一种管道缺陷精准定位装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于油气输送管道缺陷检测领域，具体涉及一种管道缺陷精准定位装置，包括清管器骨架的前端设有驱动皮碗、铝金属安装基座以及磁源，清管器骨架后端包括漏磁检测装置，漏磁检测装置包括轭铁、筒型永磁铁、钢刷、连接套筒、霍尔元件、电子仓、里程轮和高分辨率加速度计。本实用新型专利技术相比现有技术具有以下优点：利用有限元软件进行仿真分析，得到效果最优的磁源，能够保证在相应磁源条件下，管道缺陷精准定位装置能对清管器旋转位姿定位的准确性；通过合理设置管道缺陷精准定位装置，提升了漏磁检测的精度，减少了进一步进行管道管壁无损检测的工序，有效降低维修成本。

A precise positioning device for pipeline defects

【技术实现步骤摘要】
一种管道缺陷精准定位装置
本技术属于油气输送管道缺陷检测领域，具体涉及一种管道缺陷精准定位装置。
技术介绍
在油气输送领域，为了保障油气运输的安全和高效，需要定期对管道等铁磁性材料进行无损检测和评估。裂纹是对各种铁磁性材料机械性能影响较大的一种缺陷，对材料的安全构成严重威胁，因此，定量检测铁磁性材料的裂纹缺陷具有重要意义。目前，常用的无损检测技术有：涡流检测、超声检测、漏磁检测等。涡流检测适用于铜等顺磁性材料，对于磁导率高的铁磁性材料，其检测信号受到的提离值影响很大；超声检测需要耦合剂；漏磁检测技术作为一种电磁无损检测方法，具有无污染、不需要耦合剂、快速、高可靠性、低成本等优点，在提离值上也优于涡流检测。但漏磁检测技术对管道缺陷的定位精度仅能达到某一管壁环段，而不能定位缺陷在该管壁环段上具体的点。当检测到管壁缺陷后，还需对该环段的管壁进行二次检测以确定缺陷具体位置，或者直接对整个管壁环段进行维护，这会使得维修成本提高。因此寻找一种经济、高效且具有更高精度的管壁缺陷检测方法对油气输送管道运营维护有着重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有难以直接定位到管道缺陷环段上具体的点而增加维修成本和时间成本的问题，提供了一种管道缺陷精准定位装置。本技术是通过以下技术方案实现的：一种管道缺陷精准定位装置，包括清管器骨架，所述清管器骨架前端设有驱动皮碗，所述驱动皮碗前端设有铝金属安装基座，所述铝金属安装基座外端面设有矩形安装槽，所述矩形安装槽的中心点位于清管器骨架轴线上，所述矩形安装槽内设有磁源；所述清管器骨架后端包括漏磁检测装置，所述漏磁检测装置包括轭铁，所述轭铁两端外周分别套设筒型永磁铁，所述筒型永磁铁外固定设置钢刷，所述钢刷之间设有与轭铁同轴的连接套筒，所述连接套筒径向上均匀分布若干霍尔元件；所述漏磁检测装置后端连接电子仓，所述电子仓包括电源、数据处理模块和信号发射器；所述电子仓后端装设里程轮和高分辨率加速度计；所述管道缺陷精准定位装置还包括均匀分布于油气输送管道上方地表处的弱磁检测装置以及与电子仓数据处理模块通讯连接的上位机，所述弱磁检测装置所在位置为磁测点；基于管道缺陷精准定位装置的定位方法包括以下内容：（1）每个所述弱磁检测装置检测该弱磁检测装置所处磁测点的磁通密度；清管器沿油气输送管道推进，依次经过弱磁检测装置；（2）对磁源进行优化设计，得到最优磁源用于磁异常检测；（3）对霍尔元件进行标号并记录，霍尔元件用于检测管壁有无漏磁场，所得管壁实时磁场信息经电子仓数据处理模块整合后，传输至上位机进行分析和备份；电子仓的数据处理模块接收里程轮和高分辨率加速度计所检测的定位数据，将其整合后传输至上位机进行分析和备份；（4）在上位机设定程序，实时分析由霍尔元件检测得到的管壁实时磁场信息，若分析到出现漏磁场，则记录出现漏磁场的时刻，将该时刻清管器通过的弱磁检测装置在该时刻检测到的磁通密度数据和里程轮、加速度计在该时刻的定位数据调出，用于判断清管器此时的旋转位姿和位置信息，结合带标号霍尔元件，精确定位处管壁缺陷的位置。作为对上述方案的进一步改进，所述霍尔元件的数量为10，其标号n＝1-10。作为对上述方案的进一步改进，所述弱磁检测装置为霍尔三轴传感器，所述霍尔三轴传感器检测对应检测范围内磁通密度的三个分量，霍尔三轴传感器的x、y、z轴上的磁通密度的分量分别为Bx、By、Bz；其中，霍尔三轴传感器的x轴平行于管道轴线方向，y轴在水平方向上垂直于管道轴线，z轴竖直向下；在初始状态时，所述磁源的磁性南极与z轴重合，所述磁源相对于清管器的中心轴线中心对称设置，1号霍尔元件与磁源的磁性北极的延长线重合。作为对上述方案的进一步改进，所述定位处管壁缺陷的位置包括以下内容：（4.1）设置偏移角α，所述偏移角α为1号霍尔元件与z轴之间的夹角；设置辅助角β，所述辅助角β为检测到漏磁场的n号霍尔元件与1号霍尔元件之间的夹角；设置定位角γ，所述定位角γ为偏移角α和辅助角β之和，通过定位角γ、配合里程轮和高分辨率加速度计信息，即可确定管道缺陷的精确位置；（4.2）因为根据相应弱磁检测装置在相应时刻检测得到磁通密度数据，所得偏移角α可能会在不同的角度，因此需要先确定偏移角α的范围，其范围的确定方法包括以下内容：（4.2.1）通过上位机调取该时刻清管器通过的弱磁检测装置在该时刻检测所得磁通密度分量Bx的峰峰值△Tx和分量By的峰峰值△Ty；（4.2.2）初步确定偏移角α的范围，通过磁通密度分量Bx的峰峰值△Tx进行判断，当其波峰先于波谷出现时，取为△Tx正值，反之，取为负值；（4.2.3）进一步确定偏移角α的范围，通过磁通密度分量By的峰峰值△Ty进行判断，当其△Ty＜0，则可判断出；反之，则。作为对上述方案的进一步改进，设计磁源优化方案，利用有限元分析软件进行仿真分析，得到优选磁源为由10个规格为50mm×50mm×30mm，剩余磁通密度为1T的永磁铁叠加而成；其效果等价于一个规格为50mm×50mm×300mm，剩余磁通密度为1T的永磁铁。作为对上述方案的进一步改进，所述磁源优化方案的优化条件为，引入角度差异性的概念，并用其作为判断磁源优劣的依据；具体内容为，角度差异性，在同一磁源方案下，清管器各个旋转角度对应的磁通密度分量Bx的峰峰值与其平均值之差的绝对值与其平均值之比，的值越大表明单位角度改变量对应的越大，该方案的角度分辨率越高，而越大，表明角度整的分辨率越高，磁源方案越优；其公式如下：。作为对上述方案的进一步改进，所述里程轮和高分辨率加速度计配合用于确定清管器的位置利用里程轮和加速度计所检测数据计算得到里程数据，进而用于确定清管器的位置。作为对上述方案的进一步改进，所述弱磁检测装置设置时，其顶端距离地面0-5cm。作为对上述方案的进一步改进，所述管道缺陷精准定位装置还包括装设于电子仓内的信号发射器和与上位机通讯连接的信号接收器，用于数据处理模块与上位机之间的数据传输。作为对上述方案的进一步改进，所述清管器骨架的前端和后端通过连接轴连接，实现同步转动。本技术相比现有技术具有以下优点：（1）由永磁铁组成的磁源，无需外加电源供能，而且永磁铁性能稳定；（2）利用有限元软件进行仿真分析，得到效果最优的磁源，能够保证在相应磁源条件下，管道缺陷精准定位装置能对清管器旋转位姿定位的准确性；（3）通过合理设置管道缺陷精准定位装置，提升了漏磁检测的精度，减少了进一步进行管道管壁无损检测的工序，有效降低维修成本；（4）整个管道缺陷精准定位装置容易操作，自动化程度高，能够保证精确性，减少环境污染和对员工的健康损害，定位精度高，经济效益显著。（5）多个里程轮和高分辨率加速度计与弱磁检测装置配合作用，能够进一步提高检测的准确性。附图说明图1为本技术提供的清管器各个部分示意图。图2为本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道缺陷精准定位装置，其特征在于，包括清管器骨架，所述清管器骨架前端设有驱动皮碗，所述驱动皮碗前端设有铝金属安装基座，所述铝金属安装基座外端面设有矩形安装槽，所述矩形安装槽的中心点位于清管器骨架轴线上，所述矩形安装槽内设有磁源；所述清管器骨架后端包括漏磁检测装置，所述漏磁检测装置包括轭铁，所述轭铁两端外周分别套设筒型永磁铁，所述筒型永磁铁外固定设置钢刷，所述钢刷之间设有与轭铁同轴的连接套筒，所述连接套筒径向上均匀分布若干霍尔元件；所述漏磁检测装置后端连接电子仓，所述电子仓包括电源、数据处理模块和信号发射器；所述电子仓后端装设里程轮和高分辨率加速度计；/n所述管道缺陷精准定位装置还包括均匀分布于油气输送管道上方地表处的弱磁检测装置以及与电子仓数据处理模块通讯连接的上位机，所述弱磁检测装置所在位置为磁测点；/n对霍尔元件进行标号并记录，所述霍尔元件用于检测管壁有无漏磁场，所得管壁实时磁场信息经电子仓数据处理模块整合后，传输至上位机进行分析和备份；/n电子仓的数据处理模块接收里程轮和高分辨率加速度计所检测的定位数据，将其整合后传输至上位机进行分析和备份；/n所述弱磁检测装置检测所在磁测点的磁通密度；/n所述上位机设定程序，实时分析由霍尔元件检测得到的管壁实时磁场信息，若分析到出现漏磁场，则记录出现漏磁场的时刻，将该时刻清管器通过的弱磁检测装置在该时刻检测到的磁通密度数据和里程轮、加速度计在该时刻的定位数据调出，用于判断清管器此时的旋转位姿和位置信息，结合带标号霍尔元件，精确定位处管壁缺陷的位置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种管道缺陷精准定位装置，其特征在于，包括清管器骨架，所述清管器骨架前端设有驱动皮碗，所述驱动皮碗前端设有铝金属安装基座，所述铝金属安装基座外端面设有矩形安装槽，所述矩形安装槽的中心点位于清管器骨架轴线上，所述矩形安装槽内设有磁源；所述清管器骨架后端包括漏磁检测装置，所述漏磁检测装置包括轭铁，所述轭铁两端外周分别套设筒型永磁铁，所述筒型永磁铁外固定设置钢刷，所述钢刷之间设有与轭铁同轴的连接套筒，所述连接套筒径向上均匀分布若干霍尔元件；所述漏磁检测装置后端连接电子仓，所述电子仓包括电源、数据处理模块和信号发射器；所述电子仓后端装设里程轮和高分辨率加速度计；
所述管道缺陷精准定位装置还包括均匀分布于油气输送管道上方地表处的弱磁检测装置以及与电子仓数据处理模块通讯连接的上位机，所述弱磁检测装置所在位置为磁测点；
对霍尔元件进行标号并记录，所述霍尔元件用于检测管壁有无漏磁场，所得管壁实时磁场信息经电子仓数据处理模块整合后，传输至上位机进行分析和备份；
电子仓的数据处理模块接收里程轮和高分辨率加速度计所检测的定位数据，将其整合后传输至上位机进行分析和备份；
所述弱磁检测装置检测所在磁测点的磁通密度；
所述上位机设定程序，实时分析由霍尔元件检测得到的管壁实时磁场信息，若分析到出现漏磁场，则记录出现漏磁场的时刻，将该时刻清管器通过的弱磁检测装置在该时刻检测到的磁通密...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭智勇，刘忠祥，张鹏，徐伟，赵丹丹，周彦希，吴攀，吴成怀，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川;51