本公開(kāi)涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)及方法、數(shù)據(jù)采集裝置。

背景技術(shù)：

已有技術(shù)中，油氣管道漏磁檢測(cè)設(shè)備通常選擇工控機(jī)加外圍擴(kuò)展電路的方案用于系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集、處理及存儲(chǔ)。其他已有技術(shù)中，還通過(guò)按功能將系統(tǒng)劃分為多塊電路板及組件，如主控板、采集板、存儲(chǔ)板、電子硬盤(pán)等，再將多塊電路板通過(guò)連接器連接成一個(gè)整體，用于系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集、處理及存儲(chǔ)。

在應(yīng)用中，攜帶數(shù)據(jù)采集裝置的漏磁檢測(cè)設(shè)備是在各種口徑的油氣管道內(nèi)高速前進(jìn)，可能面對(duì)高強(qiáng)度的機(jī)械振動(dòng)和沖擊，此外還可能面對(duì)高溫和高壓，工作環(huán)境惡劣。因此上述已有技術(shù)存在多種隱患。例如，由于工控機(jī)接口眾多(絕大多數(shù)接口對(duì)該系統(tǒng)無(wú)用)，體積較大，因此利用工控機(jī)的方案導(dǎo)致系統(tǒng)體積大，抗震性能差，在小管徑的漏磁檢測(cè)裝置中可能完全不適用；利用多塊電路板的方案集成度低，而且由于連接器的緣故導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性差，抗震性能差，抗電磁干擾能力也弱。電子硬盤(pán)體積相對(duì)較大，與電路板之間的連接器抗震性能也比較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本公開(kāi)提出了一種管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集裝置及方法。

根據(jù)本公開(kāi)一方面，提供了一種管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)，包括：磁化裝置、傳感元件和數(shù)據(jù)采集裝置；

其中，所述磁化裝置用于局部磁化待檢測(cè)管道壁，并與當(dāng)前被磁化的待檢測(cè)管道壁形成磁場(chǎng)回路；

所述傳感元件用于檢測(cè)磁信號(hào)，所述磁信號(hào)為所述磁場(chǎng)的漏磁信號(hào)；

所述數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)所述傳感元件檢測(cè)到的磁信號(hào)采集并保存磁數(shù)據(jù)；包括：ARM核心模塊、存儲(chǔ)介質(zhì)、FPGA、AD轉(zhuǎn)換器件、USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件以及電源管理模塊；

所述ARM核心模塊用于將所述FPGA采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)介質(zhì)中，并與外部系統(tǒng)進(jìn)行通信；

所述AD轉(zhuǎn)換器件用于將從傳感元件接收到的磁信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸出至FPGA；

所述FPGA用于根據(jù)所述磁信號(hào)采集得到磁數(shù)據(jù)，并在壓縮處理后通過(guò)USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件將采集到的磁數(shù)據(jù)傳送給ARM核心模塊；

所述USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件用于所述ARM核心模塊與所述FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸。

其中，所述傳感元件包括霍爾傳感器和非磁傳感元件；所述霍爾傳感器用于檢測(cè)磁信號(hào)，所述非磁傳元件用于檢測(cè)非磁信號(hào)。

其中，還包括：

多個(gè)信號(hào)路由裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置的選通地址信號(hào)，選通所述選通地址信號(hào)對(duì)應(yīng)的磁信號(hào)通道，以將所述磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器檢測(cè)到的磁信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置。

其中，還包括：

模擬開(kāi)關(guān)，其用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制，切換選通非磁信號(hào)通道，以將所述非磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的非磁傳感元件檢測(cè)到的非磁信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置。

其中，所述信號(hào)路由裝置與所述AD轉(zhuǎn)換器件一一對(duì)應(yīng)設(shè)置；

每個(gè)信號(hào)路由裝置對(duì)應(yīng)連接多個(gè)霍爾傳感器，在一次數(shù)據(jù)采集中，每個(gè)信號(hào)路由裝置根據(jù)選通地址信號(hào)將選通的一個(gè)霍爾傳感器所檢測(cè)到的磁信號(hào)傳送至AD轉(zhuǎn)換器件。

其中，所述模擬開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)連接至一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件；所述模擬開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)連接多個(gè)非磁傳感元件，在一次數(shù)據(jù)采集中，模擬開(kāi)關(guān)根據(jù)選通地址信號(hào)將選通的一個(gè)非磁傳感元件檢測(cè)到的非磁信號(hào)傳送至AD轉(zhuǎn)換器件。

其中，所述存儲(chǔ)介質(zhì)為T(mén)F卡或SD卡。

其中，所述FPGA將所采集的數(shù)據(jù)暫存于內(nèi)部的FIFO，在所述FIFO滿(mǎn)時(shí)，通過(guò)USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件傳輸給ARM核心模塊。

根據(jù)本公開(kāi)第二方面，提供了一種數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置用于管道漏磁檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括：ARM核心模塊、存儲(chǔ)介質(zhì)、FPGA、AD轉(zhuǎn)換器件、USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件以及電源管理模塊；

所述ARM核心模塊用于將所述FPGA采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)介質(zhì)中，并與外部系統(tǒng)進(jìn)行通信；

所述AD轉(zhuǎn)換器件用于將從檢測(cè)漏磁信號(hào)的傳感元件接收到的磁信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸出至FPGA；

所述FPGA用于根據(jù)所述磁信號(hào)采集得到磁數(shù)據(jù)，并在壓縮處理后通過(guò)USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件將采集到的磁數(shù)據(jù)傳送給ARM核心模塊；

所述USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件用于所述ARM核心模塊與所述FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸。

根據(jù)本公開(kāi)第三方面，提供了一種利用所述的管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，包括：

在接收到采樣觸發(fā)信號(hào)時(shí)，F(xiàn)PGA向各個(gè)信號(hào)路由裝置輸出選通地址信號(hào)，以選通最多與信號(hào)路由裝置數(shù)量相等的一個(gè)或多個(gè)磁信號(hào)通道并進(jìn)行AD采樣；

在一次AD采樣后，F(xiàn)PGA輸出下一選通地址信號(hào)，選擇最多與信號(hào)路由裝置數(shù)量相等的一個(gè)或多個(gè)其他磁信號(hào)通道，進(jìn)行下一次AD采樣，直至一幀數(shù)據(jù)采樣完畢。

本公開(kāi)實(shí)施例所提供的上述技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集裝置采用高度集成的方法，在同一塊小體積的電路板上實(shí)現(xiàn)上述所有功能；采用ARM核心模塊作為系統(tǒng)的中央處理單元，用體積小、容量大的TF卡或SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，ARM核心模塊有相應(yīng)的接口可以直接高速讀寫(xiě)TF卡或SD卡；通過(guò)FPGA同時(shí)采集所有通道的大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮處理；FPGA與ARM核心模塊之間通過(guò)USB轉(zhuǎn)FIFO的器件進(jìn)行通信，交換命令和傳輸數(shù)據(jù)。FPGA構(gòu)建對(duì)外FIFO接口，ARM核心模塊則通過(guò)DMA的方式從FPGA高速獲取壓縮過(guò)的數(shù)據(jù)。本公開(kāi)利用FPGA進(jìn)行所有通道數(shù)據(jù)的同步、實(shí)時(shí)高速采集及壓縮處理；利用ARM核心模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速存儲(chǔ)，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)與存儲(chǔ)介質(zhì)的接口設(shè)計(jì)；ARM核心模塊與FPGA之間通過(guò)高速USB轉(zhuǎn)FIFO器件進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)傳輸；利用TF卡或SD卡進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)介質(zhì)輕便，機(jī)械穩(wěn)定性及可靠性好；利用本公開(kāi)的數(shù)據(jù)采集裝置，在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)應(yīng)用軟件，系統(tǒng)穩(wěn)定，靈活性好，后期維護(hù)方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本公開(kāi)一示例性實(shí)施例示出的一種管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本公開(kāi)一示例性實(shí)施例示出的一種磁化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本公開(kāi)一示例性實(shí)施例示出的一種數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本公開(kāi)另一示例性實(shí)施例示出的一種管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本公開(kāi)一示例性實(shí)施例示出數(shù)據(jù)采集方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本公開(kāi)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本公開(kāi)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本公開(kāi)提出的管道漏磁檢測(cè)設(shè)備可以用來(lái)檢測(cè)鐵磁材料的油氣等管道的缺陷。

如圖1所示，本公開(kāi)一示例性實(shí)施例示出的一種管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)包括：磁化裝置、傳感元件和數(shù)據(jù)采集裝置；

其中，所述磁化裝置用于磁化局部待檢測(cè)管道壁，并與當(dāng)前被磁化的局部待檢測(cè)管道壁形成磁場(chǎng)回路；

所述傳感元件用于檢測(cè)磁信號(hào)和/或非磁信號(hào)。

所述傳感元件包括至少一個(gè)磁傳感元件，用于檢測(cè)所述磁場(chǎng)的磁信號(hào)。所述磁信號(hào)為所述磁化裝置在局部待檢測(cè)管道壁上形成的磁場(chǎng)的漏磁信號(hào)；所述非磁信號(hào)為管道漏磁檢測(cè)過(guò)程中除了上述磁信號(hào)以外的其他信號(hào)，例如壓力、壓差、溫度、距離、時(shí)間等信號(hào)。

在檢測(cè)過(guò)程中，傳感元件貼近局部待檢測(cè)管道壁，用于感測(cè)來(lái)自所述磁場(chǎng)的磁信號(hào)；當(dāng)前被飽和磁化的局部待檢測(cè)管道壁上具有缺陷時(shí)，所述磁場(chǎng)會(huì)向外泄露磁力線(xiàn)，磁傳感元件能夠檢測(cè)到泄露的磁場(chǎng)，因此磁傳感元件可通過(guò)檢測(cè)所述漏磁信號(hào)來(lái)確定所述局部待檢測(cè)管道壁上是否有缺陷。

在一實(shí)施例中，如圖2所示，所述磁化裝置包括鋼刷、永磁體、背鐵、驅(qū)動(dòng)皮碗(圖中未示出)；位于兩鋼刷之間的局部待檢測(cè)管道壁被永磁體經(jīng)由鋼刷進(jìn)行局部飽和磁化，在磁化裝置和局部待檢測(cè)管道壁之間形成磁場(chǎng)。如果局部待檢測(cè)管道壁是完整、沒(méi)有缺陷的，那么所形成磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)將沿著“永磁體N極→鋼刷→管道壁→鋼刷→永磁體S極→背鐵→永磁體N極”的路線(xiàn)構(gòu)成閉合回路，而不會(huì)有磁力線(xiàn)向空中泄漏。如果局部待檢測(cè)管道壁有缺陷，則從缺陷所在的管道壁處會(huì)有磁場(chǎng)泄漏，貼近管道壁的磁傳感元件可以檢測(cè)到泄漏的磁場(chǎng)，以此通過(guò)磁傳感元件檢測(cè)到的磁場(chǎng)信號(hào)就可以判斷出缺陷的位置和大小。驅(qū)動(dòng)皮碗用于油壓或氣壓的推動(dòng)下，在待檢測(cè)管道內(nèi)向前推進(jìn)管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)。

在一實(shí)施例中，所述磁傳感元件包括多個(gè)霍爾傳感器?？梢栽诰植看龣z測(cè)管道壁截面的圓周方向布置所述多個(gè)霍爾傳感器，以進(jìn)行高分辨率的漏磁檢測(cè)。由于管道壁通常是圓柱狀的，在檢測(cè)過(guò)程中，管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)是位于待檢測(cè)管道內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，因此磁化裝置中的鋼刷、永磁體以及背鐵為圓環(huán)狀，永磁體和鋼刷依次環(huán)繞背鐵形成，圖2為磁化裝置的縱向切面的上半部分，下半部分與上半部分對(duì)稱(chēng)設(shè)置。所述磁傳感元件設(shè)置在兩鋼刷之間。為了提高分辨率，可以在于管道壁圓周方向?qū)?yīng)的位置處設(shè)置多個(gè)磁傳感元件，例如，待檢測(cè)管道的直徑為325mm，則在管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)中設(shè)置240個(gè)霍爾傳感器，以在檢測(cè)過(guò)程中沿著局部待檢測(cè)管道壁的圓周方向布置。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，還可以通過(guò)在待檢測(cè)管道縱向方向上，縮減單位采樣的間距提高分辨率，例如，為實(shí)現(xiàn)縱向采樣的分辨率為2mm，即管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)在管道內(nèi)每前進(jìn)2mm，便采樣一次磁數(shù)據(jù)。

上述霍爾傳感器檢測(cè)到的磁信號(hào)用于在局部待檢測(cè)管道壁被飽和磁化的情況下判斷管道是否有缺陷，本文中將這些磁信號(hào)稱(chēng)作“主磁信號(hào)”。

而其他實(shí)施例中，還可以設(shè)置額外的一部分霍爾傳感器，用于在局部待檢測(cè)管道壁被弱磁化情況下，通過(guò)檢測(cè)漏磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)判斷缺陷是位于管道內(nèi)壁還是外壁，即用于判斷管道壁上具有的缺陷是內(nèi)壁缺陷/外壁缺陷(Inner Defect/Out Defect，IDOD)，本文中將這些霍爾傳感器所檢測(cè)到的漏磁場(chǎng)信號(hào)稱(chēng)為“IDOD信號(hào)”。用于檢測(cè)主磁信號(hào)的霍爾傳感器和用于檢測(cè)IDOD信號(hào)的霍爾傳感器分別位于不同的部位，用于檢測(cè)主磁信號(hào)的霍爾傳感器位于兩鋼刷之間，而用于檢測(cè)IDOD信號(hào)的霍爾傳感器位于專(zhuān)門(mén)設(shè)置的IDOD節(jié)上。鋼刷之間的管道壁內(nèi)是強(qiáng)磁場(chǎng)，位于鋼刷之間的霍爾傳感器用于檢測(cè)主磁信號(hào)。而IDOD節(jié)上的霍爾傳感器探頭內(nèi)部會(huì)有一個(gè)小磁鐵，用于對(duì)霍爾傳感器所在的管道壁進(jìn)行局部弱磁化，進(jìn)而由位于此處的霍爾傳感器檢測(cè)IDOD信號(hào)。

在一實(shí)施例中，所述傳感元件還包括至少一個(gè)非磁傳感元件，用于檢測(cè)非磁信號(hào)。所述非磁傳感器包括壓力傳感器、溫度傳感器等，用于檢測(cè)管道內(nèi)部的壓力、驅(qū)動(dòng)皮碗前后的壓差、管道內(nèi)溫度及數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)部的溫度等非磁信號(hào)。非磁信號(hào)除了上述壓力、壓差、溫度等信號(hào)外，還包括管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)在待檢測(cè)管道內(nèi)運(yùn)行的距離、時(shí)間等信號(hào)。

數(shù)據(jù)采集裝置通過(guò)所述傳感元件檢測(cè)到的磁信號(hào)和非磁信號(hào)采集磁數(shù)據(jù)和非磁數(shù)據(jù)，并保存采集到的磁數(shù)據(jù)和非磁數(shù)據(jù)。在管道檢測(cè)完畢后，可以將所存儲(chǔ)的磁數(shù)據(jù)和非磁數(shù)據(jù)導(dǎo)出至PC機(jī)，以進(jìn)行分析處理，從而判斷整個(gè)待檢測(cè)管道的健康狀況。

本公開(kāi)中管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)皮碗前后的油壓或氣壓的推動(dòng)下，在待檢測(cè)管道內(nèi)向前推進(jìn)，持續(xù)磁化兩個(gè)鋼刷之間的局部待檢測(cè)管道壁，并利用傳感元件檢測(cè)所形成磁場(chǎng)中的磁信號(hào)和非磁信號(hào)，數(shù)據(jù)采集裝置從傳感元件獲取所述磁信號(hào)和非磁信號(hào)，并將其處理成磁數(shù)據(jù)和非磁數(shù)據(jù)進(jìn)而保存起來(lái)，直至整個(gè)待檢測(cè)管道的檢測(cè)完成。

驅(qū)動(dòng)皮碗前后的油壓差或氣壓差決定了漏磁檢測(cè)系統(tǒng)在待檢測(cè)管道內(nèi)的前進(jìn)速度。在一實(shí)施例中，按照漏磁檢測(cè)系統(tǒng)最高運(yùn)行速度6m/s、單次可檢測(cè)的最長(zhǎng)管道長(zhǎng)度為500km的要求來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)?？梢?jiàn)在一次管道檢測(cè)中，漏磁檢測(cè)系統(tǒng)需要快速保存大量的數(shù)據(jù)。隨著管道管徑的增加，磁傳感元件數(shù)量也會(huì)增多，數(shù)據(jù)量也會(huì)按比例增加。

在一實(shí)施例中，管道漏檢檢測(cè)系統(tǒng)還包括信號(hào)路由裝置。信號(hào)路由裝置根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置的選通地址信號(hào)，選通所述選通地址信號(hào)對(duì)應(yīng)的磁信號(hào)通道，以將所述磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的磁傳感元件檢測(cè)到的磁信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，磁傳感元件可以包括多個(gè)，而數(shù)據(jù)采集裝置每次只采集其中最多與信號(hào)路由裝置數(shù)量相等的一個(gè)或多個(gè)磁傳感元件所檢測(cè)到的磁信號(hào)。數(shù)據(jù)采集裝置將需要采集的傳感元件的選通地址信號(hào)發(fā)送給信號(hào)路由裝置。因此，信號(hào)路由裝置路由選擇通道管理對(duì)應(yīng)于多個(gè)磁傳感元件的信號(hào)通道，在接收到數(shù)據(jù)采集裝置的選通地址信號(hào)后，根據(jù)所述選通地址信號(hào)選通其對(duì)應(yīng)的磁傳感元件的信號(hào)通道，以將該被選通的磁傳感元件所檢測(cè)到的信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置中。

在一實(shí)施例中，所述管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)還包括模擬開(kāi)關(guān)。所述模擬開(kāi)關(guān)用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制，切換選通非磁信號(hào)通道，以將所述非磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的非磁傳感元件檢測(cè)到的非磁信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置。由于非磁傳感元件的數(shù)量較少，采用簡(jiǎn)單的模擬開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)各個(gè)非磁傳感元件之間的切換控制。例如，模擬開(kāi)關(guān)用于選通壓力、壓差、溫度等非磁信號(hào)，用于將多路非磁信號(hào)(如壓力信號(hào)、壓差信號(hào)、溫度信號(hào)等)輪流選通，復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的同一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。例如，當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)選通溫度信號(hào)時(shí)，F(xiàn)PGA通過(guò)漏磁檢測(cè)設(shè)備上設(shè)置的溫度傳感器采集管道內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)；當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)選通其他非磁信號(hào)通道時(shí)，F(xiàn)PGA通過(guò)其他相應(yīng)的檢測(cè)單元采集其他非磁數(shù)據(jù)。

在一實(shí)施例中，所述漏磁檢測(cè)系統(tǒng)還包括至少一個(gè)里程輪，所述里程輪用于輸出數(shù)據(jù)采集裝置的觸發(fā)信號(hào)，以觸發(fā)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采樣。所述里程輪觸發(fā)信號(hào)可以為方波信號(hào)，其上升沿和/或下降沿可以作為采樣的觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置檢測(cè)到的里程輪觸發(fā)信號(hào)達(dá)到上升沿和/或者下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行一次采樣。所述里程輪的數(shù)量根據(jù)所檢測(cè)管道的管徑大小確定，通常為1至3個(gè)，但是任何時(shí)候只動(dòng)態(tài)采用其中運(yùn)行最快的一個(gè)里程輪的信號(hào)作為整個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置的觸發(fā)信號(hào)。

圖3示出了一示例性實(shí)施例示出的數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

參考圖3所示，該數(shù)據(jù)采集裝置包括：ARM核心模塊、存儲(chǔ)介質(zhì)、FPGA、AD轉(zhuǎn)換器件、USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件以及電源管理模塊。

在一實(shí)施例中，所述ARM核心模塊包括基于Cortex-A8內(nèi)核的ARM控制器、512MB DDR3 RAM、2GB ROM、電源管理及各種IO接口。所述ARM核心模塊負(fù)責(zé)的主要功能包括：通過(guò)串口與PC機(jī)進(jìn)行通信，在漏磁檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入待檢測(cè)管道進(jìn)行正式檢測(cè)之前，用于設(shè)備自檢，判斷用于檢測(cè)所有磁信號(hào)及非磁信號(hào)的傳感元件是否正常；獲取FPGA所采集及預(yù)處理后的磁數(shù)據(jù)和非磁數(shù)據(jù)；并將從FPGA中獲取的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)；漏磁檢測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)記錄等。

FPGA負(fù)責(zé)所有磁數(shù)據(jù)及非磁數(shù)據(jù)的同步高速采集、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)緩存，并傳輸給ARM核心模塊；FPGA在數(shù)據(jù)采集觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)下，按照預(yù)定的速度采集磁數(shù)據(jù)和非磁數(shù)據(jù)。FPGA在采集到磁數(shù)據(jù)或非磁數(shù)據(jù)以后，還對(duì)所采集的磁數(shù)據(jù)或非磁數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，例如，單個(gè)磁傳感元件的采樣結(jié)果精度為12位，即1.5個(gè)字節(jié)，F(xiàn)PGA可以按預(yù)定規(guī)則將所有這些采樣結(jié)果“拼接”在一起，即兩個(gè)采樣結(jié)果“拼接”成3個(gè)字節(jié)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，從而節(jié)約存儲(chǔ)空間。在一些實(shí)施例中，由于非磁數(shù)據(jù)精度都是1個(gè)字節(jié)或1個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍，無(wú)須壓縮。

AD轉(zhuǎn)換器件包括多個(gè)，分別用于對(duì)所有磁信號(hào)及非磁信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。所述AD轉(zhuǎn)換器件的數(shù)量多于信號(hào)路由裝置的數(shù)量，等于信號(hào)路由裝置和模擬開(kāi)關(guān)數(shù)量總和。在一實(shí)施例中，多個(gè)信號(hào)路由裝置分別對(duì)應(yīng)連接至不同的多個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件，每個(gè)信號(hào)路由裝置又與多個(gè)磁傳感元件連接，分別在AD轉(zhuǎn)換器件-信號(hào)路由裝置-磁傳感元件之間形成多個(gè)不同的磁信號(hào)通道；一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)連接至剩余的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件，模擬開(kāi)關(guān)又與多個(gè)非磁傳感元件連接，分別在AD轉(zhuǎn)換器件-模擬開(kāi)關(guān)-非磁傳感元件之間形成多個(gè)非磁信號(hào)通道。

在采集磁數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)PGA發(fā)送選通地址信號(hào)給所有的信號(hào)路由裝置，每個(gè)信號(hào)路由裝置與多個(gè)磁傳感元件對(duì)應(yīng)連接，并且可以選通所連接的所述多個(gè)磁傳感元件。信號(hào)路由裝置根據(jù)所接收到的選通地址信號(hào)選通對(duì)應(yīng)的磁信號(hào)通道，以將該磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的磁傳感元件檢測(cè)到的磁信號(hào)傳送至AD轉(zhuǎn)換器件，在FPGA控制下完成一次磁數(shù)據(jù)采集；在采集非磁數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)PGA發(fā)送控制信號(hào)給模擬開(kāi)關(guān)，以控制模擬開(kāi)關(guān)選通對(duì)應(yīng)的非磁信號(hào)通道，以將該非磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的磁傳感元件檢測(cè)到的非磁信號(hào)傳送至相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器件，在FPGA的控制下完成一次非磁數(shù)據(jù)采集。

在一實(shí)施例中，AD轉(zhuǎn)換器件的精度可以為12位，即1.5個(gè)字節(jié)，單個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換速率可以為1MSPS。

本公開(kāi)實(shí)施例中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以為T(mén)F卡或SD卡，用于替代常用的SSD固態(tài)硬盤(pán)，可以減小體積，減輕重量，增強(qiáng)抗震性能；本實(shí)施例中所使用的TF卡容量可以為128GB，讀寫(xiě)速度可以高達(dá)80MB/s。

USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件用于ARM核心模塊與FPGA之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，用于將FPGA采集并壓縮后的數(shù)據(jù)按照先進(jìn)先出的原則傳遞給ARM核心模塊并存儲(chǔ)進(jìn)TF卡或SD卡。在一實(shí)施例中，USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件為高速USB 2.0器件，同步FIFO模式下傳輸速度最高可達(dá)到40MB/s。USB/FIFO轉(zhuǎn)換器件的USB接口連接ARM核心模塊這端；FIFO接口連接FPGA這端。

電源管理模塊用于給整個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置提供各種等級(jí)的電源。

下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)信號(hào)路由裝置根據(jù)FPGA提供的地址選通信號(hào)進(jìn)行磁信號(hào)通道的選通細(xì)節(jié)加以詳細(xì)描述。

FPGA提供的地址選通信號(hào)用于選通各磁信號(hào)通道。在一實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括6片用于磁信號(hào)模-數(shù)轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換器件，可支持共270路磁信號(hào)通道，其中包括240路主磁信號(hào)通道，以及30路IDOD信號(hào)通道。240路主磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的240個(gè)磁傳感元件接入到4個(gè)信號(hào)路由器裝置，其中3個(gè)信號(hào)路由裝置每個(gè)負(fù)責(zé)64路主磁信號(hào)通道的輪流切換，另外1個(gè)信號(hào)路由裝置負(fù)責(zé)48路主磁信號(hào)通道的切換，因此用于選通主磁信號(hào)通道的地址線(xiàn)共有6根(2⁶＝64)，4個(gè)信號(hào)路由裝置共輸出4路主磁信號(hào)。30路IDOD信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的磁傳感元件接入到2個(gè)信號(hào)路由裝置，其中一個(gè)信號(hào)路由裝置負(fù)責(zé)16路IDOD信號(hào)通道的切換，另一個(gè)信號(hào)路由裝置負(fù)責(zé)14路IDOD信號(hào)通道的切換，用于選通IDOD信號(hào)通道的地址線(xiàn)共有4根(2⁴＝16)，共輸出2路IDOD信號(hào)。另有4路非磁信號(hào)通道(壓力壓差及溫度信號(hào)等)通過(guò)一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)共用一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，模擬開(kāi)關(guān)輸出1路非磁信號(hào)。4路主磁信號(hào)、2路IDOD信號(hào)以及1路非磁信號(hào)同時(shí)由FPGA進(jìn)行AD采樣，以提高數(shù)據(jù)采集速度。例如，F(xiàn)PGA在采樣觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)下，一次同時(shí)采集7路信號(hào)。單個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件會(huì)順序輪流采樣其對(duì)應(yīng)的信號(hào)路由裝置所管轄的64或48路磁信號(hào)通道，或其對(duì)應(yīng)的模擬開(kāi)關(guān)所管轄的4路非磁信號(hào)通道，即順序采樣對(duì)應(yīng)的信號(hào)路由裝置或模擬開(kāi)關(guān)所管轄的信號(hào)。

通信接口主要包括串口和USB口。串口用于數(shù)據(jù)采集裝置與PC機(jī)之間進(jìn)行通信、調(diào)試；USB口用于數(shù)據(jù)的導(dǎo)出；

在其他實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集裝置還包括其他功能及接口，如觸摸液晶屏接口、從USB口、開(kāi)關(guān)及LED顯示燈等人機(jī)接口，主要是用于設(shè)備調(diào)試目的，由于不是本公開(kāi)的創(chuàng)新點(diǎn)所在，這里不一一贅述。

參見(jiàn)圖5所示，本公開(kāi)另一示例性實(shí)施例一示出的漏磁檢測(cè)系統(tǒng)包括：磁化裝置(圖中未示出)、霍爾探頭陣列、信號(hào)路由裝置以及數(shù)據(jù)采集裝置。

所述磁化裝置用于局部磁化待檢測(cè)管道壁；

所述霍爾探頭陣列包括沿管道圓周方向布置的霍爾傳感器陣列，用于檢測(cè)被磁化的待檢測(cè)管道壁處是否有漏磁信號(hào)；

所述信號(hào)路由裝置用于將所述霍爾探頭陣列中各個(gè)霍爾傳感器檢測(cè)到的磁信號(hào)按路由輸出至數(shù)據(jù)采集裝置中。

所述數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所述磁信號(hào)進(jìn)行采集，并將所采集到的磁數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

在一實(shí)施例中，所述信號(hào)路由裝置為64選1的信號(hào)路由裝置，用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的地址信號(hào)從霍爾傳感器陣列輸出的64路磁信號(hào)中選通其中一路信號(hào)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置。

本實(shí)施例中，假如漏磁檢測(cè)設(shè)備要求高速數(shù)據(jù)采集裝置滿(mǎn)足最高6m/s的前進(jìn)速度、每隔2mm采集一輪磁信號(hào)及非磁信號(hào)、最大檢測(cè)管線(xiàn)長(zhǎng)度500km的要求。顯然，要滿(mǎn)足這個(gè)要求，數(shù)據(jù)采集裝置各個(gè)環(huán)節(jié)的速度都需要足夠快，存儲(chǔ)容量也要足夠大。圖4示出了整個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置中的磁信號(hào)(數(shù)據(jù))鏈(磁信號(hào)及數(shù)據(jù)流向圖)(當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，所述數(shù)據(jù)采集裝置還可以包括非磁信號(hào)數(shù)據(jù)鏈，此處以磁信號(hào)數(shù)據(jù)鏈為例對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明)。

如圖4所示，磁信號(hào)從霍爾傳感器陣列輸出，經(jīng)過(guò)64選1的信號(hào)路由裝置之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集裝置，在所述數(shù)據(jù)采集裝置中經(jīng)過(guò)AD采樣后得到的磁數(shù)據(jù)由FPGA進(jìn)行壓縮處理并暫存進(jìn)FPGA內(nèi)部的FIFO，再通過(guò)USB/FIFO器件傳輸給ARM核心模塊，再由ARM核心模塊寫(xiě)入到TF卡或SD卡保存。

首先定義漏磁檢測(cè)設(shè)備每前進(jìn)2mm所采集到的磁數(shù)據(jù)及非磁數(shù)據(jù)為一個(gè)數(shù)據(jù)幀，則本實(shí)施例中270個(gè)通道的磁數(shù)據(jù)為405個(gè)字節(jié)，加上30個(gè)字節(jié)的非磁數(shù)據(jù)，一幀數(shù)據(jù)最多為435個(gè)字節(jié)(非磁數(shù)據(jù)并不是每次都隨磁數(shù)據(jù)一起采集)。而以6m/s的速度前進(jìn)2mm，時(shí)間間隔為2mm/(6m/s)≈0.33ms，即要求在0.33ms的時(shí)間間隔內(nèi)，系統(tǒng)必須能夠采集435個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)并完成保存。則要求系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)處理及傳輸速度為435Bytes/0.33ms≈1.3MBytes/s，因此要求圖4中信號(hào)鏈路中的每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集及傳輸速率都必須高于這個(gè)速度。對(duì)于AD轉(zhuǎn)換器件，其采樣速率為1MSPS，即采樣一次耗時(shí)1微秒，一個(gè)信號(hào)路由裝置所轄的64路信號(hào)全部采樣完畢需要至少64微秒，遠(yuǎn)小于一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)間周期0.33ms，而各個(gè)信號(hào)路由器的輸出信號(hào)是由FPGA同時(shí)采樣的，因此AD采樣環(huán)節(jié)的速度是足夠的。而USB/FIFO器件可以按最高40MB/s的速度將FPGA中的數(shù)據(jù)“搬運(yùn)”到ARM核心模塊，ARM核心模塊再以最高4MB/s的速度寫(xiě)入TF卡或SD卡，這些數(shù)據(jù)“轉(zhuǎn)運(yùn)”環(huán)節(jié)的速度都高于要求的速度1.3MB/s一倍以上，因此本實(shí)施例所設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)的速度足以應(yīng)對(duì)本實(shí)施例中所有磁信號(hào)及非磁信號(hào)的采樣、處理及存儲(chǔ)。理論上講，本公開(kāi)中傳感器數(shù)量再增加一倍，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的速度仍然可以滿(mǎn)足要求。

之后再計(jì)算128GB的TF卡是否滿(mǎn)足存儲(chǔ)容量要求。

一個(gè)數(shù)據(jù)幀的磁信號(hào)數(shù)據(jù)量是270×1.5Bytes＝405Bytes。500km對(duì)應(yīng)的磁信號(hào)數(shù)據(jù)量則是500km/2mm×405Bytes≈100GB；而非磁數(shù)據(jù)是每隔1m采集一次，每次30Bytes，則非磁數(shù)據(jù)量為500km/1m×30Bytes≈15MB，與磁信號(hào)數(shù)據(jù)量相比可以忽略。因此128GB的存儲(chǔ)介質(zhì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

在一實(shí)施例中，用于ARM核心模塊的系統(tǒng)應(yīng)用軟件編寫(xiě)可以基于Windows Embedded Compact 7.0操作系統(tǒng)，也可以基于Linux等操作系統(tǒng)。

參見(jiàn)圖5所示，本公開(kāi)一示例性實(shí)施例示出的利用上述數(shù)據(jù)采集裝置采集管道內(nèi)漏磁數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟：

確定是否從里程輪接收到數(shù)據(jù)采樣觸發(fā)信號(hào)；

在接收到采樣觸發(fā)信號(hào)時(shí)，F(xiàn)PGA向各個(gè)信號(hào)路由裝置輸出選通地址信號(hào)，以選通與信號(hào)路由裝置數(shù)量相等的磁信號(hào)通道并進(jìn)行AD采樣；該步驟中，所選通的磁信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器件接收相應(yīng)的磁信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將AD轉(zhuǎn)換后的磁數(shù)據(jù)輸出至FPGA；

在完成AD采樣后，F(xiàn)PGA改變選通地址信號(hào)，選擇另外最多與信號(hào)路由裝置數(shù)量相等的一個(gè)或多個(gè)磁信號(hào)通道，進(jìn)行AD采樣，……，直至一幀數(shù)據(jù)采樣完畢(例如對(duì)于某個(gè)信號(hào)路由裝置來(lái)說(shuō)最多64個(gè)通道的磁信號(hào)全部采樣完畢)。對(duì)于壓力、壓差、溫度等非磁信號(hào)，它們共用一個(gè)AD采樣器件，因此也需要輪流進(jìn)行采樣，模擬開(kāi)關(guān)就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些非磁信號(hào)的選通。

在一幀數(shù)據(jù)采樣完畢后，F(xiàn)PGA并不將其立即傳輸給ARM核心模塊，而是進(jìn)行壓縮處理(如前所述，將兩個(gè)1.5個(gè)字節(jié)的磁信號(hào)采樣結(jié)果“拼接”成3個(gè)字節(jié))，并暫存在FPGA的FIFO中；

FPGA判斷FIFO是否存滿(mǎn)，當(dāng)所述FIFO存滿(mǎn)時(shí)，向ARM核心模塊發(fā)送數(shù)據(jù)讀取通知信號(hào)；

ARM核心模塊在接收到所述數(shù)據(jù)讀取通知信號(hào)后，通過(guò)USB轉(zhuǎn)FIFO器件從所述FPGA中的FIFO讀取數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)介質(zhì)(TF卡或SD卡)中。

本公開(kāi)能夠降低漏磁檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集裝置的體積，提高集成度，提高數(shù)據(jù)采集和處理速度，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗震性能。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本公開(kāi)的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本公開(kāi)的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本公開(kāi)，凡在本公開(kāi)的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開(kāi)的保護(hù)范圍之內(nèi)。