CN2374842Y - 管道弯曲检测装置 - Google Patents

Abstract

可检测常规管道弯头、斜口转角、弯头曲率半径的管道弯曲检测装置,包括管道内数据采集器和与之相连计算机,采集器包括筒体、陀螺仪、加速度计、里程轮,筒体两端焊有法兰盘,法兰盘上装有皮碗,筒体内装有电池、电路板、陀螺仪、加速度计,在后法兰外侧装有里程轮和通讯接头座,前法兰外侧装有发射机,由于采用压电陀螺和加速度计敏感元件和四里程轮,计程准确,检测精度高,体积小、耗电省、操作简单。

Description

管道弯曲检测装置

本实用新型涉及管道长度和角度的测量技术，是一种检测管道弯头和斜口的转角和曲率半径的管道弯曲检测装置。

随着交通运输业迅速的发展，管道运输也和其他运输方式一样受到重视。运营的管道绝大多数是埋入地下的，随着运营时间的增长，管道会老化和变形，留下破损的隐患，及时发现这些变化就必须准确掌握管线全程的状况，其中包括管道中弯头、斜口的转角，弯头的曲率半径及其变化。理论上讲，管线何处有弯头、转角和曲率半径的大小在设计时是确定的，但实际上运营后的管线与设计有很大出入，原因之一是施工时设计的变更，而有些变更未留下资料，特别是由于管线沿途的地质变化和自然或人为条件的变化也常会使管线产生变形，会出现不可预见的情况，为保证安全生产，就需要对管道作多种检测，而这重检测有些只能在管内进行。

在管道内检测的技术国外近年有些报导，如加拿大Interprovincial管道公司使用几何清管器可检测管道的曲率，Nowsco井下作业公司也公开了其利用惯性清管器检测管道走向的改变的技术，这些技术多是采用超声技术和计算机结合，设备的检测功能是针对管道较大范围的弯曲和位移，不能检测常规曲率半径较小的管道，且技术难度大，设备复杂，使用与维修不方便。

本实用新型的目的是设计一种可检测常规管道弯头、斜口转角、弯头曲率半径且结构简单、使用方便的管道弯曲检测装置。

本实用新型提供如下技术方案：管道弯曲检测装置包括管道内数据采集器1和与之相连计算机2，管道内数据采集器1沿管道3内行走，将数据记录储存，管道内数据采集器从管道3内取出后与计算机2连接，由计算机2处理数据并得到检测结果。管道内数据采集器1包括筒体4、陀螺仪5、加速度计6、里程轮7、电池8，筒体两端焊有前、后法兰盘，法兰盘上装有前、后皮碗并封闭筒体，筒体内装有电池、电路板13、陀螺仪、加速度计，在后法兰10外侧装有里程轮7和通讯接头座14，前法兰9外侧装有发射机15，电池、电路板、陀螺仪、加速度计、里程轮和通讯接头座均由电缆联接。

本实用新型还提供以下技术方案：管道弯曲检测装置的管道内数据采集器有四只里程轮，每轮之间夹角90°径向均匀分布固定在后法兰上，里程轮和通讯接头输的信号引线都通过密封接头进入筒体内与电路板联接，筒体内电池与电路板、陀螺仪、加速度计一侧之间有密封隔板16，通讯接头座装在后法兰上，用密封盖密封，管道内数据采集器发射机15为自带电源的独立体，与筒体内隔绝。

管道内数据采集器的电路板13分别联结陀螺仪、加速度计和里程轮，陀螺仪、加速度计的输出端经预处理电路、模数转换器联结单片机输出至存储器和并行通讯接头；里程轮分别联结放大整形电路、选通门、计数器、单片机、存储器和并行通讯接口，四个里程轮分两组经放大整形及选通门后联结到单片机和计数器，单片机输出存入存储器和并行通讯接头，单片机与时钟、计数器相互联结，并行通讯接头14与通用计算机接口标准一致。

本实用新型由于采用了压电陀螺和加速度计作为检测敏感元件，测距用四里程轮，计程准确可靠、检测弯头和斜口精度高，本身又具有体积小、耗电省、操作简单的优点。

本实用新型附图说明如下：

图1为管道弯曲检测装置整体示意图；

图2为管道内数据采集器结构示意图；

图3为管道内数据采集器电路板电路联结示意图；

图4为管道内数据采集器测距部分电路图；

图5为管道内数据采集器测弯部分电路图。

以下结合附图详细说明本实用新型。

管道弯曲检测装置包括管道内数据采集器1和与之相连计算机2两大部分，管道内数据采集器1沿管道3内行走，同时将数据记录储存，管道内数据采集器从管道内3取出后与计算机2连接，由计算机2处理数据并得到检测结果，管道内数据采集器1包括筒体4、陀螺仪5、加速度计6、里程轮7、电池8组成，筒体两端焊有速接用的前、后法兰盘，法兰盘上装有前、后皮碗并封闭筒体，筒体内装有电池、电路板13、陀螺仪、加速度计，在后法兰10外侧装有里程轮7和通讯接头座14，前法兰9外侧装有发射机15，电池、电路板、陀螺仪、加速度计、里程轮和通讯接头座均由电缆联接。

管道弯曲检测装置的管道内数据采集器1有四只里程轮，每轮之间夹角90°径向均匀分布固定在后法兰上，里程轮和通讯接头输的信号引线都通过密封接头进入筒体内与电路板联接，筒体内电池与电路板、陀螺仪、加速度计一侧之间有密封隔板16，这样可以做到前后独立拆卸，便于换电池和检修，通讯接头座装在后法兰上，接头本身不密封，用密封盖保证与管道中介质的密封，可靠性高，造价低，管道内数据采集器发射机15为自带电源的独立体，与筒体内隔绝。

管道内数据采集器的电路板13分别联结陀螺仪、加速度计和里程轮，陀螺仪、加速度计的输出端经预处理电路、模数转换器联结单片机输出至存储器和并行通讯接头；里程轮分别联结放大整形电路、选通门、计数器、单片机、存储器和并行通讯接口，四个里程轮分两组经放大整形及选通门后联结到单片机和计数器，四个里程独立采数、分两组选速后再进行比较，减小因打滑引入的误差，单片机输出存入存储器和并行通讯接头，单片机与时钟、计数器相互联结，并行通讯接头14与通用计算机接口标准一致。

本实用新型的检测的核心部件采用压电陀螺来检测转角及加速度计检测转角俯仰，可使用CS42A类的陀螺仪和ICS3028类的加速度计，陀螺可以敏感出弯头及斜口的信号，用两种敏感元件组成的弯曲检测可满足测量的目的和精度要求，也较为简单。电路部分的组成是敏感元件、预处理电路、模数转换器、单片机(微处理器)、存储器和并行通讯接口。由压电陀螺、加速度计敏感出的信号UX、UY和AZ各经预处理电路、模数转换后，单片机控制将数据存入存储器，在管道内数据采集器取出管道时将数据通过并行通讯接口向计算机输出。预处理电路是由运算放大器组成的比例器，使其电压变化范围与模数转换器相匹配，运算放大器采用通用型集成运算放大器即可。模数转换器采用集成块，按管道内数据采集器在管内运行的速度一般为1～2米/秒来计算，选用MAX197类的集成块可满足要求。微处理器为一单片CPU、地址译码器和随机存储器数片。如果按模数转换选用的八位字长，CPU可选用89C51-1类芯片，地址译码器可选用74HC138类芯片，锁存器则可选用74HC373类芯片两片。存储器视检测距离的长短和预计弯头、斜口的多少确定其存储容量，如管道站间距50～80公里，有512KB容量即可。按字长八位，可选HK1255等。并行通讯接口由锁存器及若干门电路组成，按上述的选择，锁存器可选74HC244、74HC373之类的芯片，微处理器与模数转换器、存储器、通讯接口之间有控制信号与数据信号的线路连接。

本实用新型采用了四里程轮测距，为四个里程轮、放大整形电路、选通门、计数器、时钟、单片机(微处理器)、存储器和并行通讯接口组成。四个里程轮采集的信号经放大整形电路、选通门送单片机(微处理器)处理后进入存储器，可由并行通讯接口输出。同时微处理器与时钟、计数器互有信号流通。为了在测试弯头和斜口时数据准确，四个里程轮的分组方式为在管内均匀分布，每轮臂之间夹角为90度，且分二组，对角线两轮为一组，两极选速。四个里程轮每转一周输出的脉冲，经通用型运算放大器组成的放大电路放大后由触发电路输出方波信号加至选通门，由CPU输出的选通脉冲进行选速，选速后的两个输出再经或非门和非门进行第二次选速，最后加到CPU。计数器选用8253类芯片。时钟的产生选用4060和DS12887类芯片，前者为振荡器和分频器，后者产生年、月、日、时等数据，在初始化输入起始时间后进行自动计时。微处理器也是单片CPU、地址译码器和随机存储器组成。与前述测弯电路相对应，CPU可以选择89C51-2类芯片，地址译码器可选择74HC138类芯片，锁存器可选择二片74HC373芯片，存储器选用HK1255类芯片。并行通讯接口也是由锁存器和若干门电路组成。锁存器与检测电路相同可选择74HC244类芯片，微处理器与存储器、通讯接口之间仍有控制信号和数据信号的连接线。里程轮的设计，既可以防止由于某个或某二个里程轮打滑或卡死而丢失里程信号，也可准确地测试出弯头的中心弧长，解决了弯头处由于内外路径不同而难以计程的问题。

本实用新型对检测过程的数据处理采用通用的软件和方法，显示陀螺仪测出弯头和斜口的角速率的X和Y分量的曲线，加速度计输出的角度值，计算出每个弯头和斜口的转角、弯头的曲率半径、里程值、俯仰角度等，在屏幕上显示或打印输出。通过检测可以清楚了解管道中不同曲率半径、不同转角的弯头和不同角度的斜口数量和位置。用486通用微机，输入采普通计算机接口。

本实用新型在使用时分为三步操作：在管道内数据采集器进入管道前自检和初始化操作；管道内数据采集器下入管道自动进行数据的采集和存储，直至从管线出口处取出完成一次测试；数据的回收和处理时接上通讯电缆，将数据传至微机；在微机上进行数据处理、结果显示、存盘打印。

本实用新型实施例陀螺仪选用CS42A型，加速度计选用ICS3028。发射机可选用任意型号，只要能给管道内数据采集器定位即可。陀螺仪的二路输出UX、UY加至S1端和S2端，加速度计输出AZ由S3端输入，各经一个由通用运算放大器组成的比例器加至MAY197模数转换集成块T7，字长八位的数字输出到由CPU 89C51-(T0)；地址译码器74HC138(T4)和随机存储器74HC373(T2)、74HC373(T3)组成微处理器，T5、T6是二块SRAM，存储容量为512KB，T9、T10是采用74HC244和74HC373集成块的锁存器，微处理器与存储器、锁存器之间各有控制线和信号线连接，锁存器输出及微处理器的控制线至通讯接口的接头处。四只运算放大器为通用型，四只触发器为LM3932，选通门为74HC00和4572，微处理器的CPU(T1)为89C51-2，地址译码器(T4)为74HC138锁存器(T3，T4)为74HC373，存储器(T5)为HK1255，锁存器(T9，T10)为74HC244，(T13)4060和(T6)DS12887产生时钟信号，主频12MHZ，计数器(T7)为8253，初始化输入起始时间后进行自动计时。

Claims (10)

1.一种在管道检测管道弯头和斜口的转角、弯头的曲率半径的管道弯曲检测装置，包括管道内数据采集器(1)和与之相连计算机(2)，管道内数据采集器(1)沿管道(3)内行走，将数据记录储存，管道内数据采集器从管道内(3)取出后与计算机(2)连接，由计算机(2)处理数据并得到检测结果，管道内数据采集器(1)包括筒体(4)、陀螺仪(5)、加速度计(6)、里程轮(7)、电池(8)组成，其特征在于：筒体两端焊有前、后法兰盘(9)(10)，法兰盘上装有前、后皮碗(11)(12)并封闭筒体，筒体内装有电池、电路板(13)、陀螺仪、加速度计，在后法兰(10)外侧装有里程轮(7)和通讯接头座(14)，前法兰(9)外侧装有发射机(15)，电池、电路板、陀螺仪、加速度计、里程轮和通讯接头座均由电缆联接。

2.根据权利要求1所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器有四只里程轮，每轮之间夹角90°径向均匀分布固定在后法兰上。

3.根据权利要求1、2所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器里程轮和通讯接头输的信号引线都通过密封接头进入筒体内与电路板联接。

4.根据权利要求1所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器筒体内电池与电路板、陀螺仪、加速度计一侧之间有密封隔板(16)。

5.根据权利要求1所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器通讯接头装在后法兰上，用密封盖密封。

6.根据权利要求1所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器发射机(15)为自带电源的独立体，与筒体内隔绝。

7.根据权利要求1所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器的电路板(13)分别联结陀螺仪、加速度计和里程轮，陀螺仪、加速度计的输出端经预处理电路、模数转换器联结单片机输出至存储器和并行通讯接头；里程轮分别联结放大整形电路、选通门、计数器、单片机、存储器和并行通讯接口，四个里程轮分两组经放大整形及选通门后联结到单片机和计数器，单片机输出存入存储器和并行通讯接头。

8.根据权利要求1、7所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器的单片机与时钟、计数器相互联结。

9.根据权利要求1、7所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器并行通讯接头(14)与通用计算机接口标准一致。

10.根据权利要求1、7所述的管道弯曲检测装置，其特征是管道内数据采集器使用CS42A类的陀螺仪和ICS3028类的加速度计。

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