用于管道的智能数据采集系统和方法技术方案

用于管道检测的管道内机器人探测器，包括在前部和后部的两组实时传感器，用于测量压力、温度和流量。机器人探测器还包括径向位移传感器，声音传感器和头部和前部的数字射线照相机或电磁声换能器(EMAT)，以及在后部的可再生动力系统。GPS定位模块和通信器与智能网关通信。实时数据得以获取并与从智能网关接收到的机器人探测器的地理位置进行关联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管道的智能数据采集系统和方法
本专利技术涉及管道线路监控和管道泄漏检测的系统和方法。
技术介绍
长距离管道网络在城市、国家、乃至洲际之间输送产品。管道网络广泛地通过偏远和人口稠密的地区交替延伸。在美国，有将近300万英里管道输送天然气、石油、精制产品和其它危险有害液体。管道承担了美国近三分之二的能源、易燃或易爆材料的输送。因此，提高管道的安全性和可靠性不仅对于确保“国民经济动脉”是至关重要的，还对于消除公共伤害，财产损失和环境损坏的可能性是至关重要的。因为地下温度变化较小，管道通常铺设埋深在约3至6英尺(0.91至1.83米)的地下。但是，在某些情况下，管道必须在管道桥上越过山谷或河流。集中供热系统的管道亦常铺设在地面或高架设置。穿过永久冻土区域的跨阿拉斯加管道石油管道也高架设置，以避免热石油管道熔化冻土，导致管道沉入地面。输油管道由内径为4至48英寸(100至1,220毫米)的钢制成。天然气管道由碳钢制成，直径从2到60英寸(51到1,524毫米)不等，具体取决于管道的类型。由于管材通常是金属，这有助于减少天气变化时可能发生的膨胀和收缩。如今，许多管道都由计算机化的监控和数据采集(SCADA)系统控制。通过SCADA系统，管道操作员可以从一个中心位置控制数千英里的管道。管道操作员的中央控制中心的SCADA系统接收现场数据，并通过一组屏幕或其它人机界面将其呈现给管道操作员，显示管道的运行状况。管道操作员可以监控管道内流体力学状况，并通过SCADA系统向管道网络的现场设备发送操作指令(打开/关闭阀门，打开/关闭压缩机或泵，更改/设定控制点等)。现场设备包括仪器，数据收集单元和通信系统。现场仪表包括压力、流量和温度计/传感器/发送器，以及其他用于测量所需相关数据的设备。这些仪器沿管道外部安装在地面上方的某些特定位置，例如注入或输送站、泵站(液体管道)或压缩机站(气体管道)或截止阀站。然后，由这些现场仪器测量的信息被收集在本地远程终端单元(RTU)中，该本地远程终端单元使用诸如光纤、卫星信道、微波链路、或蜂窝电话连接之类的通信系统将现场数据实时传输到中心位置。传统的泄漏检测系统基于若干模型，其提供沿管道的某些点处的压力、温度、和流量的连续监控和自动分析。通过SCADA系统来对泄漏检测进行监控，该SCADA系统周期性地评估压力和体积流量，例如，每隔5秒钟进行评估。为了优化和保护管道的运行，“管道高级应用”软件与SCADA系统一起安装，并提供扩展功能，以执行泄漏检测、泄漏定位、批次跟踪(液体管线)、内探测器跟踪(PIGtracking)、成分跟踪、预测建模、超前规划建模和操作员培训。2004年4月29日提交的专利技术名称为“管道网络系统的实时计算机辅助泄漏检测/位置报告和库存损失监测系统”的美国专利No.6,970,808B2指出，从响应时间、灵敏度、稳健性和成本方面来看，大多数传统管道泄漏检测系统都不成功。该专利描述了表征流动行为的流动模型，基于Lyapunov稳定性理论评估管道网络状态的确定性模型，以及基于流动模型和确定性模型的偏差矩阵，以此为基础生成泄漏报警的特征值。然而，用于管道的SCADA系统不能在整个管道线路上完全收集实时数据，并且不能为沿管道的每个位置建立足够和准确的数据文档。这就绝对限制了SCADA系统及其泄漏检测系统的灵敏度，效率和可靠性。2009年6月16日提交的专利技术名称为“管道泄漏检测系统”的美国专利No.8,479,566B2描述了一种按照规则的间距，沿管道来安装压力传感器以建立用于泄漏检测的压力分布的系统。但是，通过在管道上钻孔以安装更多传感器来收集更多数据，可能会降低管道的完整性，强度和可靠性，它还可能增加导致管道泄漏或事故的机会。此外，由于传感器间的距离限制,该系统不能沿整个管道获得足够和精确的压力分布。为了提高SCADA及其泄漏检测系统的灵敏度，有效性和可靠性，有必要建立完整和精确的管道运行数据文档。此外，对于泄露量小的针孔泄漏(<1.5％流量)，SCADA系统及其泄漏检测系统通常无法检测发现。由于很难发现，这种针孔泄漏经常会演变成实质性的严重泄漏。即使有时管道泄漏量在SCADA检测能力范围内，管道操作人员也常常会把管道泄漏错误地解释成机泵故障或其他问题。因此，对于管道运营商而言，轻微泄漏是一个极具挑战性的问题，因为它们很难被发现，并且对管道周围环境和公共安全构成巨大威胁。通常，管道操作的决策(诸如警报事件处理，紧急关闭，管道泄漏检测和批量跟踪)还主要基于操作员的经验或具有不同分析模型以及预测准确性不高的高级管道应用工具。因此，本专利技术的目标之一就是帮助建立完整的，高精度的管道全线运行数据档案，从而显著提高SCADA及其泄漏检测系统的灵敏度，有效性和可靠性；强化SCADA系统的功能性，进而可以升级提高系统的服务水平和质量。
技术实现思路
在一个或多个第一方面，一种用于管道的管道内检查机器人探测器，其配置包括探测头，该探测头包括数字射线照相相机；前部可移动部分和前部基座部分；前部部分包括检查装置车架，其包括检测管道中的径向位移、压力、温度、流量和声音中的一个或多个的传感器，以及连接至前部部分和检查装置车架上的承载架，其中所述承载架被配置成响应于由于变形和障碍物而变，或随管道的壁施加在检查装置车架上的压缩力而收缩。在第一或多个第二方面，一种被用于管道的管道内检查的机器人探测器，包括具有前部驱动轮和检查装置车架的前部。检查装置车架包括多个传感器，所述多个传感器配置检测以下的一项或多项：管道中的径向位移、压力、温度、流量和声波；以及天线，其配置为与管道的壁相互作用以检测来自智能网关的非常低或超低频信号，其中非常低或超低频信号包括与机器人探测器相关的地理数据。在一个或多个第三方面，一种与配置成用于管道的管道内检查的机器人探测器通信的方法，所述方法包括：机器人探测器通过管道传送磁场信号，由管道外部的伴行装置检测磁场信号。该方法还包括响应于所述伴行装置检测到磁场信号来确定位置信息、并生成至网关的信息。所述方法还包括由网关来接收位置信息；生成包括位置信息的非常低或超低频(VLF或ULF)的模制信号；和通过管道将非常低或超低频的模制信号传递给机器人探测器。附图说明图1示出了数据采集系统的基础结构的实施范例示意性框图。图2示出了管道内机器人探测器的实施范例示意性框图。图3是更详细地示出了机器人探测器的前部的实例示意性框图。图4示出了具有机器人探测器的管道通信系统的实施范例示意性框图。图5示出了机器人探测器的示例性部件的实施范例示意性框图。图6示出了机器人探测器的智能自适应控制系统。图7示出了智能网关的实施范例示意性框图。图8示出了无人机中的伴行装置的操作方法的实施范例流程图。图9示出了智能网关的操作方法的实施范例流程图。具体实施方式本文使用词语“示范”或“实施例”来表示“用作示例，实例或说明”。本文中描述为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配置成用于管道的管道内检查的机器人探测器，包括：/n探测头，其包括数字射线照相机；/n前部可移动部分；和/n前部基座部分，其包括：/n检查装置车架，其包括多个传感器，所述多个传感器被配置用以检测所述管道内的以下一种或多种：径向位移、压力、温度、流量和声音；和/n承载架，其附接到前部基座部分和检查装置车架，其中所述承载架被配置成响应于由管道的壁施加在所述检查装置车架上的压缩力而收缩。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180402 US 62/651,5201.一种配置成用于管道的管道内检查的机器人探测器，包括：
探测头，其包括数字射线照相机；
前部可移动部分；和
前部基座部分，其包括：
检查装置车架，其包括多个传感器，所述多个传感器被配置用以检测所述管道内的以下一种或多种：径向位移、压力、温度、流量和声音；和
承载架，其附接到前部基座部分和检查装置车架，其中所述承载架被配置成响应于由管道的壁施加在所述检查装置车架上的压缩力而收缩。


2.根据权利要求1所述的机器人探测器，还包括：
连接到前部基座部分的颈部，其中所述颈部包括：
与所述颈部相连接的操作杆；和
前臂，其固定连接至探测头，并且可移动地连接至操作杆，其中所述操作杆和所述前臂配置成提供六个自由度以移动探测头。


3.根据权利要求1所述的机器人探测器，还包括：
前驱动轮；和
连接到前部基座部分和前驱动轮的转向轴，其中致动器控制前驱动轮的速度。


4.根据权利要求1所述的机器人探测器，还包括：
后部本体，其包括另外的多个传感器，所述另外的多个传感器被配置检测所述管道内的以下一种或多种：压力、温度、流量和声音；和
万向接头，其连接到后部本体和前部基座部分，其中，万向接头允许前部基座部分相对于后部本体转动。


5.根据权利要求4所述的机器人探测器，还包括：
后部定位滚轮；
支撑支柱，其固定连接到后部定位滚轮并可移动地连接到后部本体，其中当所述管道的壁在后部定位滚轮上施加压力时，所述支撑支柱朝向后部本体转动。


6.根据权利要求4所述的机器人探测器，还包括：
后部驱动轮；和
连接到后部本体和后部驱动轮的转向轴，其中致动器控制后部驱动轮的速度。


7.根据权利要求1所述的机器人探测器，还包括：
定位在检查装置车架上的磁性装置，其中所述磁性装置设置为在管道中产生磁场信号。


8.根据权利要求7所述的机器人探测器，还包括：
在管道外部的伴行装置，其配置为：
检测来自机器人探测器的磁场信号；
确定包括机器人探测器的位置信息的地理数据；和
生成包括地理数据的至智能网关的消息。


9.根据权利要求8所述的机器人探测器，还包括：
检查装置车架上的天线，其配置成与管道的壁相互作用，以检测来自智能网关的非常低或超低频信号，其中非常低或超低频信号包括地理数据。


10.根据权利要求9所述的机器人探测器，还包括：
模块化应用程序和处理装置，其配置为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜书勇，
申请(专利权)人：杜书勇，
类型：发明
国别省市：美国;US