[发明专利]基于加速度计与霍尔器件的管道检测仪移动距离测量方法

权利要求书

1.一种基于加速度计与霍尔器件的管道检测仪移动距离测量方法，其特征在于，包括：

步骤1：设置检测仪并控制检测仪在管道内前进，利用检测仪的霍尔里程计以及MEMS三轴加速度计采集相应数据，所述霍尔里程计设置了两组；

步骤2：对MEMS三轴加速度计采集的数据进行处理计算当前时间间隔的速度与移动距离；

步骤3：利用其中一组霍尔器件检测移动距离，并判断霍尔器件检测的距离是否正确，当不正确时，利用另一组霍尔器件的数据检测移动距离；

步骤4：采用卡尔曼滤波算法对MEMS三轴加速度计得到的移动距离与霍尔器件检测得到的移动距离进行融合处理，获得当前时刻移动距离最优估计值。

2.根据权利要求1所述的基于加速度计与霍尔器件的管道检测仪移动距离测量方法，其特征在于，所述检测仪包括两个机械定心结构，所述机械定心结构包括中心主轴以及设置在主轴上的三条支撑臂，通过万向节连接两个机械定心结构的中心主轴，在其中一个机械定心结构的两条支撑臂末端安装由滚轮与霍尔器件组成的霍尔里程计，在另一个机械定心结构的中心主轴上固定安装MEMS三轴加速度计模块。

3.根据权利要求1所述的基于加速度计与霍尔器件的管道检测仪移动距离测量方法，其特征在于，对MEMS三轴加速度计采集的数据进行处理计算当前时间间隔的速度与移动距离的具体方法为：

确定MEMS三轴加速度计在载体坐标系X轴上重力加速度的分量g_x，具体为：

式中，g_y，g_z分别为重力加速度g在载体坐标系Y、Z轴向上的分量；

加速计在载体坐标系X轴方向上的输出值g_xout为：

g_xout＝g_x+g_m

其中，g_m为检测仪运动状态改变表现出的加速度值；

结合MEMS加速度计采样时间间隔△t，计算当前时间间隔的速度v_Δt与移动距离s_Δt：

v_Δt＝v₀+g_m·Δt

s_Δt＝s₀+v_Δt·Δt

其中，v₀为上一次采样结束时检测仪的移动速度，s₀为上一次采样结束时检测仪的移动距离。

4.根据权利要求1所述的基于加速度计与霍尔器件的管道检测仪移动距离测量方法，其特征在于，利用其中一组霍尔器件检测移动距离，并判断霍尔器件检测的距离是否正确的具体方法为：

根据霍尔器件采集到的脉冲信号计算检测仪移动距离：

S＝L×n

其中L为滚轮的半周长，n为脉冲信号数量；

每次接收到脉冲信号时，比较与采集到上一个脉冲信号之间时间间隔内，滚轮的滚动速度与MEMS加速度计测量的检测仪移动速度，当两个速度相等时说明滚轮未发生滑动，当两个速度不相等时说明滚轮发生滑动，当前霍尔器件检测的距离不正确。

5.根据权利要求1所述的基于加速度计与霍尔器件的管道检测仪移动距离测量方法，其特征在于，采用卡尔曼滤波算法对MEMS三轴加速度计得到的移动距离与霍尔器件检测得到的移动距离进行融合处理，获得当前时刻移动距离最优估计值的具体方法为：

步骤4.1：根据步骤3中霍尔里程计确定的移动距离，以及MEMS加速度计测量结果建立空间状态方程：

其中，x_t^-为当前时刻预测值，F为状态转移矩阵，x_t-1为测量值，即霍尔里程计测量的移动距离，B为将控制变量，u_t为观测值，Bu_t＝∫(∫g_mdΔt+v)dΔt，其中g_m即检测仪因运动状态变化表现出的加速度、v为上一时刻检测仪运动速度、△t为两次采样时间间隔；

步骤4.2：根据上一时刻的最优估计值协方差推出当前时刻值协方差：

P_t＝FP_t-1F^T+Q

其中，P_t为预测值协方差矩阵，Q为过程噪声的方差，F为状态转移矩阵；步骤4.3：确定卡尔曼增益：

其中，K_t为卡尔曼增益，R为观测噪声方差；

步骤4.4：确定当前时刻移动距离最优估计值：

其中，x_t为当前时刻移动距离最优估计值。