一種基于超聲波無損檢測的管道監測系統的制作方法

本發明涉及超聲波無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于超聲波無損檢測的管道監測系統。

背景技術：

現有技術中的超聲波無損檢測，換能率相對低，EMAT和不可避免的環境溫度和現場噪音的影響導致接收到的超聲波信號信噪比低，實際波形和理論波形誤差大，需要得到正確的超聲波反饋能量和傳播時間。

目前EAMT管道檢測系統需要專業技術人員配合操作人員在現場工作；技術人員根據管道檢測實際情況選取合適探頭并確定超聲波模式。

因此需要技術人員在控制中心觀測檢測結果，向在移動監測小車旁的操作人員提供信息，在發現腐蝕的軸向位置做標記。

鑒于上述缺陷，本發明創造者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本創作。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種基于超聲波無損檢測的管道監測系統。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：一種基于超聲波無損檢測的管道監測系統,

包括多段管道，設置在管道外側壁的一側的管道，設置在管道上的至少兩個移動監測小車，與移動監測小車連接的信號監測單元，控制移動監測小車移動的指令單元，還包括與信號監控單元連接的信號處理單元，信號處理單元的輸出端與報警系統連接；

所述的移動監測小車內設置多種檢測傳感器，分別通過超聲波對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集；包括CCD相機、聲音傳感器、濕度和溫度傳感器、氣敏傳感器和位置傳感器；

所述的信號監測單元包括圖像信號采集單元、音頻信號采集單元、生物信號采集單元和環境信號采集單元，分別對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集并傳輸至設置在移動監測小車內的初級信號處理單元中，將采集的信號轉化為既定格式的數字信號；

還包括驅動移動監測小車的驅動裝置及電源裝置，驅動裝置及電源裝置設置在移動監測小車內；

移動監測小車的監測線路的距離采取的標準為每一管道的長度d，設定標準的移動監測小車的預設距離D，當管道的長度d<預設距離D時，在該管道的區域只需設置一個移動監測小車；

當管道的長度d>預設距離D時，一個移動監測小車在預設的行走周期內不能滿足對全距離的監測，設置至少兩個移動監測小車，各個移動監測小車分別在相應的區域內移動；具體數量為在每個距離d的區域內設置一個移動監測小車。

進一步地，當管道的長度d>預設距離D時，完成全程監測的時間為t,預設時間T₁和T₂,并且，滿足T₁>T₂；當t>T₁時，表示管路處于停歇時間，此時，移動監控小車處于自檢過程中，停止在管道上運行，僅在停靠點的信息進行監測，對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集。

進一步地，相鄰兩管道之間相鄰的移動監測小車的時間間隔t,當t<T₂時，表示車輛處于忙碌狀態，此時，若移動監測小車的移動監測周期T<T₂,則移動監測小車能夠完成區間內的檢測；若移動監測小車的移動監測周期T>T₂,則移動監測小車能夠完成區間內的檢測；因此，在管道上設置的移動監測小車的數量與移動監測周期T成反比。

N＝N₀×a×b×(D-d)×(T-T₂)/Td (1)

示中，N₀表示根據管道的長度d與預設距離D確定的移動監測小車的數量；T表示移動監測周期；T₂為預設的時間；a表示信號處理的復雜程度系數，a的取值范圍為1.0-1.5；b表示監測區間復雜程度系數，b的取值范圍為1.1-1.2；通過上述得出的移動監測小車的數量最終經過取整得出。

進一步地，所述的次級信號處理系統對每種信號的多種采集數據進行判定，確定是否超出閾值范圍；在其內設置一比較模塊，具體為比較器，分別采集各個傳感器采集的電壓和電流值；其對所有信號處理單元內存儲的電流和電壓采集信號進行運算處理，并按照下述公式計算某一種采樣數值的多組電流和電壓信號中第二傳感器對第一傳感器采集數值的重合度P₂₁，

式中，P₂₁(u₁,i₁)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₁和i₁分別表示第一傳感器采集的電壓信號、電流信號，u₂和i₂分別表示所述第二傳感器采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算。

與現有相比本發明的有益效果在于：本發明通過超聲波監測方式，在移動過程中對管道的各種潛在因素進行監測、排查，包括管道的區間和周邊環境，及時完成對管道的清理及維護；整個管道的監測機動、全面。

本發明中的超聲波無損檢測能夠排除環境溫度和現場噪音的影響導致接收到的超聲波信號信噪比低，實際波形和理論波形誤差大的缺點；比人員、攝像機監測更機動、更靈活；全時監測覆蓋；高智能化；信息處理智能化，風險排除智能化。

附圖說明

圖1為本發明的基于超聲波無損檢測的管道監測系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1所示，本發明基于超聲波無損檢測的管道監測系統，包括多段管道1，設置在管道1外側壁2的一側的管道3，設置在管道3上的至少兩個移動監測小車3，與移動監測小車3連接的信號監測單元，控制移動監測小車3移動的指令單元，還包括與信號監控單元連接的信號處理單元，信號處理單元的輸出端與報警系統連接。

其中，所述的移動監測小車根據管道1的距離、信號處理的復雜程度、監測區間復雜程度可設置第一移動監測小車、第N移動監測小車；設置數量至少兩個。

本發明實施例的移動監測小車內設置多種檢測傳感器，分別對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集；包括CCD相機、聲音傳感器、濕度和溫度傳感器、氣敏傳感器和位置傳感器，為了保證檢測的精度，各種傳感器均成組設置。

本發明實施例的信號監測單元包括圖像信號采集單元、音頻信號采集單元、生物信號采集單元和環境信號采集單元，分別通過超聲波對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集并傳輸至設置在移動監測小車內的初級信號處理單元中，將采集的信號轉化為既定格式的數字信號。

所述的初級信號處理單元將轉換后的數字信號傳輸至次級信號處理單元內進行處理、過濾，每一個移動監測小車附有一個次級信號處理系統，固定設于車站或區間內。經次級信號處理單元處理的信號上傳至信號處理系統內，對各個移動監測小車的信號進行匯總，并對異常情況做出處理。

本發明實施例的信號處理系統由上述三級構成。

所述的移動監測小車設置在管道3上，所述的管道3固定在管路外側，本實施例中，采用固定的方式連接。

還包括驅動移動監測小車4的驅動裝置及電源裝置，驅動裝置及電源裝置設置在移動監測小車4內，電源裝置為移動監測小車4內的各種傳感器供電。

本發明實施例的移動監測小車在初始設置后，對管道完成完整的移動監測過程；移動監測小車的監測線路的距離采取的標準為每一管道的長度d，設定標準的移動監測小車的預設距離D，當管道的長度d<預設距離D時，在該管道的區域只需設置一個移動監測小車。

當管道的長度d>預設距離D時，一個移動監測小車在預設的行走周期內不能滿足對全距離的監測，設置至少兩個移動監測小車，各個移動監測小車分別在相應的區域內移動；具體數量為在每個距離d的區域內設置一個移動監測小車。

當管道的長度d>預設距離D時，完成全程監測的時間為t,預設時間T₁和T₂,并且，滿足T₁>T₂；當t>T₁時，表示管路處于停歇時間，此時，移動監控小車處于自檢過程中，停止在管道上運行，僅在停靠點的信息進行監測，對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集。

本實施例中，設置一預留時間T₃，在移動監測小車初始運行時刻T₀之前的預留時間T₃內，站臺區間內的所有移動監測小車開始運行，并在預留時間T₃小于移動監測小車的移動監測周期T。

相鄰兩管道之間相鄰的移動監測小車的時間間隔t,當T₂<t<T₁時，表示該管道上的車輛處于非忙碌狀態，此時，移動監測小車在該間隔內完成至少一次移動監控過程。

相鄰兩管道之間相鄰的移動監測小車的時間間隔t,當t<T₂時，表示車輛處于忙碌狀態，此時，若移動監測小車的移動監測周期T<T₂,則移動監測小車能夠完成區間內的檢測；若移動監測小車的移動監測周期T>T₂,則移動監測小車能夠完成區間內的檢測；因此，在管道上設置的移動監測小車的數量與移動監測周期T成反比。

N＝N₀×a×b×(D-d)×(T-T₂)/Td (1)

示中，N₀表示根據管道的長度d與預設距離D確定的移動監測小車的數量；T表示移動監測周期；T₂為預設的時間；a表示信號處理的復雜程度系數，a的取值范圍為1.0-1.5；b表示監測區間復雜程度系數，b的取值范圍為1.1-1.2；通過上述得出的移動監測小車的數量最終經過取整得出。在本發明實施例中，區間復雜程度系數與信號處理的復雜程度系數均為經驗值，區間復雜程度系數受管道的曲線程度、管道維修時間等系數影響，當曲線程度的曲率半徑較小時，管道維修時間較長時，系數的數值較大。

在本發明實施例中，在移動監測小車上設置有多種檢測傳感器，分別對監測區間內的圖像、音頻、生物信息和環境信息進行采集；包括CCD相機、聲音傳感器、濕度和溫度傳感器、氣敏傳感器和位置傳感器，為了保證檢測的精度，各種傳感器均成組設置。

所述的次級信號處理系統對每種信號的多種采集數據進行判定，確定是否超出閾值范圍；在其內設置一比較模塊，具體為比較器，分別采集各個傳感器采集的電壓和電流值；其對所有信號處理單元內存儲的電流和電壓采集信號進行運算處理，并按照下述公式計算某一種采樣數值的多組電流和電壓信號中第二傳感器對第一傳感器采集數值的重合度P₂₁，

式中，P₂₁(u₁,i₁)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₁和i₁分別表示第一傳感器采集的電壓信號、電流信號，u₂和i₂分別表示所述第二傳感器采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算；

所述第二傳感器對第一傳感器的信號重合度P₂₁按照下述公式進行計算；

式中，M表示取樣組數，j表示序列數，P_1j(u₁,i₁)表示每組信號中所述第二傳感器對第一傳感器的信號重合度。

所述比較單元計算第二傳感器對第傳感器的信號重合度P₂₁，第三傳感器對第一傳感器的信號重合度P₃₁，第三傳感器對第二傳感器的信號重合度P₃₂，并將其上傳至信號處理系統。

在所述的信號處理系統包括數據處理單元和數據存儲器，數據處理單元包括MCU處理器，其從數據存儲器中獲取重合度閾值P₀，所述MCU處理器將所述計算所得的重合度值與重合度閾值P₀進行比對，若所述重合度值大于閾值，則斷定某一監測指標超出預期，存在故障。

同時，數據處理單元通過位置傳感器獲取該處的位置信息，通過即時處理系統進行即時處理。

在本發明實施例中，所述的數據存儲器中存儲有各個監測指標的閾值以及對應的故障類型及解決方案的數據庫；通過監測信息的類型確定實際的解決方案。

所述的供電系統由不間斷電源供電滑道等組成，與次級信號處理系統設于相同位置，用于為系統內所有設備設施提供動力能源。

所述的報警系統，包括采用聲光等措施，異常情況發生時，在通過軌道系統發出信號的同時，直接向軌道管道沿線發出警示，以便最快的速度采取措施，避免險情。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。