一種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器的製作方法

2023-10-18 11:51:19 1

專利名稱：一種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於油田進行石油長輸管道檢測領域中的檢測裝置，具體的 說是涉及一種與管道漏磁腐蝕檢測器配合使用的地面標記器。
背景技術：
地面標記器是與管道腐蝕檢測器配合使用的重要輔助設備，其作用在於準確地獲 得腐蝕缺陷點的位置，其主要依據為時間同步的原理。地面標記器和管道腐蝕檢測器中都 裝有高精度時鐘晶片，檢測之前，需將管道腐蝕檢測器和地面標記器進行校時，使兩者時間 同步。檢測時將地面標記器放置到管道腐蝕檢測器通過的地點，地面標記器記錄管道腐蝕 檢測器通過該點的時間。將來在數據分析時，依據時間對等的原則，將地面標記器的位置數 據標明在數據分析圖形中，這樣，依據多個地面標記器的記錄就可以準確地判明腐蝕點的 地理位置。目前，國內外傳統的管道腐蝕檢測器，無一例外地採用以線圈傳感器型地面標記 器，其基本構成如圖1所示。儘管這樣的標記器比較省電，但缺點是靈敏度較低，只能對較 強的磁場變化有反應。如果管道的埋深度較深，漏磁腐蝕檢測器傳到地面的磁場信號偏弱， 或者標記器放置的位置出現偏差，則標記器就接收不到磁信號，造成漏檢。

發明內容
為了解決背景技術中給出的現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種新型 管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，該種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，具有靈敏度 高以及可以檢測到弱磁場信號等特點。本發明的技術方案是該種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，包括MCU處理 器，以及為MCU處理器提供工作電源的電源模塊，以及MCU處理器控制下的聲光報警電路， 以及MCU處理器控制下的校時通信單元，在以上現有結構保留的基礎上，本方案進行了如 下改進所述MCU處理器採用MSP430F149單片機；所述地面標記器還包括一個磁傳感器 單元、一個時鐘單元、一個存儲單元；其中，所述磁傳感器單元由霍爾傳感器AD22151晶片 及其外圍電阻和電容組成，霍爾傳感器輸出管腳接上拉電阻後連接到所述MSP430F149單 片機的59管腳，即由此霍爾傳感器輸出的隨磁場變化的電壓信號經過信號調整和轉換後 輸入到所述MCU處理器的信號輸入端；所述時鐘單元由高精度溫補晶振TC20-NABIC、可編 程邏輯晶片EPM3032ATC44-10以及時鐘晶片AD1390構成，其中，所述高精度溫補晶振為 4. 194304MHZ，此晶振所提供的4MHZ的脈衝經過所述可編程邏輯晶片進行1 分頻後得 到32768HZ脈衝作為所述時鐘晶片AD1390震蕩源；所述存儲單元採用STC62WV10MTC數據 存儲晶片，所述單片機的P3. (ΓΡ3. 4管腳連結至此數據存儲晶片的控制引腳，所述單片機 的P4管腳接此數據存儲晶片的數據引腳，所述單片機的P2和P5管腳接此數據存儲晶片的 地址引腳，所述單片機的P3. 5管腳接此數據存儲晶片的地址引腳最高位A16。此外，對原有校時通信單元進行改進，增加了一個MAX3485晶片以及一個 SN65LVDS048晶片，所述MAX3485晶片由所述單片機的Pl. 2管腳來控制數據傳輸方向；所述SN65LVDS048晶片接收來自於所述MAX3485晶片的信號後，採用差分信號方式傳輸校時 脈衝。另外，經過大量實驗驗證，應用於所述磁傳感器單元中的霍爾傳感器的測量範圍 在+6高斯 -6高斯之間，這樣本裝置的性能最佳。本發明具有如下有益效果由於採取上述方案後，用電子式磁傳感器取代了傳統 的線圈式磁傳感器，這種標記器與現有標記器相比，既具有較高的靈敏度，又可以克服傳統 標記器無法檢測到弱磁場信號的不足，因此，對於石油長輸管道檢測領域中，這是一項重大 的進步。同時，該種標記器還能夠應用到清管器、模擬體及變形檢測器的跟蹤和標定上，只 要在上述管道通過裝置附加具有一定磁場強度的永磁體和磁傳導部件，就可能對這些裝置 實施跟蹤或標定，具有較寬闊的市場應用前景。


圖1是採用傳統的線圈式磁傳感器的標記器組成結構示意圖。圖2是本發明的組成模塊示意圖。圖3是本發明所述MCU處理器和時鐘晶片DS1390連接後的電氣原理圖。圖4是本發明所述磁傳感器單元的電氣原理圖。圖5是本發明中所述可編程邏輯晶片的電氣原理圖。圖6是本發明中所述溫補晶振的電氣原理圖。圖7是本發明中所述數據存儲晶片的電氣原理圖。圖8是本發明中在原有校時通信單元基礎上增加的MAX3485晶片以及 SN65LVDS048晶片的電氣原理圖。圖9是應用於本發明電源模塊中5V模擬電源的電氣原理圖。圖10是應用於本發明中電源模塊3V數字電源的電氣原理圖。圖11是應用於本發明中聲光報警電路的電氣原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明
如圖2所示，本種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，包括MCU處理器，以及為MCU 處理器提供工作電源的電源模塊，以及MCU處理器控制下的聲光報警電路，以及MCU處理器 控制下的校時通信單元，以上為常規結構，本發明作出改進之處在於所述MCU處理器採用 MSP430F149單片機；所述地面標記器還包括一個磁傳感器單元、一個時鐘單元以及一個存 儲單元；其中，所述磁傳感器單元由霍爾傳感器AD22151晶片及其外圍電阻和電容組成，霍 爾傳感器輸出管腳接上拉電阻後連接到所述MSP430F149單片機的59管腳，即由此霍爾傳 感器輸出的隨磁場變化的電壓信號經過信號調整和轉換後輸入到所述MCU處理器的信號 輸入端；所述時鐘單元由高精度溫補晶振TC20-NABIC、可編程邏輯晶片EPM3032ATC44-10 以及時鐘晶片AD1390構成，其中，所述高精度溫補晶振為4. 194304MHZ，此晶振所提供的 4MHZ的脈衝經過所述可編程邏輯晶片進行1 分頻後得到32768HZ脈衝作為所述時 鍾晶片AD1390震蕩源；所述存儲單元採用STC62WV10MTC數據存儲晶片，所述單片機的 P3. (ΓΡ3. 4管腳連結至此數據存儲晶片的控制引腳，所述單片機的P4管腳接此數據存儲晶片的數據引腳，所述單片機的P2和P5管腳接此數據存儲晶片的地址引腳，所述單片機的 P3. 5管腳接此數據存儲晶片的地址引腳最高位A16。此外，對原有校時通信單元進行改進，增加了一個MAX3485晶片以及一個 SN65LVDS048晶片，所述MAX3485晶片由所述單片機的Pl. 2管腳來控制數據傳輸方向；所 述SN65LVDS048晶片接收來自於所述MAX3485晶片的信號後，採用差分信號方式傳輸校時 脈衝。上述MCU處理器、時鐘晶片DS1390、磁傳感器單元、可編程邏輯晶片、溫補晶振、數 據存儲晶片、MAX;3485晶片以及SN65LVDS048晶片的電氣原理圖分別如圖3至圖8所示。下面對各個單元進行對應說明主控MCU採用MSP430F149單片機，該16位單片機 具有代碼效率高，超低功耗的特點。磁傳感器由AD22151晶片及其外圍電阻，電容組成，其 輸出管腳接上拉電阻後連接到MSP430F149單片機的59管腳。AD22151是高精度磁傳感器， 超量程高磁場仍能正常工作，具有集成置位/復位帶、降低溫度漂移效應、線性誤差以及減 少由於高磁場的存在導致的輸出信號丟失等優點。本裝置採用AD22151後，在主控MCU的 程序設計時，採用如下流程首先進行高速多次採集，再對大量採集數據進行高速傅立葉變 換，得到有效波形；之後，對波形的周期、幅度、頻率進行分析判斷，得到符合報警條件的進 行報警。為提高時鐘的精度，本發明採用高精度溫補晶振TC20-NABIC-4. 194304MHZ，該晶振 提供的4MHZ的脈衝經過可編程邏輯晶片EPM3032ATC44-10 128分頻後得到32768HZ脈 衝作為時鐘晶片AD1390震蕩源。AD1390是高精度時鐘晶片，有效值到毫秒級。存儲部分 採用STC62WV10MTC 128KB數據存儲晶片，單片機P3. 0 P3. 4連結該晶片的控制引腳，P4 接數據引腳，P2和P5接地址引腳，P3.5接地址引腳最高位A16。對原有校時通信電路進 行改進，為提高標記器通信能力，串口 uartl輸出輸入特加入了 MAX3485晶片，並由單片機 的Pl. 2來控制數據傳輸方向；為確保校時脈衝的穩定性，加入了 SN65LVDS048晶片，採用差 分信號方式傳輸較時脈衝。本發明的電源模塊可以採用兩節高能鋰電池串聯供電，每節電 池3. 6V。7. 2V電壓經過MAX1776電路降壓到5V給磁傳感器供電，經過MAX1776電路降壓 到3. 3V給單片機及其它電路供電。另外為防止數據丟失，特通過MAX6364晶片加入紐扣電 池作為備用電源。應用到本發明中的報警電路可以採用如圖11所示的結構，為最大限度地 減小功耗，延長標記器工作時間，設計時未加入電源和工作狀態指示燈。而是採用撥動開關 指示標記器狀態。只加入由三極體，蜂鳴器和發光二極體組成的聲光報警電路。採用不同 的報警聲音提示標記器工作是否正常，以及是否採集到檢測器通過時的數據。本裝置的工作過程如下打開電源開關後，標記器先通過較時通信電路與檢測器 進行時間同步，同步後放到規定地點，將標記器撥到工作狀態。這時磁傳感器隨空間磁場 的變化輸出相應變化的電壓信號，單片機自帶的A/D轉換器將該模擬電壓信號轉換成數字 信號，轉換進行的速率為4001ΛΖ，轉換得到的數位訊號經過傅立葉變換濾波，得到穩定的信 號。然後單片機程序的信號識別算法能夠準確識別出檢測器經過時特定的磁場變化信號。 當檢測到檢測器通過時，單片機記錄當前時間和通過時產生的波形，並控制LED和蜂鳴器 聲光報警。單片機將數據存入到RAM數據存儲器中。一次採集結束後，將標記器調至休眠狀 態，然後將標記器放置下個採集地點，調至工作狀態繼續採集。最後採集結束時，標記器再 次調到休眠狀態。最後上位機通過較時通信電路將採集到的時間和波形數據讀出並保存， 以便數據分析人員進行精確分析。
上述方案提出後，經過大量實驗證明，應用於所述磁傳感器單元中的霍爾傳感器 的測量範圍選在+6高斯 -6高斯之間時，本裝置的性能較好。
權利要求
1.一種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，包括MCU處理器，以及為MCU處理器提 供工作電源的電源模塊，以及MCU處理器控制下的聲光報警電路，以及MCU處理器控制下 的校時通信單元，其特徵在於所述MCU處理器採用MSP430F149單片機；所述地面標記器 還包括一個磁傳感器單元、一個時鐘單元以及一個存儲單元；其中，所述磁傳感器單元由霍 爾傳感器AD22151晶片及其外圍電阻和電容組成，霍爾傳感器輸出管腳接上拉電阻後連接 到所述MSP430F149單片機的59管腳，即由此霍爾傳感器輸出的隨磁場變化的電壓信號經 過信號調整和轉換後輸入到所述MCU處理器的信號輸入端；所述時鐘單元由高精度溫補晶 振TC20-NABIC、可編程邏輯晶片EPM3032ATC44-10以及時鐘晶片AD1390構成，其中，所述 高精度溫補晶振為4. 194304MHZ，此晶振所提供的4MHZ的脈衝經過所述可編程邏輯晶片 進行1 分頻後得到32768HZ脈衝作為所述時鐘晶片AD1390震蕩源；所述存儲單元採用 STC62WV1024TC數據存儲晶片，所述單片機的P3. (ΓΡ3. 4管腳連結至此數據存儲晶片的控 制引腳，所述單片機的P4管腳接此數據存儲晶片的數據引腳，所述單片機的P2和P5管腳 接此數據存儲晶片的地址引腳，所述單片機的P3. 5管腳接此數據存儲晶片的地址引腳最 高位A16。
2.根據權利要求1所述的一種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，其特徵在於所 述校時通信單元還包括一個MAX;3485晶片以及一個SN65LVDS048晶片，所述MAX!3485晶片 由所述單片機的Pl. 2管腳來控制數據傳輸方向；所述SN65LVDS048晶片接收來自於所述 MAX3485晶片的信號後，採用差分信號方式傳輸校時脈衝。
3.根據權利要求2所述的一種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，其特徵在於應 用於所述磁傳感器單元中的霍爾傳感器的測量範圍在+6高斯 -6高斯之間。
全文摘要
一種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器。主要解決現有地面標記器採用線圈傳感器精度低、弱磁場信號難以檢測到的問題。其特徵在於所述MCU處理器採用MSP430F149單片機；所述地面標記器還包括一個磁傳感器單元、一個時鐘單元以及一個存儲單元；其中，所述磁傳感器單元由霍爾傳感器AD22151晶片及其外圍電阻和電容組成，霍爾傳感器輸出管腳接上拉電阻後連接到所述MSP430F149單片機的59管腳，即由此霍爾傳感器輸出的隨磁場變化的電壓信號經過信號調整和轉換後輸入到所述MCU處理器的信號輸入端。該種新型管道漏磁腐蝕檢測用地面標記器，具有靈敏度高以及可以檢測到弱磁場信號等特點。
文檔編號F17D5/02GK102128353SQ201010602259
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者吳順生, 姜群發, 張殿革, 楊林, 王輝, 馬明利 申請人:大慶油田有限責任公司