检测输油管道泄漏的球形内检测器

摘要

本发明公开了一种检测输油管道泄漏的球形内检测器。该检测器包括球形铝壳体及其外的聚氨酯泡沫层，铝壳体内设置电子器件，电子器件包括：ARM处理器；IMU惯性测量单元，该惯性测量单元内含数字三轴加速度计、磁力计、陀螺仪；A/D模数转换器；SDRAM内存；NAND Flash存储器；Micro SD存储卡；抗混叠低通滤波器；前置放大器；驻极体电容传声器；可充电锂电池及电源模块；连接排线。本发明的优点在于：检测灵敏度高，制备成本低，体积小，在管道中不易卡堵，功耗低，使用灵活，应用广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测输油管道泄漏的球形内检测器。属于检测管道泄漏的装置技 术领域。

背景技术

随着管道运输业的飞速发展，管线的增多，管龄的增长，管道本身的制造缺陷、 施工缺陷和腐蚀以及人为的破坏等，管道事故频频发生，给人们的生命、财产和生存 环境造成了巨大的威胁，因此，管道的腐蚀、裂纹等缺陷以及由缺陷引起的泄漏的及 时发现与定位具有重要的现实意义。

目前，国内外现有的检测管道的方法中主要有两类：一类是检测因泄漏而引起的 流量、压力、声音等物理参数发生变化的外部检测法，此类方法中应用较多的是负压 波检漏法。当管线破裂发生泄漏时，泄漏点压力突降产生的瞬态负压波沿管壁由泄漏 处向上、下游传播，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传 播速度，可以确定泄漏位置，再利用相关分析、小波变换、模式识别等数据处理方法， 可准确识别泄漏并精准定位。这种方法使用的主要的装置为压力变送器，对于大的泄 漏，负压波检漏法灵敏准确，但由于微小泄漏产生的负压波在长距离传输后衰减严重， 压力变送器对其不敏感，对于微小泄漏该方法效果不明显，经常出现漏报。

另一类是基于磁通、超声、涡流、录像等技术的管内检测法，管道内检测技术是 通过装有无损检测设备及数据采集、处理和存储系统的智能清管器在管道中运行，完 成对管体的逐级扫描，达到对缺陷大小、位置的检测目的。此类方法中应用较多的是 基于漏磁技术的管道漏磁检测装置(磁通管道猪)，文献“杨理践.智能化管道漏磁检 测装置的研究(J).无损检测，2002，24(3)：100-102”中所述的检测装置外观呈圆柱 状，长度在1.5m～3m，两端是橡胶皮碗，皮碗直径略大于被测管径，整个检测装置靠 管道内油的推力前进，在检测装置行进的过程中，装置内部的电子设备会记录被磁化 的管道表面的漏磁通，探测完成后对存储器中数据进行分析处理，可以判断管道内的 腐蚀、损伤等缺陷。该方法检测准确，精度较高，缺点是检测不同直径管道时需要更 换相应直径的管道内检测器，体积庞大，阻塞甚至损坏管道的风险大，而且检测成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测输油管道泄漏的球形内检测器，该球形内检测器体 积小、功耗低、成本低，具有检测灵敏度高、定位准确、不易堵塞和使用安全方便的 优点。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：一种检测输油管道泄漏的球形内检测器， 该球形内检测器，包括球形承压铝壳体5及铝壳体内的电子装置，球形承压铝壳之外 是聚氨酯泡沫层3，其上开设上大下小的锥形孔4，所述的球形承压铝壳体是由两个半 球铝壳体以子口对接并通过螺钉紧固构成，其特征在于：在其中一个半球铝壳体的半 球顶点处开设制有螺纹的连通孔2，与该连通孔密封配合的是密封头1，在该半球铝壳 体内，与壳体内壁上的凸台并以螺钉连接设置接口电路板7与核心电路板9，在接口电 路板上设置电子器件，电子器件包括Mini USB接口以及上电和断电机械开关、状态指 示灯；在核心电路板9上设置有ARM处理器13，与该处理器连接的电子器件是：IMU 惯性测量单元22、A/D模数转换器24、晶体振荡器17、USB接口12、SDRAM内存14、 NAND Flash存储器15和Micro SD存储卡16，其中在A/D模数转换器之前依次是抗混 叠低通滤波器23、前置放大器21和驻极体电容传声器20；接口电路板与核心电路板 通过6芯排线8实现电气连接；在另一个半球铝壳内设置有与铝壳内壁以螺钉连接的 电源电路板11，在该电路板上设置有可充电锂电池19及电源模块18；电源电路板通 过8芯排线10与另一半球铝壳内的核心电路板实现电气连接，并向整体电子装置供电。

本发明的优点：本装置在管道内滚动的过程中，其内设置的声音传感器与泄漏声源 距离近，因此可感测微小泄漏声信号，检测灵敏度高，在管道内检测时不发生卡堵现 象；装置内设置的基于MEMS技术的惯性测量单元，具有低成本、微功耗、体积小、使 用灵活；该装置不仅可应用于埋地输油管道，也可应用于海洋输油管道的腐蚀、裂纹 等缺陷以及由缺陷引起的泄漏的检测与定位，另外该装置还可搭载各种传感器，如温 度、压力等，绘制管道内温度、压力场分布，具有广泛的应用性。

附图说明

图1为本发明检测输油管道泄漏的球形内检测器的结构示意图。

图2为图1中的接口电路板7、核心电路板9和电源电路板11上的电子装置系统 框图。

图中：1-密封头；2-螺纹连通孔；3-聚氨酯泡沫层；4-锥形孔；5-球形承压铝壳 体；6-紧固螺钉；7-接口电路板；8-6芯排线；9-接口电路板；10-8芯排线；11-电源 电路板；12-USB接口；13-ARM处理器；14-SDRAM内存；15-NAND Flash存储器；16-Micro SD存储卡；17-晶体振荡器；18-电源模块；19-可充电锂电池；20-驻极体电容传声器； 21-前置放大器；22-惯性测量单元IMU；23-抗混叠滤波器；24-A/D模数转换器。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2对本发明作进一步说明。图1中5为该内检测器的球型承 压铝壳体，该壳体由两个半球铝壳体以子口对接并通过3～6个M4*5紧固螺钉6紧固 构成，在下半球铝壳上设置有放置O型密封圈的凹槽，两个半球铝壳间构成径向密封 方式，铝球壳外径Φ100mm，壁厚8mm，设计耐压≥5MPa；聚氨酯泡沫层3紧密贴合于 球形承压铝壳体上，该泡沫层厚度为30mm；聚氨酯泡沫层上开设锥形孔4，该锥形孔 大孔径Φ15mm，小孔径Φ10mm，开设这样的锥形孔8个；在上半球铝壳体的顶部开设 制有螺纹的连通孔2，该螺纹连通孔内螺纹为M16*15，与该连通孔密封配合的是密封 头1，该密封头外螺纹为M16*13，在该半球铝壳体内，与铝壳体内壁上的凸台并以3～ 6个M3*5螺钉连接接口电路板7与核心电路板9，在接口电路板上设置有Mini USB接 口、控制系统上电和断电的拨动式机械开关及多种颜色状态指示灯；在核心电路板9 上设置有ARM处理器15，该处理器为ARM9系列的S3C2440，主频为400MHz；与该处理 器连接的电子器件是：IMU惯性测量单元24，型号为ADIS16405，该测量单元内含基于 MEMS的三轴数字加速度计、陀螺仪与磁力计，它们通过SPI接口输出三维的数字加速 度、角速度及磁信号；A/D模数转换器26，型号为AD7934-6，设定采样率为44.1KHz； 晶体振荡器19，频率为12MHz；USB接口14，为标准的Mini USB接口；SDRAM内存16， 型号为MT48LC16M16A2，容量为64Mbit；NAND Flash存储器17，型号为K9F2G08U0A， 容量为256MB；Micro SD存储卡18，容量为4GB；其中在A/D模数转换器26之前依次 是抗混叠低通滤波器25，型号为MAX7424，该滤波器为5阶巴特沃斯低通滤波器，截 止频率设为22KHz；前置放大器23，型号为MAX9814，具有自动增益控制(AGC)及最 大60dB的增益；驻极体电容传声器22，型号为WM-61B，该传感器灵敏度为-35dB，频 响范围为20～20KHz；接口电路板7与核心电路板9通过6芯排线8实现电气连接；在 下半球铝壳内设置有电源电路板11，在该电路板上设置有3.7V可充电锂电池21，容 量为9.8Ah；电源模块20，该电源模块包括升压开关型DC-DC芯片NCP1450A，将3.7V 电池电压升至5V，输出能力1A，降压开关型DC-DC芯片NCP1550，将3.7V电池电压降 为3.3V，输出能力为2A。电源电路板11通过8芯排线10与上半球铝壳内的核心电路 板9实现电器连接，并向整体电子系统供电。

本发明可以应用于输油管道微泄漏检测，也可应用于检测管道的腐蚀与裂纹缺陷， 还可用于管道走向的确定，当本发明内加设温度、压力传感器后，还可用于测量海底 管道内的温度场和压力场分布。

本发明用于检测输油管道微泄漏的工作过程如下：首先在管道里程桩下方的管道 左右两侧埋设N、S极相对的强磁铁。然后利用接口电路板上的拨动机械开关对该检测 装置上电，系统上电后ARM处理器13先将Bootloader、Linux内核镜像从NAND Flas h存储器15中拷贝到SDRAM内存14中解压、启动，接着运行NAND Flash存储器15 中的应用程序，待接口电路板7上绿色状态指示灯闪烁，将密封头1旋入螺纹连通孔2 中拧紧，准备发射。利用清管器发球筒将该球形内检测器发射到输油管道内，所述的 清管器(pig)是现有的用于清洁管壁及监测管道内部状况的工具，在管道内油品的推 力作用下该球形内检测器在待监测管道内滚动，在这个过程中球形内检测器内的电子 装置采集并存储声音信号、加速度信号及磁信号，具体的：驻极体电容传声器20将采 集到的模拟声信号送至麦克风前置放大器21进行阻抗变换、信号放大，再将放大后的 信号送至抗混叠滤波器23进行滤波处理，滤波后的信号经过模数转换器24变为12位 的数字声音信号；同时基于MEMS的惯性测量单元(IMU)22，通过SPI协议输出该球 形内检测器滚动过程中的三维加速度信号及其周围的磁信号，数字声音信号和IMU输 出的加速度信号及磁信号按照一定的时序传输到ARM处理器13，ARM处理器将这些采 集到的数据先缓存到SDRAM内存14中，再将数据存储至Micro SD存储卡16中；检测 完毕后，从末端清管器收球筒内取出上述球形内检测器，将USB线缆通过Mini USB接 口12连接至计算机，ARM处理器13将存储于Micro SD存储卡16中的数据传输到计算 机中，利用上位机软件对采集的多传感器数据进行分析、处理，确定泄漏的存在及其 位置。