[發明專利]一種管道俯仰角測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201810464000.5
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108917720B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 黃新敬;燕玉田;李健;封皓;曾周末;芮小博
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01C9/10
• 分類號: G01C9/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種管道俯仰角測量裝置及測量方法，包括：球形探測器上安裝了由磁鐵和霍爾傳感器組成的接近開關；磁鐵設置在靠近球體中心的一側，磁鐵與霍爾傳感器平行安裝，且磁鐵位于霍爾傳感器上方；加速度計的敏感軸沿著從球形探測器中心到接近開關的線，即加速度計的敏感軸與霍爾傳感器的方向相同；在接近開關接近管壁的過程中，大部分磁線穿過霍爾傳感器，霍爾傳感器輸出一個尖銳的脈沖，表明加速度計的敏感軸此時垂直指向管壁。將霍爾傳感器測量的數據和加速度數據讀入外接的電腦，對加速度信號進行濾波，并歸一化其幅度，定位磁信號的峰值和對應的加速度值，計算管道傾斜度。本發明實現了對上升管段和下降管段的區分，并且提高了檢測精度。

技術領域

本發明涉及管道內檢測領域，尤其涉及一種管道俯仰角測量裝置及測量方法，該發明不使用管道磁屏蔽模型。

背景技術

隨著海洋油氣行業的蓬勃發展，海底管道長度增加迅速，對海底管道檢測提出了巨大的要求。及時準確地測量海底管道的方向和軌跡已成為海底管道檢測的首要任務。首先，它可以幫助快速定位和修復故障管道部分；其次，它可以評估由于海流和潮汐侵蝕，海床運動，拖曳錨和拖網造成的管道位移和變形而引起的應力集中程度；第三，它可以通過主動回避減少海上作業過程中的劃傷風險。

海底管道地理坐標測量方法可以分為三類：水下機器人，傳統的內部管道檢測儀(PIGs)和新出現的球內探測器。水下機器人，包括：自主水下航行器(AUV)和遙控車輛(ROV)，配備導航系統、聲納、攝像頭、以及磁力計，用于管道檢測。水下機器人可以準確定位管線并測量大變形和位移。但是，這種方法成本高昂，長期且難以滿足準實時檢測海底管道的需求。

PIG與SINS(內部管道檢測儀與捷聯慣性導航系統)的方法通常需要GPS，并且不能在海底管道內長距離單獨執行導航任務。迄今為止，它僅在短于2000米的管道上進行過測試。在工作時，龐大的PIG與管道壁緊密接觸，造成堵塞的高風險。因此，PIG與SINS在海底管道檢測中的應用受到限制。

與PIG相比，球形內檢測器的直徑小于管道直徑，因此可以在流體的驅動下安靜地向前滾動。它是用于(海底)管道的準實時檢測的新穎且有前途的工具，具有非常低的堵塞風險，高信噪比和便于部署的優點。趙偉提出了一種基于磁屏蔽效應的管道方向測量方法^[1-3]，并認為管道中的磁場強度隨著管道方向的變化而變化。通過在水平管線中使用球形內檢測器來驗證該方法的有效性。黃新敬在不限制管道方向和球形內檢測器旋轉軸尺寸的情況下對該方法進行了推廣，通過利用管道內的磁場和載體的加速度^[4]，提出了一種基于管道內三維地理坐標測量的管道定位和定位方法。當應用于位于山區的管道時，發現通過這種方法不能精確測量管道傾角。誤差原因為管道磁屏蔽模型存在偏差且難以標定。

發明內容

本發明提供了一種管道俯仰角測量裝置及測量方法，在采用球形探測器(SD)來進行管道定位的基礎上，實現了對上升管段和下降管段的區分，并且提高了檢測精度，詳見下文描述：

一種管道俯仰角測量裝置，所述測量裝置包括：球形探測器，

球形探測器上安裝了由磁鐵和霍爾傳感器組成的接近開關；

磁鐵設置在靠近球體中心的一側，磁鐵與霍爾傳感器平行安裝，且磁鐵位于霍爾傳感器上方；

在球形探測器的球心處設置有加速度計，且加速度計的敏感軸沿著從球形探測器中心到接近開關的線，即加速度計的敏感軸與霍爾傳感器的方向相同；

在接近開關接近管壁的過程中，大部分磁線穿過霍爾傳感器，霍爾傳感器輸出一個尖銳的脈沖，表明加速度計的敏感軸此時垂直指向管壁。

其中，所述磁鐵位于霍爾傳感器上方0mm-10mm；磁鐵直徑為2mm-20mm，磁鐵厚度為0.5mm-10mm。

優選地，所述磁鐵位于霍爾傳感器上方2mm；磁鐵直徑為5mm，磁鐵厚度為2mm。