一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，包括主体支架、可伸缩支撑臂、液压工作缸、发射探头阵列、接收探头阵列、主控计算机、检测控制电路及滚轮装置，主体支架前后设置有第一固定杆和第二固定杆，四个滚轮装置分别安装在第一固定杆或第二固定杆两侧的卡槽上，至少两个可伸缩支撑臂的一端分别安装在第一固定杆或第二固定杆两侧的卡槽上，另一端用于分别支撑连接两个水平放置的液压工作缸，两个液压工作缸上还分别安装有靠近PCCP管内壁的发射探头阵列和接收探头阵列，主控计算机与检测控制电路电连接，检测控制电路分别与发射探头阵列和接收探头阵列电连接。本机器人可以提高PCCP管道钢丝断丝检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人
本专利技术属于PCCP管道钢丝断丝检测领域，尤其涉及一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人。
技术介绍
PCCP管道结构如图1所示，由内到外共有五层结构，分别为混凝土层、钢筒层、混凝土层、钢丝层和砂浆层。PCCP管道爆炸事故多是由于环向预应力钢丝在使用环境各种因素长期作用下产生钢筋锈蚀继而陆续发生断裂，导致管壁抗压强度下降，直至引发爆管。通过远场涡流可以探测PCCP管道钢丝断丝数目和大致断丝区间位置。远场涡流效应原理如图2所示。探测装置由激励线圈和检测线圈构成，激励线圈和检测线圈相距约2～3倍管内径长度。激励线圈通以低频交流电，产生磁场，检测线圈用以接收发自激励线圈的磁场、涡流信号，利用接收到的信号能有效判断出金属管道内外壁缺陷和管壁的厚薄情况。如图3所示，随着两线圈间距的增大，检测线圈感应电压的幅值开始急剧下降，然后逐渐变缓，并且相位存在跃变。通常把信号幅值急剧下降后变化趋缓而相位发生跃变之后的区域称为远场区，信号幅值急剧下降区域称为近场区，近场区与远场区之间的相位发生较大跃变的区域称为过渡区。远场涡流的能量耦合可能存在两种方式：一种是在管道内部与激励线圈直接耦合，另一种是通过管壁与激励线圈间接耦合。近场区直接耦合占优势，远场区间接耦合占优势。
技术实现思路
为了提高PCCP管道钢丝断丝检测效率，本专利技术提出了一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，包括主体支架、可伸缩支撑臂、液压工作缸、发射探头阵列、接收探头阵列、主控计算机、检测控制电路及滚轮装置，所述主体支架前后设置有第一固定杆和第二固定杆，四个所述滚轮装置分别安装在所述第一固定杆和所述第二固定杆两侧的卡槽上，至少两个所述可伸缩支撑臂的一端分别安装在所述第一固定杆或所述第二固定杆两侧的卡槽上，另一端用于分别支撑连接两个水平放置的所述液压工作缸，两个所述液压工作缸上还分别安装有靠近PCCP管内壁的所述发射探头阵列和所述接收探头阵列，所述主控计算机与所述检测控制电路电连接，所述检测控制电路安装在所述主体支架上方，分别与所述发射探头阵列和所述接收探头阵列电连接。优选的，所述检测控制电路包括信号源、锁相放大器、低噪声放大器、低频功率放大器，所述接收探头阵列依次与所述低噪声放大器、锁相放大器、信号源、低频功率放大器和所述发射探头阵列电连接。优选的，两个所述液压工作缸的活塞杆上还安装有与所述检测控制电路电连接的超声波传感器，和/或其中一个所述滚轮装置上安装有与所述检测控制电路电连接的转速传感器，和/或所述检测控制电路的底部还安装有与所述检测控制电路电连接的陀螺仪。优选的，所述检测控制电路还包括发射通道选择模块和接收通道选择模块，所述发射探头阵列包括若干发射探头，所述接收探头阵列包括若干接收探头，所述低噪声放大器包括若干低噪放模块，所述低频功率放大器包括若干功率放大模块，所述信号源依次与所述发射通道选择模块、功率放大模块、发射探头和所述主控计算机连接，所述主控计算机依次与所述接收探头、低噪放模块、接收通道选择模块和所述锁相放大器连接，所述主控计算机逻辑控制所述发射通道选择模块和所述接收通道选择模块。优选的，所述信号源包括RC振荡电路、选频网络和电压放大电路，所述RC振荡电路、选频网络和所述电压放大电路依次连接，所述电压放大电路将输出的低频正弦波发送给所述低频功率放大器和所述锁相放大器。优选的，所述锁相放大器包括噪声分压电路、信号分压电路、加法器、微控制器、移相电路、方波驱动电路、前置放大模块、带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器和直流放大电路，所述低噪声放大器依次与所述噪声分压电路和所述加法器连接，所述信号源与所述加法器连接，所述信号电压与所述加法器连接，所述前置放大模块选择连通所述加法器和所述信号分压器，所述前置放大器依次与所述带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器、直流放大电路和所述微控制器形成闭环回路，所述直流放大电路还与所述主控计算机连接，所述信号源还依次与所述移相电路、方波驱动电路和所述相敏检波器连接，所述微控制器与所述移相电路连接。优选的，所述发射探头阵列的发射面平行于PCCP管壁，所述接收探头阵列的接收面垂直于PCCP管壁。优选的，所述发射探头阵列及所述接收探头阵列中心与PCCP管道中心连线的夹角呈120°。优选的，前面的两个所述滚轮装置均包括转向电机、第一驱动电路和第一滚轮，所述检测控制电路依次与所述第一驱动电路和所述转向电机连接，所述转向电机驱动所述第一滚轮进行转向；后面的两个所述滚轮装置均包括驱动电机、第二驱动电路和第二滚轮，所述检测控制电路依次与所述第二驱动电路和所述驱动电机连接，所述驱动电机驱动所述第二滚轮进行滚动。优选的，所述卡槽上设有轮胎调节标尺，所述轮胎调节标尺用于根据PCCP管道直径调节前面的以及后面的两个所述滚轮装置之间的距离。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术设计的机器人可以沿着PCCP管道行驶，利用远场涡流效应检测PCCP管道钢丝断丝，无需人员手动驾驶，能适应于各种复杂工作环境，极大提高了工作效率；发射探头阵列和接收探头阵列可以通过两个液压工作缸来调节间距，可以通过至少两个可伸缩支撑臂来调节高度，前后两个滚轮装置可以通过卡槽来调节间距，以此来适应不同内径的PCCP管道，同时能够满足接收探头阵列位于远场区的要求；主控计算机逻辑控制发射通道选择模块和接收通道选择模块进行通道切换，用以对各组探头单元进行通路选择，进而可以采用多频点的收发探头阵列来对PCCP管道钢丝断丝进行检测，可以获得更丰富的PCCP断丝频率响应，从而提高判断PCCP断丝数量和断丝发生位置的准确性；发射探头阵列的发射面平行于PCCP管壁，接收探头阵列的接收面垂直于PCCP管壁，使得接收探头阵列感应的电压大小主要是来自于两次穿透钢筒的远场涡流信号；采用超声波传感器，可以自动检测发射探头阵列和接收探头阵列距离管壁的距离，采用转速传感器，可以判断机器人工作状态，进而可以启动和关闭信号源，采用转向电机及陀螺仪，可以及时判断机器人是否发生倾斜并及时把位置调整过来。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的全部优点。附图说明图1为PCCP管道结构图；图2为经典的管道远场涡流检测原理图；图3为检测线圈感应电压的幅值随距离变化曲线；图4为本专利技术一实施例的一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人后视图；图5为本专利技术一实施例的一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人仰视图；图6为本专利技术一实施例的PCCP管道钢丝断丝自动检测控制原理图；图7为本专利技术一实施例的主控计算机控制原理图；图8为本专利技术一实施例的远场涡流接收探头放置示意图；图9为本专利技术一实施例的检测控制电路原理图；图10为本专利技术一实施例的机器人角度调节过程原理图；图11为本专利技术一实施例的信号源电路结构框图；图12为本专利技术一实施例的信号源电路原理图；图13为本专利技术一实施例的锁相放大器电路结构框图。图中，1-主体支架；2-可伸缩支撑臂；3-液压工作缸；4-发射探头阵列；5-接收探头阵列；6-检测控制电路；7-滚轮装置；8-第一固定杆；9-第二固定杆；10-卡槽；11-轮胎调节标尺；12-超声波传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，其特征在于，包括主体支架、可伸缩支撑臂、液压工作缸、发射探头阵列、接收探头阵列、主控计算机、检测控制电路及滚轮装置，所述主体支架前后设置有第一固定杆和第二固定杆，四个所述滚轮装置分别安装在所述第一固定杆和所述第二固定杆两侧的卡槽上，至少两个所述可伸缩支撑臂的一端分别安装在所述第一固定杆或所述第二固定杆两侧的卡槽上，另一端用于分别支撑连接两个水平放置的所述液压工作缸，两个所述液压工作缸上还分别安装有靠近PCCP管内壁的所述发射探头阵列和所述接收探头阵列，所述主控计算机与所述检测控制电路电连接，所述检测控制电路安装在所述主体支架上方，分别与所述发射探头阵列和所述接收探头阵列电连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，其特征在于，包括主体支架、可伸缩支撑臂、液压工作缸、发射探头阵列、接收探头阵列、主控计算机、检测控制电路及滚轮装置，所述主体支架前后设置有第一固定杆和第二固定杆，四个所述滚轮装置分别安装在所述第一固定杆和所述第二固定杆两侧的卡槽上，至少两个所述可伸缩支撑臂的一端分别安装在所述第一固定杆或所述第二固定杆两侧的卡槽上，另一端用于分别支撑连接两个水平放置的所述液压工作缸，两个所述液压工作缸上还分别安装有靠近PCCP管内壁的所述发射探头阵列和所述接收探头阵列，所述主控计算机与所述检测控制电路电连接，所述检测控制电路安装在所述主体支架上方，分别与所述发射探头阵列和所述接收探头阵列电连接。2.根据权利要求1所述的一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，其特征在于，所述检测控制电路包括信号源、锁相放大器、低噪声放大器、低频功率放大器，所述接收探头阵列依次与所述低噪声放大器、锁相放大器、信号源、低频功率放大器和所述发射探头阵列电连接。3.根据权利要求2所述的一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，其特征在于，两个所述液压工作缸的活塞杆上还安装有与所述检测控制电路电连接的超声波传感器，和/或其中一个所述滚轮装置上安装有与所述检测控制电路电连接的转速传感器，和/或所述检测控制电路的底部还安装有与所述检测控制电路电连接的陀螺仪。4.根据权利要求3所述的一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机器人，其特征在于，所述检测控制电路还包括发射通道选择模块和接收通道选择模块，所述发射探头阵列包括若干发射探头，所述接收探头阵列包括若干接收探头，所述低噪声放大器包括若干低噪放模块，所述低频功率放大器包括若干功率放大模块，所述信号源依次与所述发射通道选择模块、功率放大模块、发射探头和所述主控计算机连接，所述主控计算机依次与所述接收探头、低噪放模块、接收通道选择模块和所述锁相放大器连接，所述主控计算机逻辑控制所述发射通道选择模块和所述接收通道选择模块。5.根据权利要求4所述的一种用于PCCP管道钢丝断丝检测的机...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进，田华，朱今祥，彭正辉，王益，
申请(专利权)人：苏州经贸职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32