一种用于海底管道漏磁内检测器的多通道数据采集装置，包括霍尔传感器、多路开关、仪表放大器、AD转换模块、FPGA、DSP和SD卡；多路开关采用两级串联，装置包装有隔热棉来适应海底管道特有的高温和强腐蚀环境。霍尔传感器将磁感应强度转换为电压，经过多路开关切换，将信号传至仪表放大器，仪表放大器将微弱信号放大，AD转换模块完成模数转换工作，通过软件设定，8次采样和转换结束后将数字量传递给FPGA。DSP接收FPGA缓存数据并进行数字滤波和压缩，最后将数据存储于SD卡。本装置通过FPGA和DSP双CPU架构，完成海量数据存储和处理。高速、多通道、高分辨率等特点，保证管道运输安全，便于早期维护。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业自动化控制
，具体涉及一种用于海底管道的漏磁内检测器的多通道数据采集装置。
技术介绍
管道无损检测技术是用于石油工业中长距离油气等输送管道腐蚀、磨损、裂纹等安全隐患检测的技术。对管道的检测主要包括管道的内检测和外检测。目前，管道的外检测可以在管道已经发生泄漏的时候进行提示，但这已属于事后处理，只能起到降低损失的作用，并不能完全的消除损失。但管道的内检测可以识别潜在的管道缺陷，而且能够分辨出缺陷的大小和类型以便能早期维护，使其在达到危险点之前就被找到，进行维修，减少了大量损失以及对环境的污染；二是运用管道内检测技术，可以为管道维修提供科学的依据，变抢修为计划检修，有计划地更换个别管段，可大大减少管道维修费用，避免了管道维修的盲目性；三是对管道的承载能力心中有数，适时决定是否增压或减压；四是对管道的管径缺陷情况提供了永久的状况记录，为研发管道和施工提供有益的参考。因此拥有自主的管道内检测技术十分必要和迫切。现有技术基本都是针对陆地管道缺陷检测的装置，无法找到专门针对海洋管道缺陷检测的装置。海水对管道腐蚀严重、海洋风暴等极端天气增加管道剩余应力，这些因素导致管道寿命预测与安全评估方法和技术与陆地管道相比差异很大，已有的陆地管道安全评估方法不适用于海洋管道。在已有的漏磁检测装置中，从系统结构角度看，AD转换单元的输出接至计算机处理系统，由计算机处理系统对信号进行最终处理，而应用环境决定漏磁检测器需长时间在海底管道内行走，因此必须脱离PC机，数据只能由微控制器处理；从数据采集方式看，主要是直接应用基于ISA和PCI总线的插卡式数据采集卡，它存在以下缺陷安装繁琐，价格昂贵，可扩展性差，无法做电磁屏蔽，导致数据失真。PCI和ISA总线虽然具有较高传输速度， 并支持即插即用功能，但是插拔麻烦，扩展槽有限。现有的一些厂家的数据采集卡，低端产品通道数少，采样速率低；高端产品价格过高，且不便于二次开发，通用性差。国内数据采集卡产品普遍用途单一，远未形成系列化、模块化的通用产品，无法满足各类用户的需要；从微控制器选择角度看，通常采用单片机或者DSP作为主控制器，控制ADC、存储器等外围电路协同工作。现今实际工程中，随着工业环境对于数据采集装置采样速率、分辨率、存储容量等性能指标要求越来越高，单片机和DSP的弊端日渐明晰。例如单片机时钟频率较低，严重影响了整个系统速率，尤其是无法胜任多通道高频切换的数据采集任务。目前国内外同类产品中也并没有针对海底高温和强腐蚀恶劣工况条件给出相应解决方案。随着FPGA的出现以及相关技术的发展，因其时钟频率高、内部资源丰富，动态可重构性强，再加上系统级和平台级功能模块的引入避免了繁琐的硬件电路设计和调试工作，缩短了开发周期，降低了开发难度，运用FPGA芯片进行数据采集系统设计，尤其是在高速多通道采集场合，已经成为大势所趋。若再将其与DSP快速数字信号处理能力相结合，充分发挥二者优势，必将构成双CPU高性能数据采集装置，通过二者协同工作和相互配置，即可完成复杂数据采集任务并进行数据滤波和压缩等处理。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种用于海底管道的漏磁内检测器的多通道数据采集装置，通过结合FPGA和DSP双CPU架构，完成海量数据处理和存储。本专利技术的用于海底管道的漏磁内检测器的多通道数据采集装置，包括霍尔传感器、多路开关、仪表放大器、AD转换模块、FPGA、DSP和SD卡；所述多路开关，采用两级多路开关串联；装置具体连接是各路霍尔传感器输出端分别接入多路开关输入端；多路开关输出端接入仪表放大器输入端，抑制共模噪声；仪表放大器输出端接入AD转换模块的输入端； FPGA的AD控制单元通过控制总线与AD转换模块对应引脚相连；FPGA的FIFO缓存单元通过地址总线和数据总线分别与AD转换模块对应引脚相连；FPGA通过控制总线和地址总线与分别多路开关对应引脚相连；FPGA与DSP通过HPI并行通信接口连接；DSP和SD卡分别通过时钟、CMD和数据信号引脚相连。本装置外部包装隔热棉进行抗高温和防腐蚀处理，使其能够适应海底管道恶劣的工况环境。本专利技术的用于海底管道的漏磁内检测器的多通道数据采集装置，具体工作流程如下步骤1 初始化；步骤2 =DSP发出采集磁感应强度起始脉冲信号的指令至FPGA，FPGA收到脉冲信号后， 使能时钟信号，为AD转换模块提供时钟；AD转换模块在时钟的同步下，开始进行采样转换；步骤3 判断AD转换模块的DRDY引脚电平获得模数转换状态信息当DRDY引脚出现下降沿即DRDY=O时，转换结束，判断是否已经累计8次采样，若未达到8次，切换到下一信号通道，继续采集；否则AD转换模块将其内部暂存的8次采样数据通过数据总线传给FPGA 缓存单元，并进行下一轮8路数据采集，直到各路信号采集完毕；步骤4 当FPGA的FIFO存储模块将满时，通过HPI并口通信方式将数据传给DSP，DSP 对数据进行压缩和滤波后将数据最终存储于SD卡。有益效果1.本专利技术装置利用FPGA提供系统时钟，不仅降低了外部时钟电路对数据采集系统正常工作的影响和干扰，提高了系统稳定性和可靠性，而且使得时钟参数修改由模拟方式转变为数字方式，更加方便灵活。2.本专利技术装置中，FPGA负责时序控制和数据缓存，DSP负责主控和信号处理，其优势为第一，相对于单芯片系统，FPGA+DSP双CPU系统具备更高计算处理能力；第二，两者间可以相互配置。DSP作为系统主控制器，FPGA上电后由DSP完成配置。在系统工作期间， DSP可以根据需要，重新配置FPGA，实现系统功能重构。动态配置可以使系统更加智能化。 另外，系统工作过程中若DSP自检过程发现功能异常，可以请求FPGA重新配置自己，使系统具有自我修复能力。第三，双CPU方案虽然提高成本，但降低了开发难度，减少了开发周期和技术风险；第四，双CPU系统可以实现功能划分，而清晰的系统功能划分则可以让两种微控制器各尽所能，充分发挥各自特长，提高系统整体性能指标。3.本专利技术针对我国海底管道的特点，利用隔热棉具有耐高温、不易燃烧、导热系数低等特点，采用外包隔热棉方式抵抗海底高温工况，对于海水强腐蚀和高温恶劣环境、海洋风暴等极端天气状况有较强适应能力；4.高速、多通道、高分辨率的数据采集装置可以识别潜在的管道缺陷，便于早期维护， 保证管道运输安全。5.多路开关采用分级组合结构电路不仅使输出电容降低，电路时间常数减小， 开关速度提高；还可以使多路开关总关断漏电流降低，改善漏电流引起的输出端电压误差。附图说明图1本专利技术实施例装置结构框图； 图2本专利技术实施例多路开关结构图3本专利技术实施例仪表放大器连接图； 图4本专利技术实施例AD转换模块ADS1606连接图； 图5本专利技术实施例FPGA中FIFO缓存单元模块图； 图6本专利技术实施例FPGA中PLL时钟单元模块图； 图7本专利技术实施例FPGA中双CPU通信单元与HPI并口连接框图； 图8本专利技术实施例DSP内MMC控制器与SD卡信号连接图； 图9本专利技术实施例装置工作流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术的用于海底管道的漏磁内检测器的多通道数据采集装置，包括霍尔传感器、多路开关、仪表放大器、AD转换模块、FPGA本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯健，刘金海，张化光，李健，马大中，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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