置有六个调速系统4，六个调速系统4以皮碗3的圆心为中心呈放射状均匀布置；调速系统4包括压力梢41和弹簧阻尼器42；压力梢41内部设置有一个多匝数、小体积的圆柱形通电螺线管，压力梢41与锂电池222、发电机51电连接，当压力梢41通过电流后会产生磁矩并与管壁之间产生吸附力，从而挤压皮碗3并增大皮碗3与管道内壁之间的压力，进而增大皮碗3与管道内壁之间的摩擦力；通过调节通电螺线管的电流大小能够改变压力梢41与管壁之间的吸附力，进而改变装置与管道内壁间摩擦力的大小，最终实现装置的速度控制；弹簧阻尼器42与压力梢41靠近皮碗3圆心一端连接，对压力梢41保持适当的拉力并能保证压力梢41的运动稳定。皮碗3采用全聚氨酯发泡材质，采用全聚氨酯发泡材质的皮碗3的变形量高达60%以上，有较高的弹性和韧性，在管道内通过能力强，易于通过弯管。
头罩1采用半球面结构，与前端的皮碗3密封连接，头罩1直径小于皮碗3直径以避免头罩1与管道内壁接触，头罩1用于减小装置前进时所受的阻力，同时也对装置起到保护作用。
对管道进行检测时，装置进入目标管道并在管道内流体介质的驱动下前进。运行过程中环形轮52沿着管道内壁滚动从而带动发电机51发电，发电机51产生的电能一部分用于为压力梢41供电，剩余部分用于为锂电池222充电；锂电池222中储存的电能为检测模块223、智能分析存储模块221供电，检测模块223持续采集声波信号，并传送给智能分析存储模块221进行分析处理；当装置速度在设定的运行速度范围时，发电系统5的供电刚好能保证装置所受摩擦阻力与流体压差驱动力大小相等，从而保证装置稳定行进。当装置遇到管径变化、异物淤积、管压骤增等状况时，装置的行进速度会发生变化；装置运行速度增大时，环形轮52旋转速度增大，使得发电机51发电量增大，进而增大压力梢41内通电螺线管的电流，最终增大皮碗3与管道内壁的摩擦力，实现抑制速度增大的目的；当装置运行速度减小时，环形轮52旋转速度减小，使得发电机51发电量减小，进而减小压力梢41内通电螺线管的电流，最终减小皮碗3与管道内壁的摩擦力，实现增大速度的目的。
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)
1.一种速度可控的自发电管道内检测装置，包括壳体（2）和设置于壳体（2）内部的检测系统（6），其特征在于：
还包括皮碗（3）、调速系统（4）和发电系统（5）；皮碗（3）为内部空心的圆盘状结构，设置于壳体（2）外部且与壳体（2）同圆心布置，皮碗（3）外圆周的直径大于壳体（2）直径并与管道内壁相接触，每个皮碗（3）的空心内部设置有若干个调速系统（4），通过调速系统（4）的电流增大则皮碗（3）的形变量增大，通过调速系统（4）的电流减小则皮碗（3）的形变量减小；发电系统（5）设置于壳体（2）中部，发电系统（5）与调速系统（4）电连接并为其供电，发电系统（5）能够将装置的动能转化为电能，发电系统（5）产生的电流大小随装置运动速度变化；
所述发电系统（5）包括发电机（51）和环形轮（52），壳体（2）外壁设置有若干个弧形凹槽（211），若干个弧形凹槽（211）围绕壳体（2）外壁均匀布置；每个弧形凹槽（211）内平行于壳体（2）轴线方向设置有两个悬挂杆（212），环形轮（52）设置于两个悬挂杆（212）之间并通过轴承与悬挂杆（212）转动连接，环形轮（52）转动方向与装置运动方向同向布置；每根悬挂杆（212）两端均通过减震弹簧（213）与弧形凹槽（211）弹性连接，减震弹簧（213）使得环形轮（52）能够根据管道的尺寸进行位置调整并使环形轮（52）能充分接触管壁，环形轮（52）与管道内壁之间保持足够的摩擦力；发电机（51）设置于壳体（2）内部并与环形轮（52）机械传动连接，环形轮（52）转动时能够带动发电机（51）发电；
若干个所述调速系统（4）以皮碗（3）的圆心为中心呈放射状均匀布置；所述调速系统（4）包括压力梢（41），压力梢（41）内部设置有通电螺线管，压力梢（41）与发电机（51）电连接，改变通电螺线管的电流大小能够改变皮碗（3）的形变量。
2.根据权利要求1所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述皮碗（3）共有两个，一个皮碗（3）设置于壳体（2）前端，另一个皮碗（3）设置于壳体（2）后端。
3.根据权利要求1所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述调速系统（4）还包括与压力梢（41）靠近皮碗（3）圆心一端连接的弹簧阻尼器（42），弹簧阻尼器（42）对压力梢（41）保持拉力。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述皮碗（3）采用全聚氨酯发泡材质。
5.根据权利要求1或3所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述壳体（2）采用两端开口的圆柱筒形结构，壳体（2）的筒体内部中部设置有密封隔板，密封隔板将壳体（2）分隔为前腔室（21）和后腔室（22）；前腔室（21）位于装置前进方向一端，后腔室（22）位于装置前进相反方向一端；发电机（51）设置于前腔室（21）内部，检测系统（6）设置于后腔室（22）内部，检测系统（6）包括相互电连接的检测模块（223）、智能分析存储模块（221）、锂电池（222），检测模块（223）用于采集管道内的声波信息，并将信息发送给智能分析存储模块（221），智能分析存储模块（221）用于接收、分析检测模块（223）采集到的声波信息，并对分析结果进行识别、储存，锂电池（222）为检测模块（223）、智能分析存储模块（221）供电；锂电池（222）与发电机（51）电连接、锂电池（222）能够储存发电机（51）产生的电能。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述壳体（2）前端的皮碗（3）密封连接有半球面结构的头罩（1），头罩（1）直径小于皮碗（3）直径。
7.根据权利要求5所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述检测模块（223）搭载高精度IEPE振动传感器，用于检测管道内声波信号，结合VMD和小波去噪的管道泄漏优化检测算法，判断泄漏点位置。
8.根据权利要求5所述的一种速度可控的自发电管道内检测装置，其特征在于：所述智能分析存储模块（221）采用STM32单片机芯片作为中央处理单元，采用外部时钟电路为STM32单片机芯片提供时钟，采用典型的复位电路实现STM32单片机芯片的启动及复位，采用典型的DCDC电源芯片将锂电池（222）提供的电能转换为STM32单片机芯片所需要的3.3V直流电源，采用RS485芯片实现RS485总线的通讯，STM32单片机芯片通过RS485通讯接口与检测模块（223）相连接，读取、分析并储存检测过程中采集的声波数据。
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