[发明专利]用于小通径高压充水管道内部的检测装置和检测方法

权利要求书

1.一种用于小通径高压充水管道内部的检测装置，包括航行器(1)、线缆(2)和控制器(3)，其特征在于：航行器(1)包括艏部(1.1)、中部(1.2)和尾部(1.3)，艏部(1.1)为半球式扩展结构，艏部(1.1)的前端设置有第一耐压摄像机(4)和第一照明灯(5)，艏部(1.1)内设置有垂直推进器(6)、垂直推进器导流罩(7)和浮力块(8)，艏部(1.1)的顶部设置有吊放把手(9)；中部(1.2)为耐压舱，包括舱体(1.2.1)、前端板(1.2.2)和后端板(1.2.3)，舱体(1.2.1)内设置有主控制板(10)；尾部(1.3)为椭球状结构，包括支撑板(1.3.1)，支撑板(1.3.1)上设置有第二摄像机(11)、第二照明灯(12)、线缆接头(13)和对称布置的两个水平推进器(14)；艏部(1.1)通过连接支架(15)和前端板(1.2.2)与中部(1.2)连接，尾部(1.3)通过支撑板(1.3.1)和后端板(1.2.3)与中部(1.2)连接，第一耐压摄像机(4)、第二摄像机(11)的信号输出端分别与主控制板(10)的信号输入端连接，主控制板(10)的信号输出端分别与第一耐压摄像机(4)、第一照明灯(5)、垂直推进器(6)、第二摄像机(11)、第二照明灯(12)和水平推进器(14)的控制信号输入端连接，主控制板(10)的信号输入端和信号输出端与线缆接头(13)连接，线缆(2)的两端分别与线缆接头(13)和控制器(3)连接；

用所述用于小通径高压充水管道内部的检测装置对小通径高压充水管道内部进行检测的方法，包括以下步骤：

S1.准备工作；

S1.1.检测装置运抵现场；

将用于小通径高压充水管道内部的检测装置运抵现场，通过线缆连接航行器和控制器：

S1.2.打开航行器入口；

停水，泄压，然后打开管道内部检测工艺口或者检修口，将航行器放入待测管道内；

S1.3.恢复管道供水；

关闭航行器入口，恢复供水；

S1.4.检测人员就位；

检测人员在控制器的显示屏前操控；

S2.初始化；

S2.1.对航行器入口进行标识；

在控制器中，将航行器入口标识为JXX，其中J为进入口标识码，XX为序号数字编码；

S2.2.输入成像效果等级值；

根据检测实施前勘验得到的管内水流清澈情况，以及航行器在管道内部的光线效果，在操控界面中输入航行器在管道中成像效果的等级值；

S2.3.根据待检测管道内径的大小以及检测的故障精度需求，输入相关谱矩阵相对值的判定阈值m，m的默认值设定为0.2，根据管内故障相对管径的大小，检测预期精度每提高一个量值，m值相应减小0.05，共分成5个精度量级，分别为0.3、0.25、0.2、0.15、0.1；

S3.获取管道内部实时影像；

航行器在顺着管内水流行进过程中，获取管道内部实时影像，并根据初始化数据在软件中标识出影像在管道周向和轴向坐标上的位置；根据航行器采集到的管道内部无故障时的图像，建立无故障管道内部图像的图域表达，组成原始样本空间；

S4.故障判断并进行故障图像抓拍；

航行器将获取的管道内部影像以及影像所在管道中的位置数据，实时传输到控制器；控制器接受到图像数据后，取管道内部每隔10秒的图像，将其变换为图域表达，作为待检测样本，通过原始样本与待检测样本得到它们的拉普拉斯特征向量相关谱矩阵，用相关谱矩阵各元素除以矩阵中的最大值，得到相关谱矩阵的相对值，再通过相关谱矩阵相对值的判定阈值来判断管道中微小故障的存在，当相关谱矩阵对应元素小于或等于所取的判定阈值m时，表示管道中对应位置存在故障，航行器暂停前进并调整航向，摄像机调整方向和倾角，对故障位置进行锁定并进行图像抓拍；

S5.处理抓拍图像；

S5.1.将图像进行灰度化处理；

S5.2.应用中值滤波的方法对图像进行平滑处理，并实施图像增强；

S5.3.根据管道内成像效果等级参数以及图像的最大灰度值和最小灰度值，设置图像的分割阈值，对故障部位进行图像分割；

S5.4.对故障部位图像的边缘进行细化；

S6.特征提取；

对实施了边缘细化故障图像的轮廓最大尺度坐标和轮廓最小尺度坐标参数进行特征提取，得到其对应的轴向坐标和周向坐标值；

S6.1.根据管道的直径，管道内部故障图像的最大轮廓坐标，计算得到裂纹的长度值；

S6.2.根据管道内部故障图像的最大轮廓位置对应的轴向坐标和周向坐标，将故障图像最大轮廓位置轴向坐标差值的绝对值赋给参数a，将故障图像最大轮廓位置的周向坐标差值的绝对值赋给参数b；

S6.3.若b＝0，则判断管道内部的故障图像为轴向裂纹；若b≠0，则将a/b赋给参数λ；

S6.4.根据步骤S6.3的结果和软件中的给定值，判断故障图像的裂纹类型：若λ≥3.8，判断故障图像为轴向裂纹；若λ＜0.26，判断故障图像为周向裂纹；若0.26≤λ＜3.8，则判断裂纹为其他类型的裂纹；

S7.根据步骤S6.3所确定的故障类别，对图像进行标识，显示结果并进行存储；

S8.航行器继续前进，直到管道的末端或者通信线缆的最大长度时停止；

S9.收回航行器；

S9.1.通过线缆将航行器沿待测管道拖至航行器入口附近；

S9.2.停水、泄压，打开航行器入口，取出航行器，恢复供水。