管道智能检测装置里程系统的研究与设计

摘要

随着输油管道的增多和管道铺设距离的增长，油气管道在各种复杂、恶劣的环境状况下易产生裂纹、蚀坑、管壁变薄等现象等，带来重大安全隐患和经济损失，因而开展长输管道的内部缺陷检测十分必要。腐蚀缺陷的准确定位是管道内检测的关键技术，而精确的里程测量则是腐蚀缺陷准确定位的重要保证。目前，对管道的里程测量仍然缺乏系统的、高精度的检测装置。尤其是在微小缺陷的检测系统中要求对管道的里程测量必须精确和准确。因此，设计一种具有强抗干扰性、实时检测的、高精度的里程系统具有重要的现实意义。
　　鉴于现有的管道里程测量系统各方面的不足，本文提出一种新型设计方案，主要内容共三方面:
　　第一，针对原有里程测量系统设计不全面、不规范的问题，提出一套完整的硬件设计方案，从数据采集、传输到处理和存储。采用了新型霍尔传感器模块结合FPGA中央处理器，完成了里程数据的完整高效处理。传感器输出脉冲电信号;电信号经信号调理模块进行滤波、放大后，送入A/D转换模块。A/D转换模块在FPGA中央处理单元中的时序控制模块的控制下，实现模数转换，转换后的数字信号送入FPGA中央处理单元;
　　第二，针对管道中实时采集的里程数据可能带有杂波干扰的问题，提出了一种二次滤波方法，这种方法基于FPGA，并结合了MATLAB设计滤波系数，对里程信号实现了完美二次滤波。经FIR滤波器模块二次滤波后，使数字信号完美去除环境杂波干扰，同时剔除上限截止频率;
　　第三，针对里程系统算法处理单一的问题，基于FPGA创新性的设计了三大算法模块:里程轮异常判断模块、基于BP神经网络的管道弯道判断模块和里程信号智能优选算法模块。滤波后的信号分别送里程轮异常判断模块和基于BP神经网络的管道弯道判断模块，在里程信号智能优选模块中经智能优选算法，确保输出最优里程脉冲。最后研究了一种里程数据校正算法，保证数据可靠性。
　　本系统集数据采集、数据处理和存储校正等多功能于一身，通过理论研究和仿真实验证明，管道里程测量的智能处理方法能有效、及时、高精度的实现里程测量，具有一定的实际意义。随着研究深入，定能发挥更大作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 管道里程检测技术发展概况

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展概况

1．3 里程检测技术发展总结

1．4 管道智能检测装置里程系统检测技术难点

1．5 本文主要研究内容

第2章 里程测量装置总体结构设计

2．1 系统总体结构框图

2．2 里程测量装置的结构设计

2．2．1 管道内检测器整体结构介绍

2．2．2 里程轮脉冲传感器的工作原理介绍

2．3 系统硬件电路结构设计

2．3．1 信号调理模块的电路设计

2．3．2 A／D转换模块与FPGA的接口电路设计

2．3．3 FPGA中央处理器的介绍

2．3．4 数据采集与传输模块的设计

2．3．5 数据存储模块的设计

2．4 本章小结

第3章 基于FPGA的FIR滤波器的研究与设计

3．1 基于MATLAB的FIR滤波器参数设计

3．1．1 FIR滤波器的设计意义

3．1．2 FIR滤波器

3．1．3 滤波器参数设计

3．2 基于分布式算法和FPGA的FIR滤波器设计

3．2．1 分布式算法基本思想

3．2．2 基于FPGA的FIR滤波器设计

3．3 本章小结

第4章 里程测量智能算法的研究与设计

4．1 整体设计

4．1．1 基本结构

4．1．2 工作原理

4．2 里程轮异常判断模块的设计

4．2．1 异常现象

4．2．2 异常判断方法设计

4．2．3 流程设计与分析

4．2．4 仿真分析

4．3 基于BP神经网络的管道弯道判断模块的设计

4．3．1 神经网络

4．3．2 管道弯道判断方法

4．3．3 BP神经网络的FPGA设计

4．4 里程信号智能优选算法模块的研究与设计

4．4．1 异常时的切换时间

4．4．2 转弯时的可信度

4．4．3 管壁内侧里程轮的判断方法

4．4．4 流程设计与分析

4．4．5 仿真与分析

4．5 里程校正算法的研究与设计

4．5．1 算法相关参数调用

4．5．2 里程校正算法

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研情况