基于无线通信的管道内检测器数据采存读系统及方法与流程

本技术涉及管道检测，尤其涉及一种基于无线通信的管道内检测器数据采存读系统及方法。

背景技术：

1、管道作为油气资源运输的基础设施，其长期运行面临高温、高压、内部介质腐蚀及外部环境冲击等复杂工况，管道内壁易产生腐蚀、裂纹、变形等缺陷。管道内检测技术通过在管道内部运行检测器，利用漏磁、超声或涡流等原理采集管道壁缺陷相关的传感器信号，实现对管道缺陷的定位与评估。随着管道内检测向超高清方向发展，管道内检测器需集成的探头数量和数据量急剧增加，数据采存读系统的可靠性直接决定检测任务的成败与数据完整性。

2、当前管道内检测器的数据采存读系统普遍采用基于线缆连接的架构，前端传感器阵列中的各检测探头通过专用高压密封电缆和接插件与主控电子系统连接，探头采集的缺陷检测数据经信号汇线盒中转或直接传输至电子系统进行集中存储，检测完毕后通过以太网或usb接口从电子系统的存储单元中串行读取检测数据。根据管道内检测器口径的不同，探头数量可达数十至一百六十个以上，配套的电缆和接插件数量超过二百套。

3、然而，管道内检测器运行环境恶劣，存在振动冲击、灰尘、管道杂质、高压力介质等不利因素，大量电缆和接插件在该环境下极易出现接头松动、信号失联的情况，导致探头数据缺失和数据有效性指标降低；同时，为适应不同口径和结构的管道内检测器，需定制设计多种规格的电缆布局、接插件和数据通道，系统通用性差，进一步推高了生产和维护成本。此外，各探头采集的检测数据集中存储于主控电子系统的存储模块中，一旦存储系统发生异常，将导致全部数据无法读取或永久丢失；检测完成后，外部读取设备通过单一通信接口以串行方式读取全部数据，读取时间长达数天，严重影响了现场检测和数据分析的效率，在需要重复进行二次检测的情况下，可能错过检测窗口期导致检测任务失败。因此，现有管道内检测器采用有线电缆连接、集中式存储和单通道读取的方式，导致数据传输和读取效率低下，无法满足超高清检测对系统性能的需求。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于无线通信的管道内检测器数据采存读系统及方法，以解决现有管道内检测器采用有线电缆和接插件连接探头与主控单元、探头数量增多时系统可靠性低且成本高的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供一种基于无线通信的管道内检测器数据采存读系统，包括：共同搭载于管道内检测器上的主控单元和多个无线探头，以及独立于管道内检测器的数据读取装置；主控单元被配置为：采集里程数据和时间数据；根据里程数据和时间数据，生成同步信息，同步信息用于表征空间基准和时间基准；以无线通信方式将同步信息发送至各无线探头；各无线探头被配置为：采集缺陷检测原始数据，并以无线通信方式接收同步信息；将缺陷检测原始数据和同步信息进行封装，形成带时空上下文的检测数据帧，并将检测数据帧存储于各无线探头；响应于数据读取装置发送的读取触发信号，以光通信方式将检测数据帧发送至数据读取装置；数据读取装置被配置为：以无线通信方式向各无线探头发送读取触发信号，并以光通信方式并行接收各无线探头发送的检测数据帧。

3、这样，以无线通信承载同步信息、以光通信承载检测数据帧的上传，消除了探头与主控单元、数据读取装置之间的电缆和接插件，各探头独立存储带时空上下文的检测数据帧，形成分布式存储，从而降低数据丢失风险，提升系统的可靠性与通用性，解决现有有线连接方式导致系统可靠性低、成本高的问题。

4、在一些可行的实施例中，主控单元包括里程轮单元、编码器单元以及时间模块；里程轮单元被配置为：随管道内检测器运行贴合管道内壁同步旋转，输出脉冲信号，脉冲信号承载有用于表征里程增量的计数特征及用于表征运动方向的辨向特征；编码器单元被配置为：对计数特征进行计数累加，以及对辨向特征进行方向解析，生成里程数据；时间模块被配置为：采集时间数据。

5、这样，通过里程轮单元输出承载计数特征与辨向特征的脉冲信号、编码器单元对脉冲信号计数累加并方向解析生成里程数据、时间模块采集时间数据，为同步信息提供准确的里程数据来源和时间数据来源，从而保证同步信息在空间基准和时间基准上的准确性。

6、在一些可行的实施例中，主控单元执行根据里程数据和时间数据，生成同步信息，具体被配置为：对里程数据进行滤波处理，得到滤波后的里程数据；基于滤波后的里程数据生成里程戳以及基于时间数据生成时间戳；以统一时序基准匹配里程戳与时间戳，融合生成同步信息。

7、这样，通过滤波处理、戳记生成与统一时序匹配，使同步信息在里程和时间上对齐，为各探头检测数据帧的时空对齐提供可靠的同步基准。

8、在一些可行的实施例中，缺陷检测原始数据包括漏磁检测数据和涡流检测数据，无线探头包括三轴霍尔传感器和涡流传感器；三轴霍尔传感器被配置为：基于管道壁缺陷引起的漏磁场变化，生成漏磁检测数据；涡流传感器被配置为：基于管道壁缺陷引起的涡流阻抗变化，生成涡流检测数据；无线探头执行将缺陷检测原始数据和同步信息进行封装，形成带时空上下文的检测数据帧，具体被配置为：提取同步信息中的里程戳和时间戳，并将里程戳、时间戳、漏磁检测数据以及涡流检测数据进行封装，形成检测数据帧。

9、这样，以漏磁与涡流复合检测覆盖管道内外壁缺陷，并将里程戳、时间戳与缺陷检测数据封装，使检测数据帧自带时空上下文，为缺陷定位与数据分析提供完整信息。

10、在一些可行的实施例中，主控单元包括第一无线通信模块，无线探头包括第二无线通信模块；第一无线通信模块被配置为：与第二无线通信模块建立无线通信链路，将同步信息发送至各无线探头；第二无线通信模块被配置为：接收第一无线通信模块发送的同步信息。

11、这样，以第一无线通信模块和第二无线通信模块建立无线通信链路承载同步信息的传输，明确无线通信的硬件载体，消除了主控单元与各无线探头之间的同步电缆。

12、在一些可行的实施例中，无线探头包括第一光通信模块；第一光通信模块包括：开关驱动单元和红外发射单元；开关驱动单元被配置为：驱动红外发射单元以高于预设速率阈值发射光信号；红外发射单元被配置为：将检测数据帧以光信号的形式发送至数据读取装置。

13、这样，以开关驱动单元驱动红外发射单元发射光信号，实现检测数据帧的高速光通信输出，为探头检测数据的快速上传提供硬件基础。

14、在一些可行的实施例中，无线探头还包括电源模块，电源模块包括：光电转换单元和储能单元，数据读取装置还包括：激光馈电模块；激光馈电模块被配置为：响应于无线探头放置于数据读取装置的定位卡槽内，向无线探头发射激光；光电转换单元被配置为：接收激光，并将激光转换为电能，以对储能单元充电。

15、这样，通过光馈电为探头储能单元充电，消除了探头的供电电缆，检测前可对储能单元充电、数据读取期间可提供大功率供电，满足探头长时间检测与高速数据传输的用电需求。

16、在一些可行的实施例中，数据读取装置还包括：第三无线通信模块、多个数据读取通道以及多个第二光通信模块，各第二光通信模块与各数据读取通道一一对应，各第二光通信模块分别与各无线探头的身份标识相关联；数据读取装置执行以无线通信方式向各无线探头发送读取触发信号，并以光通信方式并行接收各无线探头发送的检测数据帧，具体被配置为：基于无线探头已放置于定位卡槽内，响应于操作员终端下发的读取指令，通过各数据读取通道向对应的无线探头发送读取触发信号；基于各第二光通信模块与各无线探头的身份标识的关联关系，通过各第二光通信模块并行接收各无线探头发送的检测数据帧。

17、这样，以第三无线通信模块承载读取触发信号的无线下发，以多个第二光通信模块基于身份标识关联并行接收检测数据帧，实现多探头的并行数据读取，读取总时间与单一探头相当，从而提升数据读取效率。

18、在一些可行的实施例中，数据读取装置还包括：通信接口；通信接口被配置为：将各第二光通信模块接收的检测数据帧上传至外部数据服务器。

19、这样，通过通信接口将接收的检测数据帧统一上传至外部数据服务器，完成检测数据从探头到服务器的完整读取链路。

20、第二方面，本技术实施例提供一种基于无线通信的管道内检测器数据采存读方法，应用于第一方面的基于无线通信的管道内检测器数据采存读系统，包括：通过主控单元采集里程数据和时间数据；根据里程数据和时间数据，生成同步信息，同步信息用于表征空间基准和时间基准；以无线通信方式将同步信息发送至各无线探头；通过各无线探头采集缺陷检测原始数据，并以无线通信方式接收同步信息；将缺陷检测原始数据和同步信息进行封装，形成带时空上下文的检测数据帧，并将检测数据帧存储于各无线探头；通过数据读取装置以无线通信方式向各无线探头发送读取触发信号；响应于读取触发信号，通过各无线探头以光通信方式将检测数据帧发送至数据读取装置；通过数据读取装置以光通信方式并行接收各无线探头发送的检测数据帧。