專利名稱：用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海底石油管道泄漏檢測(cè)，尤其涉及一種用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置及方法。
背景技術(shù)：
管道運(yùn)輸是油氣運(yùn)輸中最快捷、經(jīng)濟(jì)、可靠的主要方式。據(jù)國(guó)外專家統(tǒng)計(jì)，某些發(fā)達(dá)國(guó)家的管道油氣運(yùn)輸方式約占油氣運(yùn)輸總量的三分之二之多，油氣的管道運(yùn)輸從原油、天然氣的生產(chǎn)、精煉、儲(chǔ)存及到用戶的全過(guò)程起到了重要作用。海洋開發(fā)是繼40年代的原子能開發(fā)、50年代的宇宙空間開發(fā)之后于60年代蓬勃興起的一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的開發(fā)領(lǐng)域。在現(xiàn)代海洋開發(fā)中，經(jīng)濟(jì)意義最顯著的是海洋石油開發(fā)。全世界已有100多個(gè)國(guó)家進(jìn)行過(guò)海洋地質(zhì)勘探，40多個(gè)國(guó)家在大陸架海域進(jìn)行石油鉆探和開采。海底石油管道的起源，在國(guó)際上已有較長(zhǎng)的發(fā)展歷程。從1954年在美國(guó)的墨西哥灣由Brown & Root海洋工程公司鋪設(shè)了第一條海底石油管道以來(lái)，世界各近海海域成功鋪設(shè)了無(wú)數(shù)條各種類型、各種管徑的海底管道。鋪管技術(shù)隨著海域水深的增加也相應(yīng)得到了大發(fā)展。到目前為止，主要方式有:浮游法、懸浮拖法、底拖法、離底拖法、鋪管船法及深水區(qū)域的“J”型鋪管法等，鋪管水深已大于610m。海底石油管道比陸地石油用管要求更嚴(yán)格，主要表現(xiàn)在:對(duì)外觀加工尺寸、精度要求更嚴(yán)格；對(duì)管材的抗腐蝕性能，除抗硫化氫腐蝕外，還要抗海水、海域環(huán)境的腐蝕；對(duì)套管的氣密性要求嚴(yán)格，在套管的螺紋上，一般使用偏梯螺紋和特殊螺紋接頭套管。海底石油管道對(duì)管材內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性，特別是對(duì)碳當(dāng)量的控制及管端加工精度的技術(shù)要求，明顯高于陸地石油用管。只有如此，才能保證海底管線的焊接質(zhì)量，避免發(fā)生泄漏。海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位一直是檢測(cè)領(lǐng)域的難題。相比陸地的輸油管道，海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位更復(fù)雜，難度也更高。海底輸油管道一旦出現(xiàn)泄漏，將會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境帶來(lái)巨大的影響。因此，及時(shí)的泄漏檢測(cè)與準(zhǔn)確的定位有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)技術(shù)基本上是依靠管道首末兩端的信號(hào)量來(lái)確定管道運(yùn)行的狀況，但此方法實(shí)時(shí)性較差，檢測(cè)精度不高，設(shè)備的造價(jià)高，對(duì)模型也有嚴(yán)格的要求。尤其對(duì)于復(fù)雜的泄漏狀況，模型建立十分復(fù)雜，因此可行性不高。國(guó)外也有較先進(jìn)的SmartBall技術(shù)，但該技術(shù)需要沿著管道部署信號(hào)接收器，成本較高，應(yīng)用范圍也十分有限，在海底石油管道中很難實(shí)行。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種利用無(wú)損檢測(cè)和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合的海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底石油管道泄漏點(diǎn)的精確定位?！N用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，包括上位機(jī)和沿石油管道運(yùn)動(dòng)的智能探測(cè)器；所述智能探測(cè)器包括殼體以及位于殼體內(nèi)的微處理器，還設(shè)有與所述微處理器連接的:無(wú)線通信模塊，用于微處理器與上位機(jī)之間的無(wú)線通信；無(wú)損檢測(cè)單元，用于感應(yīng)石油管道的法蘭接口對(duì)智能探測(cè)器進(jìn)行初步定位；導(dǎo)航系統(tǒng)，用于確定智能探測(cè)器在每節(jié)石油管道內(nèi)的精確位置；壓力傳感器，用于收集石油管道內(nèi)的壓力信息；聲電換能器，用于收集石油管道內(nèi)的聲音信息。設(shè)有與所述微處理器連接的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集量有很大要求，微處理器的內(nèi)存和外部存儲(chǔ)器不能滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的要求，因此，需設(shè)有與微處理器連接的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，一般為SD卡或U盤，其優(yōu)點(diǎn)在于既能與微處理器直接連接，也便于上位機(jī)的操作，且存儲(chǔ)容量也較大，設(shè)備兼容性高，數(shù)據(jù)傳輸速度也較快。智能探測(cè)器的無(wú)損檢測(cè)單元檢測(cè)到法蘭接口時(shí)，微處理器中的計(jì)數(shù)器就會(huì)相應(yīng)的累加，由于鋪設(shè)管道幾何參數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是已知的。因此，就可以確定能智能探測(cè)器在管道中的粗略位置。在單節(jié)管道內(nèi)部，運(yùn)用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)，能較精準(zhǔn)地確定智能探測(cè)器的位置，進(jìn)而完成精確定位，并將智能探測(cè)器的實(shí)時(shí)位置信息存儲(chǔ)在移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中。同時(shí)在智能探測(cè)器運(yùn)行過(guò)程中，壓力傳感器和聲電換能器會(huì)不停的收集管道內(nèi)部的相應(yīng)物理信息，實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)在移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，為上位機(jī)的計(jì)算分析提供可靠的原始數(shù)據(jù)。將移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備連接至上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，當(dāng)泄漏產(chǎn)生時(shí)，聲學(xué)信號(hào)會(huì)有較大的變化，尤其是在頻域特性中，高頻部分會(huì)表現(xiàn)得十分明顯。根據(jù)不同高頻信號(hào)的頻域范圍，還可以推斷出泄漏點(diǎn)的大小。而壓力信號(hào)也會(huì)有不同層次的變化，尤其當(dāng)泄漏量較大時(shí)，壓力信號(hào)在時(shí)域上的變化會(huì)表現(xiàn)得更明顯。只要對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行異源融合，就可以較精確地辨識(shí)泄漏點(diǎn)的位置與大小。所述的無(wú)損檢測(cè)單元為安裝在殼體上的電渦流傳感器。電渦流傳感器用于探測(cè)相鄰兩節(jié)石油管道之間的法蘭接口，當(dāng)智能探測(cè)器在石油管道中通過(guò)法蘭接口時(shí)，相應(yīng)的電渦流信號(hào)就會(huì)發(fā)生急劇變化，能計(jì)算出智能探測(cè)器現(xiàn)處于哪一節(jié)石油管道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能探測(cè)器的初步定位。所述的導(dǎo)航系統(tǒng)為帶有加速度計(jì)、電子羅盤和陀螺儀的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)智能探測(cè)器采集到加速度計(jì)、電子羅盤和陀螺儀三組數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)后，上位機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的濾波算法，姿態(tài)解算，進(jìn)而計(jì)算出具體的位置，實(shí)現(xiàn)智能探測(cè)器在每節(jié)石油管道內(nèi)的精確定位。為了能在管道中自由通行，智能探測(cè)器的殼體為橫置的圓柱形，所用材料為防水、防爆材料，且該材料需對(duì)信號(hào)具有穿透作用，方便上位機(jī)對(duì)智能探測(cè)器發(fā)送相應(yīng)指令進(jìn)行通信和海底管道內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集。所述微處理器、無(wú)線通信模塊和移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備安設(shè)在殼體的底部，所述導(dǎo)航系統(tǒng)、壓力傳感器和聲電換能器位于殼體頂部。殼體內(nèi)還布置有向微處理器、無(wú)線通信模塊和導(dǎo)航系統(tǒng)等供電的電源。為了盡量減少智能探測(cè)器在流體中的震動(dòng)，對(duì)于重量較大的模塊會(huì)放在殼體的底部，從而使智能探測(cè)器的重心并不在圓柱的幾何中心，這樣在一定程度上保證了姿態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定性。所述殼體外設(shè)有彈性包覆層，本發(fā)明的彈性包覆層優(yōu)選為海綿，即海綿包裹在殼體外，目的是為了防止與管道產(chǎn)生較大沖擊，損壞智能探測(cè)器內(nèi)部各種硬件裝置。同時(shí)，為了增加流體對(duì)智能探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)，智能探測(cè)器的殼體外設(shè)有用橡膠材料做成的環(huán)形片，該環(huán)形片與石油管道內(nèi)的流體相互作用驅(qū)動(dòng)智能探測(cè)器運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還提供了一種用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的方法，包括以下幾個(gè)步驟:I)將智能探測(cè)器放置在石油管道內(nèi)，智能探測(cè)器在流體的作用下沿石油管道運(yùn)動(dòng)；2)通過(guò)智能探測(cè)器中的無(wú)損檢測(cè)單元和導(dǎo)航系統(tǒng)，得到智能探測(cè)器在石油管道中的實(shí)時(shí)位置；3)智能探測(cè)器在行走的過(guò)程中，同步采集石油管道內(nèi)的壓力信息和聲音信息；4)通過(guò)上位機(jī)對(duì)所述壓力信息和聲音信息進(jìn)行處理分析，并結(jié)合步驟2)中的智能探測(cè)器在石油管道中的實(shí)時(shí)位置，得到石油管道泄漏點(diǎn)的位置和大小。本發(fā)明的有益效果是:1、巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅能夠使智能探測(cè)器方便在管道中通行，增加靈活性，而且減少了智能探測(cè)器本身的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免了不必要的碰撞；2、采用無(wú)損檢測(cè)與捷聯(lián)慣性導(dǎo)航相結(jié)合的組合導(dǎo)航方法，各自巧妙地將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，比單獨(dú)使用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航來(lái)定位這種方法要可靠的多，準(zhǔn)確度更高；3、該智能檢測(cè)裝置只需要一個(gè)上位機(jī)就能進(jìn)行指令的發(fā)送和接收，去除了很多信號(hào)接收裝置，產(chǎn)品的成本較低；4、采用聲音的頻域信號(hào)與壓力時(shí)域信號(hào)的異緣融合算法，不僅提高了泄漏點(diǎn)辨識(shí)的準(zhǔn)確性，更能推斷出泄漏點(diǎn)的大小。


圖1為本發(fā)明智能探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明智能探測(cè)器的截面圖。圖3為本發(fā)明智能探測(cè)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖。圖4為本發(fā)明的智能探測(cè)器與石油管道的結(jié)合圖。圖5為本發(fā)明的上位機(jī)的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明的智能探測(cè)器由電渦流傳感器1，橡膠環(huán)形片3，殼體2，微處理器11，移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備10，無(wú)線通信模塊9，電源12，壓力傳感器6與聲電換能器7、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)5等部分組成。微處理器11采用Atmel公司的megal28系列，該系列處理器具有低功耗、功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，非常適合數(shù)據(jù)的采集與處理。本發(fā)明對(duì)數(shù)據(jù)采集量有很大要求，但由于megal28只有128KB的內(nèi)存容量，外部存儲(chǔ)器最多有只能擴(kuò)張64KB，遠(yuǎn)未達(dá)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的要求。因此，需要在megal28的SPI 口接上連接移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備10，一般為SD卡或U盤。這些存儲(chǔ)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于既能與megal28單片機(jī)直接連接，也便于上位機(jī)的操作，且存儲(chǔ)容量也較大，設(shè)備兼容性高，數(shù)據(jù)傳輸速度也較快。無(wú)線通信模塊9采用傳統(tǒng)的串口通信，模塊硬件為TI公司的產(chǎn)品-CC1101。該產(chǎn)品傳輸距離為200米，功率為10mW，工作頻段為433MHz，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)500kbps，力口上一些外圍電路就可以直接與單片機(jī)的串口 TTL或232電平接口相連接，使用起來(lái)十分方便。用該模塊就可以直接與上位機(jī)進(jìn)行通信。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)5包括加速度計(jì)、電子羅盤和陀螺儀三部分，通過(guò)megal28的I2C接口可以與此三部分直接連接。電渦流傳感器I作為無(wú)損檢測(cè)單元，用于檢測(cè)石油管道的法蘭接口，可以通過(guò)megal28自帶的I2C接口進(jìn)行連接。當(dāng)智能探測(cè)器在管道中通過(guò)法蘭接口時(shí)，相應(yīng)的電渦流信號(hào)就會(huì)發(fā)生急劇變化，通過(guò)一定的濾波算法就可以獲取此突變。當(dāng)檢測(cè)到法蘭接口時(shí)，微處理器內(nèi)部相應(yīng)的計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)，根據(jù)事先提供的管段距離，就可以計(jì)算出相應(yīng)的位置。當(dāng)采集到加速度計(jì)、電子羅盤和陀螺儀三組數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)后，上位機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的濾波算法，姿態(tài)求解，進(jìn)而計(jì)算出具體的位置。在智能探測(cè)器收集管道信號(hào)方面，megal28同樣通過(guò)I2C接口與壓力傳感器、聲電換能器直接相連，這些傳感器通過(guò)此接口就可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備10中。智能探測(cè)器的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu):為了能在管道中自由通行，智能探測(cè)器的殼體為圓柱形狀，材料為防水、防爆材料，且該材料對(duì)信號(hào)具有穿透作用，方便上位機(jī)對(duì)智能探測(cè)器發(fā)送相應(yīng)指令進(jìn)行通信和海底管道內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集。外部用海綿包裹13，為了防止與管道產(chǎn)生較大沖擊，損壞智能探測(cè)器內(nèi)部各種硬件裝置。同時(shí)，為了增加流體對(duì)智能探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)，智能探測(cè)器前后分別用橡膠材料做成驅(qū)動(dòng)的環(huán)形片3。為了盡量減少智能探測(cè)器在流體中的震動(dòng)(過(guò)多的姿態(tài)變化會(huì)對(duì)后期的數(shù)據(jù)處理帶來(lái)很大的麻煩，也會(huì)降低檢測(cè)的精度)，對(duì)于重量較大的模塊會(huì)放在智能探測(cè)器的底部，從而使智能探測(cè)器的重心并不在圓柱的幾何中心，這樣在一定程度上保證了姿態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定性。因此，我們把電源12、微處理器11等較重的設(shè)備固定于圓柱底部，而把相對(duì)較輕的一些傳感器安裝于圓柱上部。智能探測(cè)器無(wú)損檢測(cè):海底石油管線通常是由標(biāo)準(zhǔn)鋼管法蘭焊接而成，每條金屬焊縫代表了一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)鋼管的長(zhǎng)度信息。因此，對(duì)焊接的法蘭接口的識(shí)別就可用于標(biāo)識(shí)管線的粗略位置。利用電渦流傳感器I作為無(wú)損檢測(cè)單元探測(cè)油氣管線中的法蘭焊縫，從而實(shí)現(xiàn)智能探測(cè)器在管內(nèi)的粗略定位。具體實(shí)現(xiàn)原理為:當(dāng)電渦流傳感器I通過(guò)海底石油管道法蘭接口時(shí)，由于焊縫與母材電磁特性差異(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率不同)的敏感性，電渦流信號(hào)會(huì)發(fā)生急劇變化，通過(guò)對(duì)突變信號(hào)的采集、濾波與識(shí)別，就可以達(dá)到初步定位的要求。電渦流傳感器的設(shè)計(jì)是在智能探測(cè)器的圓柱體部分安裝一對(duì)電渦流傳感器1，如此就可以根據(jù)這對(duì)電渦流傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行差分信號(hào)的提取，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性。智能探測(cè)器捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及姿態(tài)解算:捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要包括加速度計(jì)、電子羅盤和陀螺儀三部分。其中，加速度計(jì)用于測(cè)量x、y、z三軸的矢量加速度。陀螺儀測(cè)量x、y、z三軸的矢量角速度，電子羅盤測(cè)量x、y平面的角度。陀螺儀測(cè)出的三軸角速度經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)的積分可以得到相應(yīng)的角度。三軸的加速度大小分量通過(guò)受力分析就可以得到χ、1、z三軸的角度。但是三軸加速度計(jì)無(wú)法提供χ、y平面水平旋轉(zhuǎn)角度，利用電子羅盤可以測(cè)得該角度的具體值。陀螺儀動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好，但進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間姿態(tài)解算時(shí)，會(huì)產(chǎn)生累計(jì)漂移。數(shù)字羅盤和加速度傳感器測(cè)量姿態(tài)沒有累積誤差，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。因此，它們?cè)陬l域上特性互補(bǔ)，可以采用互補(bǔ)濾波器融合這三種傳感器的數(shù)據(jù)，提高測(cè)量精度和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，從而完成姿態(tài)解算。如圖3所示，智能探測(cè)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀寫設(shè)計(jì):智能探測(cè)器內(nèi)部微處理器在定時(shí)器中斷發(fā)生時(shí)讀取傳感器采集的數(shù)據(jù)，主程序中完成對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫工作。由于寫移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的時(shí)間可能會(huì)大于中斷時(shí)間間隔，所以設(shè)有多個(gè)緩沖區(qū)。緩沖區(qū)寫滿后微處理器啟動(dòng)寫移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的函數(shù)，將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，并選擇新的有效緩沖區(qū)，防止原緩沖區(qū)溢出的發(fā)生，提高了數(shù)據(jù)的安全性與可靠性。中斷的時(shí)間間隔可以根據(jù)圓柱的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性，又能夠節(jié)省存儲(chǔ)空間，避免數(shù)據(jù)過(guò)大的情況。如圖4所示，智能探測(cè)器定位與檢測(cè)算法研究:在管道中檢測(cè)到法蘭接口時(shí)，智能探測(cè)器中的計(jì)數(shù)器就會(huì)累加計(jì)數(shù)，由于單節(jié)管道的長(zhǎng)度參數(shù)事先是可以知道的。因此，就可以計(jì)算出智能探測(cè)器在哪節(jié)管道中。在單節(jié)石油管道內(nèi)部，運(yùn)用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，就能較精準(zhǔn)地確定位置，進(jìn)而完成精確定位。同時(shí)在智能探測(cè)器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，壓力傳感器與聲電換能器會(huì)不停地收集管道內(nèi)部的相應(yīng)信息，實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)，為上位機(jī)的計(jì)算分析提供可靠的數(shù)據(jù)。當(dāng)泄漏產(chǎn)生時(shí)，聲音信號(hào)會(huì)有較大的變化，尤其是在頻域特性中，高頻部分會(huì)表現(xiàn)的十分明顯。根據(jù)不同的高頻信號(hào)的頻域范圍，還可以推斷出泄漏點(diǎn)的大小。而壓力信號(hào)也會(huì)有不同層次的突變，尤其當(dāng)泄漏量較大時(shí)，壓力信號(hào)在時(shí)域上的變化會(huì)表現(xiàn)的更明顯。只要對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行異源融合，就可以較精確地辨識(shí)泄漏點(diǎn)的位置與泄漏大小。智能探測(cè)器上位機(jī)編寫:后期數(shù)據(jù)處理的軟件平臺(tái)主要包括VisualStudio 2010和MATLAB。Visual Studio 2010平臺(tái)主要負(fù)責(zé)串口程序、接收程序以及軟件界面(人機(jī)界面)的編寫工作，通過(guò)與智能探測(cè)器設(shè)定好的通信協(xié)議與方式進(jìn)行通信，對(duì)智能探測(cè)器的進(jìn)行運(yùn)行情況進(jìn)行控制，保證智能探測(cè)器的正常運(yùn)行。而MATLAB主要負(fù)責(zé)將收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，尤其是對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的濾波、識(shí)別、科學(xué)計(jì)算、建模和仿真。通過(guò)MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理工具，達(dá)到檢測(cè)泄漏點(diǎn)與定位的目標(biāo)。人機(jī)界面的軟件部分用Visual C++進(jìn)行程序的編寫，單片機(jī)的程序采用IAR平臺(tái)編與。如圖5所示，功能實(shí)現(xiàn)步驟:1.智能探測(cè)器上電，用Visual C++軟件編寫的人機(jī)界面平臺(tái)通過(guò)無(wú)線串口發(fā)送工作開始指令，并等待回復(fù)；2.智能探測(cè)器收到開始命令后，向上位機(jī)回復(fù)收到信號(hào)，同時(shí)，智能探測(cè)器開始自檢，自檢完成后，也回復(fù)相應(yīng)的答復(fù)信號(hào)；3.將智能探測(cè)器通過(guò)特殊的裝置打入石油管道中，順著流體的方向自由前進(jìn)，并不斷地采集數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)時(shí)地將一系列的數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中；4.在管道的末端裝上網(wǎng)作為接收裝置，用來(lái)打撈智能探測(cè)器；5.在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，上位機(jī)發(fā)停止信號(hào)，數(shù)據(jù)采集停止，同時(shí)，上位機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)，智能探測(cè)器將采集到的信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)接收并存儲(chǔ)；6.MATLAB將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得出泄漏點(diǎn)的位置，大小和個(gè)數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，包括沿石油管道運(yùn)動(dòng)的智能探測(cè)器，以及用于對(duì)智能探測(cè)器所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的上位機(jī)；所述智能探測(cè)器包括殼體以及位于殼體內(nèi)的微處理器，還設(shè)有與所述微處理器連接的: 無(wú)線通信模塊，用于微處理器與上位機(jī)之間的無(wú)線通信； 無(wú)損檢測(cè)單元，用于感應(yīng)石油管道的法蘭接口對(duì)智能探測(cè)器進(jìn)行初步定位； 導(dǎo)航系統(tǒng)，用于確定智能探測(cè)器在每節(jié)石油管道內(nèi)的精確位置； 壓力傳感器，用于收集石油管道內(nèi)的壓力信息； 聲電換能器，用于收集石油管道內(nèi)的聲音信息。
2.按權(quán)利要求1所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，設(shè)有與所述微處理器連接的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。
3.按權(quán)利要求2所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，所述殼體為橫置的圓柱形，且采用防水、防爆材料制作。
4.按權(quán)利要求3所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，所述微處理器、無(wú)線通信模塊和移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備安設(shè)在殼體的底部，所述導(dǎo)航系統(tǒng)、壓力傳感器和聲電換能器位于殼體頂部。
5.按權(quán)利要求3所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，所述殼體外設(shè)有彈性包覆層。
6.按權(quán)利要求5所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，設(shè)有繞所述殼體布置，與所述石油管道內(nèi)的流體相互作用驅(qū)動(dòng)智能探測(cè)器行走的環(huán)形片。
7.按權(quán)利要求1所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，所述的無(wú)損檢測(cè)單元為安裝在殼體上的電渦流傳感器。
8.按權(quán)利要求6所述的用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)航系統(tǒng)為帶有加速度計(jì)、電子羅盤和陀螺儀的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
9.一種用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: 1)將智能探測(cè)器放置在石油管道內(nèi)，智能探測(cè)器在流體的作用下沿石油管道行運(yùn)動(dòng)； 2)通過(guò)智能探測(cè)器中的無(wú)損檢測(cè)單元和導(dǎo)航系統(tǒng)，得到智能探測(cè)器在石油管道中的實(shí)時(shí)位置； 3)智能探測(cè)器在行走的過(guò)程中，同步采集石油管道內(nèi)的壓力信息和聲音信息； 4)通過(guò)上位機(jī)對(duì)所述壓力信息和聲音信息進(jìn)行處理分析，并結(jié)合步驟2)中的智能探測(cè)器在石油管道中的實(shí)時(shí)位置，得到石油管道泄漏點(diǎn)的位置和大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的裝置，包括上位機(jī)和沿石油管道運(yùn)動(dòng)的智能探測(cè)器；所述智能探測(cè)器包括殼體以及位于殼體內(nèi)的微處理器，還設(shè)有與所述微處理器連接的無(wú)線通信模塊，用于微處理器與上位機(jī)之間的無(wú)線通信；無(wú)損檢測(cè)單元，用于感應(yīng)石油管道的法蘭接口對(duì)智能探測(cè)器進(jìn)行初步定位；導(dǎo)航系統(tǒng)，用于對(duì)智能探測(cè)器在每節(jié)石油管道內(nèi)精確位置；壓力傳感器，用于收集石油管道內(nèi)的壓力信息；聲電換能器，用于收集石油管道內(nèi)的聲音信息。本發(fā)明還公開了一種用于海底石油管道泄漏檢測(cè)與定位的方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，采用聲音的頻域信號(hào)與壓力時(shí)域信號(hào)的異緣融合算法，泄漏點(diǎn)辨識(shí)的準(zhǔn)確性高，且能推斷出泄漏點(diǎn)的大小。
文檔編號(hào)F17D5/06GK103090193SQ20131000706
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者許超, 陳特歡, 劉恩東, 謝磊, 徐巍華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)