一种水下穿越管道检测集成系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，包括侧扫声呐、测深仪、GPS基站、计算模块、管线电磁发射机、管线电磁接收机与测试桩，所述侧扫声呐检测管道正上方河流水深，所述管线电磁发射机发射电磁信号，所述管线电磁接收机接收电磁信号，检测管道中心线到河面的距离；本发明专利技术还公开了其检测方法。本发明专利技术的有益效果为：实现了检测过程中数据采集的自动化，及精确定位管道的位置；基于电磁信号管道埋深计算模型，实现了水下穿越管道大埋深的精确计算；电磁接收机接受信号准确；对水下穿越管道及定向钻穿越管道的精确定位，覆土层厚度的精确计算，管道防腐层破损检测及定位，为管道治理提供可靠依据，避免管道发生事故。

An Integrated Detection System and Method for Underwater Crossing Pipeline

【技术实现步骤摘要】
一种水下穿越管道检测集成系统及方法
本专利技术涉及管道检测
，具体来说，涉及一种水下穿越管道检测集成系统及方法。
技术介绍
在水下穿越管道检测工程领域，国内目前采用的是将声呐、GPS及英国雷迪公司生产的埋地管道防腐层检测仪组合在一起进行现场检测。四川水利职业技术学院周小莉等人于2016年5月在地理空间信息上发表了基于GPS-RTK技术的穿越河流管道外检测方法(1672-4623(2016)03-0099-03)的论文，采用基于GPS-RTK技术的穿越河流管道外检测方法，综合运用DM管道防腐层检测仪、测深仪、GPS、全站仪等构建穿越管道外检测系统，实现对穿越河流管道的探测。西南油气田分公司长输管道检测评价中心的余杰等人发表了基于GPS-RTK技术的水下穿越管道检测方法与应用研究的论文，建立了一套基于GPS-RTK、PCM检测仪的水下穿越管道检测技术方案。但是，以上方案主要是将几套设备同时一起应用，实现管道埋深的测量，存在的问题与缺点主要有以下几点：管道埋深主要依赖于DM或者PCM管道防腐层检测仪器的性能，对埋深大一些的管道误差很大，不能实现大埋深的测量。PCM防腐层检测仪主要用来对陆地管道进行检测，其埋深计算原理采用的是利用上下两个水平线圈磁感线强度水平分量的差值，用静态方法计算得到管道埋深。上下水平线圈距离约0.4米，管道埋深较大的话，测得的上下线圈磁感应分量差距很小，从而不能精确计算埋深；对管道进行GPS定位过程中，依赖于PCM或者DM显示的管道的最大埋深位置，由于在检测过程中，船一直在运动，靠人工记录位置，存在时间差，导致管道位置定位不准。管道埋深的计算一般采用的是河面到管道中心线的距离减去水深，从而得到管道覆土深度。国内对于河面到管道中心线的距离，一般采用的是美国或者英国的埋地管道防腐层检测仪测量，但是埋地管道防腐层检测仪主要针对的是陆地管道，埋深检测范围一般在5米以内，超过5米误差很大，因此对于水深加深或者管道大埋深，比如定向钻穿越河流的管道，检测精度非常差，甚至不能检测。同时，在采用埋地管道防腐层检测仪进行水下管道检测时，对管道定位靠的人为用手记录，当仪器显示埋深最大的数值时，记录管道的位置，但是由于检测过程中，船一直在运动，从而导致对管道的定位不准确。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种水下穿越管道检测集成系统及方法，克服现有技术中上述方面的不足。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，包括侧扫声呐、测深仪、GPS基站、计算模块、管线电磁发射机、管线电磁接收机与测试桩，所述管线电磁发射机与所述测试桩通过电缆进行串联连接，与管道形成一个回路，所述侧扫声呐检测管道正上方河流水深，所述管线电磁发射机发射电磁信号，所述管线电磁接收机接收电磁信号，检测管道中心线到河面的距离。进一步的，所述计算模块包括以下函数模型：基于电磁信号的管道埋深计算Exponential函数模型：E＝A+B×e-h/w式中：E为信号强度，A、B及W为常数，h为检测深度；基于电磁信号的管道埋深计算Lognormal函数模型：式中：E为信号强度，A、B、σ、μ为常数，h为检测深度；基于电磁信号的管道埋深计算Logistic函数模型：式中：E为信号强度，A、B等为常数，h为检测深度。进一步的，所述管线电磁发射机，所述管线电磁发射机包括第一电源模块，所述第一电源模块与功率程控模块相连接，所述功率程控模块分别与第一微控制单元MCU和射频PA相连接，所述第一微控制单元MCU分别与第一电池电量显示器LCD显示屏、CDCE发生器和过滤器相连接，所述CDCE发生器与所述射频PA相连接，所述射频PA与所述过滤器相连接。进一步的，所述管线电磁发射机还包括语音输入输出系统。所述管线电磁发射机有电池电量显示以及低电量提示，射频输出功率闭环控制，有利于接收机的信号标定；发射频率闭环控制，确保发射信号频率的稳定性；输出阻抗的匹配，有利于发射机射频发射效率的提高；语音输入输出系统提示，方便操作以及故障检测；LCD显示屏显示，参数调节以及查看更直观。进一步的，所述管线电磁接收机，用于将磁信号数据输入到动态计算模块中对管道埋深进行计算，所述管线电磁接收机包括第二电源模块、低通滤波器V、低通滤波器H和GPS，所述低通滤波器V与低噪声放大器V相连接，所述低噪声放大器V与双通道高速AD转换器相连接，所述低通滤波器H与低噪声放大器H相连接，所述低噪声放大器H与可编程增益放大器PGA相连接，所述可编程增益放大器PGA与所述双通道高速AD转换器相连接，所述双通道高速AD转换器与第二微控制单元MCU相连接，所述第二微控制单元MCU与所述可编程增益放大器PGA和第二电池电量显示器LCD显示屏相连接，所述GPS与所述第二微控制单元MCU相连接。测深仪、GPS及管线电磁接收机，三者根据GPS坐标点实现三者的实时数据匹配，管线电磁接收机采集频率根据现场情况设置，内置蓝牙功能，管线电磁接收机内置水平线圈与垂直线圈，当管线电磁接收机在管道正上方时，水平信号值最大，垂直信号值为零。进一步的，所述管线电磁接收机还包括语音输入系统。所述管线电磁接收机接收频率可调并锁相接收，有利于提高灵敏度，实现自动采集功能，可设置采集多少个数据；垂直信号参与辅助定位，通过判断垂直信号波最小值，对现场操作人员定位管路位置提供参考；支持手自动增益调节控制，手动增益范围为1/100、1/10、1、10、100、1000，自动增益调节下，MCU根据AD采集的平均值自动切换最合适的增益值，以此保证信号的线性度；接收机数据接口设计为标准RS232串口的方式上传数据至计算机；上传数据的采样时间间隔可调，兼容性更强；电池电量显示并有低电量提示功能；LCD显示屏显示方便操作和设备参数的查看金属壳体设计，具备一定的抗电磁干扰能力；线圈可下水；接收机数据接口匹配HYPACK软件Echotrac/Hydrotrac。一种基于动态算法的水下穿越管道检测的方法，所述方法包括以下步骤：S1、在河流两端管道测试桩处连接电缆线，将发射机串联在回路中，形成闭合回路；S2、管线电磁发射机发射电磁信号，管线电磁接收机沿着管道上方接收信号值；S3、检测皮划艇沿着管道走S形路线行走，侧扫声呐、GPS及管线电磁接收机三者数据实时采集；S4、侧扫声呐测量水深，管线电磁接收机接受管道上方的电磁信号，GPS与声呐及电磁接收机两者匹配，收集数据；S5、采用基于水平电磁信号的管道埋深计算软件进行管道覆土层厚度的计算、水平位置的确定以及管道防腐层破损情况的检测。进一步的，所述管道覆土层厚度的计算方法为：h＝L1-L2-R1其中：L1：管道中心线到河面的距离，由电磁接收机接受信号计算获得；L2：管道正上方河流水深，由声呐探测得到；R1：管道半径。本专利技术的有益效果为：通过接收机、GPS及声呐系统，通过GPS将三者数据实现实时记录，实现了检测过程中数据采集的自动化；将接收机与GPS两者连接，实现了对管道电磁信号接受的同时，采集到电磁信号的GPS坐标，从而实现了精确定位管道的位置；基于电磁信号管道埋深计算模块，实现了水下穿越管道大埋深的精确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，包括侧扫声呐、测深仪、GPS基站、计算模块、管线电磁发射机、管线电磁接收机与测试桩，所述管线电磁发射机与所述测试桩通过电缆进行串联连接，与管道形成一个回路，所述侧扫声呐检测管道正上方河流水深，所述管线电磁发射机发射电磁信号，所述管线电磁接收机接收电磁信号，检测管道中心线到河面的距离。

【技术特征摘要】
1.一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，包括侧扫声呐、测深仪、GPS基站、计算模块、管线电磁发射机、管线电磁接收机与测试桩，所述管线电磁发射机与所述测试桩通过电缆进行串联连接，与管道形成一个回路，所述侧扫声呐检测管道正上方河流水深，所述管线电磁发射机发射电磁信号，所述管线电磁接收机接收电磁信号，检测管道中心线到河面的距离。2.根据权利要求1所述的一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，所述计算模块包括以下函数模型：基于电磁信号的管道埋深计算Exponential函数模型：E＝A+B×e-h/w式中：E为信号强度，A、B及W为常数，h为检测深度；基于电磁信号的管道埋深计算Lognormal函数模型：式中：E为信号强度，A、B、σ、μ为常数，h为检测深度；基于电磁信号的管道埋深计算Logistic函数模型：式中：E为信号强度，A、B等为常数，h为检测深度。3.根据权利要求1所述的一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，所述管线电磁发射机，所述管线电磁发射机包括第一电源模块，所述第一电源模块与功率程控模块相连接，所述功率程控模块分别与第一微控制单元MCU和射频PA相连接，所述第一微控制单元MCU分别与第一电池电量显示器LCD显示屏、CDCE发生器和过滤器相连接，所述CDCE发生器与所述射频PA相连接，所述射频PA与所述过滤器相连接。4.根据权利要求3所述的一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，所述管线电磁发射机还包括语音输入系统。5.根据权利要求1所述的一种水下穿越管道检测集成系统，其特征在于，所述管线电磁接收机，用于将磁信号数据输入到动态计算模块中对管道埋深进行计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：何世亮，戴伟，孙毅，赵华，阮伟东，
申请(专利权)人：宁波市慧通管道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33