專利名稱：管道幾何檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于檢測裝置，具體涉及一種電子式測量埋地管道輪廓和曲率的檢測裝置。
背景技術(shù)：
在石油天然氣管道輸送工業(yè)領(lǐng)域中，對埋地管道缺陷檢測設(shè)備的研究和使用已經(jīng)有很多年的歷史了。這些設(shè)備一般涉及對管道的變形(通徑)、走向(彎曲和移位)和管壁腐蝕的檢測。通常是把檢測器投放到管道內(nèi)，讓檢測器隨輸送的介質(zhì)沿管道前進，進行完全自動的在役檢測。一個檢測段一般長達一百二十至一百五十公里。管道的口徑規(guī)格很多，小的只有159毫米，大的可達一米以上。
埋地的石油天然氣管道在施工過程中或在施工以后的長時間的使用中，由于各種原因，例如熱脹冷縮、石塊頂壓、土層移動、河流沖刷或山體滑坡等，會造成管道的局部凹陷、皺褶、彎頭被擠扁或局部管道彎曲移位等。比較老的管道還使用了超規(guī)范的大角度斜口、小曲率半徑彎頭、連續(xù)斜口(俗稱蝦米腰)等，并且沒有完整的施工記錄。這些缺陷的存在導(dǎo)致了管道運行和管理方面的兩個問題一是增加了管道破壞的因素，影響安全生產(chǎn)；二是會對管道腐蝕檢測器的通過形成阻礙。因此需要進行管道檢測，尤其要在腐蝕檢測之前進行幾何變形檢測，及時維修，保持管道的完整性。管道腐蝕檢測器的運行對管道幾何形態(tài)提出了苛刻的要求，這些條件一般是直管段變形≤5％，90°彎頭的曲率半徑不小于2.5倍D(D是管道的公稱直徑)，斜口角度不大于6°。而擔任檢查管道變形任務(wù)的檢測器通過管道的條件是直管段變形≤30％，90°彎頭的曲率半徑不小于1.5倍D，斜口角度不大于15°。
中國專利ZL 98 2 492014公開了一種“管道彎曲檢測裝置”?！队蜌鈨\》1998年第五期P54～56公開了一種“DN-700型電子式管道通徑檢測器”。前者是檢測管道上的彎頭和斜口的，后者是檢測管道截面變形的。但是它們都存在檢測功能單一和對某些檢測信號判斷不確定的問題。
上述“管道彎曲檢測裝置”能檢測管道上的彎頭和斜口的角度，彎頭曲率半徑及其變化；能發(fā)現(xiàn)彎頭變形，但不能定量地給出變形的百分比；沒有檢測直管道變形的功能；也不能對管道彎曲移位進行檢測。
上述“DN-700型電子式管道通徑檢測器”，能定量地檢測直管道變形，能判斷彎頭的位置，估算彎頭的弧長，發(fā)現(xiàn)彎頭變形。因為彎頭的弧長因轉(zhuǎn)角或曲率半徑的不同而大小不等，所以僅從弧長不能判斷彎頭曲率半徑的規(guī)格和大小。由于不能判斷彎頭曲率半徑的規(guī)格和大小，所以它不能準確地給出彎頭變形的百分比。它也不能識別斜口，因為它對斜口的感測信號與對管壁凹陷的感測信號形態(tài)相同，沒有特征。
因此，以上兩種檢測器的缺點是都不能完全確定需要檢測的缺陷項目的類型和大小。
由于輸油(氣)管道是埋在地下，不是直接可見的，長期以來對埋地管道缺陷的檢測大都只能以間接測量的方法進行，人們看到的檢測結(jié)果是一條條起伏跳動的曲線。由于管道缺陷的復(fù)雜性和感測方法的局限性，檢測結(jié)果往往不能對不同的缺陷完全顯現(xiàn)出鮮明可辨的特征。因此，如果有一種檢測器能對管道缺陷用多種感測方法同時獲取盡可能多的信息，能提高對缺陷類型和尺寸判斷的準確度，那是非常需要的。綜合使用多種感測方法，使得它們對同一個管道缺陷，同時給出相關(guān)聯(lián)的多個信息，產(chǎn)生了一種新的檢測器，它能克服上述兩種檢測裝置檢測結(jié)果中存在的不確定性，準確地判斷管道缺陷的類型，定量地給出檢測的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種用多感測器信息相關(guān)的方法，一次運行就能準確給出管道幾何狀態(tài)的管道幾何檢測器。
本實用新型提供的具體技術(shù)方案是一種管道幾何檢測器，它包括一個筒體及設(shè)在筒體前，后端的前皮碗和后皮碗，在前皮碗前面設(shè)有跟蹤發(fā)射機，在前皮碗的后面安裝有里程輪組件，在后皮碗的后面安裝有變形感測組件，在筒體內(nèi)安裝有電路板組件、電池組，在筒體上還設(shè)有密封引線插頭和密封通訊插頭，里程輪組件的信號電纜通過密封引線插頭引入筒體內(nèi)與電路板組件連接，變形感測組件經(jīng)位移傳感器與電路板組件連接，其特征在于在筒體內(nèi)還設(shè)有加速度計和角速率傳感器，加速度計和角速率傳感器的信號電纜與電路板組件連接。
角速率傳感器、加速度計和變形感測組件都會對這些變形作出反應(yīng)，把這些信號同時采集，送到電路板組件中，信號在電路板組件中經(jīng)過放大整形等預(yù)處理后，自動以數(shù)據(jù)組的方式存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。里程輪組件記錄檢測器在管道中運行的距離。跟蹤發(fā)射機用于在地面上跟蹤本檢測器在埋地管道中的具體位置，它是自帶電源的獨立體。
管道幾何檢測器在投放入管道以前與PC機連接進行必要的設(shè)置。投放到管道內(nèi)部后，由于前后皮碗是與管道內(nèi)壁貼緊密封的，管道幾何檢測器在管輸介質(zhì)前后壓差的推動下沿管道向前運動，邊運動邊檢測。當一段管道被檢測完成后，管道幾何檢測器被從管道中取出。接上PC機，把數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)讀出到PC機中，就可以對檢測結(jié)果進行顯示和分析解讀了。
本實用新型的優(yōu)點是同時取得并對應(yīng)顯示出角速率傳感器、加速度計和變形感測組件對任一個管道缺陷的全部感測信號，使得這些管道缺陷有了新的檢測信號特征型。這些新的檢測信號特征型是全部感測信號的信息組，每個信息組都以不同的組合表征著不同的管道缺陷類型。例如斜口的信息組就與管道凹陷的信息組明顯不同，很容易區(qū)分。再例如通過分析變形彎頭的信息組，不僅得到了轉(zhuǎn)角和曲率半徑的數(shù)據(jù)，還可以計算出彎頭變形的百分比。因此，它能準確判斷缺陷的類型和尺寸，消除了上述兩種已公開的檢測裝置檢測結(jié)果中存在的不確定部分。用這樣一臺管道幾何檢測器，通過一次運行，解決了原來用兩臺檢測器運行兩次還解決不了的問題，提高了檢測能力和效率，節(jié)約了能源和人力物力的投資。


本實用新型有如下附圖圖1為管道幾何檢測器一個實施例圖2為管道幾何檢測器另一個實施例；圖3為電路原理框圖；圖4為數(shù)據(jù)采集與存儲電路原理圖；圖5為里程輪選速電路原理圖。
圖1和圖2中，1跟蹤發(fā)射機2前蓋板3前皮碗4前法蘭5密封引線插頭6筒體7電池組8后法蘭9后皮碗10加速度計11角速率傳感器12里程輪組件13密封通訊插頭14位移傳感器15電路板組件16后蓋板17變形感測組件18感測臂19連桿20積分盤21球形鉸鏈22中心桿23萬向節(jié)24中心軸25另一個密封引線插頭。
具體實施方式
實施例之一如圖1所示，一種管道幾何檢測器由筒體6、前法蘭4、前皮碗3、加速度計10、角速率傳感器11、位移傳感器14、后法蘭8、后皮碗9、變形感測組件17、里程輪組件12、電池組7、電路板組件15、前蓋板2、后蓋板16、密封引線插頭5、密封通訊插頭13和跟蹤發(fā)射機1組成。加速度計10、角速率傳感器11、位移傳感器14、電池組7、電路板組件15安裝在筒體6內(nèi)，前法蘭4和后法蘭8與筒體6兩端密封連接，形成對管道內(nèi)輸送介質(zhì)密封的艙體；前蓋板2與前法蘭4夾緊并固定前皮碗3，后蓋板16與后法蘭8夾緊并固定后皮碗9，跟蹤發(fā)射機1安裝在前蓋板2上；變形感測組件17安裝在后蓋板16上，它是由感測臂18、連桿19、積分盤20、球形鉸鏈21、中心桿22、萬向節(jié)23、中心軸24組成的傘架式空間連桿機構(gòu)，感測臂18是多個，均勻分布在后蓋板16上，形成一個圓周，分別通過連桿19與積分盤20連接，球形鉸鏈21在積分盤20的中心，并與中心桿22連接，中心桿22通過萬向節(jié)23與中心軸24連接，中心軸24與設(shè)在筒體6內(nèi)的位移傳感器14的觸頭接觸，感測變形信號；位移傳感器14安裝在筒體6的內(nèi)部，其信號電纜直接引入電路板組件15；里程輪組件12安裝在前皮碗3的后面，信號電纜是通過密封引線插頭5引入筒體內(nèi)部的；電路板組件15與外部PC機的通訊是通過密封通訊插頭13實現(xiàn)的。增加的萬向節(jié)23改善了空間連桿機構(gòu)的機械性能。這里的位移傳感器14為差動變壓器式線位移傳感器，例如GA-30，DA-30等。
實施例之二如圖2所示與實施例之一不同的是變形感測組件17，它是由一組安裝在后蓋板16上周向均布的感測臂18組成。每個感測臂18都與一個位移傳感器14連接，獨立感測變形信號，這樣就可以同時了解凹陷變形在管道徑向和周向的形狀變化。除了密封引線插頭5以外，另一個密封引線插頭25和密封通訊插頭13安裝到后法蘭8的中部，另一個密封引線插頭25用于連接位移傳感器14的信號電纜。這里的位移傳感器14為差動變壓器式角位移傳感器。例如R36A，NSRA，NSRB等。
在本實施例中也可以把安裝在后蓋板16上的變形感測組件17安裝在筒體6的前部即前皮碗3的后面(即圖2中里程輪組件12所安裝的位置)，而將里程輪組件12安裝到后蓋板16上。內(nèi)外的信號電纜也要作相應(yīng)的改變。
本實用新型中加速度計10是半導(dǎo)體型的，例如ADXL202E，ICS3028等。角速率傳感器11是壓電型的，例如PFRS-18，CS42B-15等。
如圖3，圖4所示，本實用新型的電路采用公知的數(shù)據(jù)采集和存儲電路技術(shù)。由角速率傳感器、加速度計、位移傳感器敏感出的信號分別經(jīng)預(yù)處理電路(放大整形)進入A/D轉(zhuǎn)換器U1，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被送到單片機U2，經(jīng)選速后的里程輪數(shù)據(jù)直接進入單片機U2，所有這些數(shù)據(jù)由單片機控制通過鎖存器U3存入存儲器U4，U5、U7分別為數(shù)據(jù)輸出輸入鎖存器，U6為譯碼器。單片機與A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、通訊接口之間有必要的控制信號與數(shù)據(jù)信號的線路連接。
里程輪選速電路如圖5所示，里程輪輸出的信號ODO1和ODO2分別由U10、U11進行放大和整形，通過U12對兩個里程輪之間的數(shù)據(jù)進行比較，選擇單位時間內(nèi)輸出多的里程數(shù)據(jù)進行記錄，以減少里程輪打滑誤差。
本實用新型實施例電路圖中主要芯片的型號是U1-MAX197，U2-AT89C51，U3，U7-74HC373，U4-HK1255，U5-74HC244，U6-74HC138。U8-74HC00，U9-74HC32，U10-LM393，U11-74LS74，U12-74LS00本實用新型所用的PC機為通用的筆記本電腦。
本實用新型主要檢測性能參數(shù)(對不同直徑的管道略有不同)彎頭轉(zhuǎn)角檢測精度±1.0°斜口轉(zhuǎn)角檢測精度±1.0°檢測管道變形精度≤1％D里程系統(tǒng)定位精度(距最近參照物的誤差)≤±1.5m通過管道能力直管段變形≤30％90°彎頭的曲率半徑不小于1.5倍D斜口角度不大于15°。
權(quán)利要求1.一種管道幾何檢測器，它包括一個筒體(6)及設(shè)在筒體(6)前，后端的前皮碗(3)和后皮碗(9)，在前皮碗(3)前面設(shè)有跟蹤發(fā)射機(1)，在前皮碗(3)的后面安裝有里程輪組件(12)，在后皮碗(9)的后面安裝有變形感測組件(17)，在筒體(6)內(nèi)安裝有電路板組件(15)、電池組(7)，在筒體(6)上還設(shè)有密封引線插頭(5)和密封通訊插頭(13)，里程輪組件(12)的信號電纜通過密封引線插頭(5)引入筒體(6)內(nèi)與電路板組件(15)連接，變形感測組件(17)經(jīng)位移傳感器(14)與電路板組件(15)連接，其特征在于在筒體(6)內(nèi)還設(shè)有加速度計(10)和角速率傳感器(11)，加速度計(10)和角速率傳感器(11)的信號電纜與電路板組件(15)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種管道幾何檢測器，其特征在于所說的加速度計(10)是半導(dǎo)體型的，所說的角速率傳感器(11)是壓電型的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所說的一種管道幾何檢測器，其特征在于所說的變形感測組件(17)是由感測臂(18)、連桿(19)、積分盤(20)、球形鉸鏈(21)、中心桿(22)、萬向節(jié)(23)、中心軸(24)組成的傘架式空間連桿機構(gòu)，感測臂(18)分別通過各個連桿(19)與積分盤(20)連接，球形鉸鏈(21)在積分盤(20)的中心并與中心桿(22)連接，中心桿(22)通過萬向節(jié)(23)與中心軸(24)連接，中心軸(24)與設(shè)在筒體(6)內(nèi)的差動變壓器式線位移傳感器(14)的觸頭接觸，差動變壓器式線位移傳感器(14)的信號電纜直接引入電路板組件(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所說的一種管道幾何檢測器，其特征在于所說的變形感測組件(17)是由一組周向均布的感測臂(18)組成，每一個感測臂(18)都與一個差動變壓器式角位移傳感器(14)連接，在后法蘭(8)上還設(shè)有另一個密封引線插頭(25)和密封通訊插頭(13)，差動變壓器式角位移傳感器(14)的信號電纜與另一個密封引線插頭(25)連接。
專利摘要本實用新型屬于一種檢測裝置，具體公開一種管道幾何檢測器。它包括筒體及其前后端的前皮碗和后皮碗，前皮碗前面設(shè)有跟蹤發(fā)射機，后面裝有里程輪組件，后皮碗后面裝有變形感測組件，筒體內(nèi)裝有電路板組件及電池組等，同時筒體內(nèi)還裝有加速度計和角速率傳感器。里程輪組件，變形感測組件經(jīng)位移傳感器，加速度計和角速率傳感器均與電路板組件連接。本檢測器的優(yōu)點是提供了新的管道缺陷檢測信號特征型，解決了以前的檢測器對一些缺陷類型和尺寸判斷不確定的問題。提高了檢測能力和效率，節(jié)約了能源和人力物力的投資。本管道幾何檢測器適用于埋地輸油(氣)管道的缺陷檢測。
文檔編號G01B7/28GK2646659SQ0327573
公開日2004年10月6日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者楊文博 申請人:楊文博