專利名稱：：油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法，特別涉及通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。(二)
背景技術(shù)：
：我國的在役長距離輸油管道大多已經(jīng)運行幾十年，現(xiàn)在已經(jīng)進入事故多發(fā)階段。為了防止管道腐蝕穿孔、泄漏污染等惡性事故的發(fā)生，需要定期的對其進行檢測和清理。因此，各種管道檢測器應(yīng)運而生，其中漏磁管道檢測裝置的應(yīng)用最為廣泛。一般情況下管道漏磁檢測器在石油管道中運行，通過磁傳感器探頭檢測管道內(nèi)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后送入數(shù)據(jù)存儲單元，管道檢測器在管內(nèi)運行結(jié)束后取出整個過程中檢測到的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，進而確定管內(nèi)缺陷狀況，所以不能做到對管內(nèi)缺陷的及時確定，而且在管道檢測器體積有限的情況下，對存儲的單元的能力提出了一定的要求。與本發(fā)明相關(guān)的公開報道有1、"管道漏磁檢測數(shù)據(jù)壓縮算法研究"(《沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報》2006/6)—文中給出的數(shù)據(jù)壓縮方案為基于差分的嵌入式零數(shù)編碼算法。2、"管道漏磁數(shù)據(jù)分析專家分析系統(tǒng)"(天津大學(xué)碩士論文2007.01)—文中詳細(xì)的給出了焊縫識別的方法，其中包括環(huán)焊縫、直焊縫、螺旋焊縫判別的具體流程圖，以及缺陷量化的一些方法。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以將一段時間內(nèi)存儲的壓縮數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴慕邮昭b置中，及時的分析確定管內(nèi)缺陷信息，提高管道缺陷檢測的效率的油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在待測管道內(nèi)設(shè)置由磁傳感器檢測單元、數(shù)據(jù)處理單元、超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置、里程輪、驅(qū)動裝置組成的管內(nèi)部分，在待測管道外設(shè)置由數(shù)據(jù)解壓縮單元、數(shù)據(jù)分析單元和磁感應(yīng)接收天線組組成的管外部分；管內(nèi)部分在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下在管內(nèi)勻速移動，磁傳感器檢測單元檢測到的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)分類、壓縮和缺陷分析后進行暫存，每隔一段時間，將暫存的數(shù)據(jù)和這一時段內(nèi)的里程輪計數(shù)作為控制信號通過數(shù)據(jù)總線輸入到超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置2內(nèi)單片機的微控制器中，經(jīng)過功率放大和DA轉(zhuǎn)換后，傳入發(fā)射線圈，改變發(fā)射的電磁信號的幅值和頻率調(diào)制方式，輸出帶有管內(nèi)數(shù)據(jù)信息的電磁脈沖；管外部分通過安裝在管道外接收天線車上的磁感應(yīng)接收天線組接收該電磁脈沖，提取出電壓值后送入數(shù)據(jù)解壓縮單元，還原這一時段內(nèi)的管內(nèi)數(shù)據(jù)，結(jié)合里程輪計數(shù)信息確定這一時段內(nèi)的管道缺陷狀況。所述的數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)分類、壓縮和缺陷分析后進行暫存的具體方法為首先，將檢測到的漏磁數(shù)據(jù)分成較少的數(shù)據(jù)塊，依據(jù)采樣間隔來確定數(shù)據(jù)塊的大?。蝗缓笫褂貌罘珠撝捣ê蛣討B(tài)范圍閾值法分割每一個數(shù)據(jù)塊，得到重要數(shù)據(jù)區(qū)域和非重要數(shù)據(jù)區(qū)域，并且對其區(qū)域進行標(biāo)識；其次，對重要數(shù)據(jù)區(qū)域進行缺陷的識別和判定，其實現(xiàn)過程為(l)在重要數(shù)據(jù)中識別出管道的附件信息，其包括管道環(huán)焊縫、直焊縫、螺旋焊縫的識別；(2)識別和判定劃痕缺陷數(shù)據(jù)；(3)識別和判定管道缺陷數(shù)據(jù)，滿足一定幅度閾值的數(shù)據(jù)為管道缺陷數(shù)據(jù)，在判定為缺陷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對缺陷數(shù)據(jù)要進一步的量化，依據(jù)此處的里程輪信息分析出缺陷的長、寬和深度，將其暫存在存儲器內(nèi)，每隔一段時間，直接傳輸?shù)降孛娼邮哲嚿?；最后，對于重要的?shù)據(jù)塊，在保留首列數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對每行數(shù)據(jù)的差值進行霍夫曼編碼，實現(xiàn)對重要數(shù)據(jù)的無損壓縮，對于非重要數(shù)據(jù)也采用同樣的方式。所述超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置主要由數(shù)據(jù)處理單元1、超低頻電磁脈沖發(fā)射器2、磁感應(yīng)接收天線組3、數(shù)據(jù)解壓縮單元4、數(shù)據(jù)分析單元5以及磁傳感器檢測單元6、里程輪7組成。該甚低頻信號傳輸系統(tǒng)將管道內(nèi)磁傳感器檢測到的數(shù)據(jù)處理后，暫時存放在檢測器內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲單元，每隔一段時間，將處理后的管道內(nèi)數(shù)據(jù)送入超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置后傳輸?shù)降孛?，地面接收車上的磁感?yīng)天線組接收攜帶有管內(nèi)數(shù)據(jù)信息的電磁脈沖信號并檢測出電壓信號后送入數(shù)據(jù)解壓縮裝置，將解壓縮后的管內(nèi)數(shù)據(jù)信息結(jié)合里程輪計數(shù)信息，即可確定管道缺陷的狀況以及缺陷的位置。管內(nèi)數(shù)據(jù)處理單元。在管道漏磁檢測的數(shù)據(jù)中，與管道缺陷和管道特征物對應(yīng)的數(shù)據(jù)是檢測結(jié)果分析時的重要數(shù)據(jù)，與管道健康所對應(yīng)的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理時則是不重要的數(shù)據(jù)，由于缺陷和特征物在管道中僅占較少的部分，而且這部分?jǐn)?shù)據(jù)具有較大的動態(tài)范圍和較大變化率等特性，因此可以將這些數(shù)據(jù)分離出來對其進行無損壓縮或是壓縮比較低的有損壓縮，對其他數(shù)據(jù)采用壓縮比較大的有損壓縮，在保證評價質(zhì)量的基礎(chǔ)上可獲得滿意的壓縮比。在本發(fā)明中使用的漏磁檢測數(shù)據(jù)處理方案為首先，將檢測到的漏磁數(shù)據(jù)分成較少的數(shù)據(jù)塊，依據(jù)采樣間隔等條件通過實驗的方法來確定數(shù)據(jù)塊的大?。蝗缓笫褂貌罘珠撝捣ê蛣討B(tài)范圍閾值法分割每一個數(shù)據(jù)塊，從而得到重要數(shù)據(jù)區(qū)域和非重要數(shù)據(jù)區(qū)域，并且對其區(qū)域進行標(biāo)識。其次，對重要數(shù)據(jù)區(qū)域進行缺陷的識別和判定。其實現(xiàn)過程為(l)在重要數(shù)據(jù)中識別出管道的附件信息，其包括管道環(huán)焊縫、直焊縫、螺旋焊縫的識別。(2)劃痕缺陷數(shù)據(jù)。在檢測數(shù)據(jù)中，劃痕會導(dǎo)致信號幅值的增大通常影響多條通道。但劃痕信號的振幅通常不能滿足系統(tǒng)設(shè)定的大振幅缺陷閾值的要求，我們不僅需要對信號幅值進行判斷，同時要結(jié)合影響通道的多少對缺陷進行確認(rèn)。(3)管道缺陷數(shù)據(jù)。滿足一定幅度閾值的數(shù)據(jù)為管道缺陷數(shù)據(jù)，在判定為缺陷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對缺陷數(shù)據(jù)要進一步的量化，依據(jù)此處的里程輪信息分析出缺陷的長、寬和深度，將其暫存在存儲器內(nèi)，每隔一段時間，直接傳輸?shù)降孛娼邮哲嚿?。最后，對于重要的?shù)據(jù)塊，在保留首列數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對每行數(shù)據(jù)的差值進行霍夫曼編碼，這樣可以實現(xiàn)對重要數(shù)據(jù)的無損壓縮，壓縮比可以達到2:1。對于非重要數(shù)據(jù)也采用同樣的方式，壓縮比可以達到14:i，總的壓縮比可以達到io:i以上。超低頻電磁脈沖發(fā)射器。該裝由電壓轉(zhuǎn)化電路、通信總線(CAN)、數(shù)據(jù)處理器(包括FPGA用于數(shù)據(jù)壓縮和PC104用于缺陷數(shù)據(jù)分析)、單片機、DA轉(zhuǎn)換裝置、功率放大器、發(fā)射線圈、磁芯等組成。經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮處理后的管道數(shù)據(jù)信息，定時的通過數(shù)據(jù)總線傳入數(shù)據(jù)處理器，通過輸出控制信號到單片機，單片機輸出信號經(jīng)過功率控制放大器及DA轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)桨l(fā)射線圈，控制產(chǎn)生的電磁脈沖幅值，實現(xiàn)定時向管外傳遞管內(nèi)數(shù)據(jù)信息的要求。本發(fā)明中發(fā)射線圈采用分布式雙匝纏繞。磁感應(yīng)接收天線組。將其接收到電磁脈沖信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后轉(zhuǎn)入天線車的數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)解壓縮，并結(jié)合管外定位信息和里程輪信息確定缺陷位置。管外的數(shù)據(jù)解壓縮單元。其實現(xiàn)過程為數(shù)據(jù)壓縮處理的逆過程。本發(fā)明提出了甚低頻信號傳輸技術(shù)，通過該技術(shù)可以將一段時間內(nèi)存儲的壓縮數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴慕邮昭b置中，及時的分析確定管內(nèi)缺陷信息，提高了管道缺陷檢測的效率。(四)圖1是本發(fā)明的甚低頻信號傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)圖；圖3缺陷識別流程圖；圖4超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)圖。(五)具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述圖l所示為甚低頻信號傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。管道內(nèi)通過磁傳感器檢測到數(shù)據(jù)信息通過通信數(shù)據(jù)總線傳入數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)處理后暫時存儲，每隔一段時間，將處理完的數(shù)據(jù)通過超低頻電磁脈沖信號發(fā)生器發(fā)射出去，傳輸?shù)降孛婧笥纱鸥袘?yīng)接收天線組接收超低頻的電磁脈沖信號并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號，將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)解壓單元，恢復(fù)出原始檢測數(shù)據(jù)圖像，通過數(shù)據(jù)分析確定缺陷的狀況。圖2所示為數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)圖。圖中粗箭頭表示數(shù)據(jù)信號，細(xì)箭頭表示控制、狀態(tài)標(biāo)志及地址信號。主控單元完成RAM的讀寫操作以及各個單元之間的協(xié)同，其功能由相應(yīng)的狀態(tài)機來實現(xiàn)。系統(tǒng)工作之后，數(shù)據(jù)首先存于RAM的上半?yún)^(qū)域，當(dāng)數(shù)據(jù)存滿之后，在數(shù)據(jù)存入下半?yún)^(qū)的同時，由于RAM上下端口之間是獨立的，主控單元開始讀取上半?yún)^(qū)中的數(shù)據(jù)到差分計算單元和動態(tài)范圍計算單元。差分計算單元內(nèi)有3個寄存器，分別保存行首值、前值和現(xiàn)值。差分單元復(fù)位后，輸出首行數(shù)據(jù)的首值和其后的各個差分值，在首列數(shù)據(jù)讀取信號有效時，輸出兩個相鄰列的差分。在輸出差分值的同時，差分計算單元還判斷差分值是否大于差分重要性閾值。如果有大于閾值的差分值，就設(shè)置差分重要信號有效。動態(tài)范圍計算單元內(nèi)置三個寄存器，分別記錄每行數(shù)據(jù)的最大值和最小值和動態(tài)范圍，當(dāng)首列數(shù)據(jù)讀取信號有效時，復(fù)位3個寄存器為0，動態(tài)范圍重要性的判斷流程與差分重要性的流程判斷一致。經(jīng)過差分計算和動態(tài)范圍計算后，數(shù)據(jù)別分成了重要數(shù)據(jù)和非重要數(shù)據(jù)，并做好標(biāo)識。非重要數(shù)據(jù)直接輸入到RAM3存儲器中，對于重要數(shù)據(jù)要進行缺陷識別和分類后存入RAM3中，當(dāng)數(shù)據(jù)存滿后，控制器開始讀取其中的數(shù)據(jù)，送入霍夫曼編碼單元，進行編碼后輸出碼流到超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置。圖3所示的是缺陷識別流程圖。管道內(nèi)特征主要分成三類即焊縫、劃痕和缺陷。其中焊縫包括環(huán)焊縫、直焊縫和螺旋焊縫。其具體缺陷識別的分析過程如下(l)讀取一部分漏磁數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，分析此部分?jǐn)?shù)據(jù)，確定環(huán)焊縫的位置；以兩個環(huán)焊縫為界判斷其間的焊縫是螺旋焊縫還是直焊縫，并記下對應(yīng)的焊縫位置信息。(2)同樣以兩個環(huán)焊縫為界，依據(jù)設(shè)定的閾值標(biāo)準(zhǔn)確定是劃痕還是缺陷，同樣做好標(biāo)注的位置信息。(3)確定管道缺陷數(shù)據(jù)后，對缺陷數(shù)據(jù)進行量化，依據(jù)此處的里程輪信息量化缺陷的長度、寬度和深度，將結(jié)果暫存在存儲器中，一段時間后連同這一時段的里程輪脈沖數(shù)直接發(fā)送到地面接收車上。(4)此段分析完之后進入下一個管段進行分析，重復(fù)上述的過程直到這一時段內(nèi)存儲的漏磁數(shù)據(jù)信息全部分析完為止。圖4所示是超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)圖。在設(shè)備正常工作時由輸入的24V電壓供電，經(jīng)過第一次電壓轉(zhuǎn)化后為單片機、功率放大器以及數(shù)模轉(zhuǎn)化器提供15V的工作電壓；經(jīng)過第二次電壓轉(zhuǎn)換后為PC104提供其正常工作所需的5V電壓；經(jīng)過第一次電阻分壓，為FPGA的輸入輸出端口正常工作提供3.3V的電壓；經(jīng)過第二次電阻分壓，為FPGA的工作提供1.5V的核心工作電壓。漏磁檢測所得的數(shù)據(jù)通過通信數(shù)據(jù)總線傳入數(shù)據(jù)處理單元，對漏磁數(shù)據(jù)進行壓縮、識別以及缺陷數(shù)據(jù)的量化，通過輸出控制信號到單片機改變發(fā)射電磁信號的幅值和發(fā)射頻率，實現(xiàn)向管外的傳遞不同類型的數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明設(shè)置5種發(fā)射頻率。用16Hz的發(fā)射頻率傳輸未經(jīng)壓縮處理的缺陷量化信息和里程輪脈沖信息，其中實際的里程輪脈沖數(shù)很大，無法通過調(diào)制信號幅度將其傳輸，所以要做一個轉(zhuǎn)換實際產(chǎn)生的脈沖數(shù)/理想產(chǎn)生的脈沖數(shù)*100%選取其他四種發(fā)射頻率傳輸焊縫數(shù)據(jù)、缺陷數(shù)據(jù)、劃痕數(shù)據(jù)以及健康數(shù)據(jù)。地面信號接收車上的磁感應(yīng)天線組接收電磁脈沖信號并檢測出電壓信號，送入數(shù)據(jù)解壓縮單元后還原出管內(nèi)數(shù)據(jù)信息，結(jié)合里程輪信息，判定管內(nèi)的缺陷位置，及時全面地了解這一時段內(nèi)的管內(nèi)缺陷狀況。管內(nèi)外數(shù)據(jù)通信協(xié)議<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法，在待測管道內(nèi)設(shè)置由磁傳感器檢測單元(6)、數(shù)據(jù)處理單元(1)、超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置(2)、里程輪(7)、驅(qū)動裝置組成的管內(nèi)部分；在待測管道外設(shè)置由磁感應(yīng)接收天線組(3)、數(shù)據(jù)解壓縮單元(4)和數(shù)據(jù)分析單元(5)組成的管外部分；其特征是管內(nèi)部分在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下在管內(nèi)勻速移動，磁傳感器檢測單元(6)檢測到的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)分類、壓縮和缺陷分析后進行暫存，每隔一段時間，將暫存的數(shù)據(jù)和這一時段內(nèi)的里程輪計數(shù)作為控制信號通過數(shù)據(jù)總線輸入到超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置(2)內(nèi)單片機的微控制器中，經(jīng)過功率放大和DA轉(zhuǎn)換后，傳入發(fā)射線圈，改變發(fā)射的電磁信號的幅值和頻率調(diào)制方式，輸出帶有管內(nèi)數(shù)據(jù)的電磁脈沖；管外部分通過安裝在管道外接收天線車上的磁感應(yīng)接收天線組接收該電磁脈沖，提取出電壓值后送入數(shù)據(jù)解壓縮單元，還原這一時段內(nèi)的管內(nèi)數(shù)據(jù)，結(jié)合里程輪信息可以及時確定這一時段內(nèi)的管道缺陷狀況。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法，其特征是所述的數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)分類、壓縮和缺陷分析后進行暫存的具體方法為首先，將檢測到的漏磁數(shù)據(jù)分成較少的數(shù)據(jù)塊，依據(jù)采樣間隔來確定數(shù)據(jù)塊的大??；然后使用差分閾值法和動態(tài)范圍閾值法分割每一個數(shù)據(jù)塊，得到重要數(shù)據(jù)區(qū)域和非重要數(shù)據(jù)區(qū)域，并且對其區(qū)域進行標(biāo)識；其次，對重要數(shù)據(jù)區(qū)域進行缺陷的識別和判定，其實現(xiàn)過程為(l)在重要數(shù)據(jù)中識別出管道的附件信息，其包括管道環(huán)焊縫、直焊縫、螺旋焊縫的識別；(2)識別和判定劃痕缺陷數(shù)據(jù)；(3)識別和判定管道缺陷數(shù)據(jù)，滿足一定幅度閾值的數(shù)據(jù)為管道缺陷數(shù)據(jù)，在判定為缺陷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對缺陷數(shù)據(jù)要進一步的量化，依據(jù)此處的里程輪信息分析出缺陷的長、寬和深度，將其暫存在存儲器內(nèi)，每隔一段時間，直接傳輸?shù)降孛娼邮哲嚿?；最后，對于重要的?shù)據(jù)塊，在保留首列數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對每行數(shù)據(jù)的差值進行霍夫曼編碼，實現(xiàn)對重要數(shù)據(jù)的無損壓縮，對于非重要數(shù)據(jù)也采用同樣的方式。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法，其特征是所述超低頻電磁脈沖發(fā)射裝置由電壓轉(zhuǎn)化電路、通信總線、數(shù)據(jù)處理器、單片機、DA轉(zhuǎn)換裝置、功率放大器、發(fā)射線圈、磁芯組成；經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮處理后的管道數(shù)據(jù)信息，定時的通過數(shù)據(jù)總線傳入數(shù)據(jù)處理器，通過輸出控制信號到單片機，單片機輸出信號經(jīng)過功率控制放大器及DA轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)桨l(fā)射線圈，控制產(chǎn)生的電磁脈沖幅值和頻率，實現(xiàn)定時向管外傳遞管內(nèi)數(shù)據(jù)信息的要求。本發(fā)明中發(fā)射線圈采用分布式雙匝纏繞。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法，其特征是所述磁感應(yīng)接收天線組將其接收到電磁脈沖信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后轉(zhuǎn)入天線車的數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)解壓縮，并結(jié)合里程輪信息全面確定缺陷狀況。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法，其特征是管外的數(shù)據(jù)解壓縮單元的實現(xiàn)過程為數(shù)據(jù)壓縮處理的逆過程。全文摘要本發(fā)明提供的是一種油汽管道漏磁檢測器甚低頻信號傳輸方法。管內(nèi)部分在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下在油汽管道內(nèi)勻速移動，磁傳感器檢測單元檢測到的漏磁數(shù)據(jù)信息送入數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)分類、壓縮和缺陷量化后進行暫存，每隔一段時間，將暫存數(shù)據(jù)以及里程輪計數(shù)傳入單片機中的微控制器，經(jīng)過功率放大和DA轉(zhuǎn)換后，傳入發(fā)射線圈，輸出管內(nèi)不同類型的數(shù)據(jù)信息；磁感應(yīng)接收天線組接收電磁脈沖，提取出電壓值后送入數(shù)據(jù)解壓縮單元，還原這一時段內(nèi)的管內(nèi)數(shù)據(jù)，進一步確定管內(nèi)缺陷狀況和缺陷位置。本發(fā)明可以將一段時間內(nèi)存儲的壓縮數(shù)據(jù)傳輸以及缺陷量化數(shù)據(jù)和里程輪信息傳輸?shù)降孛娴慕邮昭b置中，及時分析確定管內(nèi)缺陷信息，提高了管道缺陷檢測的效率。文檔編號F17D5/06GK101692301SQ20091007304公開日2010年4月7日申請日期2009年10月12日優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日發(fā)明者劉楊,劉洪丹,劉勝,田凱申請人:哈爾濱工程大學(xué)