输油管道球形内检测器泄漏检测系统的设计与研制

摘要

石油作为21世纪的主要能源，影响着人们生活的方方面面，其输送依靠架设在两地之间的输油管道。然而输油管道泄漏事故时常发生，不仅污染生态环境、造成巨大的经济损失，而且还可能引起安全事故。因此，研究输油管道泄漏检测方法，具有重要的现实意义。
　　国内外学者很早便开始对输油管道泄漏检测进行研究，也得出了许多有效的检测方法。然而，这些方法仅能识别较大泄漏，对微小泄漏无能为力。实际管道泄漏多为腐蚀造成的微小泄漏，鉴于此，本课题组提出一种球形的管道内检测器。该检测器在管道中依靠介质的前后压力差推动前进，搭载多个传感器，记录沿途信号，从终点处将检测器取出对信号进行分析，从而确定泄漏是否发生以及对泄漏点定位。本文旨在设计出这样一种检测器。
　　为了使得检测器能顺利通过整个管道，本文先对检测器在管道中竖直管段的通过性进行了研究，得到了检测器的通过性与检测器的外径以及流速之间的关系。为了使得检测器有良好的密封性及耐压性等性能，对检测器的机械结构进行了设计，包括检测器内部整体布局、外径及壁厚仿真设计、各连接处的密封性设计。硬件电路方面采用ARM作为核心板，对各传感器采集的信号进行处理与存储，包括电源模块、微小信号调理模块、多种数据采集存储模块以及与上位机通讯的接口模块的设计。软件平台设计包括Linux系统下ADC，LED等驱动程序的编写与调试以及下位机应用程序的设计与调试。应用程序采用多线程编程方式，实现多个传感器同步采集存储，以及各传感器、电池电量开机自检等功能。最后，用实验管道对该检测系统进行了验证，结果表明，检测器能够顺利通过竖直实验管道，能够采集到稳定有用的信息，从而论证了设计的合理性。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2管道泄漏检测技术的国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 检测器安全通过性研究及机械结构设计

2.1检测器安全通过性研究

2.2检测器整体布局

2.3外径及壁厚设计

2.4密封设计

2.5本章小结

第三章 检测器硬件电路设计

3.1处理器及存储模块

3.2各传感器的信号调理及模数转换模块

3.3电源模块设计

3.4接口模块及转接模块的设计

3.5本章小结

第四章 检测器软件平台设计

4.1 Linux操作系统移植

4.2驱动程序编写

4.3应用程序编写

4.4本章小结

第五章 实验数据与分析

5.1实验室模拟实验

5.2现场模拟实验

5.3本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢