压力管道运行数据采集装置、管道智能内检测器的制作方法

本发明属于管道内检测技术领域，具体涉及一种压力管道运行数据采集装置、管道智能内检测器。

背景技术：

我国的大部分油气管道分布在山区，滑坡、水毁、沉降、崩塌、泥石流等地灾灾害都会引起局部管段发生位移或者弯曲，若发生位移的管段存在焊缝质量缺陷、管体缺陷，可能导致管道断裂或者应力集中开裂，造成严重的安全生产事故。

常规的位移监测技术主要通过对关键点进行监测，缺乏管道线路的全面性，目前公认比较有效的手段是搭载imu测绘装置进行多次的管线弯曲应变和位移检测；现有的imu测绘装置主要由光纤陀螺仪和石英挠性加速度计组成，尺寸较大、不具备运行压力、运行温度等管道运行数据采集功能，必须与检测器搭配使用，无法在清管器上进行搭载，适用管道口径的范围小，不便于与检测器集成，测绘装置单独组成一节，设备笨重，成本高，设备准备周期长，不适用于在一年中多次开展弯曲应变和位移检测的山区管道。

技术实现要素：

为了解决上述问题，即为了解决现有技术中的管道检测装置结构复杂且智能化程度低的问题，本发明提供了一种压力管道运行数据采集装置、管道智能内检测器。

本发明的第一方面提供了一种压力管道运行数据采集装置，该装置包括：承压舱体，内部具有中空的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室、所述第二腔室分别设置有第一连接支架和第二连接支架；所述承压舱体的一个端部设有通孔；

承压舱盖，可启闭地盖合于所述通孔，所述承压舱盖上开设有容纳槽，用于设置通讯装置；

mems-imu和核心处理板，所述mems-imu、所述核心处理板依次装设于所述第一连接支架；所述核心处理板基于所述mems-imu采集的数据进行存储及处理；

散热模块，所述散热模块装设于所述核心处理板；

供能模块，所述供能模块装设于所述第二连接支架。

在一些优选实施例中，所述核心处理板包括fpga芯片、sata盘、adc芯片、温补晶振、pcie通讯接口和j30j连接器，所述sata盘、所述adc芯片、所述温补晶振、所述pcie通讯接口均与所述fpga芯片信号连接；所述fpga芯片配置为接收、控制并管理各种信号；

所述j30j连接器配置为与外部设备的互联互通。

在一些优选实施例中，所述fpga芯片包括控制模块、里程优选模块、时钟管理模块、模拟通道采集模块、imu通道采集模块、存储管理模块和pcie通讯接口模块，所述里程优选模块、所述时钟管理模块、所述模拟通道采集模块、所述imu通道采集模块、所述存储管理模块、所述pcie通讯接口模块均与所述控制模块信号连接；

所述控制模块配置为完成系统调试模式、采集模式的切换、触发，以及固定频率采集模式的数据帧生成；

所述里程优选模块配置为完成三路里程的优选及倍频工作，为所述控制模块提供里程优选信号以作为里程脉冲计数和触发使用；

所述时钟管理模块配置为完成系统时钟同步及所述温补晶振分频工作；

所述模拟通道采集模块配置为基于所述控制模块发送的触发指令控制模数转换器完成压力、温度传感器模拟信号的采集；

所述imu通道采集模块配置为完成mems-imu陀螺仪及加速度计通道数据的采集；

所述存储管理模块配置为基于所述控制模块发送的指令将所述模拟通道采集模块、所述imu通道采集模块采集的数据分区存储至所述sata盘；

所述pcie接口模块配置为与pc机进行通讯。

在一些优选实施例中，所述核心处理板采用双模式采集存储系统，该系统包括固定频率采集模式程序、触发采集模式程序和双模式实时分区存储管理程序；所述固定频率采集模式程序配置为用于完成mems-imu数据的采集并与时间、里程计数组帧；所述触发采集模式程序配置为在优选里程脉冲触发下完成模拟信号的采集并与时间、里程计数组帧；所述双模式实时分区存储管理程序配置为通过严格的时序控制规划不同数据帧的存放位置，以完成双模式数据的实时分区存储。

在一些优选实施例中，所述散热模块包括散热片；所述散热片的一侧设置有连接部，所述连接部用于固定所述核心处理板；

所述散热片的另一侧向外凸起形成凸起结构，所述凸起结构的端部设置有多个凹槽，多个所述凹槽间隔设置。

在一些优选实施例中，所述散热片与所述承载舱体之间的间隙均填充有导热硅胶。

在一些优选实施例中，所述散热片的材料为铝。

在一些优选实施例中，所述温补晶振为32.768khz高精度温补晶振。

在一些优选实施例中，所述承压舱盖与所述承压舱体通过可活动连接件连接并通过压紧件锁紧于所述承压舱体；

所述承压舱体的外壁设置有连接部，用于与其它装置连接。

本发明的第二方面提供了一种管道智能内检测器，包括调速单元、动力单元和控制系统单元，所述调速单元配置为用于进行运行速度调节；所述动力单元配置为提供运动所需动力；所述控制系统单元装设有上面任一项所述的压力管道运行数据采集装置。

本发明提供了一种适用管道口径范围广、便于与清管器或检测器集成、准备周期短、精度高、结构简单可靠、抗冲击性强、稳定性好的压力管道运行数据采集装置；所设计的压力管道运行数据采集装置在各种口径管道中均可使用，且保证检测信号精确、可靠。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明中的压力管道运行数据采集装置的一种具体实施例的结构示意图；

图2是图1中的核心处理板的功能框架示意图。

附图标记说明依次如下：

1、mems-imu；2、imu安装座；3、核心处理板；4、散热片；5、电池包；6、承压舱体；7、承压舱盖；8、pcie转接板；9、seacon连接器；10、第一连接支架；11、连接支柱。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的第一方面提供了一种压力管道运行数据采集装置，该装置包括：承压舱体，内部具有中空的第一腔室和第二腔室，第一腔室、第二腔室分别设置有第一连接支架和第二连接支架；承压舱体的一个端部设有通孔；通过不同区域的第一连接支架、第二连接支架的设置，保证腔室内部设置的各个部件的固定，结构简单，集成度高；

承压舱盖，可启闭地盖合于通孔，承压舱盖上开设有容纳槽，用于设置通讯装置；

mems-imu和核心处理板，mems-imu、核心处理板依次装设于第一连接支架；核心处理板基于mems-imu采集的数据进行存储及处理；核心处理板基于mems-imu采集的数据进行存储及处理；核心处理板通过固定频率采集模式完成imu数据的采集，通过触发模式完成外部传感器数据的采集，两种采集模式共用里程系统及时间系统，数据相互独立、分区存储，便于后续数据解析、分析及自动对齐；

散热模块，散热模块装设于核心处理板，用于装置内部的散热；散热模块与承压舱体之间的间隙均填充有导热硅胶，便于通过舱体散热；

供能模块，供能模块装设于第二连接支架，为该装置提供电源供应。

进一步地，散热模块为散热片；供能模块为电池包。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，图示是本发明中的压力管道运行数据采集装置的一种具体实施例的结构示意图，本发明的第一方面提供了一种压力管道运行数据采集装置，该装置包括承压舱体6，内部具有中空的第一腔室和第二腔室，第一腔室、第二腔室分别设置有第一连接支架10和第二连接支架；承压舱体的一个端部设有通孔；承压舱盖7，可启闭地盖合于通孔，承压舱盖上开设有容纳槽，用于设置通讯装置，通讯设置包括seacon连接器9和pcie转接板8，负责与外部互联、通讯，承压舱盖上还设置有上电开关，用于上电控制；mems-imu1和核心处理板3，核心处理板装设于第一连接支架，mems-imu通过imu安装座2与第一连接支架固定连接；核心处理板通过连接支柱11与mems-imu连接，核心处理板采用高集成度、小型号设计；核心处理板基于mems-imu采集的数据进行存储及处理；散热片4，装设于核心处理板；电池包5，装设于第二连接支架。

优选地，散热片的一侧设置有连接部，连接部用于固定核心处理板，连接部通过四个螺纹孔的设置来与核心处理板连接；散热片的另一侧向外凸起形成凸起结构，凸起结构的端部设置有多个凹槽，多个凹槽间隔设置，以增加散热面积。

进一步地，散热片与承载舱体之间的间隙均填充有导热硅胶，便于散热。

优选地，散热片的材料为铝。

进一步地，承压舱盖与承压舱体通过可活动连接件连接并通过压紧件锁紧于承压舱体；承压舱体的外壁设置有连接部，用于与其它装置连接。

进一步地，参照附图2，核心处理板包括fpga芯片、sata盘、adc芯片、32.768khz高精度温补晶振、pcie通讯接口和j30j连接器，sata盘、adc芯片、温补晶振、pcie通讯接口均与fpga芯片信号连接；fpga芯片配置为接收、控制并管理各种信号；j30j连接器配置为与外部设备的互联互通，其定义主要包括mems-imu接口、模拟通道、时钟同步接口、里程接口、电源等。其中，fpga及sata处需粘贴导热硅胶，高精度温补晶振处有通孔。

其中，fpga芯片主要由控制模块、里程优选模块、时钟管理模块、模拟通道采集模块、imu通道采集模块、存储管理模块和pcie通讯接口模块组成，里程优选模块、时钟管理模块、模拟通道采集模块、imu通道采集模块、存储管理模块、pcie通讯接口模块均与控制模块信号连接。其中，控制模块主要完成系统调试模式、采集模式的切换、触发，以及固定频率采集模式的数据帧生成，与其它各模块进行信号互联及通讯；里程优选模块完成三路里程的优选及倍频工作，为控制模块提供里程优选信号以作为里程脉冲计数和触发使用；时钟管理模块完成系统时钟同步及32.768khz高精度温补晶振分频工作，分频后的脉冲信号提供给控制模块作为时间增量计数，精度为ms级；模拟通道采集模块基于控制模块发送的触发指令控制模数转换器完成压力、温度传感器模拟信号的采集；imu通道采集模块完成mems-imu陀螺仪及加速度计通道数据的采集；存储管理模块配置为基于控制模块发送的指令将模拟通道采集模块、imu通道采集模块采集的数据分区存储至sata盘；pcie接口模块配置为与pc机进行通讯，完成调试、参数配置、下载数据等功能。

在本实施例中，核心处理板通过固定频率采集模式完成imu数据的采集，通过触发模式完成外部传感器数据的采集，两种采集模式共用里程系统及时间系统，数据相互独立、分区存储，便于后续数据解析、分析及自动对齐。

进一步地，核心处理板采用双模式采集存储系统，该系统主要由固定频率采集模式程序、触发采集模式程序和双模式实时分区存储管理程序；其中，固定频率采集模式程序配置为用于完成mems-imu数据的采集并与时间、里程计数等组帧；触发采集模式程序在优选里程脉冲触发下完成模拟信号的采集并与时间、里程计数等组帧，重复频率可达15khz；双模式实时分区存储管理程序配置为通过严格的时序控制规划不同数据帧的存放位置，以完成双模式数据的实时分区存储。

本实施例中的承压舱体可以通过法兰固定于大口径清管器、智能内检测器尾部，也可以通过端面安装皮碗，单独作为小口径清管器、智能内检测器的一节，能够适用于8寸至56寸的清管器及智能内检测器；本装置适用管道口径范围广、便于与清管器或检测器集成、准备周期短、精度高、结构简单可靠、抗冲击性强、稳定性好；本发明的第一方面提供的装置结构小巧、功能强大，易集成在管道清管器、变形或腐蚀智能检测器上，实现管道走向测绘及运行压力、温度等数据的采集，为保障油气管道的安全运行提供依据。

本发明的第二方面提供了一种管道智能内检测器，包括调速单元、动力单元和控制系统单元，调速单元配置为用于进行运行速度调节；动力单元配置为提供运动所需动力；控制系统单元装设有上面所述的压力管道运行数据采集装置。

其中，调速单元由外转阀、内转阀、前端法兰、圆锥滚子轴承和毡圈托环组成；调速单元外部固定有防撞头，调速单元右端连接有骨架，骨架右端连接有后端法兰，调速单元与骨架之间以及骨架与后端法兰之间均设置有皮碗导向板和蝶皮碗，皮碗导向板与蝶皮碗之间设置有皮碗垫圈，蝶皮碗与直皮碗之间设置有皮碗垫圈，骨架内部设置有电机单元和电池仓，电机单元与调速单元相连接，电池仓与后端法兰相连接；电机单元主要由电机外壳、直流步进电机、减速器、初始状态记录器组成，直流步进电机内部设置有步进电机运动控制卡、电池仓外部设置有电池外壳，电池仓内部设置有电池和控制系统单元；控制系统单元主要由单片机、数据采集模块、数据存储模块、电机控制执行模块、计算机预处理模块等组，数据采集模块为本发明第一方面所述的压力管道运行数据采集装置，通过装设的压力管道运行数据采集装置，集成程度高，设计轻量化，适用管道口径范围广，与清管器或检测器的集成，准备周期短、精度高、结构简单可靠、抗冲击性强、稳定性好。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。