[发明专利]一种管道俯仰角测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种管道俯仰角测量装置及测量方法，包括：球形探测器上安装了由磁铁和霍尔传感器组成的接近开关；磁铁设置在靠近球体中心的一侧，磁铁与霍尔传感器平行安装，且磁铁位于霍尔传感器上方；加速度计的敏感轴沿着从球形探测器中心到接近开关的线，即加速度计的敏感轴与霍尔传感器的方向相同；在接近开关接近管壁的过程中，大部分磁线穿过霍尔传感器，霍尔传感器输出一个尖锐的脉冲，表明加速度计的敏感轴此时垂直指向管壁。将霍尔传感器测量的数据和加速度数据读入外接的电脑，对加速度信号进行滤波，并归一化其幅度，定位磁信号的峰值和对应的加速度值，计算管道倾斜度。本发明实现了对上升管段和下降管段的区分，并且提高了检测精度。

技术领域

本发明涉及管道内检测领域，尤其涉及一种管道俯仰角测量装置及测量方法，该发明不使用管道磁屏蔽模型。

背景技术

随着海洋油气行业的蓬勃发展，海底管道长度增加迅速，对海底管道检测提出了巨大的要求。及时准确地测量海底管道的方向和轨迹已成为海底管道检测的首要任务。首先，它可以帮助快速定位和修复故障管道部分；其次，它可以评估由于海流和潮汐侵蚀，海床运动，拖曳锚和拖网造成的管道位移和变形而引起的应力集中程度；第三，它可以通过主动回避减少海上作业过程中的划伤风险。

海底管道地理坐标测量方法可以分为三类：水下机器人，传统的内部管道检测仪(PIGs)和新出现的球内探测器。水下机器人，包括：自主水下航行器(AUV)和遥控车辆(ROV)，配备导航系统、声纳、摄像头、以及磁力计，用于管道检测。水下机器人可以准确定位管线并测量大变形和位移。但是，这种方法成本高昂，长期且难以满足准实时检测海底管道的需求。

PIG与SINS(内部管道检测仪与捷联惯性导航系统)的方法通常需要GPS，并且不能在海底管道内长距离单独执行导航任务。迄今为止，它仅在短于2000米的管道上进行过测试。在工作时，庞大的PIG与管道壁紧密接触，造成堵塞的高风险。因此，PIG与SINS在海底管道检测中的应用受到限制。

与PIG相比，球形内检测器的直径小于管道直径，因此可以在流体的驱动下安静地向前滚动。它是用于(海底)管道的准实时检测的新颖且有前途的工具，具有非常低的堵塞风险，高信噪比和便于部署的优点。赵伟提出了一种基于磁屏蔽效应的管道方向测量方法^[1-3]，并认为管道中的磁场强度随着管道方向的变化而变化。通过在水平管线中使用球形内检测器来验证该方法的有效性。黄新敬在不限制管道方向和球形内检测器旋转轴尺寸的情况下对该方法进行了推广，通过利用管道内的磁场和载体的加速度^[4]，提出了一种基于管道内三维地理坐标测量的管道定位和定位方法。当应用于位于山区的管道时，发现通过这种方法不能精确测量管道倾角。误差原因为管道磁屏蔽模型存在偏差且难以标定。

发明内容

本发明提供了一种管道俯仰角测量装置及测量方法，在采用球形探测器(SD)来进行管道定位的基础上，实现了对上升管段和下降管段的区分，并且提高了检测精度，详见下文描述：

一种管道俯仰角测量装置，所述测量装置包括：球形探测器，

球形探测器上安装了由磁铁和霍尔传感器组成的接近开关；

磁铁设置在靠近球体中心的一侧，磁铁与霍尔传感器平行安装，且磁铁位于霍尔传感器上方；

在球形探测器的球心处设置有加速度计，且加速度计的敏感轴沿着从球形探测器中心到接近开关的线，即加速度计的敏感轴与霍尔传感器的方向相同；

在接近开关接近管壁的过程中，大部分磁线穿过霍尔传感器，霍尔传感器输出一个尖锐的脉冲，表明加速度计的敏感轴此时垂直指向管壁。

其中，所述磁铁位于霍尔传感器上方0mm-10mm；磁铁直径为2mm-20mm，磁铁厚度为0.5mm-10mm。

优选地，所述磁铁位于霍尔传感器上方2mm；磁铁直径为5mm，磁铁厚度为2mm。