【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于超声波的管道除垢系统及方法，属于管道清洁领域。
技术介绍
1、管道运输作为世界几大常用运输方式之一，其具有的运输量大、运输安全性相对较好、可靠性高、价格便宜等优势，而目前绝大多数油气管道掩藏于地底，在周围复杂的环境和内部流体运输介质的作用下容易导致管道内部产生大量的污垢，如钙碳酸盐、硫化物、铁锈等沉积物。这些沉积物会随着时间的推移积累，导致管道内径减小、流体流动阻力增加且流通性降低，甚至可能引发管道堵塞、腐蚀和泄漏等严重问题。为保持管道系统的顺畅运行并延长其寿命，管道除垢变得至关重要。传统的管道除垢方法通常包括使用化学清洁剂，但这些清洁剂可能对环境造成污染，而且在操作过程中需要谨慎处理。另一种方法是使用机械刮除装置进行物理刮削管壁污垢，该方法存在损伤管道内壁和管道设备的风险，可能导致维修和替换成本的增加。此外，高压水射流清洗也是一种常见方法，但其在清洗效率和清洗质量方面存在局限性。
2、最关键的是在现有的管道除垢设备中，没有设置污垢检测装置，无法根据污垢的实际情况进行相应的除垢，容易造成除垢不彻底。本专利技术涉及一种基于超声波的管道除垢系统及方法，在管道内部安置多个传感器，使其能够实时监测管道内的沉积物和污垢情况，这种实时性使操作员能够随时了解管道内部的状态，包括污垢类型、位置以及厚度等信息，极大提高了管道除垢效率。
技术实现思路
1、为了解决现有管道除垢技术中存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种基于超声波的管道除垢系统，所述除垢系统包括：管
2、所述监控平台上有3个连接口，其中一通信接口与超声波发生器之间进行信息传输，以实现清洁过程中的实时参数调整，另外两连接口分别与信息采集模块，控制单元通过有线电缆电连接，所述控制单元上有3个连接口，分别与信息采集模块、超声波换能器、监控平台通过电连接；所述超声波换能器通过有线电缆与超声波发生器连接，所述超声波发生器与220v电源连接，所述驱动机构包括主动轮和从动轮两部分，主动轮通过装置内置的步进电机进行驱动，从动轮跟随主动轮进行辅助驱动，使其装置能够在管道内稳定行走。
3、优选的，所述控制单元采用stm32控制系统，采用fy1500型超声波发生器，主要原件有：信号发生器、放大器、阻抗匹配器；传感器采用hc-sr04型超声波传感器，所述超声波换能器采用夹心式压电换能器，所述步进电机采用atk-s42h0d0两相四线混合式步进电机，采用usr-g780s采集模块对管道污垢信息进行采集。
4、优选的，所述监控平台与超声波发生器被安置在管道外部，管道除垢装置放置在管道内部，所述所述传感器安装在管道内壁，并均匀分布在管道入口处，管道中间以及管道出口处。
5、优选的，所述管道除垢系选择输出电压振幅为500v，工作频率为20khz至100khz区间内的正弦交流信号作为超声波换能器的驱动信号。
6、优选的，所述超声波换能器在工作时可能发生频率漂移，需要使用反馈环节获取其工作信号，以调整信号发生器产生的驱动信号，使之保持与换能器谐振频率一致。
7、本专利技术的另一目的在于，提供一种利用本专利技术所述的除垢系统进行管道除垢的方法，具体步骤如下所述：
8、(1)启动超声波发生器。
9、(2)传感器接收到在管道内壁反射的超声波信号并记录下来。
10、(3)控制单元接收到传感器的超声波反射信号，并使用信号处理算法进行分析得到准确的管道内部污垢信息。
11、(4)信息采集模块收集控制单元传输过来的管道内部污垢信息并反馈给管道外部的监控平台。
12、(5)监控平台在获取具体的污垢信息之后根据管道内污垢附着实际情况来自动调整超声波发生器中的超声波参数并将声波传递给超声波换能器，监控平台发送启动指令给控制单元让其启动超声波换能器，除垢开始。
13、(6)整体除垢过程结束后，再次启动超声波发生器，使用传感器来检测管道内是否还有残留的污垢，以确保达到最终所需的清洁目标。
14、本专利技术原理
15、(1)传感器内部的计时器通常以微秒或纳秒为单位精确测量这一时间延迟，即从信号发送到信号返回的时间，其主要用于确定物体或反射体与传感器之间的距离，传感器接收到超声波信号的振幅即声波反射强度，其有助于判断是否管道内是否存在污垢或障碍物。
16、(2)通过比较发送信号和反射信号之间的时间延迟和振幅变化，可以精确地定位污垢的位置，通过测量声波传播的时间延迟来估算污垢的厚度，覆盖较厚的污垢通常会导致超声波传播需要更长的时间，反之覆盖较轻的污垢则会让超声波传播的时间变的更短，通过分析超声波反射信号的频谱，可以识别特定类型的污垢，每种污垢类型通常会产生独特的频谱图形，比较反射信号的频谱分布与已知污垢类型的参考数据，以此来确定污垢的类型。
17、(3)超声波发生器将电信号传输给超声波换能器，在超声波换能器的作用下将声能转换成机械振动,从而将超声波能量辐射到管道内的流体介质中。当流体介质受到超声波振荡后会产生许多空化气泡,从气泡的形成到最后破裂会积攒能量,当气泡破裂时能量会大量释放从而产生极大的冲击波,振碎附着在管道内壁结固的污垢，以达到除垢的效果。
18、本专利技术的有益效果
19、(1)该系统具备实时监测功能，可以监测管道内部的污垢类型、位置和厚度等，使工作人员能够实时了解管道状态，有助于更好地控制和计划下一步清洁操作，极大提高除垢效率。
20、(2)传感器和控制系统的自动化功能使管道清洁过程更容易管理，减少了人为错误的风险。
21、(3)该系统使用超声波技术，无需拆卸或破坏管道，实现了非侵入式的操作，可以在不停机的情况下进行管道清洁，减少了生产中断和停工的风险。
22、(4)该系统和方法利用超声波技术，能够有效地检测和清除管道内部的污垢和沉积物。这有助于保持管道的清洁和畅通，降低了管道系统的维护成本。
23、(5)该方法与传统的化学清洗方法相比，减轻了环境负担，同时也减少了能源浪费。
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1.一种基于超声波的管道除垢系统及方法，其特征在于：所述除垢系统包括：管道除垢装置、超声波发生器、传感器以及监控平台；所述管道除垢装置主要包括驱动机构、控制单元、信息采集模块以及超声波换能器；
2.根据权利要求1所述基于超声波的管道除垢系统及方法，其特征在于：所述控制单元采用STM32控制系统，所述超声波发生器用FY1500，所述传感器采用HC-SR04型超声波传感器，所述超声波换能器采用夹心式压电换能器，所述步进电机采用ATK-S42H0D0两相四线混合式步进电机，采用USR-G780s采集模块对管道污垢信息进行采集。
3.根据权利要求1所述基于超声波的管道除垢系统及方法，其特征在于：所述监控平台与超声波发生器被安置在管道外部，管道除垢装置放置在管道内部，传感器安装在管道内壁，并均匀分布在管道入口处，管道中间以及管道出口处。
4.根据权利要求1所述基于超声波的管道除垢系统及方法，其特征在于：所述管道除垢系选择输出电压振幅为500V，工作频率为20kHz至100kHz区间内的正弦交流信号作为超声波换能器的驱动信号。
5.权利要求1～
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的管道除垢系统及方法，其特征在于：所述除垢系统包括：管道除垢装置、超声波发生器、传感器以及监控平台；所述管道除垢装置主要包括驱动机构、控制单元、信息采集模块以及超声波换能器；
2.根据权利要求1所述基于超声波的管道除垢系统及方法，其特征在于：所述控制单元采用stm32控制系统，所述超声波发生器用fy1500，所述传感器采用hc-sr04型超声波传感器，所述超声波换能器采用夹心式压电换能器，所述步进电机采用atk-s42h0d0两相四线混合式步进电机，采用usr-g780s采集模块对管道污垢信息...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓龙，张檠，李惟骞，钟珑昕，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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