一种具有gps定位功能的非接触式管道缺陷检测装置及检测方法
【专利摘要】一种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置及检测方法，它涉及一种管道缺陷检测装置及检测方法，具体涉及一种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置及检测方法。本发明为了解决现有检测设备只能进行接触性或测距不高的检测，且没有定位功能的问题。本发明包括扫描机构、GPS定位系统、主机和两根数据线，扫描机构的数据传输接口通过一根数据线与主机的通讯接口连接，GPS定位系统的通讯接口通过一根数据线与主机的通讯接口连接，GPS定位系统由信号无源接收天线和数据处理芯片组成，信号无源接收天线与数据处理芯片连接，数据处理芯片与通讯接口连接。本发明用于关傲缺陷检测。
【专利说明】ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种管道缺陷检测装置及检测方法，具体涉及ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002]铁磁性金属在腐蚀、拉伸、压缩、扭曲和周期性载荷等的作用下都会产生金属磁记忆效应。金属在应カ集中或腐蚀位置会产生滑移错位区域并伴有自有漏磁场。存在微弱的地球磁场时，在受检物体应カ集中区域的表面将形成漏磁场梯度，使用专门的磁侧仪表就能获得该梯度的大小，并通过它确定是否发生缺陷。根据磁记忆产生的机理，铁磁性部件的缺陷位置会产生较大的自有漏磁场，磁场強度会发生突变。使用金属磁记忆非接触性磁测诊断法检测埋地管道，能找出并局部定位管道的应カ变形区域在地下、水下或其他介质作用下产生的不同性质的损伤。
[0003]爱德森公司首先推出了 EMS-1000掌上金属磁记忆检测仪，可用于管道、叶片、轴承、齿轮等的检测，此设备的测距较小，基本是接触性的检测。随后又在EMS-1000的基础上进行改进，相继推出了 EMS-2000、EMS-2003等EMS系列的磁记忆检测设备及配套的数据处理软件，目前可实现最大测距达150mm的检测。
[0004]现有检测设备只能进行接触性或测距不高的检测，特别是对地下管道的检测方面还不能进行有效方便的检测，且没有定位功能，只能进行临时性的检测，不能对管道位置信息进行确定与保存，不能为管道信息的管理提供依据。
【发明内容】
[0005]本发明为解决现有检测设备只能进行接触性或测距不高的检测，且没有定位功能的问题，进而提出ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置及检测方法。
[0006]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括扫描机构、GPS定位系统、主机和两根数据线，扫描机构的数据传输接ロ通过ー根数据线与主机的通讯接ロ连接，GPS定位系统的通讯接ロ通过ー根数据线与主机的通讯接ロ连接，GPS定位系统由信号无源接收天线和数据处理芯片组成，信号无源接收天线与数据处理芯片连接，数据处理芯片与通讯接ロ连接。
[0007]本发明所述检测方法的具体步骤如下:
[0008]步骤一、检测人员手持主机，将扫描机构放在离被检测金属管道较近的位置；
[0009]步骤ニ、打开主机开关，调至检测模式，扫描机构将数据传输给主机，主机通过低噪声、差动输入的放大电路实现磁微弱信号的放大，完成信号的采集并将信号按照设定的格式进行存储；
[0010]步骤三、将主机连接到安装有相应上位机软件的计算机上，将存储的检测数据传输到计算机上；[0011]步骤四、使用信号处理上位机软件处理检测数据，采用离散小波变换的db小波软阈值函数和固定形式阈值对采集信号进行降噪处理；
[0012]步骤五、提取小波降噪的梯度特征、细节分量特征及梯度信号的尺度空间能量特征，实现管道缺陷的判断及缺陷位置的定位；
[0013]步骤六、使用路线标定上位机软件处理检测数据，调用Google Earth软件，在地图上标定检测路线与缺陷位置。
[0014]本发明的有益效果是:经对地下掩埋石油管道实验验证，本检测系统抗干扰性好，能够有效屏蔽地磁场以及主机内电路的磁场干扰，检测精度高，缺陷评价精度在80%以上；测距大，能够对地下1.5米以内的管道进行检测；能够对检测路线及管线进行成功标定。最终保存的管道信息图片特别适合于管道信息管理。本发明与现有技术相比，采用GPS定位系统实现检测路线的标定，井能够形成图片信息进行保存，本发明采用小波技术对检测信号进行降噪及特征信息采集处理，完成管道缺陷的判断及缺陷位置的定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本检测装置的结构示意图，图2是水平芯片和竖直芯片位置关系示意图，图3是模数转换模块电路图，图4是按键模块电路图，图5是EEPROM串行可擦写存储模块电路图。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置包括扫描机构1、GPS定位系统2、主机3和两根数据线4，扫描机构I的数据传输接ロ通过ー根数据线4与主机3的通讯接ロ连接，GPS定位系统2的通讯接ロ通过ー根数据线4与主机3的通讯接ロ连接，GPS定位系统2由信号无源接收天线和数据处理芯片组成，信号无源接收天线与数据处理芯片连接，数据处理芯片与通讯接ロ连接。将检测设备存储的经纟韦度数据导入Google Earth,调用Google Earth,再其三维地图上绘制检测路径。
[0017]Google Earth是有Google公司开发的一款虚拟地球软件,它把航拍的照片、卫星图像和GIS数据整合在一起，形成了ー个地球的三维模型。本设计采用串行接ロ进行单片机与PC机的数据通信，并基于MFC调用多线程串ロ编程工具CSerialPort类，编写数据处理芯片与PC机通讯接ロ的串ロ通讯程序，该程序可将存储器存储的经纬度数据生成调用Google Earth所需的KML格式文件，并调用Google Earth软件的COM API接ロ将KML格式文件导入Google Earth绘制检测路径,实现高精度的三维图像显示及检测路线的绘制。
[0018]【具体实施方式】ニ:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置的扫描机构I由磁阻传感器、滤波电路和数据传输接ロ组成，磁阻传感器与滤波电路连接，滤波电路与数据传输接ロ连接。
[0019]本实施方式中的磁阻传感器选用灵敏度在微高斯级的磁阻传感器，运用传感器位置复位方法及电磁屏蔽方法进行设计，避免了检测环境中存在的电磁设备或其他干扰磁场产生的电磁波及干扰磁场对检测设备的影响。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。[0020]【具体实施方式】三:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置的磁阻传感器由水平芯片5和竖直芯片6相互垂直組成。
[0021]本实施方式中的水平芯片5是HMC1001芯片，其只对ー个方向上的磁场敏感，竖直芯片6是HMC1002芯片，其对两个相互垂直方向的磁场敏感，水平芯片5和竖直芯片6组合后能够同时对三个方向的磁场进行检测。其它组成及连接关系与【具体实施方式】二相同。
[0022]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述ー种利用【具体实施方式】一所述装置的管道缺陷检测方法的具体步骤如下:
[0023]步骤一、检测人员手持主机3，将扫描机构I放在离被检测金属管道较近的位置；
[0024]步骤ニ、打开主机开关，调至检测模式，扫描机构I将数据传输给主机3，主机3通过低噪声、差动输入的放大电路实现磁微弱信号的放大，完成信号的采集并将信号按照设定的格式进行存储；
[0025]步骤三、将主机连接到安装有相应上位机软件的计算机上，将存储的检测数据传输到计算机上；
[0026]步骤四、使用信号处理上位机软件处理检测数据，采用离散小波变换的db小波软阈值函数和固定形式阈值对采集信号进行降噪处理；
[0027]步骤五、提取小波降噪的梯度特征、细节分量特征及梯度信号的尺度空间能量特征，实现管道缺陷的判断及缺陷位置的定位；
[0028]步骤六、使用路线标定上位机软件处理检测数据，调用Google Earth软件，在地图上标定检测路线与缺陷位置。
[0029]【具体实施方式】五:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测方法的步骤四中采用离散小波变换的db小波软阈值函数和固定形式阈值对采集信号进行降噪处理的具体步骤如下:
[0030]步骤A、对检测信号进行多尺度小波分解；
[0031]步骤B、再次对检测信号进行多尺度小波分解，其中高频部分小波系数保留，低频部分继续进行小波变换，重复此过程10-20次；
[0032]步骤C、根据信号和噪声的小波系数具有不同的性质，将处理后的小波系数重构从而得到降噪后的信号；
[0033]步骤D、将步骤C中降噪后的信号采用小波阈值法进行进一步处理，选择四层小波分解层数将含噪音信号进行小波多尺度分解；
[0034]步骤E、根据分解后的各尺度上的小波系数设定阈值，保留高于该阈值的小波系数，消除低于该阈值的小波系数；
[0035]步骤F、选择四层小波分解层数对检测信号进行分解，最終得到去除噪音后的信号。
[0036]本实施方式中的小波是指Daubechies小波,Daubechies小波具有正交性,有助于提高大量管道检测信号的计算速率，Daubechies小波的不对称性使其在不同方向上表现出的不等的权重，紧支性使其有效的表征具有位置特性的信号，即检测信号中夹带的瞬态反常现象。其它组成及连接关系与【具体实施方式】四相同。
【权利要求】
1.ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置，其特征在于:所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置包括扫描机构(I)、GPS定位系统(2)、主机(3)和两根数据线(4 )，扫描机构(I)的数据传输接ロ通过ー根数据线(4 )与主机(3 )的通讯接ロ连接，GPS定位系统(2)的通讯接ロ通过ー根数据线(4)与主机(3)的通讯接ロ连接，GPS定位系统(2)由信号无源接收天线和数据处理芯片组成，信号无源接收天线与数据处理芯片连接，数据处理芯片与通讯接ロ连接。
2.根据权利要求1所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置，其特征在于:扫描机构(I)由磁阻传感器、滤波电路和数据传输接ロ组成，磁阻传感器与滤波电路连接，滤波电路与数据传输接ロ连接。
3.根据权利要求2所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测装置，其特征在于:所述磁阻传感器由水平芯片(5)和竖直芯片(6)相互垂直組成。
4.ー种利用权利要求1所述装置的管道缺陷检测方法，其特征在于:所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测方法的具体步骤如下: 步骤一、检测人员手持主机(3)，将扫描机构(I)放在离被检测金属管道较近的位置； 步骤ニ、打开主机开关，调至检测模式，扫描机构(I)将数据传输给主机(3)，主机(3)通过低噪声、差动输入的放大电路实现磁微弱信号的放大，完成信号的采集并将信号按照设定的格式进行存储； 步骤三、将主机连接到安装有相应上位机软件的计算机上，将存储的检测数据传输到计算机上； 步骤四、使用信号处理上位机软件处理检测数据，采用离散小波变换的db小波软阈值函数和固定形式阈值对采集信号进行降噪处理； 步骤五、提取小波降噪的梯度特征、细节分量特征及梯度信号的尺度空间能量特征，实现管道缺陷的判断及缺陷位置的定位； 步骤六、使用路线标定上位机软件处理检测数据，调用Google Earth软件，在地图上标定检测路线与缺陷位置。
5.根据权利要求4所述ー种具有GPS定位功能的非接触式管道缺陷检测方法，其特征在于:步骤四中采用离散小波变换的db小波软阈值函数和固定形式阈值对采集信号进行降噪处理的具体步骤如下: 步骤A、对检测信号进行多尺度小波分解； 步骤B、再次对检测信号进行多尺度小波分解，其中高频部分小波系数保留，低频部分继续进行小波变换，重复此过程10-20次； 步骤C、根据信号和噪声的小波系数具有不同的性质，将处理后的小波系数重构从而得到降噪后的信号； 步骤D、将步骤C中降噪后的信号采用小波阈值法进行进一步处理，选择四层小波分解层数将含噪音信号进行小波多尺度分解； 步骤E、根据分解后的各尺度上的小波系数设定阈值，保留高于该阈值的小波系数，消除低于该阈值的小波系数。
【文档编号】F17D5/02GK103499829SQ201310481887
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】李隆球, 贺瑾瑜, 张广玉, 王杨杨, 刘伟民, 宋文平 申请人:哈尔滨工业大学