專利名稱：油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器里程測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)中，確定缺陷在管道中具體位置的油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器里程測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器是油氣長輸管道缺陷在線監(jiān)測的主要儀器，它在油壓(或氣壓)推動下在長輸管道內(nèi)自行前進，所攜帶的磁鐵裝置對經(jīng)過的管道進行磁化，當(dāng)管道存在因腐蝕或機械損傷存在缺陷時，在缺陷處將會產(chǎn)生漏磁場，檢測并分析缺陷漏磁場，能得到管道缺陷大小。對于管道缺陷檢測，不但要知道缺陷大小，而且還需知道缺陷在管道的具體位置，以便為管道的維護提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。管道缺陷位置確定常采用在管道漏磁內(nèi)檢測器上安裝里程輪的辦法來實現(xiàn)，當(dāng)管道漏磁內(nèi)檢測器在管道內(nèi)運行時，里程輪緊貼管道內(nèi)壁隨漏磁內(nèi)檢測器的運行而滾動，通過記錄里程輪滾過的角度就可以計算出漏磁檢測器運行的距離，結(jié)合沿管道測得的漏磁信號就能計算出缺陷沿管道的位置分布。針對里程輪對里程記錄方式的文獻檢索表明較早里程記錄方式是在里程輪的輪子上安裝一塊永磁體，在輪子的支撐臂上安裝磁性彈簧片，當(dāng)里程輪滾動帶動永磁體經(jīng)過支撐臂上的磁性彈簧片時，在磁力的作用下，彈簧片閉合從而接通開關(guān)電路，使開關(guān)電路產(chǎn)生一相應(yīng)的脈沖電信號，記錄的脈沖電信號數(shù)量即是里程輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，里程輪的圈數(shù)乘上里程輪的周長即為漏磁檢測器的里程數(shù)(美國專利us3732625、us3862497、us5205048、 us5088336)。但這種磁性彈簧片存在接觸不可靠、精度低的問題，隨著霍爾磁開關(guān)傳感器的出現(xiàn)，人們采用霍爾磁開關(guān)傳感器代替磁性彈簧片，同時為提高里程測量精度，在里程輪的輪子上安裝更多數(shù)量的永磁體，使里程輪轉(zhuǎn)過較小角度就產(chǎn)生一個脈沖，而不是轉(zhuǎn)過一圈(中國專利200610025468.1、論文S. Sadovnychiy, J. Lopez, Improvement of Pipeline Odometer System Accuracy,Canadian International Petroleum Conference, Jun 7 - 9，2005 2005, Calgary, Alberta)?；魻柎砰_關(guān)傳感器的應(yīng)用盡管提高了里程測量精度，但是仍存在以下不足一方面霍爾磁開關(guān)傳感器工作需要驅(qū)動電源，檢測上千公里的長輸管道時需配置足夠的電源，另外由于漏磁內(nèi)檢測器對管道的磁化為近飽和磁化， 磁化后的管道表面附近有較強的、相對穩(wěn)定的剩磁場，該剩磁場作用在霍爾開關(guān)傳感器上， 將影響傳感器的測量精度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了確定管道缺陷檢測中缺陷在管道的具體位置，以便為管道的維護提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，特別提供一種油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器里程測量裝置和方法。本發(fā)明利用電磁感應(yīng)原理，以帶鐵芯的多匝線圈為感應(yīng)裝置，將里程輪上永磁體轉(zhuǎn)動形成的磁場變化變換為線圈輸出電動勢的變化，通過分析電動勢的變化獲得里程輪的里程信息。該方法線圈感應(yīng)裝置無需供電，同時克服了管道表面剩磁場的影響。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器里程測量裝置，包括輪子系統(tǒng)、輪子支撐裝置、探頭裝置、里程輪固定裝置、拉伸彈簧、信號分析裝置。其結(jié)構(gòu)特征是輪子系統(tǒng)安裝在輪子支撐裝置的中心軸3上，用卡簧6固定；輪子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動輪4、滾動軸承5和小磁鐵13，滾動軸承5按過盈配合關(guān)系安裝在轉(zhuǎn)動輪4內(nèi)， 在轉(zhuǎn)動輪4邊緣處沿圓周等距離安裝12個小磁鐵13，每相鄰兩磁鐵間極性相反，安裝好的輪子系統(tǒng)用過盈配合關(guān)系安裝在輪子支撐裝置的中心軸3上，轉(zhuǎn)動輪4材料為非導(dǎo)磁性材料；輪子支撐裝置包括中心軸3、支撐臂I、第一鎖緊螺母2，中心軸3與支撐臂I用螺紋連接，并用第一鎖緊螺母2鎖緊；探頭裝置包括探頭臂10、鐵芯8、多匝線圈7、第二鎖緊螺母
9、第一緊固螺釘11、墊片12，多匝線圈7纏繞在鐵芯8 一端并用絕緣漆固定，多匝線圈7的輸出端用導(dǎo)線17與信號分析裝置18連接，纏好多匝線圈7的鐵芯8用第二鎖緊螺母9固定在探頭臂10上，探頭臂10、墊片12用第一緊固螺釘11與輪子裝置的支撐臂I緊固連接， 探頭臂10所用材料為非導(dǎo)磁性材料；里程輪固定裝置14與輪子支撐裝置是轉(zhuǎn)動連接，并用第二緊固螺釘15固定在里程節(jié)上；拉伸彈簧16安裝在輪子支撐裝置和里程輪固定裝置14 之間，將兩裝置連接在一起；信號分析裝置18安裝在里程節(jié)內(nèi)部，信號分析裝置18包括模擬多路開關(guān)21、信號調(diào)理電路19、故障檢測電路20、比較器電路22、整形電路23、微處理器 24和顯示器25。四路里程信號線與信號調(diào)理電路19連接，調(diào)理后的輸出信號一方面送至模擬多路開關(guān)21，另一方面送至故障檢測電路20。故障檢測電路20采樣調(diào)理后的里程信號，送入微處理器24判斷里程輪是否打滑。微處理器24控制模擬多路開關(guān)21選擇一路不打滑的里程信號送入比較器電路22生成方波信號，通過整形電路23整形成脈沖信號，送入微處理器24計數(shù)，對脈沖信號進行處理生成數(shù)字信號，運算生成最終里程數(shù)并送至顯示器 25進行顯示油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器里程測量方法先將管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器安裝在管道內(nèi)運行，輪子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動輪與管道內(nèi)壁接觸并轉(zhuǎn)動，小磁鐵與轉(zhuǎn)動輪一起轉(zhuǎn)動并與探頭裝置中的多匝線圈形成相對運動，使多匝線圈中磁感應(yīng)強度產(chǎn)生正弦周期變化，多匝線圈產(chǎn)生與磁感應(yīng)強度成相應(yīng)周期變化的感生電動勢，則該電動勢隨里程變化而變化，再將該電動勢送入信號分析裝置，信號分析裝置按以下步驟進行里程信號的分析與處理
(1)由信號調(diào)理電路對輸入里程信號進行濾波、放大等預(yù)處理；
(2)由微處理器控制模擬多路開關(guān)，選擇一路里程信號進行分析處理；
(3)故障檢測電路用于里程輪打滑處理。當(dāng)某一里程輪打滑時，多匝線圈電動勢輸出值為0，故障檢測電路采樣值連續(xù)為0，微處理器通過判斷確定出打滑的里程輪通道，控制模擬多路開關(guān)切換通道，轉(zhuǎn)入對下一路里程信號的處理，同時判斷下一路里程信號是否為打滑信號，最終將不打滑的里程信號輸入處理；
(4)調(diào)理后的信號送入比較器電路，生成高低電平信號。設(shè)電動勢幅值為A，取±3A/4 作為閾值，當(dāng)多匝線圈電動勢輸出值達到+3A/4時，比較器電路輸出高電平；當(dāng)多匝線圈電動勢輸出值達到一3A/4時，比較器電路輸出低電平，則每一高、低電平分別代表兩小磁鐵之間間距；
(5)將高低電平信號送入整形電路，生成相應(yīng)的測量脈沖信號；
(6)由微處理器內(nèi)部的定時計數(shù)器對脈沖信號計數(shù)，將統(tǒng)計的脈沖數(shù)乘以小磁鐵的間距，得到里程輪記錄的里程數(shù)；(7)微處理器運算生成的里程數(shù)送往顯示器進行顯示。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用電磁感應(yīng)原理，采用多匝線圈檢測里程信號，無需對線圈供電，提高了里程測量時間和長度，特別適合長距離輸油管道缺陷內(nèi)檢測器的里程測量，同時減少了管道剩磁對里程測量精度的干擾。


圖I為本發(fā)明里程輪裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明里程輪裝置主視圖。圖3為本發(fā)明里程測量裝置在管道內(nèi)的裝配圖。 圖4為本里程測量裝置中里程信號處理過程示意圖。圖5本里程測量裝置里程測量原理示意圖。圖中1、支撐臂，2、第一鎖緊螺母，3、中心軸，4、轉(zhuǎn)動輪，5、滾動軸承，6、卡簧，7、多匝線圈，8、鐵芯，9、第二鎖緊螺母，10、探頭臂，11、第一緊固螺釘，12、墊片，13、小磁鐵，14、 里程輪固定裝置，15、第二緊固螺釘，16、拉伸彈簧，17、導(dǎo)線，18、信號分析裝置，19、信號調(diào)理電路，20、故障檢測電路，21、模擬多路開關(guān)，22、比較器電路，23、整形電路，24、微處理器， 25、顯示器。a、磁感應(yīng)強度變化曲線，b、感生電動勢變化曲線，c、輸出電平，d、輸出脈沖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步詳細說明。本發(fā)明里程輪裝置如圖I、圖2和圖3所示，首先將滾動軸承5、小磁鐵13安裝在轉(zhuǎn)動輪4里，12個小磁鐵沿圓周均勻分布，同時每相鄰兩小磁鐵按極性相反排列，以便形成磁回路。將裝好小磁鐵和滾動軸承的轉(zhuǎn)動輪用卡簧6定位在中心軸3上，支撐臂I由第一鎖緊螺母2固定在中心軸3的螺紋端。多匝線圈7按螺旋方式纏繞在鐵芯8的一端并由第二鎖緊螺母9固定在探頭臂10上，再將探頭臂10、調(diào)整墊片12用第一緊固螺釘11固定在支撐臂I上，通過調(diào)節(jié)墊片12來調(diào)節(jié)多匝線圈7與小磁鐵13的間隙大小。將調(diào)整好的里程輪安裝在里程輪固定裝置14上，拉伸彈簧16連接在里程輪固定裝置14和支撐臂I之間， 其彈簧力使轉(zhuǎn)動輪4始終與被測管道緊密接觸。里程輪固定裝置14由第二緊固螺釘15固定在里程節(jié)上。然后將攜帶里程節(jié)的管道缺陷內(nèi)檢測器放入管道運行，多匝線圈(7)與小磁鐵(13)則會以速度V產(chǎn)生相對運動，如圖5軸I所示，相對運動引起多匝線圈(7)中的磁感應(yīng)強度變化曲線(a)如圖5軸2所示，產(chǎn)生的感生電動勢變化曲線(b)如圖5軸3所示， 多匝線圈7產(chǎn)生的電動勢信號由導(dǎo)線17輸入信號分析裝置18中，在信號分析裝置18中， 信號調(diào)理電路19對信號進行濾波放大處理后，分送至故障檢測電路20和模擬多路開關(guān)21。 首先由故障檢測電路20判斷是否有通道打滑，將采樣信號送至微處理器24判斷打滑。由微處理器24控制模擬多路開關(guān)21選通四路里程信號中不打滑的一路作為輸入信號。將輸入信號送入比較器電路22，將正弦信號變換為高低電平輸出，如圖5軸4所示。再經(jīng)整形電路23整形為可計數(shù)的脈沖信號，如圖5軸5所示，將脈沖信號送入微處理器24中。微處理器24內(nèi)部的定時計數(shù)器對脈沖計數(shù)，將所計脈沖數(shù)乘上小磁鐵間距，計算得出里程數(shù)。顯示器25顯示最終里 程數(shù)。
權(quán)利要求
1.油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器里程測量裝置，包括輪子系統(tǒng)、輪子支撐裝置、探頭裝置、里程輪固定裝置、拉伸彈簧和信號分析裝置，其特征是輪子系統(tǒng)安裝在輪子支撐裝置的中心軸(3 )上，用卡簧(6 )固定；輪子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動輪(4 )、滾動軸承(5 )和小磁鐵(13)，滾動軸承(5)按過盈配合關(guān)系安裝在轉(zhuǎn)動輪(4)內(nèi)，在轉(zhuǎn)動輪(4)邊緣處沿圓周等距離安裝12個小磁鐵(13)，每相鄰兩磁鐵間極性相反，安裝好的輪子系統(tǒng)用過盈配合關(guān)系安裝在輪子支撐裝置的中心軸(3)上，轉(zhuǎn)動輪(4)材料為非導(dǎo)磁性材料；輪子支撐裝置包括中心軸(3)、支撐臂(I)、第一鎖緊螺母(2)，中心軸(3)與支撐臂(I)用螺紋連接，并用第一鎖緊螺母(2)鎖緊；探頭裝置包括探頭臂(10)、鐵芯(8)、多匝線圈(7)、第二鎖緊螺母(9)、第一緊固螺釘(11)、墊片(12)，多匝線圈(7)纏繞在鐵芯(8) —端并用絕緣漆固定，多匝線圈(7)的輸出端用導(dǎo)線(17)與信號分析裝置(18)連接，纏好多匝線圈(7)的鐵芯(8)用第二鎖緊螺母(9)固定在探頭臂(10)上，探頭臂(10)、墊片(12)用第一緊固螺釘(11)與輪子支撐裝置的支撐臂(I)緊固連接，探頭臂(10)所用材料為非導(dǎo)磁性材料；里程輪固定裝置(14)與輪子支撐裝置是轉(zhuǎn)動連接，并用第二緊固螺釘(15)固定在里程節(jié)上；拉伸彈簧(16)安裝在輪子支撐裝置和里程輪固定裝置(14)之間，將兩裝置連接在一起；信號分析裝置(18)安裝在里程節(jié)內(nèi)部，信號分析裝置(18)包括模擬多路開關(guān)(21)、信號調(diào)理電路(19)、故障檢測電路(20)、比較器電路(22)、整形電路(23)、微處理器(24)和顯示器(25)。
2.一種如權(quán)利要求I所述里程測量裝置的測量方法，其特征是先將管道缺陷漏磁內(nèi)檢測器安裝在管道內(nèi)運行，輪子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動輪(4)與管道內(nèi)壁接觸并轉(zhuǎn)動，小磁鐵(13)與轉(zhuǎn)動輪(4) 一起轉(zhuǎn)動并與探頭裝置中的多匝線圈(7)形成相對運動，多匝線圈(7)中磁感應(yīng)強度成正弦周期變化，產(chǎn)生的感生電動勢做相應(yīng)的周期變化，設(shè)電動勢幅值為A，取±3A/4作為閾值，當(dāng)多匝線圈(7)電動勢輸出值達到+3A/4時，比較器電路(22)輸出高電平，當(dāng)多匝線圈⑵電動勢輸出值達到一3A/4時，比較器電路(22)輸出低電平，則每一高、低電平分別代表兩小磁鐵(13)之間間距；若某一轉(zhuǎn)動輪(4)出現(xiàn)打滑時，多匝線圈(7)電動勢輸出值為0，故障檢測電路(20)采樣值連續(xù)為0，微處理器(24)收到該信號并判斷打滑，通過模擬多路開關(guān)(21)切換通道，轉(zhuǎn)入對下一路里程信號的處理，判斷下一路里程信號是否為打滑信號，最終將不打滑的一路里程信號輸入信號計數(shù)，將統(tǒng)計的脈沖數(shù)乘以小磁鐵(13)的間距，就得到了里程輪記錄的里程數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)中，確定缺陷在管道的具體位置的油氣管道缺陷內(nèi)檢測器里程測量裝置與方法。它能確定缺陷在管道的具體位置，以便為管道維護提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。其技術(shù)方案輪子系統(tǒng)的滾動軸承安裝在轉(zhuǎn)動輪內(nèi)，在轉(zhuǎn)動輪邊緣安裝小磁鐵，再將輪子系統(tǒng)安裝在輪子支撐裝置的中心軸上；輪子支撐裝置的中心軸與支撐臂用螺紋連接，用鎖緊螺母鎖緊。探頭裝置的探頭臂用緊固螺釘與支撐臂連接，里程輪固定裝置與輪子支撐裝置連接并固定在里程節(jié)上；拉伸彈簧安裝在輪子支撐裝置和里程輪固定裝置間，信號分析裝置安裝在里程節(jié)內(nèi)部，對里程信號進行分析、處理、計算。本發(fā)明提高了里程測量時間和長度，減少了管道剩磁對里程測量精度的干擾。
文檔編號G01N27/82GK102621218SQ20121006753
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者代冰, 周永乾, 唐東林, 王鵬, 賴欣 申請人:西南石油大學(xué)