一種管道密閉性雙車檢測定位方法

李宗睿 侯 艷 劉嘉博 孫東輝 王喜斌

(北華航天工業(yè)學院電子與控制工程學院，河北 廊坊 065000)

一種管道密閉性雙車檢測定位方法

李宗睿 侯 艷 劉嘉博 孫東輝 王喜斌

(北華航天工業(yè)學院電子與控制工程學院，河北 廊坊 065000)

為解決流體輸送管道投產(chǎn)前的密閉性檢測問題，提出了一種基于無線通信技術(shù)和雙檢測定位方法的解決方案。該方案利用無線通信模塊控制管道中兩臺檢測車的行進動作，同時利用搭載在檢測車上的氣壓檢測模塊完成管道中密封性的測試。當出現(xiàn)氣壓值突變時，檢測車進行實時定位并通過無線方式將檢測結(jié)果發(fā)送至管道一端的終端模塊進行顯示和記錄。試驗表明，該方案定位準確，且可實時顯示檢測結(jié)果，在流體輸送管道密閉性檢測過程中具有很高的應用價值。

雙車檢測 無線通信 實時定位 漏檢車 定位車

0 引言

管道輸送是目前工業(yè)領(lǐng)域較為簡單、直接的流體輸送方式，因其成本低廉、維護簡單、安全性高、供給穩(wěn)定等特點，被廣泛應用在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中。而密閉性良好的管道是流體正常輸送的前提條件，否則會影響生產(chǎn)、污染環(huán)境，甚至威脅人類生命[1]。但是在生產(chǎn)過程中，管道有可能因為工藝問題出現(xiàn)密閉性不好的問題，特別是長距離管道需要經(jīng)過焊接以延長其長度，而焊接過程更容易使接口處出現(xiàn)漏洞或細縫[2]。所以在管道鋪設完畢后，必須經(jīng)過一系列的檢測，只有密閉性達到要求的管道才能投入到生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的管道密封性檢測常用的方法是通過將水或氣體注入管道，然后通過各種間接測漏方式對泄漏點進行查找。常用的方法包括壓力梯度法、次聲波檢測法、負壓波檢測法等[3-6]。但以上傳統(tǒng)檢測方法都由于各種原因限制，應用較少。針對以上問題，本文重點研究了一種新型雙車檢測定位方法，利用無線通信技術(shù)完成管道裂紋的檢測與定位，并將檢測結(jié)果實時發(fā)送到系統(tǒng)終端，輔助管理人員方便精確地找到管道泄漏點。

1 系統(tǒng)組成

整體雙車漏檢系統(tǒng)由漏檢車、定位車以及終端單元組成，具體如圖1所示。

圖1 雙車漏檢定位系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 Schematic diagram of the composition of two-vehicle leak inspection and positioning system

1.1 漏檢車組成及工作原理

漏檢車完成對管道密封性的初步檢測，并與定位車完成無線通信，實現(xiàn)雙車行進控制，其內(nèi)部組成如圖2所示。在工作過程中，漏檢車自帶氣壓傳感器檢測管道內(nèi)部氣體絕對壓強。如壓強未有明顯變化，則小車繼續(xù)向前行進；如漏檢車檢測到氣壓變化明顯，有泄漏可能時，則停止前行，并通過無線通信模塊告知后方定位車降低前行速度，詳細檢測泄漏點位置。

圖2 漏檢車組成框圖Fig.2 Block diagram of the composition of leak inspection vehicle

1.2 定位車組成及工作原理

定位車完成與漏檢車的行進狀態(tài)通信，并通過氣壓傳感器進行泄漏點二次檢測，準確定位漏點位置；同時，還可將漏電信息以無線通信方式傳送至管道終端。定位車內(nèi)部組成如圖3所示。

圖3 定位車組成框圖Fig.3 Block diagram of the composition of positioning vehicle

在工作過程中，定位車接收到漏檢車的行進控制信號后，降低車速進行氣壓精確檢測，如果接觸到漏檢車后仍未發(fā)現(xiàn)壓強明顯變化點，則認為漏檢車進行了一次誤測試，則雙車重新啟動前進。此過程中漏檢車先啟動，定位車利用車體前部的測距裝置確定雙車距離滿足要求，隨后啟動前進。如果測試到管線某點壓強變化最為明顯，則確認該位置為疑似泄漏點，定位車上的無線通信單元在微控制器作用下發(fā)出一個標志信息，以通知終端單元此時檢測到一個漏點。

1.3 終端單元組成及工作原理

終端單元的作用是接收到所述定位車發(fā)送的信號后，通過定位車運行速度以及運行時間計算出該漏點位置，并通過顯示器將此位置信息進行顯示。終端單元內(nèi)部組成如圖4所示。

圖4 終端單元組成框圖Fig.4 Block diagram of the composition of terminal unit

2 系統(tǒng)硬件設計

雙車漏檢定位系統(tǒng)以單片機為控制、計算核心，以無線通信方式完成雙車行進控制信號傳輸，通過終端單元顯示漏電檢測位置結(jié)果。系統(tǒng)所采用的硬件單元如下所述。

① 單片機模塊

系統(tǒng)漏檢車、定位車以及終端單元均以MSP430F1232單片機為控制核心。該單片機是由TI公司推出的功能強大的超低功耗16位混合信號處理器，其以低功耗、強大的處理能力、豐富的片上外圍模塊、方便高效的開發(fā)方式等特點，被廣泛應用于便攜式儀表、智能傳感器、實用檢測儀器、電機控制等領(lǐng)域。

② 無線通信及測距收發(fā)模塊

采用NRF24L01收發(fā)一體無線傳輸模塊，負責完成漏檢車、定位車以及終端單元之間的數(shù)據(jù)通信，同時還可完成漏檢車與定位車之間的測距任務。該模塊可采用與單片機相同的3.3 V電源直接供電，在2.4 Mbit/s的傳輸速率下保證低功耗的特點，適用于電池供電的單片機應用系統(tǒng)。

③ 電機模塊

采用ASLONG-JGB37-520小功率直流電機，完成漏檢車和定位車的動力提供。

④ 舵機模塊

采用輝盛MG996R大扭力標準舵機，負責完成漏檢車和定位車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動，使得雙車在管道中的行進更加穩(wěn)定。

⑤ 電源模塊

采用MP2303ADN電源管理芯片，可將車載12 V電源降壓為系統(tǒng)所需的3.3 V電源，為單片機模塊及無線通信模塊供電。

通過以上模塊的搭建，整個系統(tǒng)具備性價比高、功耗低等特點，適用于長時間野外環(huán)境應用。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件包括漏檢車控制程序、定位車控制程序機終端單元控制程序三部分。

3.1 漏檢車工作流程

測試過程中依次將漏檢車及定位車放入測試管道并保持管道密封。漏檢車以預定速度開始向前行進，并接收定位車發(fā)送的測距信號。當測距信息滿足系統(tǒng)預定要求后，利用無線通信模塊發(fā)送定位車前進命令。在前進過程中，漏檢車上的氣壓傳感器進行快速檢測，實時感應管道內(nèi)當前位置氣壓信息，正常狀態(tài)下管道內(nèi)氣壓呈緩慢線性變化，說明當前位置管道密封性良好。若出現(xiàn)氣壓突變，說明該位置存在泄漏可能，此時漏檢車停車，并發(fā)送“精確檢測”控制命令給定位車，命令定位車降低車速進行仔細檢測。漏檢車工作流程圖如圖5所示。

圖5 漏檢車工作流程圖Fig.5 Work process of the leak inspection vehicle

3.2 定位車工作流程

定位車工作流程圖如圖6所示。

圖6 定位車工作流程圖Fig.6 Work process of the positioning vehicle

定位車進入管道后不斷發(fā)射測距信號。當測距滿足要求并接收到漏檢車發(fā)送的前進命令后，定位車按照預定速度前進，前進速度與漏檢車相同。當定位車接收到漏檢車發(fā)送的“精確檢測”控制命令后，降低前進速度并通過無線通信模塊2向終端單元發(fā)送標志信息1，利用其自帶氣壓傳感器仔細檢測氣壓變化。如果在某點檢測到氣壓突變，則立即停車并通過無線通信模塊2向終端單元發(fā)送標志信息2，表示該位置為漏點位置。如果定位車與漏檢車相遇后，仍未檢測到漏點位置，則認為漏檢車進行了一次誤檢測，發(fā)送重啟命令，雙車重新啟動向前行進并在定位車啟動后向終端單元發(fā)送標志信息3。

3.3 終端單元工作流程

終端單元利用無線通信模塊與定位車進行通信，并記錄定位車行進速度及行進時間。當終端單元接收到標志信息1時，表示定位車當前以低速前進。當終端單元接收到標志信息2時，表示定位車確定漏點位置，終端單元的微處理器將按照公式S=v1t1+v2t2計算出漏點與管道入口的距離值，并通過顯示器顯示該位置信息。當終端單元接收到標志信息3時，表示定位車重新啟動并按照正常速度前進。終端單元工作流程圖如圖7所示。

圖7 終端單元工作流程圖Fig.7 Work process of the terminal unit

4 結(jié)束語

綜上所述，本文所述的一種管道密封性雙車定位檢測方法，其最大優(yōu)勢就在于其利用高性價比傳感器及單片機完成對管道密封性的檢測。同時，雙車檢測方法可以使定位更加直接而且準確，可以將疑似泄漏點的位置直觀地顯示在顯示器上而不需要進行復雜的數(shù)據(jù)處理，從而提高了管道檢測的效率。

[1] 汪磊，談圖，曹振松，等.便攜式天然氣泄漏遙感探測的研究[J].光譜學與光譜分析,2010,30(8):2192-2195.

[2] 馮繼忠，孫明森，張思，等.長輸管道檢測技術(shù)探討[J].長江大學學報,2012,9(9):70-72.

[3] 杜永軍，時婷婷，郭鳳，等.基于RFID輸油管道泄漏檢測技術(shù)的研究與探討[J].科學技術(shù)與工程,2010,10(9):2155-2159.

[4] 龍媛媛，柳言國，楊為剛，等.埋地管道泄漏檢測技術(shù)的綜合應用[J].石油化工腐蝕與防護,2009,26(2):47-49.

[5] 許勝利，劉桂香，趙翔，等.機動輸油管線泄露監(jiān)測技術(shù)[J].后勤工程學院學報,2012,28(3):44-50.

[6] 胡炎興.輸油管線泄露監(jiān)測技術(shù)研究[J].管道技術(shù)與設備,2011(3):19-21.

Two-vehicle Leak Inspection and Positioning Method for Airtightness of Pipeline

In order to solve the problems in airtightness inspection for pre-production of fluid transportation pipelines, the solution based on wireless communication technology and twofold inspection plus positioning method is proposed. With this method, the movements of two inspection vehicles are controlled by wireless communication module, and the test of airtightness in pipeline is conducted by using the air pressure detection module equipped on the inspection vehicles. When abrupt change of air pressure occurs, positioning is accomplished in real time by the inspection vehicle, and the result is sent to the terminal module at the end of the pipeline for display and record. The tests show that the method is precise in positioning and the inspection result can be displayed in real time; it possesses higher applicable value in airtightness inspection process for fluid transportation pipelines.

Two-vehicle inspection Wireless communication Real-time positioning Leak inspection vehicle Positioning vehicle

北華航天工業(yè)學院青年基金資助項目(編號：KY-2014-18)；

北華航天工業(yè)學院重點基金資助項目(編號：ZD-2014-02)。

李宗睿(1982-)，男，2010年畢業(yè)于河北工業(yè)大學電子與通信工程專業(yè)，獲碩士學位，講師；主要從事信號智能檢測及智能處理領(lǐng)域的研究。

TP216

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201506022

修改稿收到日期：2015-01-15。