一种管道自动巡检机器人的精确定位方法及实现装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种管道自动巡检机器人的精确定位方法及实现装置，涉及埋地管道探测领域。本发明专利技术方法通过磁感应强度信号初步采样电路对磁感应强度信号初步采样，再将采集到的数据处理后送入微处理器内部集成的模数转换模块，实现地面上方检测磁感应强度，再通过正常巡线定位方法进行处理，以此判断管道相对位置，并决定是否进入缺陷定位模式。若进入缺陷定位模式，则将钢钎插入地面，再通过电压信号预处理电路及分离电路处理后输入到微处理器内部集成的模数转换模块中，再通过缺陷定位方法进行处理，以此判断自动巡检机器人相对绝缘层劣化位置，控制自动巡检机器人运行到绝缘层劣化位置正上方，由此实现了管道自动化巡检，提高了自动巡检效率。提高了自动巡检效率。提高了自动巡检效率。

【技术实现步骤摘要】
一种管道自动巡检机器人的精确定位方法及实现装置


[0001]本专利技术涉及埋地管道探测
，具体而言，尤其涉及一种管道自动巡检机器人的精确定位方法及实现装置。

技术介绍

[0002]随着经济社会的快速发展，石油和天然气这类广泛运用于交通运输、化工制造的工业原料的社会需求量长期维持高位，因而被誉为经济社会发展的“黑色黄金”。同时，由于其具有流体的性质且化学性质稳定，因而便于进行管道运输。又因为管道运输具有边际成本低廉、运输距离长、单位时间运量大、受气候影响小、供应连续的特点，自上个世纪五六十年代以来就成为了此类能源的主要运输途径。而由于这些管道服役时间过长，导致其表面防腐层不可避免地会出现劣化甚至破损，长此以往会引起管道进一步腐蚀甚至泄漏，带来巨大的经济损失，因而管道的防腐层劣化检测就显得十分必要。
[0003]在防腐层缺陷检测领域，传统的人工巡检有着广泛的应用。传统的人工巡检基本原理为：首先使用大功率交流信号发射机，一端连接管道的检测电极，另一端连接大地，进而向管道内发射特定频率和幅值的电流信号。之后人工手持接收设备，按照既定的管道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道自动巡检机器人的精确定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、确定自动巡检机器人的行进方向；S2、构建正常巡线定位的实现装置，采集地面上方检测磁感应强度；S3、根据采集的地面上方检测磁感应强度，构建正常巡线定位的方法模型，判断自动巡检机器人相对管道位置；S4、构建缺陷定位的实现装置，测量由电流泄漏而产生的电位差；S5、根据测量的电流泄漏而产生的电位差，构建缺陷定位的方法模型，判断自动巡检机器人相对防腐层劣化点位置。2.根据权利要求1所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，确定自动巡检机器人的行进方向，具体为：在管道中施加4Hz、8Hz、128Hz的低频交流信号，并根据当前GPS坐标及下一个目标点GPS坐标以及从电子罗盘获取的自动巡检机器人当前航向角，确定行进方向。3.根据权利要求1所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现过程如下：在管道中施加电流激励后，由于管道长度远大于管道直径，因而将管道视为无限长导线，根据电磁感应定律，交变电流将在周围空间中感应出交变的磁场，对应产生的磁感应强度如下公式所示：其中，μ0为空气磁导率，I为管道中电流强度，r为传感器位置到管道的距离；由管道内电流产生的磁感应强度三个方向分量如下公式所示：其中，h为传感器位置与管道中心点的铅锤距离，x为传感器位置与管道中心点的水平距离；使用隧道磁阻传感器对磁场信号进行采集，并对采集到的磁场信号数据进行处理，便于后续向微控制器输出。4.根据权利要求3所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法，其特征在于，所述对采集到的磁场信号数据进行处理，便于后续向微控制器输出的具体过程如下：S21、磁感应强度信号初步采样：采用三个隧道磁阻传感器分别对三个磁感应强度分量进行采集；S22、磁感应强度信号预处理：使用仪用放大器对隧道磁阻传感器信号的y方向分量进行处理，将隧道磁阻传感器产生的低频微弱信号放大并抬高，保证低频微弱信号不低于0V，同时将地磁产生的直流分量
进行滤除，并采用仪用放大器内部集成的运算放大器构成双极点高通滤波器滤波器，对隧道磁阻传感器工作时产生的高频干扰信号进行滤除；S23、磁感应强度信号分离：使用高通滤波器和低通滤波器将4Hz、8Hz信号与128Hz信号分离为4Hz+8Hz以及128Hz两个信号流，同时对128Hz信号流采用电压抬升电路进行抬升及放大，保证128Hz信号流不低于0V；S24、将分离后的4Hz+8Hz以及128Hz两个信号流输入到自动巡检机器人微处理器内部集成的模数转换模块中。5.根据权利要求1所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，判断自动巡检机器人相对管道位置，具体为：将隧道磁阻传感器检测到的信号转换为自动巡检机器人相对管道位置，便于微控制器控制自动巡检机器人的下一步行进，同时使用仪用放大器及运算放大器对128Hz信号幅值进行处理，优化自动巡检机器人相对管道位置的判断方法模型。6.根据权利要求5所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法，其特征在于，所述优化自动巡检机器人相对管道位置的判断方法模型的具体过程如下：S31、对信号进行快速傅里叶变换：在自动巡检机器人微处理器中将模数转换模块采集到的4Hz+8Hz信号经过平均值滤波后进行快速傅里叶变换，公式如下：其中，N为模数转换模块采样点总数，x
y
[n]为模数转换模块第n次采样所得的数据，j为单位虚数，X
y
[k]为k倍频所对应的傅里叶系数；S32、提取相位及幅值信息：计算步骤S31中涉及的|X
y
[4]|，|X
y
[8]|可以得到4Hz及8Hz的幅值，计算步骤S31中涉及的X
y
[4]、X
y
[8]的相位角可以得到4Hz及8Hz的相位ω
y4Hz
、ω
y8Hz
；对128Hz信号进行类似步骤S31中涉及的快速傅里叶变换，并计算|X
x
[128]|、|X
y
[128]|、|X
z
[128]|，得到128Hz频率在x、y、z三个方向上的幅值，则128Hz信号强度的模|X[128]|公式如下：S33、相位按照频率进行折算到时间：不失一般性地，假设步骤S31中数据是在管道左侧获得，并设检测设备参考4Hz，8Hz信号与发射端相位差分别为ω
y04Hz
、ω
y08Hz
，则：在管道左侧ω
y4Hz
及ω
y8Hz
相对于发送端初始相位落后时间的时间差Δt为：
在管道右侧ω'
y4Hz
及ω'
y8Hz
相对于发送端初始相位落后时间的时间差Δt'为：可得：Δt＝0，S34、判断自动巡检机器人相对管道位置：当Δt＝0时，自动巡检机器人在管道左侧，时，自动巡检机器人在管道右侧；考虑到检测过程中可能存在的误差，设定阈值为当判定自动巡检机器人在管道左侧，时，自动巡检机器人在管道右侧；当自动巡检机器人相对管道位置状态维持时间超过特定阈值时，则传递相关参数到自动巡检机器人微控制器中，控制自动巡检机器人向靠近管道的方向行进，并记录每10秒内自动巡检机器人相对管道位置状态切换次数n，当n大于特定值m时，则认为自动巡检机器人在管道正上方；S35、计算管道信号衰减速度：根据步骤S32得到的|X[128]|，将每十次的采样数据通过平均值滤波的方式进行平均值计算，并存储在自动巡检机器人内置的大容量存储器中，记为|X
(n)
[128]|，n为平均值滤波的次数，并计算|X
(n)
[128]|相对行驶里程S的梯度d|X
(n)
[128]|，公式如下：S36、判断是否进入缺陷定位模式：当d|X
(n)
[128]|相对前五十个梯度的平均值[128]|相对前五十个梯度的平均值当明显偏低时，则将该n标记为可疑点，并如步骤S35进一步计算d|X
(n+1)
[128]|至d|X
(n+20)
[12...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金海，黄瀚洋，吴振宁，张化光，刘秀翀，汪刚，卢森骧，冯健，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：