CN205120128U - 一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪，用于在管道内进行测量，包括前、后支架及电子舱，所述前、后支架安装在电子舱的前、后端，还包括内置于电子舱内的惯性测量单元、存储单元、电源管理单元及主控电路，以及安装在电子舱外侧的人机交互单元，还包括安装在后支架上的里程计，所述惯性测量单元、里程计、存储单元及人机交互单元分别与主控电路连接，所述电源管理单元向惯性测量单元、主控电路、里程计、存储单元及人机交互单元供电。本实用新型适用范围广，精度高。

Description

一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪

技术领域

本实用新型涉及管道测量领域，特别涉及一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪。

背景技术

随着城市的快速发展，通讯、电力、煤气自来水等各种管道遍布城市地下，这些管道随着地表建筑的变化，其在地下位置的不确定性越来越明显，导致管道在附近进行再次建筑及施工时极易受到损坏，造成公共停水停电停气，带来巨大的经济损失。因此，地下已埋管道的位置探测对相关建筑施工意义重大，不可或缺。

目前市场上对地下管线位置探测的主流测量仪器包括电磁式管线探测仪、探地雷达等。前者是利用电磁感应原理对金属管线、电/光缆以及一些带有金属标志线的非金属管线进行探测，原理是：在一端使用一个发射机给被测管线施加一个特殊频率的信号电流，在另外一端使用接收机内置感应线圈，接收管道的磁场信号，线圈产生感应电流，从而计算管道的走向和路径，对于非金属管道，该类仪器需在管道中穿插一根带电磁信号的探棒，通过对探棒位置的确定来确定管道的相应位置；后者则是通过发射天线对地下发射高频电磁波信号，并通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。这两类仪器都是通过电磁及无线电的方式进行探测，它们具有以下几个共同的缺点：(1)探测深度有限；特别对于跨河管道探测困难；(2)管道上有金属屏蔽则无法探测；(3)受现场电磁场干扰大；(4)操作步骤复杂，测量速度慢，效率低。

实用新型内容

为了克服现有管线探测仪对测量管线材质、测量深度、测量环境以及测量操作复杂等不足，本实用新型提供一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪。

本实用新型用惯性测量技术对地下管道的三维姿态位置进行测量，再使用地下管道三维信息测量软件数据处理后可以得到管道的水平方向及高低方向的准确位置信息，同时利用管道起点和终点的地理位置信息，处理后得到管道在相应坐标系下的精确空间位置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪，用于在管道内测量，包括前、后支架及电子舱，所述前、后支架安装在电子舱的前、后端，还包括内置于电子舱内的惯性测量单元、存储单元、电源管理单元和主控电路以及安装在电子舱外侧的人机交互单元，还包括安装在后支架上的里程计，所述惯性测量单元、里程计、存储单元及人机交互单元分别与主控电路连接，所述电源管理单元向惯性测量单元、主控电路、里程计、存储单元及人机交互单元供电。

所述前、后支架结构相同，均包括支撑中轴、支座、滑座、拉簧、行程轮及接头，所述支座安装在支撑中轴的底端，且与电子舱固定，所述拉簧一端固定在支座上，另一端固定在滑座上，所述接头安装在支撑中轴的顶端，所述行程轮通过可伸缩的连杆一端固定在支座，另一端固定在滑座上，所述滑座沿着支撑中轴进行轴向滑动。

所述行程轮具体为6个，每个支架安装3个，且环绕支撑中轴，每间隔120度安装。

所述里程计具体为霍尔感应里程计，个数为3个，所述霍尔感应里程计具体安装在后支架的行程轮上。

所述惯性测量单元运动方向与管道轴线相同。

电子舱还包括用于导出数据的USB接口。

本实用新型的有益效果：

(1)适用范围广：本实用新型采用惯性测量技术，测量时将不再受限于待测管线的深度，也不受外界电、金属等磁场干扰，也不受外界电磁干扰及管线材质的影响，并且能达到管道测量的精度需求；

(2)精度高，速度快：本实用新型只需要一次即可完成整条管线的测量，测量速度快；结合精准里程测量的惯性测量技术能实现高精度的三维姿态测量，完全满足管线测量对精度的要求；

(3)数据丰富：本实用新型可以测出待测管线的三维姿态以及方向；

(4)测量方式简单化：在待测管道首尾对管线仪进行牵引，管线仪在牵引作用下从待测管道的起始点走到结尾点后测量即可结束；

(5)仪器操作简单：触按开机键开机后即可开始测量，测量结束后按功能键并连接U盘将自动完成数据导出，仪器具备声光提示；

(6)自动化数据处理成像：外业测量数据直接导入到软件中可自动化完成数据分析，输出测试报告。测量现场即可完成测量结果正确性的判断。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型电子舱内的结构连接图；

图3是本实用新型前、后支架的结构示意图；

图4是本实用新型的现场施工作业图；

图5是本实施例中电子舱内部结构图。

图中示出：

1-电子舱，2-前支架，3-后支架，4-锁紧螺丝，5-接头，6-滑座，7-拉簧，8-支座，9-行程轮，10-支撑中轴，11-惯性测量单元，12-电源管理单元，13-USB接口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪，用于在管内行驶过程中测量自身行驶里程、三维倾斜、三维加速度及陀螺数据，后处理软件联合解算从而获取管线走向及三维姿态。

如图1、图2、图3及图5所示，具体包括前、后支架2、3及电子舱1，所述前、后支架2、3安装在电子舱1的前、后端，还包括内置于电子舱内的惯性测量单元11、存储单元、主控电路及电源管理单元12，以及安装在电子舱外侧的人机交互单元，还包括位于电子舱外安装在后支架上的里程计，所述惯性测量单元11、里程计、存储单元及人机交互单元分别与主控电路相互连接，惯性测量单元11是通过陀螺仪原理及与地心引力及加速度感知来测量自身在运动过程中的航向、三维倾斜、三维加速度等物理量，为了尽量准确地测量出管道在地下的三维姿态，需要附加惯性测量单元在管道运动里程计数据进行联合解算，同时结构上也要求惯性测量单元运动方向与管道轴线保持一致。地下管道是一节一节焊接而成，在管道焊缝处存在内翻边形成一定阻力，同时使用过程中，管道中有可能有水，因此本实用新型采用在电子舱的两端安装前支架及后支架。

所述前、后支架结构相同，用于保持测量仪运动方向与管道轴向一致，均包括支撑中轴10，所述支座8安装在支撑中轴10的底端，且与电子舱1通过锁紧螺丝4固定，所述拉簧7一端固定支座8上，另一端固定在滑座6上，所述拉簧为多个，所述接头5安装在支撑中轴10的顶端，所述行程轮9通过可伸缩的连杆一端固定在支座8，另一端固定在滑座6上，所述滑座6沿着支撑中轴10轴向进行滑动。

为了减小在管内运动时候的摩擦，前、后支架均通过可伸缩连杆安装三个行程轮，环绕支撑中轴，每间隔120度安装，并且在后支架上的每个行程轮上安装霍尔感应里程计，从而获取其里程。

本实用新型前后支架是一个运动结构装置，设计巧妙，能始终保持仪器运行方向与管道轴向一致，同时能够自适应管壁内径自动张缩，支架上错开120度安装了三个轮子以减小仪器在管内的摩擦，该支架也保证了仪器前进或后退平稳一致。

电子舱是一个密闭空心舱体，舱体防护等级达到IP68，能有效防潮防水，适应管道有水的测量环境。

本实用新型的电子舱还设置USB接口13，用于与外业处理计算机导出数据。

本实施例主控电路通过MCU与CPLD实现。

如图4所示，本实用新型的作业流程是：

首先对待测管线的起点和终点完成坐标的测量，坐标可以使用GPS(或全站仪)进行测量。

在管道两端放置钢缆绞车(各带钢缆)，并将一端钢缆通过穿管工具穿过整条待测管道并将管道测量仪两端分别固定在两个绞车的钢缆上。

测量仪放在起始点开机，静止30秒，然后进行牵拉，使其朝终点行进。到达终点后，静止30秒，插入U盘，数据自动导出，至此外业测量完毕。

打开地下管道三维信息测量软件，导入外业测量数据，输入起始终点的坐标，进行一键式处理，导出测试报告。检查测试报告是否符合所测管线的情况，无误则该条线路测量完毕。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于惯性测量技术的管道三维姿态测量仪，用于在管道内测量，其特征在于，包括前、后支架及电子舱，所述前、后支架安装在电子舱的前、后端，还包括内置于电子舱内的惯性测量单元、存储单元、电源管理单元及主控电路，以及安装在电子舱外侧的人机交互单元，还包括安装在后支架上的里程计，所述惯性测量单元、里程计、存储单元及人机交互单元分别与主控电路连接，所述电源管理单元向惯性测量单元、主控电路、里程计、存储单元及人机交互单元供电。

2.根据权利要求1所述的管道三维姿态测量仪，其特征在于，所述前、后支架结构相同，均包括支撑中轴、支座、滑座、拉簧、行程轮及接头，所述支座安装在支撑中轴的底端，且与电子舱固定，所述拉簧一端固定支座上，另一端固定在滑座上，所述接头安装在支撑中轴的顶端，所述行程轮通过可伸缩的连杆一端固定在支座，另一端固定在滑座上，所述滑座沿着支撑中轴进行轴向滑动。

3.根据权利要求2所述的管道三维姿态测量仪，其特征在于，所述行程轮具体为6个，每个支架安装3个，且环绕支撑中轴，每间隔120度安装。

4.根据权利要求1所述的管道三维姿态测量仪，其特征在于，所述里程计具体为霍尔感应里程计，个数为3个，所述霍尔感应里程计具体安装在后支架的行程轮上。

5.根据权利要求1所述的管道三维姿态测量仪，其特征在于，所述惯性测量单元运动方向与管道轴线相同。

6.根据权利要求1所述的管道三维姿态测量仪，其特征在于，电子舱还包括用于导出数据的USB接口。