金属管道腐蚀缺陷全数字化三维漏磁信号采集系统

摘要

本发明是一种金属管道腐蚀缺陷全数字化三维漏磁信号采集系统，涉及测量磁变量、厚度线性尺寸的测量及管道系统技术领域。它由多个传感器、多路模拟开关、A/D、MCU、RS-485组成；多个传感器输出接多路模拟开关的输入，多路模拟开关输出接A/D的输入，A/D的输出接MCU的输入，MCU的输出接RS-485；多个传感器将采集到的三维空间向量上的漏磁场信号经多路模拟开关以串行方式传递给A/D，转换成数字信号后，由SPI传递给主控板MCU进行数据的处理和存储，结果由RS-485发出。本发明的系统较为简单，可靠性高，可维护性好。

说明书

技术领域

本发明是一种金属管道腐蚀缺陷全数字化三维漏磁信号采集系统，涉及测 量磁变量、厚度线性尺寸的测量及管道系统技术领域。

背景技术

目前，漏磁信号检测是对金属管道进行在役腐蚀缺陷检测的经济而有效的 手段，广泛用于石油、天然气等管道的腐蚀缺陷检测。但当前国内的漏磁检测 都是基于一维的检测技术，且都是采用模拟信号传输方式，有着固有的局限性。 三维漏磁检测技术相比于一维漏磁检测技术，有着明显的优势，能够更全面地 反映管道运行状态，甚至能够检出一维漏磁检测技术所无法检出的缺陷。在三 维漏磁信号检测技术中，由于通道数众多，如果采用传统的模拟信号传输方式， 必然会带来大量的连接线，使得系统臃肿庞大，可靠性和可维护性都大大降低。

2007年3月4日公告的CN1928543A公开了一种基于霍尔传感器阵列的钢丝 绳无损检测方法及装置，它是由永磁励磁机构、霍尔传感器阵列、CMOS模拟开关、 光电编码器、传感器探头、数据采集处理器和计算机组成。《计算机测量与控制》 第12卷第2期刊登的“海底输油管道缺陷漏磁检测信号采集与处理系统设计” 的系统由传感器阵列、多路模拟开关、A/D、数字信号处理部分组成。该两技术 虽能测出钢丝绳或海底输油管道的缺陷，但其测得的信号是一维的，也就是说， 不能测到全面的缺陷，仍有很大局限性。

发明内容

本发明的目的是发明一种系统较为简单、可靠性高和可维护性好的金属管 道腐蚀缺陷全数字化三维漏磁信号采集系统。

为了克服一维漏磁信号检测技术在管道缺陷检测方面的不足，本发明提出 了一种三维漏磁信号检测技术方案，能够比一维漏磁检测技术获取更多的关于 管道缺陷方面的信息。在此方案中，为了降低连接线的数量，增强系统可靠性 和可维护性，该三维漏磁信号检测技术采用了全数字化的信号传输方案。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：探头模块将采集到的三维空 间向量上的漏磁场信号就地转换成数字信号，并通过高速的串行通信方式传递 给主控板进行数据的处理和存储。在检测结束时，PC机通过USB总线将存储在 主控板上的检测结果读取到计算机中，进行数据分析。

本发明的构成见图1，它由多个传感器、多路模拟开关、A/D、MCU、RS-485 组成。多个传感器输出接多路模拟开关的输入，多路模拟开关输出接A/D的输 入，A/D的输出接MCU的输入，MCU的输出接RS-485。

多个传感器将采集到的三维空间向量上的漏磁场信号经多路模拟开关以串 行方式传递给A/D，转换成数字信号后，由SPI传递给主控板MCU进行数据的处 理和存储，结果由RS-485发出。

本发明的电原理图见图2，探头模块U1-U12的1脚相连后接A/D U15的1 脚Vcc及RS-485电平转换器U16的8脚Vcc；探头模块U1-U12的2脚相连后接 地；探头模块U1-U12的3脚分别接多路模拟开关U13的19脚、20脚、21脚、 22脚、23脚、24脚、25脚、26脚、11脚、10脚、9脚、8脚；多路模拟开关 U13的1脚接A/D U15的1脚Vcc，多路模拟开关U13的18脚、14脚、15脚、 16脚、17脚分别接MCU U14的12脚、13脚、14脚、15脚、16脚，多路模拟 开关U13的12脚和27脚接地，MCU U14的1脚、2脚、4脚接地；A/D U15的6 脚、5脚、4脚分别接MCU U14的29脚、31脚、32脚，2脚接地，3脚接多路模 拟开关U13的28脚；RS-485电平转换器U16的4脚、3、2脚、1脚分别接MCU U14的28脚、26脚、27脚，5脚接地。

其中：

U1-U12为探头模块815；

U13为多路模拟开关，选用ADG702；

U14为MCU，选用C8051F903；

U15为A/D选用AD7476；

U16为RS-485电平转换器，选用ADM4583。

本发明的系统不像已有技术那样臃肿庞大，较为简单，可靠性高，可维护性 好。

附图说明

图1三维漏磁信号采集系统原理框图

图2三维漏磁信号采集系统电原理图

具体实施方式

实施例.本例的构成见图1，它由12个传感器、多路模拟开关、A/D、MCU、 RS-485组成。12个传感器输出接多路模拟开关的输入，多路模拟开关输出接A/D 的输入，A/D的输出接MCU的输入，MCU的输出接RS-485。

本例的电原理图见图2，探头模块U1-U12的1脚相连后接A/D U15的1脚 Vcc及RS-485电平转换器U16的8脚Vcc；探头模块U1-U12的2脚相连后接地； 探头模块U1-U12的3脚分别接多路模拟开关U13的19脚、20脚、21脚、22 脚、23脚、24脚、25脚、26脚、11脚、10脚、9脚、8脚；多路模拟开关U13 的1脚接A/D U15的1脚Vcc，多路模拟开关U13的18脚、14脚、15脚、16 脚、17脚分别接MCU U14的12脚、13脚、14脚、15脚、16脚，多路模拟开关 U13的12脚和27脚接地，MCU U14的1脚、2脚、4脚接地；A/D U15的6脚、 5脚、4脚分别接MCU U14的29脚、31脚、32脚，2脚接地，3脚接多路模拟开 关U13的28脚；RS-485电平转换器U16的4脚、3、2脚、1脚分别接MCU U14 的28脚、26脚、27脚，5脚接地。

其中：

探头模块U1-U12选815；

多路模拟开关U13选用ADG702；

A/D U15选用AD7476

MCU U14选用C8051F903；

RS-485电平转换器U16选用ADM4583。

本例中，每个探头模块内共有12个霍尔传感器，分为4组，每组3个，分 别用于检测某个位置的径向、周向和轴向的三维空间向量上的漏磁场信号。12 路传感器的信号在经过一个多路模拟开关后，依次进入1个12位的A/D采样芯 片进行采样，采样结果被微控制器通过SPI总线获取。微控制器再将采样结果 经由高速的RS-485总线，依次发送给主控板。

每个探头模块与主控板之间有4根连接线：+5V电源线、地线以及RS-485 的A、B信号线。如果采用传统的模拟信号传输方式的话则需要至少13根连接 线。

在图2中，每个探头模块都独立、并行地与主控板进行通讯，以提高系统 的信号采样和数据传输速度。探头模块与主控板之间的RS-485通讯速率为 6.125Mbps。主控板将各探头模块传输过来的采样数据存入NAND FLASH存储器， 在采样过程结束后，再通过USB总线发送到计算机，供数据分析软件进行金属 试件的缺陷分析。

本例经试验，较为简单，可靠性高，可维护性好。