专利名称：一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置及方法
技术领域：
本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置及方法。
背景技术：
长输管道是石油、天然气运输的主要方式。油气管道输送的基本要求是安全、高效。然而由于腐蚀、磨损、意外损伤等原因导致的管线泄漏事故时有发生。因此，管道检测分析控制技术的信息化研究对于工业发展有着重要意义。
然而现有漏磁检测器由于元器件众多、结构复杂导致其工作效率低、采集速度慢，因而检测精度低，不能检测出管道的细微缺陷。由于元器件众多导致的能耗过高也使得检测器在电源电能有限的情况下工作时间相对较短。发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置及方法。
本发明的技术方案是: 一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置，包括传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路、CPLD模块和电源电路；CPLD (Complex Programmable Logic Device)为复杂可编程逻辑器件； 所述传感器阵列的输入端连接探测到的漏磁场，传感器阵列的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块接收传感器阵列根据探测到的漏磁场生成的模拟量形式的漏磁信号，模数转换模块的信号输出端及控制端均连接电平转换模块的信号输入端，电平转换模块接收模数转换模块根据模拟量形式的漏磁信号转换后的数字量形式的漏磁信号；电平转换模块的信号输出端分别连接CPLD模块的信号输入端和控制端，CPLD模块接收输油管道漏磁检测器的里程轮信号和电平转换模块输出的数字量形式的漏磁信号，电源电路的输出端分别连接传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路和CPLD模块。
所述传感器阵列有三组，分别是径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列，径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列分别探测输油管道的径向漏磁场、轴向漏磁场和周向漏磁场。
所述CPLD模块用于根据里程轮信号向模数转换模块发送数据采集信号。
采用所述的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置进行数据采集的方法，包括如下步骤: 步骤1:输油管道漏磁检测器开始工作； 步骤2:各传感器阵列实时探测海底管道径向、轴向、周向的漏磁场并生成漏磁信号； 步骤3 =CPLD模块对输油管道漏磁检测器的里程轮信号实时采样；步骤4:判断里程轮信号是否准确:是，则直接执行步骤5，否，则对里程轮信号进行修正，然后执行步骤5 ； 步骤5:判断里程轮信号是否满足中断条件:是，则执行步骤6 ;否，则转至步骤3 ； 步骤6 =CPLD模块向模数转换模块发送数据采集信号，控制模数转换模块对传感器阵列生成的海底管道径向、轴向、周向的漏磁信号进行AD转换，并由CPLD模块对模数转换模块输出的数据进行缓存； 步骤7:将采集到的海底管道径向、轴向、周向的漏磁场数据传输至输油管道漏磁检测器的存储器。
有益效果: 针对现有漏磁检测方法覆盖率低、检测精度低的缺点，本发明通过模数转换模块实现传感器阵列采集到的三轴模拟信号到数字信号的转变，并将数字信号传递给CPLD模块，CPLD模块将此数字信号进行缓存之后传递给下一级。本装置具有高速采集的性能，并能够采集三轴信号，增大了数据采集量，因此可以提高漏磁检测精度，进而可以检测到更细微的管壁缺陷。此外，由于采用传感器阵列进行漏磁场采样以及模数转换模块进行模数转换，无需使用信号放大、滤波等装置，降低了系统的功耗，在电源电能有限的情况下能够更长时间的工作。
图1是本发明具体实施方式
的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置的结构框图； 图2是本发明具体实施方式
的用于输油管道漏磁检测器的数据采集方法流程图； 图3是本发明具体实施方式
的模数转换模块及电平转换模块的电路连接原理图； 图4是本发明具体实施方式
的CPLD模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。
如图1所示，本实施方式的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置，包括传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路、CPLD模块和电源电路；CPLD (ComplexProgrammable Logic Device)为复杂可编程逻辑器件； 传感器阵列的输入端连接探测到的漏磁场，传感器阵列的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块接收传感器阵列根据探测到的漏磁场生成的模拟量形式的漏磁信号，模数转换模块的信号输出端及控制端均连接电平转换模块的信号输入端，电平转换模块接收模数转换模块根据模拟量形式的漏磁信号转换后的数字量形式的漏磁信号；电平转换模块的信号输出端分别连接CPLD模块的信号输入端和控制端，CPLD模块接收输油管道漏磁检测器的里程轮信号和电平转换模块输出的数字量形式的漏磁信号，电源电路的输出端分别连接传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路和CPLD模块。
传感器阵列有三组，分别是径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列，径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列分别探测输油管道的径向漏磁场、轴向漏磁场和周向漏磁场。
CPLD模块用于根据里程轮信号向模数转换模块发送数据采集信号。
由12个A1321高精度霍尔传感器组成三组传感器阵列，每组传感器阵列包括四个霍尔传感器，三组传感器阵列分别是径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列，利用霍尔传感器的磁敏特性，分别探测径向、轴向、周向的漏磁场并生成模拟量形式的漏磁信号，将模拟信号传递给模数转换模块。每个传感器有3个引脚，其中O号引脚接5V电源，I号引脚接地，2号引脚为信号输出端。
模数转换模块及电平转换模块的电路连接如图3所示。
模数转换模块核心为2片8通道12位串行输出高速、高精度模数转换器ADS7844，接收由传感器阵列生成的模拟信号，进行由模拟信号到数字信号的转换，将数字信号传递给CPLD模块，并接收CPLD模块发出的控制信号。每个ADS7844有8个信号输入引脚，其中6个作为信号输入引脚与传感器的信号输出端连接，每个ADS7844有I个串行信号输出引脚和4个控制引脚，并分别与I路电平转换电路连接，接收由传感器阵列生成的模拟信号，进行由模拟信号到数字信号的转换，将数字信号传递给CPLD模块，并接收CPLD模块发出的控制信号。
电平转换模块由10路电平转换电路构成，其中每I路由两个电阻串联构成，其中一个电阻的另一端作为信号输入端，另一个电阻的另一端与5V电源连接，两个电阻分别为200 O和IOK D，通过这两个上拉电阻完成模数转换模块与CPLD模块之间的电平转换，信号输出端由两个电阻的中间引出，与CPLD模块的信号输入及控制端连接。
CPLD模块起着控制AD转换、负责处理12路数据的采集和发送给下一级的作用，是整个数据采集电路的核心，接收来自模数转换模块并经过电平转换模块处理之后的数字信号，对数字信号进行缓存，并将数字信号传递给下一级，同时CPLD模块发出对模数转换模块的控制信号并接收来自里程轮的中断信号，同时CPLD模块根据中断方式发出对模数转换模块的控制信号，采用基于位移中断的方式控制AD转换及数据处理。
CPLD模块的电路原理如图4所示。
CPLD模块由CPLD芯片EPM240T100C5、晶振电路、JTAG 口 P7及电容、电阻组成，是整个数据采集电路的核心部分，它起着控制AD转换、负责12路数据的采集和发送给下一级的作用；CPLD芯片共100个引脚，CPLD芯片的10个引脚作为信号输入及控制引脚，8个引脚直接接地，8个引脚分别通过滤波电容接3.3V电源，3个引脚接收来自里程轮的中断信号，I个引脚作为时钟脉冲输入端接收由晶振电路提供的时钟脉冲信号，I个引脚为信号输出引脚与数据输出接口连接，4个引脚与JTAG 口 P7连接。JTAG 口 P7的I个引脚直接连接3.3V电源，2个引脚直接接地，3个引脚既通过电阻与3.3V电源连接又与CPLD的引脚连接，I个引脚既通过电阻接地又与CPLD的引脚连接，3个引脚悬空，如图4所示，85、100号引脚为信号输入引脚，与ADS7844信号输出引脚对应的电平转换电路信号输出端连接，81、82、83、84、96、97、98、99号引脚为控制信号引脚，与ADS7844控制引脚对应的电平转换电路信号输出端连接，10、11、32、46、60、65、79、及 93 号引脚接地，9、13、31、45、59、63、80、94号引脚分别通过滤波电容阻值为0.1 Zrfr的C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19接3.3V高电平，22、23、24、25号引脚分别与JTAG 口 P7的5、9、1、3号引脚连接，76、77、78号引脚接收来自里程轮的中断信号，64号引脚作为时钟信号输入端接收由晶振电路提供的频率为50MHz的时钟信号，41号引脚为信号输出引脚与数据输出接口连接，其余引脚悬空；晶振电路Xl的I号引脚既与5V电源连接又通过0.1 /iF的电容C23接地，2号引脚悬空，3号引脚通过IOK Ω的电阻R4输出频率为50MHz的脉冲，4号引脚接地JTAG 口 P7的I号引脚既通过IOK Ω的电阻R8接地又与CPLD的24号引脚连接，2号引脚与10号引脚共同接地，3号引脚既通过IOK Q的电阻R8连接3.3V电源又与CPLD的25号引脚连接，4号引脚连接3.3V电源，5号引脚既通过IOK Ω的电阻R5连接3.3V电源又与CPLD的22号引脚连接，6、7、8号引脚悬空，9号引脚既通过IOK Ω的电阻R6与3.3V电源连接又与CPLD的23号引脚连接。
电源电路用于提供整个数据采集电路所需的5V和3.3V电源。
采用内检测的方式探测管壁缺陷情况，在输油管道中安装漏磁检测器对管壁进行检测。检测单元中装有两个磁铁作为磁极，能够将所到位置处的管壁磁化，如果管壁没有缺陷，则磁力线在管壁内均匀分布。如果管道存在缺陷，管壁横截面减小，缺陷处磁阻增大，磁通路变窄，磁力线发生变形，部分磁力线穿出管壁两侧产生漏磁场。通过对管壁磁感应强度的检测，即可判断管壁的缺陷存在状况。
本实施方式的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置则是应用与漏磁检测器中，根据该数据采集装置探测到的输油管道的管壁的漏磁场，来判断管壁漏磁情况。
采用上述的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置进行数据采集的方法，包括如下步骤: 步骤1:输油管道漏磁检测器开始工作； 步骤2:各传感器阵列实时探测海底管道径向、轴向、周向的漏磁场并生成漏磁信号； 步骤3 =CPLD模块对输油管道漏磁检测器的里程轮信号实时采样； 步骤4:判断里程轮信号是否准确:是，则直接执行步骤5，否，则对里程轮信号进行修正，然后执行步骤5 ； 在检测器运行过程中有某一个或者多个里程轮发生“打滑”现象，则认为该里程轮信号不准确，需根据具体情况对里程轮信号进行修正，例如输油管道漏磁检测器内的里程轮有三个，若是一个或者两个里程轮发生“打滑”现象，则利用其余正常的里程轮信号对其进行修正，若从三个里程轮获得的信号都与之前采集到的正常值出现误差允许之外的偏差，则同时对其进行修正，修正后执行步骤6 ; 步骤5:判断里程轮信号是否满足中断条件:是，则执行步骤6 ;否，则转至步骤3 ; 输油管道漏磁检测器的完成一次检测的工作时间分为N个周期，检测器每达到一个周期即里程轮信号满足中断条件； 步骤6 =CPLD模块向模数转换模块发送数据采集信号，控制模数转换模块对传感器阵列生成的海底管道径向、轴向、周向的漏磁信号进行AD转换，并由CPLD模块对模数转换模块输出的数据进行缓存； 步骤7:将采集到的海底管道径向、轴向、周向的漏磁场数据传输至输油管道漏磁检测器的存储器。
权利要求
1.一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置，其特征在于:包括传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路、CPLD模块和电源电路； 所述传感器阵列的输入端连接探测到的漏磁场，传感器阵列的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块接收传感器阵列根据探测到的漏磁场生成的模拟量形式的漏磁信号，模数转换模块的信号输出端及控制端均连接电平转换模块的信号输入端，电平转换模块接收模数转换模块根据模拟量形式的漏磁信号转换后的数字量形式的漏磁信号；电平转换模块的信号输出端分别连接CPLD模块的信号输入端和控制端，CPLD模块接收输油管道漏磁检测器的里程轮信号和电平转换模块输出的数字量形式的漏磁信号，电源电路的输出端分别连接传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路和CPLD模块。
2.根据权利要求1所述的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置，其特征在于:所述传感器阵列有三组，分别是径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列，径向传感器阵列、轴向传感器阵列和周向传感器阵列分别探测输油管道的径向漏磁场、轴向漏磁场和周向漏磁场。
3.根据权利要求1所述的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置，其特征在于:所述CPLD模块用于根据里程轮信号向模数转换模块发送数据采集信号。
4.采用权利要求1所述的用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置进行数据采集的方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤1:输油管道漏磁检测器开始工作； 步骤2:各传感器阵列实时探测海底管道径向、轴向、周向的漏磁场并生成漏磁信号； 步骤3 =CPLD模块对输油管道漏磁检测器的里程轮信号实时采样； 步骤4:判断里程轮信号是否准确:是，则直接执行步骤5，否，则对里程轮信号进行修正，然后执行步骤5 ； 步骤5:判断里程轮信号是否满足中断条件:是，则执行步骤6 ;否，则转至步骤3 ； 输油管道漏磁检测器的完成一次检测的工作过程分为N个周期，检测器每达到一个周期即里程轮信号满足中断条件； 步骤6 =CPLD模块向模数转换模块发送数据采集信号，控制模数转换模块对传感器阵列生成的海底管道径向、轴向、周向的漏磁信号进行AD转换，并由CPLD模块对模数转换模块输出的数据进行缓存； 步骤7:将采集到的海底管道径向、轴向、周向的漏磁场数据传输至输油管道漏磁检测器的存储器。
全文摘要
一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置，包括传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路、CPLD模块和电源电路；传感器阵列的输入端连接探测到的漏磁场，传感器阵列的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端及控制端均连接电平转换模块的信号输入端，电平转换模块的信号输出端分别连接CPLD模块的信号输入端和控制端，电源电路的输出端分别连接传感器阵列、模数转换模块、电平转换电路和CPLD模块。本发明实现传感器阵列采集到的三轴模拟信号到数字信号的转变，并将数字信号传递给CPLD模块，CPLD模块将此数字信号进行缓存之后传递给下一级，可以提高漏磁检测精度，进而可以检测到更细微的管壁缺陷。
文档编号F17D5/06GK103162093SQ201310103698
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者冯健, 王宏阳, 张峻峰, 马瑞泽 申请人:东北大学