《基于管道爬行器的磁控定位系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于管道爬行器的磁控定位系统.docx（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、基于管道爬行器的磁控定位系统夏海涛 ,尚宝刚(丹东华日电气有限公司 ,丹东118001)摘 要 :介绍了一种以低频交变磁场作为控制信息载体的管道爬行器定位系统。系统由磁指 令源 、磁接收器和管道爬行器组成 。利用磁指令源产生能穿透钢管壁的低频交变磁场来作为定位 信号 ,取代了采用放射性同位素产生的射线作为定位信号的方法。该系统现已广泛应用于我国 西气东输工程管道焊缝的无损检测 ,具有安全可靠、操作简便 、定位精度高、携带方便 、容易实现和 适用范围广等特点。关键词 :管道爬行器 ;定位系统 ;磁控 ;硬件研制中图分类号 : T H878 ; T G115 . 28文献标志码 : A文章编号 :
2、100026656 (2010) 0920744203Magnetic Or ientation System Ba sed on Pipel ine CreeperXIA Ha i2Tao , SHANG Bao2Gang(Da ndo ng H ua Ri Elect ric Co L t d , Dando ng 118001 , China)Abstract : A kind of pip eline creep er o rientatio n system wit h lo w f requency alt er natio n magnetic field a sco nt ro
3、lling info r matio n ca r rier wa s int ro duced. The system incl ude s magnetic inst r uctio n so urce , magnetic receiving appa rat us a nd pip eline creep er . It wa s adop ted lo w f requency alter natio n magnetic field w hich co uld penet rate steel t ube f ro m magnetic inst r uctio n so urce
4、 a s o rientatio n signal , replacing t he met ho d wit h radioactive i so tope ( such a s137 Cs) a s o rientatio n signal . Thi s machine wa s widely used in t he no nde st r uctive te sting of ga s t ube weld seam in t heso2called west2to2ea st ga s t ranspo rtatio n line . It ha s several cha rac
5、teri stics such a s saf et y a nd relia bilit y , ea sy to ha ndle , high o rientatio n p reci sio n , co nvenient ca r r y , ea sy realizatio n and wide applicable ra nge a nd so o n.Key words : Pipeline creep er ; Locating system ; Magnetic co nt rol ; Ha r dwa re develop ment长距离油气输送管道是由多根钢管焊接而成 ,
6、为保证质量 ,避免油气泄漏 ,必须要对环形焊缝进行 无损检测 。管道爬行器是对管道环形焊缝进行无损检测的主要设备。在数千米长封闭的油气管道中 ,管道爬行器要找到管道焊缝的位置 ,并且要求实现 精确定位 、安全可靠、携带方便以及便于操作 ,是有 一定难度的 ,因此定位技术是管道爬行器系统的一项关键性技术。放射性同位素 ( 如137 Cs) 控制定位的管道爬行器以操作简便、定位精度较高以及可靠 性较好等特点得到了较为广泛的使用。但是 ,放射 性同位素产生的射线会对人体造成损伤 ,长期使用会影响操作者的身体健康 ,国家对放射性同位素的经营、运输、使用、保存和回收都有严格的规定和 限制 ,一旦发生辐射
7、事故将会造成无法挽回的损失 , 这些问题制约了管道爬行器技术的使用和发展 。随 着输油、输气管道工程的日益增多 ,寻找一种安全可 靠且定位精度高、操作简便 、成本低廉的管道爬行器 定位方式 ,既是管道爬行器生产厂家急需解决的问题 ,也是油气管道实际检测工作的迫切需要。基本原理针对放射性同位素控制定位的管道爬行器存在 安全性能差的问题 ,需要寻找一种能够替代射线 穿透钢管管壁给出定位信息的方法 。无线电波及红 外线光等安全性好 ,但会被钢管屏蔽 ,不能穿透钢管 的管壁。根据电磁感应原理 ,低频交变磁场可以穿1收稿日期 :2009212226作者简介 :夏海涛( 1972 - ) ,男 ,工程师
8、,本科 ,研发设计师 ,主要 从事 X 射线无损检测产品研发和设计。7442010 年 第 32 卷 第 9 期夏海涛等 :基于管道爬行器的磁控定位系统透钢管的管壁 ,而且应用灵活 ,容易实现 , 其原理如图1 所示 1 - 2 。线圈 L 1 产生低频交变 磁场 , 该磁场在金属板 M内引起感应电流 ,此电流在 导体内闭合 , 称为涡流 , 其大小由 L 1 产生的低频交变 磁场强度决定。涡流穿透金属板的厚度 h 为 :2 . 1磁指令源磁指令源的结构图如图 3 所示 ,主要由壳体、电 机、电池、永磁体、开关和充电器插座等组成。为减 小电池消耗 ,用磁场强度 4 k Gs 的永磁体来产生 磁
9、场 ,电机的动力输出端与永磁体固定配接 ,电池为电机供电 ,开关控制电机启动和停止 ,电机带动永磁 体匀速旋转 ,产生频率为 50 Hz 的低频交变磁场 ,从 而控制磁场的发射 , 充电器插座用来给电池充电 。 电机、电池和永磁体装在壳体内 ,开关和充电器插座 安装在壳体表面。图 1 磁控定位原理h = 5 030r f式中为导体电阻率 , cm ;为导体相对磁导率; f 为交变磁场频率 , Hz 。选定金属板材料后 ,和 为常数 , 涡流穿透金 属板的厚度仅与频率 f 有关 , 频率越低 , 穿透金属 板越厚。由涡流产生的电磁场在金属板 M 另一侧的线圈 L 2 上感应出感生电势 E , E
10、 的大小取决于涡 流的大小 、L 2 的外形尺寸 、L 2 与金属板之间的距离 和 L 2 相对 L 1 的位置等 。采用 E 与 L 2 相对 L 1 的位置的关系作为定位的依据 ,对管道爬行器进行定位控制 ,因为交变磁场的波形、幅度和频率是可以控 制的 ,因此可实现不同的定位控制算法来提高管道爬行器定位系统的定位精度和可靠性 2 。图 3 磁指令源结构图2 . 2磁接收器磁接收器包括磁传感器、滤波电路 、信号转换电 路、运算处理器和接口转换电路 , 原理框图如图 4 所示。设计方案2管道爬行器的磁控定位系统的定位原理如图 2所示。管道爬行器的上部装有磁接收器 ,调整磁接 收器与管壁的位置到
11、适当的距离 ,使管道爬行器在管道内匀速行驶 ,在管道爬行器经过磁指令源时 ,磁接收器将接收到由磁指令源发出的磁场信号 ,当磁 场信号的幅度达到预先设定的值时 ,磁接收器输出 控制信号控制管道爬行器停止 ,使环形的 X 射线窗口正对着管道的环形焊缝位置 。图 4 磁接收器原理框图磁传感器接收磁指令源发射的低频磁场信号 ,并将磁场信号转换为电信号送入滤波电路 ,滤除各 种干扰信号后进入信号转换电路 ,转换为单片机能 够识别的信号送入运算处理器。运算处理器是由单 片机及其外围器件组成 ,主要负责对信号频率和幅 值进行运算 ,识别出指令内容并与预定值进行比较 。 当符合预定值时输出控制信号到接口转换电
12、路 ,由 接口转换电路转换为标准通讯信号 ,将控制信号传 输给管道爬行器 ,控制管道爬行器精确定位 ,完成整个检测任务 。磁接收器的结构如图 5 所示 ,主要有调整旋钮 、 指示灯、电缆插座 、电路板、接收线圈和壳体等 。磁 接收器由管道爬行器提供电源 ,并输出控制信号到 管道爬行器 ,电源和控制信号的传输通过电缆插座 ,图 2 管道爬行器磁控定位原理管道爬行器磁控定位系统主要由磁指令源、磁 接收器和管道爬行器等组成。7452010 年 第 32 卷 第 9 期夏海涛等 :基于管道爬行器的磁控定位系统较为复杂 ,管道种类较多 ,根据管道检测工程的实际情况 ,管道爬行器磁控定位系统分别在温度 -
13、 1060 ,海拔高度 1 000 m 以下 , 管道坡度 - 3030,管 壁 厚 度 7 33 mm , 管 道 外 径 219 1 400 mm的条件下进行了各种试验。采用干扰源 模拟现场的电焊机、发电机同时工作 ,无误动作 ,系统定位误差 5 mm 。试验积累了大量不同管道和环境下定位精度变化的数据 ,归纳起来 ,总结出补 偿算法 ,由单片机软件来进行修正 ,这样使磁控定位 管道爬行器的适用范围更宽 ,而且定位精度得到很大的提高 。试验表明 , 在试验条件范围 内 , 其 定位误 差5 mm ,较放射性同位素定位的管道爬行器定位 误差小一倍左右 ,且抗干扰能力强 ,不受现场环境的 影响
14、。图 5 磁接收器结构图调节旋钮用来调整接收信号的强度 ,指示灯显示电 源状态和接收到信号状态 ,接收线圈用于接收磁场 信号 ,电路板实现信号的滤波、转换和处理等功能。2 . 3 管道爬行器管道爬行器主要由车体、电瓶、X 射线发生器和 控制电路组成 ,其结构如图 6 所示。车体携带电瓶 、 X 射线发生器和磁接收器等在被检测管道内爬行 ;电瓶为车体、X 射线发生器 、控制电路和磁接收器等 提供电源 ; X 射线发生器用于 X 射线曝光检测 ; 控 制电路安装在车体内 ,负责接收磁接收器传输的控 制指令信号 ,控制车体前进 、倒退 、停止以及控制 X 射线发生器曝光。结语4经过大量的现场管道试验
15、及应用 ,磁控定位管道爬行器可以完全取代放射性同位素定位的管道爬 行器 3 ,成功地应用于我国西气东输二线工程等管道焊缝的无损检测 ,避免了国家环保部门的约束及 对环境和人身造成的伤害 ,在定位精度 、可靠性、抗 干扰和使用寿命等方面都有很大的提高 ,并且具有 系统简单 、容易实现以及适用范围广等优点。参考文献 :冯慈璋. 电磁场 M . 北京 :高等教育出版社 ,1983 .美国无检测学会 ,编. 美国无损检测手册 M .美国无 损检测手册译审委员会 , 译. 上海 : 世界图书出版公 司 ,1999 .丹东华日理学电气有限公司. 磁介指令定位仪 : 中国 ,200820014605 . 6
16、 P . 2009205206 . 1 2 图 6管道爬行器结构图试验管道焊缝检测大多在野外作业 ,考虑工作环境3 3 (上接第 743 页)检测设备自主创新能力 ,建立适用各领域轴类设备 的无损检测体系具有重要意义 。 3 Par rilla M , Ibez A , Ca macho J . Fa st focal law co m2p uting fo r No n2De st r uctive Te sting wit h p ha sed ar rays C . Pap er # 1228 Inter natio nal Co ngress o n Ult ra2 so nics.
17、Vienna , Ap ril ,2007 :9 - 13 .养祖次郎 ,坂本博. 日本新干线中空车轴的超声波自动探伤J . 无损检测 ,1995 (7) :206 - 210 .Wustenber g H , Er ha r d A , Hauser T. Recent ad2 va nce s in ult ra so nic inspectio n of railway a xles and w heel s J . ND Tnet ,2001 ,6 (2) :15 .参考文献 : 4 1 邱建平. 对铁路装备轮轴检修工艺及装备的探讨 J .现代城市轨道交通 ,2009 (5) :25 - 29 . 2 Kapp e s W , Rock st ro h B , Bahr W. Applicatio n of new f ro nt2end elect ro nics fo r no n2de st r uctive te sting of rail2 road w heel set s C . ECND T 2006 . 5 7462010 年 第 32 卷 第 9 期