CN204459784U - 一种管道内检测用的地面标记器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管道内检测用的地面标记器。它由磁探测传感器、信号滤波放大电路、可变增益调节电路、A/D转换电路、微程序控制器、数据存储单元、I²C总线单元、电池电源单元、输入输出单元和硅MEMS晶振组成；一个磁探测传感器连接一个磁探测传感器，该磁探测传感器连接一个信号滤波放大电路，该信号滤波放大电路连接一个可变增益调节电路，该可变增益调节电路在通过一个A/D转换电路连接到微程序控制器，由此形成双路磁探测传感电路；微程序控制器还分别连接一个数据存储单元、I²C总线单元、电池电源单元、输入输出单元和硅MEMS晶振。它可减少目前地面标记器在管道内检测应用中漏判、错判的现象，克服石英晶振长期使用老化所引入误差的不足，提高地面标记器的检测精度，精确地定位管道缺陷的位置。

Description

一种管道内检测用的地面标记器

技术领域

本实用新型涉及管道内检测地面标记领域，特别涉及一种管道内检测用的地面标记器。

背景技术

地下油气运输管道在长期使用后会因管道本身的制造缺陷、施工缺陷和腐蚀以及人为的破坏等因素造成管道缺陷，这些缺陷会对管道的安全运行造成潜在的危险。采用管道内检测技术可以及时发现管道缺陷，定量检测出管道存在的几何形状异样、金属损失和各种裂纹等缺陷。为了获得管道缺陷在管道中的位置，管道内检测系统采用在内检测器上安装里程轮内定位和在地面上设置地面标记器实现对缺陷的精确定位。通过记录里程轮转过的角度，可以推算出内检测器在管道中行进的路程。但是由于里程轮磨损变形、打滑和摆动等因素的影响，会影响里程轮定位精度，据统计管道内检测器每运行1km里程轮就会产生1m左右的误差，经过上百公里运行后，将导致几十甚至上百米的累积误差。为了消除里程轮的累积误差，在管道沿线上方已知位置上放置地面标记器，检测和记录内检测器在其正下方通过的精确时刻，将该时刻内检测器记录的里程值修正到地面标记器的位置上。里程轮再以地面标记器所在位置为起点，测量管道缺陷相对于地面标记器的距离，沿管线方向前进该距离即为管道缺陷所在点，最终管道缺陷的定位误差可以控制在1-2m。

目前常用的地面标记器采用单路磁探测传感器捕捉内检测器通过时引起的磁扰动信号，通过判断、识别磁扰动信号的波形和幅度进而确定内检测器在地面标记器正下方通过的精确时刻。但是内检测器通过时引起的磁扰动信号受到土壤的强烈衰减、特征不明显、易受外界干扰，使地面标记器检测到的信号非常微弱，常发生漏判、错判现象，导致无过球记录，无法准确地确定内检测器通过地面标记器正下方的时刻，从而无法精确地修正内检测器里程轮的误差。

内检测器时间同步精度的限制，这个时间同步精度受控于系统时钟的精确度，而系统时钟电路中采用的晶体振荡器的稳定度决定了系统时钟的精确度。普通晶体振荡器的频率稳定度一般为±100ppm，一天因晶体振荡器的频率偏差可能产生的最大时间偏移即达到86400s，当内检测器在管道内的行驶速度不少于1m/s时可导致的系统定位误差即大于±8.64m，使标记出现较大误差，无法满足工程需要。因此现有地面标记器都采用高稳定度时钟源，晶体振荡器的稳定度达到±1ppm。

目前常用的地面标记器采用高稳定度时钟源同步法，在内检测器送入管道之前将其起始时间与地面标记器的起始时间同步，由于两者都采用高稳定的温补晶振或温控晶振作为时钟源，可以消除温度所引起的时钟漂移，因此在整个管道内检测过程中，内检测器的时间与地面标记器的时间始终保持一致。但是现有地面标记器高稳定度时钟源采用的是石英晶体振荡器，由于石英晶振材料受到包括弹性形变、封装应力、裸片接触氧化、各类材料的气化、污染物的影响、以及和金属电极的化学反应都会发生老化现象，导致石英晶振长期使用后产生频率变化，使用时间越长，时钟漂移导致频率偏离标准频率越大，对时间同步影响很大，石英晶体对冲击和振动敏感，也会引入误差，影响缺陷定位的准确度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种管道内检测用的地面标记器,为了减少目前常用的地面标记器在管道内检测应用中漏判、错判的现象，克服石英晶振长期使用老化所引入误差的不足，提高地面标记器的检测精度，精确地定位管道缺陷的位置。

本实用新型发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管道内检测用的地面标记器，其特征在于：它由两个磁探测传感器、两个信号滤波放大电路、两个可变增益调节电路、两个A/D转换电路、一个微程序控制器、一个数据存储单元、一个I²C总线单元、一个电池电源单元、输入输出单元和一个硅MEMS晶振组成；其中：一个磁探测传感器连接一个磁探测传感器，该磁探测传感器连接一个信号滤波放大电路，该信号滤波放大电路连接一个可变增益调节电路，该可变增益调节电路在通过一个A/D转换电路连接到微程序控制器，由此形成双路磁探测传感电路；该微程序控制器还分别连接一个数据存储单元、I²C总线单元、电池电源单元、输入输出单元和硅MEMS晶振。

所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该信号滤波放大电路采用CA3140IC芯片，该可变增益调节电路采用LM358IC芯片，该A/D转换电路内置在微程序控制器内，该微程序控制器采用C8051F340单片机芯片，该数据存储单元采用AT45DB081Flash大容量高速存储器。

所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该磁探测传感器信号输入单元至少包括一个用漆包线绕成的线圈，一个冷轧钢铁芯和一个电容。

所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该输入输出单元包括指示灯或蜂鸣器或显示器或键盘。

所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该硅MEMS晶振采用SiTime公司的带温度补偿的高性能TCXO温补晶振SiT5001。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型可精确地定位管道缺陷位置的管道内检测用地面标记器，具有高检测精度，高稳定性和低成本的优势。

(2)本实用新型通过双路磁探测传感电路输入信号对比分析处理，减少目前常用的地面标记器在管道内检测应用中漏判、错判的现象。

(3)本实用新型采用MEMS-first^TM工艺技术和EpiSeal^TM封装技术加工的硅MEMS晶振，克服石英晶振长期使用老化所引入误差的不足。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型中的硅MEMS晶振的结构框图。

图中：1－管道内检测器；2－地面标记器；3－磁探测传感器；4－信号滤波放大电路；5－可变增益调节电路；6－A/D转换电路；7－微程序控制器；8－硅MEMS晶振；9－输入输出单元；10－数据存储单元；11－I²C总线单元；12－电池电源单元；13－硅MEMS谐振器；14－电流维持器；15－控制器；1－温度控制器；17－低能耗锁相环；18－校准器；19－数字化温度器；20－分频器；21－非易失性存储器；22－驱动器；23－可编程单元。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式是，如图1所示：

实施例1，提供了一种基于高稳定时钟源同步法进行时间同步的管道内检测系统中用于精确地修正管道内检测器1里程轮误差的地面标记器2，其特征是：具有双路磁探测传感器3和硅MEMS晶振10的地面标记器2准确测量管道内检测器1经过地面标记器2正下方的时间，以实现对缺陷的精确定位。

所述的地面标记器2至少包括双路用于感受管道内检测器1通过的磁探测传感器3信号输入单元，连接磁探测传感器3的信号滤波放大电路4采用CA3140IC芯片对输入信号进行放大和低通滤波滤除高频噪声信号，连接采用LM358IC芯片组成的可变增益调节电路5，连接内置在微程序控制器7内的高速高精度A/D转换电路6，输入微程序控制器7，微程序控制器7采用C8051F340单片机芯片，连接C8051F340单片机的内置时钟计数器与带温度补偿的硅MEMS晶振8为地面标记器2提供高稳定度、短期时间漂移小的温补时钟晶振，连接利用指示灯或蜂鸣器指示工作人员管道内检测器1已经通过的输入输出9，连接采用AT45DB081Flash大容量高速存储器用于存储信号的数据存储单元10；I²C总线单元11用于与标准时钟源通讯连接，与数据传输接口连接，以及向地面标记器2各部件提供电压的电池电源单元12。

所述的磁探测传感器3信号输入单元至少包括一个用Φ0.1mm，30000匝漆包线绕成的线圈，一个Φ19mm，20#冷轧钢铁芯和一个1μF电容。

所述的硅MEMS晶振8采用SiTime公司的带温度补偿的高性能TCXO温补晶振SiT5001，采用MEMS-first^TM工艺技术加工，由10μm SOI圆晶玻璃绝缘层向下刻蚀0.4μm形成谐振腔原型，由硅氧化合物覆盖刻蚀层。采用可维持洁净真空,消除空腔污染物和老化现象的EpiSeal^TM封装技术，由满足工业标准的低成本塑料封装。

如图2所示，所述的硅MEMS晶振8是谐振器和驱动电路的组合，至少包括硅MEMS谐振器13，电流维持器14，控制器15，温度控制器16，低能耗锁相环17，校准器,18，数字化温度器,19，分频器20，非易失性存储器21，驱动器22和可编程单元23；所述的硅MEMS晶振8和石英晶体完全不同:不同的机械特性,不同的电气特性,不同的工艺技术和不同的驱动电路,比石英晶体具有更小的尺寸。所述的硅MEMS晶振8与CMOS兼容，可以与PLL,逻辑电路和模拟电路集成,减少EMI,布线复杂度，时序电路面积和PCB空间。所述的硅MEMS晶振对冲击和振动不敏感，可消除晶振时间漂移误差。

本实用新型使用时，所述的地面标记器2在管道内检测器1送入管道之前逐个进行编号，并与管道内检测器1进行时间同步操作，管道内检测器1送入管道中运行，将每个所述地面标记器2放置在相应的地面标记桩处，当管道内检测器1接近所述地面标记器2时，开启所述地面标记器2，由双路磁探测传感器3采集信号，将采集到的双路输入信号转换成电信号，经放大处理、滤波处理和A/D转换处理后，输入到C8051F340单片机进行对比分析处理，若识别到信号为管道内检测器1通过所述地面标记器2的信号，则记录管道内检测器1通过所述地面标记器2的时间，将记录的内检测器1通过所述地面标记器2的时间存储在所述地面标记器2中，当内检测任务完成后，将管道内检测器1从管道中取出，对每个所述地面标记器2进行数据转存，消除管道内检测器1里程轮的误差，确定所述管道缺陷的精确位置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管道内检测用的地面标记器，其特征在于：它由两个磁探测传感器(3)、两个信号滤波放大电路(4)、两个可变增益调节电路(5)、两个A/D转换电路(6)、一个微程序控制器(7)、一个数据存储单元(10)、一个I²C总线单元(11)、一个电池电源单元(12)、输入输出单元(9)和一个硅MEMS晶振(8)组成；其中：一个磁探测传感器(3)连接一个磁探测传感器(3)，该磁探测传感器(3)连接一个信号滤波放大电路(4)，该信号滤波放大电路(4)连接一个可变增益调节电路(5)，该可变增益调节电路(5)在通过一个A/D转换电路(6)连接到微程序控制器(7)，由此形成双路磁探测传感电路；该微程序控制器(7)还分别连接一个数据存储单元(10)、I²C总线单元(11)、电池电源单元(12)、输入输出单元(9)和硅MEMS晶振(8)。

2.根据权利要求1所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该信号滤波放大电路(4)采用CA3140 IC芯片，该可变增益调节电路(5)采用LM358 IC芯片，该A/D转换电路(6)内置在微程序控制器(7)内，该微程序控制器(7)采用C8051F340单片机芯片，该数据存储单元(10)采用AT45DB081 Flash大容量高速存储器。

3.根据权利要求1或2所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该磁探测传感器(3)信号输入单元至少包括一个用漆包线绕成的线圈，一个冷轧钢铁芯和一个电容。

4.根据权利要求1或2所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该输入输出单元(9)包括指示灯或蜂鸣器或显示器或键盘。

5.根据权利要求1或2所述的管道内检测用的地面标记器，其特征在于：该硅MEMS晶振(8)采用SiTime公司的带温度补偿的高性能TCXO温补晶振SiT5001。