[发明专利]基于正交线圈传感器的管道机器人极低频信号检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，特别涉及一种基于正交线圈传感器的管道机器人极低频信号检测装置。

背景技术

为保证管道运输环境的安全，工业上通常采用管道机器人定期对管道进行清理和检测。在管道机器人管内作业过程中，机器人的运行位置和状态事关设备与管道的安全，故对其进行实时跟踪是必不可少的重要环节。管道检测工业中通常采用极低频磁信号的发射与接收系统实现管内机器人的管外跟踪。基于极低频磁信号的管外跟踪原理是通过安装在管道机器人上的磁管道机器人在发射线圈上激励出极低频磁信号，当机器人通过放置在地表的接收机下方时，接收机对感应线圈上的输出信号进行窄带滤波与放大，然后根据调理后的信号实时判定是否有管道机器人通过。其中，接收信号的包络在笛卡尔坐标系中沿X轴呈单峰对称，沿Y轴呈双峰对称。

然而随着油气输送速率的提升，给跟踪带来两方面的挑战：第一，管内设备包括携带的管道机器人的移动速度随之提升，从原来的2m/s-5m/s，提高到5m/s-15m/s，使得管外接收到的磁信号呈现明显的瞬态性；第二，在工作时长、功率等限制下，接收信号为含噪的微弱信号。因此，上述跟踪问题归结为地面上的接收机对管道内磁管道机器人发出的极低频瞬态微弱信号进行实时检测的问题。

目前现有技术的缺点在于：现有的极低频跟踪定位系统的接收机主要基于单轴传感器信号进行信号幅值的检测判决，经常出现误报和漏报，且无法检测快速移动的管道机器人，因此，无法满足管道机器人的实时跟踪要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于正交线圈传感器的管道机器人极低频信号检测装置，该装置能够可靠地检测极低频微弱瞬态信号，具有匹配能力强、信号检测概率高和实时性好的优点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种基于正交线圈传感器的管道机器人极低频信号检测装置，包括：模型建立模块，用于根据Morlet小波包络建立正交信号模型，其中，所述正交信号模型中定义包络波峰变化的陡度为包络衰减速率，并采用最小二乘准则统一包络衰减速率为联合包络衰减速率；参数融合模块，用于根据所述正交信号模型生成关键参数融合方案；关系建立模块，用于根据所述关键参数融合方案建立所述联合包络衰减速率与所述管道机器人的移动速度之间的一一对应关系；统计量获取模块，用于根据所述一一对应关系，采用与所述管道机器人的移动速度相匹配的正交信号能量得到检测统计量及其分布特征；门限获取模块，用于根据所述检测统计量和奈曼-皮尔逊准则得到判决门限；检测模快，用于根据所述判决门限实现极低频瞬态微弱信号的检测判决。

根据本发明实施例的基于正交线圈传感器的管道机器人极低频信号检测装置，从正交线圈传感器的时域波形特点出发，建立了基于Morlet小波包络的正交信号模型，信号模型中定义包络波峰变化的陡度为包络衰减速率，并采用最小二乘准则统一包络衰减速率为联合包络衰减速率，建立了联合包络衰减速率与管道机器人移动速度之间的一一对应关系，通过该对应关系，采用与移动速度相匹配的正交信号能量为检测统计量，并根据统计量的分布和奈曼-皮尔逊准则建立判决门限，进而实现极低频瞬态微弱信号的检测判决。因此，该装置具有匹配能力强、信号检测概率高和满足实时性等优点，能够可靠地检测被噪声淹没的极低频微弱瞬态信号。

另外，根据本发明上述实施例的基于正交线圈传感器的管道机器人极低频信号检测装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，其中，所述正交信号模型分别对X轴和Y轴的正交接收信号进行建模，其中：

X轴信号模型为：

Y轴信号模型为：

其中，Y轴信号模型中的n₁是自然指数函数的窗口变量，X轴信号模型的n和Y轴信号模型的n₂是正弦函数的窗口变量，角频率ω₀＝2πf₀/f_s，f₀为磁信号频率，f_s为系统采样频率，A_x和A_y分别为X轴和Y轴信号包络的幅值，M_y为Y轴信号两个波峰的数据窗口坐标间距，β_yl为X轴主瓣波形的包络衰减速率，β_yh和β_yh为Y轴信号两个波峰背离原点和朝向原点的包络衰减速率。