專利名稱：管道彎曲檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及管道長度和角度的測量技術，是一種檢測管道彎頭和斜口的轉角和曲率半徑的管道彎曲檢測裝置。
隨著交通運輸業迅速的發展，管道運輸也和其他運輸方式一樣受到重視。運營的管道絕大多數是埋入地下的，隨著運營時間的增長，管道會老化和變形，留下破損的隱患，及時發現這些變化就必須準確掌握管線全程的狀況，其中包括管道中彎頭、斜口的轉角，彎頭的曲率半徑及其變化。理論上講，管線何處有彎頭、轉角和曲率半徑的大小在設計時是確定的，但實際上運營后的管線與設計有很大出入，原因之一是施工時設計的變更，而有些變更未留下資料，特別是由于管線沿途的地質變化和自然或人為條件的變化也常會使管線產生變形，會出現不可預見的情況，為保證安全生產，就需要對管道作多種檢測，而這重檢測有些只能在管內進行。
在管道內檢測的技術國外近年有些報導，如加拿大Interprovincial管道公司使用幾何清管器可檢測管道的曲率，Nowsco井下作業公司也公開了其利用慣性清管器檢測管道走向的改變的技術，這些技術多是采用超聲技術和計算機結合，設備的檢測功能是針對管道較大范圍的彎曲和位移，不能檢測常規曲率半徑較小的管道，且技術難度大，設備復雜，使用與維修不方便。
本實用新型的目的是設計一種可檢測常規管道彎頭、斜口轉角、彎頭曲率半徑且結構簡單、使用方便的管道彎曲檢測裝置。
本實用新型提供如下技術方案管道彎曲檢測裝置包括管道內數據采集器1和與之相連計算機2，管道內數據采集器1沿管道3內行走，將數據記錄儲存，管道內數據采集器從管道3內取出后與計算機2連接，由計算機2處理數據并得到檢測結果。管道內數據采集器1包括筒體4、陀螺儀5、加速度計6、里程輪7、電池8，筒體兩端焊有前、后法蘭盤，法蘭盤上裝有前、后皮碗并封閉筒體，筒體內裝有電池、電路板13、陀螺儀、加速度計，在后法蘭10外側裝有里程輪7和通訊接頭座14，前法蘭9外側裝有發射機15，電池、電路板、陀螺儀、加速度計、里程輪和通訊接頭座均由電纜聯接。
本實用新型還提供以下技術方案管道彎曲檢測裝置的管道內數據采集器有四只里程輪，每輪之間夾角90°徑向均勻分布固定在后法蘭上，里程輪和通訊接頭輸的信號引線都通過密封接頭進入筒體內與電路板聯接，筒體內電池與電路板、陀螺儀、加速度計一側之間有密封隔板16，通訊接頭座裝在后法蘭上，用密封蓋密封，管道內數據采集器發射機15為自帶電源的獨立體，與筒體內隔絕。
管道內數據采集器的電路板13分別聯結陀螺儀、加速度計和里程輪，陀螺儀、加速度計的輸出端經預處理電路、模數轉換器聯結單片機輸出至存儲器和并行通訊接頭；里程輪分別聯結放大整形電路、選通門、計數器、單片機、存儲器和并行通訊接口，四個里程輪分兩組經放大整形及選通門后聯結到單片機和計數器，單片機輸出存入存儲器和并行通訊接頭，單片機與時鐘、計數器相互聯結，并行通訊接頭14與通用計算機接口標準一致。
本實用新型由于采用了壓電陀螺和加速度計作為檢測敏感元件，測距用四里程輪，計程準確可靠、檢測彎頭和斜口精度高，本身又具有體積小、耗電省、操作簡單的優點。
本實用新型
如下圖1為管道彎曲檢測裝置整體示意圖；圖2為管道內數據采集器結構示意圖；圖3為管道內數據采集器電路板電路聯結示意圖；圖4為管道內數據采集器測距部分電路圖；圖5為管道內數據采集器測彎部分電路圖。
以下結合附圖詳細說明本實用新型。
管道彎曲檢測裝置包括管道內數據采集器1和與之相連計算機2兩大部分，管道內數據采集器1沿管道3內行走，同時將數據記錄儲存，管道內數據采集器從管道內3取出后與計算機2連接，由計算機2處理數據并得到檢測結果，管道內數據采集器1包括筒體4、陀螺儀5、加速度計6、里程輪7、電池8組成，筒體兩端焊有速接用的前、后法蘭盤，法蘭盤上裝有前、后皮碗并封閉筒體，筒體內裝有電池、電路板13、陀螺儀、加速度計，在后法蘭10外側裝有里程輪7和通訊接頭座14，前法蘭9外側裝有發射機15，電池、電路板、陀螺儀、加速度計、里程輪和通訊接頭座均由電纜聯接。
管道彎曲檢測裝置的管道內數據采集器1有四只里程輪，每輪之間夾角90°徑向均勻分布固定在后法蘭上，里程輪和通訊接頭輸的信號引線都通過密封接頭進入筒體內與電路板聯接，筒體內電池與電路板、陀螺儀、加速度計一側之間有密封隔板16，這樣可以做到前后獨立拆卸，便于換電池和檢修，通訊接頭座裝在后法蘭上，接頭本身不密封，用密封蓋保證與管道中介質的密封，可靠性高，造價低，管道內數據采集器發射機15為自帶電源的獨立體，與筒體內隔絕。
管道內數據采集器的電路板13分別聯結陀螺儀、加速度計和里程輪，陀螺儀、加速度計的輸出端經預處理電路、模數轉換器聯結單片機輸出至存儲器和并行通訊接頭；里程輪分別聯結放大整形電路、選通門、計數器、單片機、存儲器和并行通訊接口，四個里程輪分兩組經放大整形及選通門后聯結到單片機和計數器，四個里程獨立采數、分兩組選速后再進行比較，減小因打滑引入的誤差，單片機輸出存入存儲器和并行通訊接頭，單片機與時鐘、計數器相互聯結，并行通訊接頭14與通用計算機接口標準一致。
本實用新型的檢測的核心部件采用壓電陀螺來檢測轉角及加速度計檢測轉角俯仰，可使用CS42A類的陀螺儀和ICS3028類的加速度計，陀螺可以敏感出彎頭及斜口的信號，用兩種敏感元件組成的彎曲檢測可滿足測量的目的和精度要求，也較為簡單。電路部分的組成是敏感元件、預處理電路、模數轉換器、單片機(微處理器)、存儲器和并行通訊接口。由壓電陀螺、加速度計敏感出的信號UX、UY和AZ各經預處理電路、模數轉換后，單片機控制將數據存入存儲器，在管道內數據采集器取出管道時將數據通過并行通訊接口向計算機輸出。預處理電路是由運算放大器組成的比例器，使其電壓變化范圍與模數轉換器相匹配，運算放大器采用通用型集成運算放大器即可。模數轉換器采用集成塊，按管道內數據采集器在管內運行的速度一般為1～2米/秒來計算，選用MAX197類的集成塊可滿足要求。微處理器為一單片CPU、地址譯碼器和隨機存儲器數片。如果按模數轉換選用的八位字長，CPU可選用89C51-1類芯片，地址譯碼器可選用74HC138類芯片，鎖存器則可選用74HC373類芯片兩片。存儲器視檢測距離的長短和預計彎頭、斜口的多少確定其存儲容量，如管道站間距50～80公里，有512KB容量即可。按字長八位，可選HK1255等。并行通訊接口由鎖存器及若干門電路組成，按上述的選擇，鎖存器可選74HC244、74HC373之類的芯片，微處理器與模數轉換器、存儲器、通訊接口之間有控制信號與數據信號的線路連接。
本實用新型采用了四里程輪測距，為四個里程輪、放大整形電路、選通門、計數器、時鐘、單片機(微處理器)、存儲器和并行通訊接口組成。四個里程輪采集的信號經放大整形電路、選通門送單片機(微處理器)處理后進入存儲器，可由并行通訊接口輸出。同時微處理器與時鐘、計數器互有信號流通。為了在測試彎頭和斜口時數據準確，四個里程輪的分組方式為在管內均勻分布，每輪臂之間夾角為90度，且分二組，對角線兩輪為一組，兩極選速。四個里程輪每轉一周輸出的脈沖，經通用型運算放大器組成的放大電路放大后由觸發電路輸出方波信號加至選通門，由CPU輸出的選通脈沖進行選速，選速后的兩個輸出再經或非門和非門進行第二次選速，最后加到CPU。計數器選用8253類芯片。時鐘的產生選用4060和DS12887類芯片，前者為振蕩器和分頻器，后者產生年、月、日、時等數據，在初始化輸入起始時間后進行自動計時。微處理器也是單片CPU、地址譯碼器和隨機存儲器組成。與前述測彎電路相對應，CPU可以選擇89C51-2類芯片，地址譯碼器可選擇74HC138類芯片，鎖存器可選擇二片74HC373芯片，存儲器選用HK1255類芯片。并行通訊接口也是由鎖存器和若干門電路組成。鎖存器與檢測電路相同可選擇74HC244類芯片，微處理器與存儲器、通訊接口之間仍有控制信號和數據信號的連接線。里程輪的設計，既可以防止由于某個或某二個里程輪打滑或卡死而丟失里程信號，也可準確地測試出彎頭的中心弧長，解決了彎頭處由于內外路徑不同而難以計程的問題。
本實用新型對檢測過程的數據處理采用通用的軟件和方法，顯示陀螺儀測出彎頭和斜口的角速率的X和Y分量的曲線，加速度計輸出的角度值，計算出每個彎頭和斜口的轉角、彎頭的曲率半徑、里程值、俯仰角度等，在屏幕上顯示或打印輸出。通過檢測可以清楚了解管道中不同曲率半徑、不同轉角的彎頭和不同角度的斜口數量和位置。用486通用微機，輸入采普通計算機接口。
本實用新型在使用時分為三步操作在管道內數據采集器進入管道前自檢和初始化操作；管道內數據采集器下入管道自動進行數據的采集和存儲，直至從管線出口處取出完成一次測試；數據的回收和處理時接上通訊電纜，將數據傳至微機；在微機上進行數據處理、結果顯示、存盤打印。
本實用新型實施例陀螺儀選用CS42A型，加速度計選用ICS3028。發射機可選用任意型號，只要能給管道內數據采集器定位即可。陀螺儀的二路輸出UX、UY加至S1端和S2端，加速度計輸出AZ由S3端輸入，各經一個由通用運算放大器組成的比例器加至MAY197模數轉換集成塊T7，字長八位的數字輸出到由CPU 89C51-(T0)；地址譯碼器74HC138(T4)和隨機存儲器74HC373(T2)、74HC373(T3)組成微處理器，T5、T6是二塊SRAM，存儲容量為512KB，T9、T10是采用74HC244和74HC373集成塊的鎖存器，微處理器與存儲器、鎖存器之間各有控制線和信號線連接，鎖存器輸出及微處理器的控制線至通訊接口的接頭處。四只運算放大器為通用型，四只觸發器為LM3932，選通門為74HC00和4572，微處理器的CPU(T1)為89C51-2，地址譯碼器(T4)為74HC138鎖存器(T3，T4)為74HC373，存儲器(T5)為HK1255，鎖存器(T9，T10)為74HC244，(T13)4060和(T6)DS12887產生時鐘信號，主頻12MHZ，計數器(T7)為8253，初始化輸入起始時間后進行自動計時。
權利要求1.一種在管道檢測管道彎頭和斜口的轉角、彎頭的曲率半徑的管道彎曲檢測裝置，包括管道內數據采集器(1)和與之相連計算機(2)，管道內數據采集器(1)沿管道(3)內行走，將數據記錄儲存，管道內數據采集器從管道內(3)取出后與計算機(2)連接，由計算機(2)處理數據并得到檢測結果，管道內數據采集器(1)包括筒體(4)、陀螺儀(5)、加速度計(6)、里程輪(7)、電池(8)組成，其特征在于筒體兩端焊有前、后法蘭盤(9)(10)，法蘭盤上裝有前、后皮碗(11)(12)并封閉筒體，筒體內裝有電池、電路板(13)、陀螺儀、加速度計，在后法蘭(10)外側裝有里程輪(7)和通訊接頭座(14)，前法蘭(9)外側裝有發射機(15)，電池、電路板、陀螺儀、加速度計、里程輪和通訊接頭座均由電纜聯接。
2.根據權利要求1所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器有四只里程輪，每輪之間夾角90°徑向均勻分布固定在后法蘭上。
3.根據權利要求1、2所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器里程輪和通訊接頭輸的信號引線都通過密封接頭進入筒體內與電路板聯接。
4.根據權利要求1所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器筒體內電池與電路板、陀螺儀、加速度計一側之間有密封隔板(16)。
5.根據權利要求1所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器通訊接頭裝在后法蘭上，用密封蓋密封。
6.根據權利要求1所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器發射機(15)為自帶電源的獨立體，與筒體內隔絕。
7.根據權利要求1所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器的電路板(13)分別聯結陀螺儀、加速度計和里程輪，陀螺儀、加速度計的輸出端經預處理電路、模數轉換器聯結單片機輸出至存儲器和并行通訊接頭；里程輪分別聯結放大整形電路、選通門、計數器、單片機、存儲器和并行通訊接口，四個里程輪分兩組經放大整形及選通門后聯結到單片機和計數器，單片機輸出存入存儲器和并行通訊接頭。
8.根據權利要求1、7所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器的單片機與時鐘、計數器相互聯結。
9.根據權利要求1、7所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器并行通訊接頭(14)與通用計算機接口標準一致。
10.根據權利要求1、7所述的管道彎曲檢測裝置，其特征是管道內數據采集器使用CS42A類的陀螺儀和ICS3028類的加速度計。
專利摘要可檢測常規管道彎頭、斜口轉角、彎頭曲率半徑的管道彎曲檢測裝置,包括管道內數據采集器和與之相連計算機,采集器包括筒體、陀螺儀、加速度計、里程輪,筒體兩端焊有法蘭盤,法蘭盤上裝有皮碗,筒體內裝有電池、電路板、陀螺儀、加速度計,在后法蘭外側裝有里程輪和通訊接頭座,前法蘭外側裝有發射機,由于采用壓電陀螺和加速度計敏感元件和四里程輪,計程準確,檢測精度高,體積小、耗電省、操作簡單。
文檔編號G01B7/00GK2374842SQ9824920
公開日2000年4月19日 申請日期1998年12月3日 優先權日1998年12月3日
發明者楊文博, 徐今偉, 李久春, 王瑞利, 李振東, 陳建軍, 常連庚, 金瑩, 段尚樞, 王孟騰, 周偉超, 廉踐維, 陳建民, 馮偉章 申請人:中國石油天然氣管道局管道技術公司
專業數控銑床產品供應商
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