[發(fā)明專利]一種用于海底管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器的多通道數(shù)據(jù)采集裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110415598.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102495132A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮健;劉金海;張化光;李健;馬大中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/83
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/83
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于海底管道的漏磁內(nèi)檢測(cè)器的多通道數(shù)據(jù)采集裝置。

背景技術(shù)

管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是用于石油工業(yè)中長(zhǎng)距離油氣等輸送管道腐蝕、磨損、裂紋等安全隱患檢測(cè)的技術(shù)。對(duì)管道的檢測(cè)主要包括管道的內(nèi)檢測(cè)和外檢測(cè)。

目前，管道的外檢測(cè)可以在管道已經(jīng)發(fā)生泄漏的時(shí)候進(jìn)行提示，但這已屬于事后處理，只能起到降低損失的作用，并不能完全的消除損失。但管道的內(nèi)檢測(cè)可以識(shí)別潛在的管道缺陷，而且能夠分辨出缺陷的大小和類(lèi)型以便能早期維護(hù)，使其在達(dá)到危險(xiǎn)點(diǎn)之前就被找到，進(jìn)行維修，減少了大量損失以及對(duì)環(huán)境的污染；二是運(yùn)用管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，可以為管道維修提供科學(xué)的依據(jù)，變搶修為計(jì)劃?rùn)z修，有計(jì)劃地更換個(gè)別管段，可大大減少管道維修費(fèi)用，避免了管道維修的盲目性；三是對(duì)管道的承載能力心中有數(shù),適時(shí)決定是否增壓或減壓；四是對(duì)管道的管徑缺陷情況提供了永久的狀況記錄，為研發(fā)管道和施工提供有益的參考。因此擁有自主的管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)十分必要和迫切。

現(xiàn)有技術(shù)基本都是針對(duì)陸地管道缺陷檢測(cè)的裝置，無(wú)法找到專門(mén)針對(duì)海洋管道缺陷檢測(cè)的裝置。海水對(duì)管道腐蝕嚴(yán)重、海洋風(fēng)暴等極端天氣增加管道剩余應(yīng)力，這些因素導(dǎo)致管道壽命預(yù)測(cè)與安全評(píng)估方法和技術(shù)與陸地管道相比差異很大，已有的陸地管道安全評(píng)估方法不適用于海洋管道。

在已有的漏磁檢測(cè)裝置中，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度看，AD轉(zhuǎn)換單元的輸出接至計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行最終處理，而應(yīng)用環(huán)境決定漏磁檢測(cè)器需長(zhǎng)時(shí)間在海底管道內(nèi)行走，因此必須脫離PC機(jī)，數(shù)據(jù)只能由微控制器處理；從數(shù)據(jù)采集方式看，主要是直接應(yīng)用基于ISA和PCI總線的插卡式數(shù)據(jù)采集卡，它存在以下缺陷：安裝繁瑣，價(jià)格昂貴，可擴(kuò)展性差，無(wú)法做電磁屏蔽，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。PCI和ISA總線雖然具有較高傳輸速度，并支持即插即用功能，但是插拔麻煩，擴(kuò)展槽有限。現(xiàn)有的一些廠家的數(shù)據(jù)采集卡，低端產(chǎn)品通道數(shù)少，采樣速率低；高端產(chǎn)品價(jià)格過(guò)高，且不便于二次開(kāi)發(fā)，通用性差。國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)品普遍用途單一，遠(yuǎn)未形成系列化、模塊化的通用產(chǎn)品，無(wú)法滿足各類(lèi)用戶的需要；從微控制器選擇角度看，通常采用單片機(jī)或者DSP作為主控制器，控制ADC、存儲(chǔ)器等外圍電路協(xié)同工作。現(xiàn)今實(shí)際工程中，隨著工業(yè)環(huán)境對(duì)于數(shù)據(jù)采集裝置采樣速率、分辨率、存儲(chǔ)容量等性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，單片機(jī)和DSP的弊端日漸明晰。例如單片機(jī)時(shí)鐘頻率較低，嚴(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)速率，尤其是無(wú)法勝任多通道高頻切換的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。目前國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品中也并沒(méi)有針對(duì)海底高溫和強(qiáng)腐蝕惡劣工況條件給出相應(yīng)解決方案。

隨著FPGA的出現(xiàn)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，因其時(shí)鐘頻率高、內(nèi)部資源豐富，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性強(qiáng)，再加上系統(tǒng)級(jí)和平臺(tái)級(jí)功能模塊的引入避免了繁瑣的硬件電路設(shè)計(jì)和調(diào)試工作，縮短了開(kāi)發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)難度，運(yùn)用FPGA芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其是在高速多通道采集場(chǎng)合，已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。若再將其與DSP快速數(shù)字信號(hào)處理能力相結(jié)合，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，必將構(gòu)成雙CPU高性能數(shù)據(jù)采集裝置，通過(guò)二者協(xié)同工作和相互配置，即可完成復(fù)雜數(shù)據(jù)采集任務(wù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和壓縮等處理。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種用于海底管道的漏磁內(nèi)檢測(cè)器的多通道數(shù)據(jù)采集裝置，通過(guò)結(jié)合FPGA和DSP雙CPU架構(gòu)，完成海量數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。

本發(fā)明的用于海底管道的漏磁內(nèi)檢測(cè)器的多通道數(shù)據(jù)采集裝置，包括霍爾傳感器、多路開(kāi)關(guān)、儀表放大器、AD轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、DSP和SD卡；

所述多路開(kāi)關(guān)，采用兩級(jí)多路開(kāi)關(guān)串聯(lián)；

裝置具體連接是：各路霍爾傳感器輸出端分別接入多路開(kāi)關(guān)輸入端；多路開(kāi)關(guān)輸出端接入儀表放大器輸入端，抑制共模噪聲；儀表放大器輸出端接入AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；FPGA的AD控制單元通過(guò)控制總線與AD轉(zhuǎn)換模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；FPGA的FIFO緩存單元通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線分別與AD轉(zhuǎn)換模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；FPGA通過(guò)控制總線和地址總線與分別多路開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)引腳相連；FPGA與DSP通過(guò)HPI并行通信接口連接；DSP和SD卡分別通過(guò)時(shí)鐘、CMD和數(shù)據(jù)信號(hào)引腳相連。

本裝置外部包裝隔熱棉進(jìn)行抗高溫和防腐蝕處理，使其能夠適應(yīng)海底管道惡劣的工況環(huán)境。

本發(fā)明的用于海底管道的漏磁內(nèi)檢測(cè)器的多通道數(shù)據(jù)采集裝置，具體工作流程如下：

步驟1：初始化；

步驟2：DSP發(fā)出采集磁感應(yīng)強(qiáng)度起始脈沖信號(hào)的指令至FPGA，F(xiàn)PGA收到脈沖信號(hào)后，使能時(shí)鐘信號(hào)，為AD轉(zhuǎn)換模塊提供時(shí)鐘；AD轉(zhuǎn)換模塊在時(shí)鐘的同步下，開(kāi)始進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換；