CN210860287U - 一种包含定位盒的管道无损检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种包含定位盒的管道无损检测系统，属于无损检测技术领域。包括：至少两个定位盒和外部时间校准模块；其中，所述的定位盒包括霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一、单片机和存储设备；所述霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一和存储设备均与单片机连接；所述实时时钟与无线通信模块一连接；所述外部时间校准模块包括外部时间校准源和无线通信模块二；所述外部时间校准源和无线通信模块二连接；所述外部时间校准模块的无线通信模块一与定位盒的无线通信模块二互相进行无线通信。所述系统应用于长输油气管道的检测中。针对现有技术中存在的管道缺陷数据延迟、错误或是无法提供的技术问题，可以无延时的准确保存数据。

Description

一种包含定位盒的管道无损检测系统

技术领域

本实用新型涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种包含定位盒的管道无损检测系统。

背景技术

石油天然气是能源基础产业,管道输送是其主要的输送方式。由于管道埋于地下,运营初期,因管材、施工质量等因素容易导致管线发生失效事故；管道长期服役以后,又会因外部干扰、土壤等周围环境造成腐蚀,以及管材疲劳产生裂纹等缺陷,导致管道失效事故的发生。

管道一旦发生失效事故，会对经济、环境、安全造成巨大的损失，如何采取措施，使管道处于受控的状态,预防失效事故的发生，无损检测技术应运而生。基于漏磁、超声、涡流等技术原理的管道检测设备,可在不影响管道日常安全生产的情况下，对管道进行在线检测，将管道上腐蚀、裂纹等缺陷的相关信息准确检测出来，业主可根据检测结果,采取相应措施，提前对危险缺陷点进行维修。

对缺陷点进行维修时,要对其准确定位,除了依靠检测设备的里程轮测量距离,还需地面标记系统提供参考点,提高缺陷点的定位精度。

管道检测器地面标记系统(marker)是管道检测器的配套设备之一,也是检测器提高定位精度的重要辅助设备,它能够检测并记录下检测器通过设标参考点的时间。检测前,基准时钟设备对检测器电子系统和地面标记器进行时间同步, 检测器在管道内运行时,电子系统记录下管道上所有的管道特征信息(阀门、三通、弯头、缺陷等)及其里程位置,结合放置在参考点的地面标记器记录的时间数据,检测结果可以得出缺陷到最近参考点的相对距离,对缺陷进行准确定位。

传统定位标记系统采用GPS模块记录时间、经纬度等有效信息，易受埋设地点、天气、环境遮挡等不利条件影响，导致数据延迟、错误或是无法提供数据。

公开号为CN108180346A的中国发明专利申请，涉及一种管道巡视机器人，该技术方案中的地面标记系统包括基准时钟和沿管道设置的若干哥地面标记器，所述基准时钟分别与所述计算机以及检测器电子系统相连接，所述地面标记系统包括高精度时钟模块、无线串口模块以及地面信号采集存储模块，所述基准时钟通过无线串口与所述地面标记器相连接。该专利并未涉及到时间同步的技术问题

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

为了克服上述技术问题，本实用新型提供了一种包含定位盒的管道无损检测系统。管道缺陷数据采集到后，可以无延时的准确保存数据。

2.技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种包含定位盒的管道无损检测系统，包括：至少两个定位盒和外部时间校准模块；其中，所述的定位盒包括霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一、单片机和存储设备；所述霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一和存储设备均与单片机连接；所述实时时钟与无线通信模块一连接；所述外部时间校准模块包括外部时间校准源和无线通信模块二；所述外部时间校准源和无线通信模块二连接；所述外部时间校准模块的无线通信模块一与定位盒的无线通信模块二互相进行无线通信。所述系统应用于长输油气管道的检测中。

可选地，所述系统还包括里程轮，用以记录该系统在管道内的行进距离。

可选地，所述存储设备为SD卡，所述的SD卡与单片机连接。

可选地，所述系统还包括电源模块，所述的电源模块与单片机、无线通信模块一和无线通信模块二的供电接口均连接。

可选地，所述霍尔传感器通过IIC与单片机通信。

可选地，单片机的SPI引脚与实时时钟通信。

可选地，无线通信模块一和无线通信模块二均为SPI无线传输模块，进一步为2.4G无线通信模块。

可选地，所述电源模块包括7.4V锂电池和线性稳压芯，7.4V锂电池与线性稳压芯的输入端连接，线性稳压芯的输出端为3.3V电压，线性稳压芯的输出端与单片机、无线通信模块一和无线通信模块二的供电接口均连接。

可选地，所述实时时钟为DS3234SN芯片，所述单片机型号为STM32L43RCT6。

可选地，所述定位盒还包括显示灯，显示灯与所述电源模块和单片机均连接。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本申请中的三轴霍尔传感器主要用以采集内检测通过定位盒下方管道时，自身磁钢所带来的环境磁场变化，以便判断内检测机器的通过。实时时钟在通电的一段时间内，利用2.4G无线通信模块与外界同步时间，在单片机检测到霍尔传感器预定数值时，将实时时间记录下来。2.4G无线通信模块主要用以定位盒前期同步授时功能，确保每个定位盒处于同一时间坐标内。STM32单片机主要用以接收霍尔传感器信息，并判断在何种条件下记录实时时钟芯片时间，确保高速、稳定的传输和保存数据。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种包含定位盒的管道无损检测系统的结构示意图。

图2为图1的第一优选实施例提供的一种包含定位盒的管道无损检测系统的结构示意图。

图3为图1的第二优选实施例提供的一种包含定位盒的管道无损检测系统的结构示意图。

图4为图1的第三优选实施例提供的一种包含定位盒的管道无损检测系统的结构示意图。

图5为霍尔传感器原理图。

图6为实时时钟模块结构原理图。

图7为定位盒的结构原理图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1所示，一种包含定位盒的管道无损检测系统,包括：至少两个定位盒和外部时间校准模块；其中，所述的定位盒包括霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一、单片机和存储设备；所述霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一和存储设备均与单片机连接；所述实时时钟与无线通信模块一连接；所述外部时间校准模块包括外部时间校准源和无线通信模块二；所述外部时间校准源和无线通信模块二连接；所述外部时间校准模块的无线通信模块一与定位盒的无线通信模块二互相进行无线通信，用于实时时钟的校准。所述系统应用于长输油气管道的检测中。

如图2所示，所述系统还包括里程轮，用以记录该系统在管道内的行进距离。里程轮在管道中前行，内检测器经过预先布置在管道上的定位盒下方，带来磁场信号的变化，霍尔传感器采集信号传输给单片机，同时定位盒记录下内检测器经过的时间，用于精准定位。

如图3所示，所述存储设备为SD卡，所述的SD卡与单片机连接，SD卡用于存储霍尔传感器采集的信号，待检测完成后，将SD卡从单片机上拔出来，连接到计算机的对应接口上，作进一步信号处理。

如图4所示，所述系统还包括电源模块，所述的电源模块与单片机、无线通信模块一和无线通信模块二的供电接口均连接。所述电源模块包括7.4V锂电池和线性稳压芯，7.4V锂电池与线性稳压芯的输入端连接，线性稳压芯的输出端为3.3V电压，线性稳压芯的输出端与单片机、无线通信模块一和无线通信模块二的供电接口均连接。

所述霍尔传感器通过IIC与单片机通信,单片机的SPI引脚与实时时钟通信，无线通信模块一和无线通信模块二均为SPI无线传输模块，进一步为2.4G 无线通信模块,所述实时时钟为DS3234SN芯片，所述单片机型号为 STM32L43RCT6，所述霍尔传感器型号为：LSM303D；所述定位盒还包括显示灯，显示灯与所述电源模块(即线性稳压芯的输出端)和单片机均连接，用以指示单片机的工作状态。

所述的霍尔探头通过IIC串行总线与无线信号发射器连接，所述霍尔探头的个数为2个及以上。

采用三轴霍尔传感器——霍尔探头，从轴向、径向和周向检测漏磁场的信号特征，从而分析缺陷的详细情况。IIC串行总线可以连接多个微处理器(如单片机等)，以及各种外围设备，如存储器、LED及LCD驱动器、A/D及D/A转换器等。IIC串行总线上设备连接数量的可扩展性高，可根据管道检测部位的需要连接多个霍尔探头。

与现有技术中的管道无损检测设备相比，本申请可以在无线信号可以接收到的范围内，对管道多个部位进行同时检测，位于管道待测部位的检测单元占用空间小，方便安装固定，操作方便，检测效率高。

实施例2

某管道检修人员按照检修计划对某天然气管道采用本申请实施例1提出的技术方案进行定期检测，定位盒原理框图如图7所示，定位盒模块主要由实时时钟芯片、2.4G无线通信模块、单片机组成。图7中的2.4G无线通信模块用于对实时时钟芯片进行校准，图7中的各单元功能如下：

三轴霍尔传感器主要用以采集内检测通过定位盒下方管道时，自身磁钢所带来的环境磁场变化，以便判断内检测机器的通过。实时时钟在通电的一段时间内，利用2.4G无线通信模块与外界同步时间，在单片机检测到霍尔传感器预定数值时，将实时时间记录下来。

2.4G无线通信模块主要用以定位盒前期同步授时功能，确保每个定位盒处于同一时间坐标内。STM32单片机主要用以接收霍尔传感器信息，并判断在何种条件下记录实时时钟芯片时间。

霍尔传感器主要用以采集管道内部磁场变化，霍尔传感器原理框图如图5 所示，主要通过霍尔传感器内部高精度三轴传感器，将外部磁场信号通过ADC (模数转化)转化为数字量，通过IIC与外部部件，如单片机通信，设计指标如表1所示。

实时时钟模块使用来自TCXO(温度补偿晶振)的时钟源，RTC(实时时钟) 提供秒，分，小时，日，月和年信息。月末的日期会自动调整为少于31天的月份，包括闰年的更正。时钟以24小时或12小时格式运行，带有AM/PM(上午 /下午)指示灯。

通过2.4G无线通信模块，与外界时间源通信，同步于同一个时间坐标系内。当STM32单片机通过三轴霍尔传感器判断内检测器通过正下方时，单片机发送命令给实时时钟，通过SPI通信协议，记录当前时间，以备后期数据分析使用，实时时钟的设计指标如表2所示。

表1三轴霍尔传感器设计指标

参数	设计指标
		传感器测量范围	±2G(高斯)
精度	12bit
		参考电流	12uA-2mA

表2实时时钟的设计指标

参数	设计指标
		0～40℃精度	±2ppm
-40～85℃精度	±3.5ppm
		使用环境温度	-40～85℃(工业)

表3 2.4G无线通信模块的设计指标

参数	设计指标
		工作频段	2.4～2.525GHz
发射电流	140mA(发射功率20dbm下)
		多级空中速率	250Kbps、1Mbps、2Mbps
最大传输距离	1.2km
		待机功耗	0.9uA

2.4G无线通信模块通过SPI串口与单片机连接，与其他无线设备进行通信。在实际使用过程中，参考外部的标准时钟源，通过对定位盒的实时时钟进行校准，2.4G无线通信模块设计指标如表3所示。

单片机模块为本技术方案的核心处理单元，通过霍尔元件三轴霍尔传感器采集到的外部磁场信息，通过单片机内部处理逻辑与算法，判断内检测器通过的时刻，以SPI引脚与实时时钟芯片进行通信，获取此刻的时间，最后将需要的数据记录在SD卡内部，单片机的设计指标如表4所示。

表4单片机的设计指标

参数	设计指标
		IIC接口速率	1K～2KHz
SD卡容量	64G
		功耗	30～40mA

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种包含定位盒的管道无损检测系统，其特征在于，包括：至少两个定位盒和外部时间校准模块；其中，

所述的定位盒包括霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一、单片机和存储设备；所述霍尔传感器、实时时钟、无线通信模块一和存储设备均与单片机连接；所述实时时钟与无线通信模块一连接；

所述外部时间校准模块包括外部时间校准源和无线通信模块二；所述外部时间校准源和无线通信模块二连接；

所述外部时间校准模块的无线通信模块一与定位盒的无线通信模块二互相进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括里程轮，用以记录该系统在管道内的行进距离。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述存储设备为SD卡，所述的SD卡与单片机连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块，所述的电源模块与单片机、无线通信模块一和无线通信模块二的供电接口均连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述霍尔传感器通过IIC与单片机通信。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，单片机的SPI引脚与实时时钟通信。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，无线通信模块一和无线通信模块二均为SPI无线传输模块，进一步为2.4G无线通信模块。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电源模块包括7.4V锂电池和线性稳压芯，7.4V锂电池与线性稳压芯的输入端连接，线性稳压芯的输出端为3.3V电压，线性稳压芯的输出端与单片机、无线通信模块一和无线通信模块二的供电接口均连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述定位盒还包括显示灯，显示灯与所述电源模块和单片机均连接。

Images