多功能管道清管器跟踪定位接收器制造技术

本实用新型专利技术是一种多功能管道清管器跟踪定位接收器。涉及测量磁变量、机械振动测量及管道系统技术领域。它由数据处理和人机接口两部分组成，数据处理通过串行接口与人机接口连接；数据处理部分包括数据的采集和智能处理，数据采集即是清管器跟踪定位接收器；人机接口部分包括辅助的人机交互和数据后处理；数据采集与人机接口采用分体的双ＣＰＵ结构，依靠串行通信模块交换数据。本实用新型专利技术全天候、无人值守、稳定可靠、适用广泛。本实用新型专利技术全天候、无人值守、稳定可靠、适用广泛。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种多功能管道清管器跟踪定位接收器。涉及测量磁变量、机械振 动测量及管道系统

技术介绍
清管作业是石油天然气长输管道投产前或运行中的一项重要工作，确保管道的正 常运行和输送效率。对于新建管道来说，清管的主要目的是清除管道内的各种杂物；对已经 投产运行的管道，目的是清蜡、除垢、除水、除尘。近几年，智能清管(内检测)技术发展迅 速，其结果为管道完整性评价、管道改造提供了有力的理论依据。清管器是清管作业的重要设备，防止其卡堵是极其重要的。目前防卡堵的主要措 施是根据管道基本情况制定合适的清管作业方案，包括清管器的选型和过盈量的选择等， 虽然可以减少堵卡事故，但并不能从根本上避免堵卡事故。一旦卡堵事故发生，如果无法及 时发现，并快速、准确定位卡堵位置会延长排障时间，将影响油气的正常输送，严重时甚至 会危及整条管道的安全。清管器跟踪定位是保障清管作业顺利完成的关键技术之一。目前，国内外的清管 器跟踪定位产品主要采用基于声学、机械、放射性、电磁和永磁等原理，按照适用场合和使 用方法可以分为指示器、定位器、跟踪器三种类型。调查研究发现由于放射性对人体有危 害，相关设备已限制使用；机械式跟踪设备直接与清管器接触，需要在管道上开孔，由于安 装维护困难，通常只作为站场上的通过指示器；声学设备具有有效距离远的优点，但定位精 度较差，而且对卡堵住的清管器无效；电磁和永磁式跟踪定位设备技术成熟，具有定位精度 高的优点，但容易受到周围电磁场的干扰。上述原理的设备都只局限于一种工作原理，其应 用具有一定的局限性，有很多问题无法解决。清管器的跟踪主要依赖人工，现场操作人员的技术水平和工作态度是造成清管器 丢失的不可忽视的因素；对于频繁清管的管道来说，人工跟踪耗费极大的人力、物力、财力； 人工跟踪方法的实现离不开人力，雨、雪、风等天气条件给现场操作带来很多困难，突发的 交通问题也会阻碍人工跟踪的顺利进行；而且突发的暴雨、暴雪、强风和雷电等极端恶劣的 天气，不仅影响设备的正常工作，而且危及现场人员的生命安全。为此亟需一种工作可靠的 无人值守接收器，降低频繁清管作业管道上跟踪定位的成本，消除环境、气候、交通等客观 条件的影响。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种全天侯、无人值守、稳定可靠、适用广泛的多功能管 道清管器跟踪定位接收器。针对现有磁场测量易受周围环境干扰、声学原理设备定位精度差、人工操作易受 气候等客观条件影响，本技术提出一种基于磁场感应线圈和声音振动传感的双传感器 结构，同时具备远程通信能力的清管器跟踪定位接收器。本清管器跟踪定位接收器直接安装在埋地的管道上，第一个安装点应设在清管器 始发站或距离清管器始发站1 2km处，最末一个安装点应设置在清管器接收站或距离清 管器接收站1 2km处；在管线中间阀室、支线、穿跨越、转弯处、高程差较大地点一般应设 置安装点；另外，两个安装点之间的距离不宜过大，宜在3 5km范围内。本清管器跟踪定位接收器原理框图如附图说明图1，由数据处理和人机接口两部分组成，数 据处理部分通过串行接口与人机接口连接。数据处理部分包括数据的采集和智能处理；人 机接口部分包括辅助的人机交互和数据后处理；数据处理与人机接口采用分体的双CPU结 构，依靠串行通信模块交换数据；其双CPU设计，保证了数据处理的实时性和完整性。数据处理部分主要由如下10部分组成磁场感应线圈及其电压信号处理电路、声 音振动传感器及其电荷信号处理电路、MSP430低功耗微处理器、GPS校时模块、移动通信接 口、非易失存储器、段式液晶显示屏、串行接口。磁场感应线圈输出接电压信号处理电路，电压信号处理电路输出接低功耗微处理 器，且低功耗微处理器有输出端口接电压信号处理电路；声音振动传感器输出接电荷信号 处理电路，电荷信号处理电路输出接低功耗微处理器，且低功耗微处理器有输出端口接电 荷信号处理电路；GPS校时模块、移动通信接口、非易失存储器的输入、输出与低功耗微处 理器的输出、输入连接；段式液晶显示屏、串行接口与低功耗微处理器连接。磁场感应线圈将测到的磁场信号经电压信号处理电路对模拟信号滤波、放大和模 数转换后，输给低功耗微处理器；声音振动传感器采集清管器通过时与管壁摩擦、撞击所产 生的声音振动信号，经电荷信号处理电路将电荷-电压变换、滤波、放大和模数转换后，输 给低功耗微处理器；移动通信网络接口提供远程无线通信能力；GPS校时模块通过同步秒 脉冲和串行接口向微处理器输出时间信息；非易失存储器提供足够的存储空间，记录多达 数千个记录清管器通过数据。其中低功耗微处理器，是清管器通过指示器的控制核心，协调各部分工作并完成信号 识别算法；磁场感应线圈，用于测量清管器携带的磁场发射器的磁场，其电压信号处理电路 的功能是模拟信号的滤波、放大和模数转换；声音振动传感器，用于采集清管器通过时与管壁摩擦、撞击所产生的声音振动信 号，其电荷信号处理电路的功能是电荷-电压变换、滤波、放大和模数转换；移动通信网络接口，提供远程无线通信能力；GPS校时模块，通过同步秒脉冲和串行接口向微处理器输出时间信息，以获得精准 的清管器通过时间；非易失存储器，提供足够的存储空间可以记录多达数千个记录清管器通过数据。段式液晶显示屏用于显示数据处理部分的工作状态；串行接口部分使其具有与人 机接口部分和其它相关设备进行数据交换的能力。人机接口部分主要由如下10部分组成ARM处理器、键盘、液晶显示屏、SD卡、音频 输出接口、打印机并行接口、USB接口、以太网接口、开关量接口。ARM处理器的输入、输出分 别与键盘、液晶显示屏、SD卡、音频输出接口、打印机并行接口、USB接口、以太网接口、开关 量接口输出、输入连接。ARM处理器是人机接口部分的核心，协调其它部分工作并完成人机交互功能；键 盘用于参数设置和设备的操作；液晶显示屏可以以表格、图像等形式显示相关数据；大容 量SD卡用于存储现场数据，并可以使用读卡器将数据导入计算机；音频输出接口提供振动 声音信息的有线输出；打印机接口将数据以表格、图像等形式输出到打印机，形成相关文 档；USB接口部分包括一个HOST接口和一个DEVICE接口，HOST接口可以插入USB存储设 备，DEVICE接口用于连接计算机；以太网接口使设备可以接入到SCADA系统；开关量接口接 入到相关PLC的数字输入端口，进而进入到SCADA系统。数据处理部分的电原理如图2，铁芯线圈的正负输出端Vo+、Vo-分别接信号调理 器1的正负输入端ν+、V-。声音振动传感器的输出端Q端接电荷放大器的输入端Qi，电荷 放大器输出端Vo接信号调理器2的输入正端V+，信号调理器2的另一个输入端V-接公共 地。JTAG调试接口用于调试和下载应用程序到硬件中，分别连接微处理器的TLCK、TCK、 TMS、TDI、TDO端口。微处理器MSP430F5438A通过两个输出端口和两个SPI 口控制信号调 理器1和信号调理器2，其中P2. O和P2. 1分别接信号调理器1、2的片选端CS_N，USCBl和 UCSB2分别与信号调理器1、2的SDI、SD0、SCLK连接。微处理器的输出端口 Pl. 4接非易失 存储器FM25V10的片选端/S，SPI接口 U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能管道清管器跟踪定位接收器，其特征在于它由数据处理和人机接口两部分组成，数据处理通过串行接口与人机接口连接；数据处理部分包括数据的采集和智能处理，数据采集即是清管器跟踪定位接收器；人机接口部分包括辅助的人机交互和数据后处理；数据采集与人机接口采用分体的双ＣＰＵ结构，依靠串行通信模块交换数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭东杰，邱红辉，陈鹏超，蔡永军，熊敏，王建明，杨喜良，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[]