一种清蜡球智能监测系统的制作方法

1.本发明涉及油田管道投球清洗技术领域，特别涉及一种清蜡球智能监测系统。


背景技术：

2.目前，国内油田大部分采油区块原油蜡质较高，井口原油平均含蜡率较高，管线清蜡主要是采取井场人工投球，但是，因为油田管道内的腐蚀或者蜡质比较高，清蜡球经常会卡住不动，无法得知清蜡球的清洁状态，也无法明确清蜡球的清洁路径，不清楚管道内那些部位处于堵塞和卡位状态。


技术实现要素：

3.本发明提供一种清蜡球智能监测系统，用以解决油田管道内的腐蚀或者蜡质比较高，清蜡球经常会卡住不动，无法得知清蜡球的清洁状态，也无法明确清蜡球的清洁路径，不清楚管道内那些部位处于堵塞和卡位状态的情况。
4.一种清蜡球智能监测系统，包括：
5.射频模块：用于接触射频天线，并输出射频信号，并将所述射频信号放大；
6.数据采集模块：用于采集放大后的射频信号，生成清蜡球的位置数据；
7.数据处理模块：用于对所述位置数据进行轨迹模拟处理，判断所述清蜡球的实时状态；
8.4g传输模块：用于将所述实时状态通过4g网络发送至云端服务器；
9.控制模块：用于通过云端服务器搭建所述清蜡球在管道内的场景模型，并输出清蜡球的实时虚拟场景。
10.作为本发明的一种实施例：所述射频模块设置于清蜡球内部，并用于发出射频信号；
11.所述清蜡球用于投入待清洁管道，进行管道清洁；
12.所述射频天线设置在钢质管道内，并设置有两路路射频天线。
13.作为本发明的一种实施例：所述系统还设置有供电模块：用于为所述射频模块、数据采集模块、数据处理模块、4g传输模块和控制模块供电；其中，
14.所述供电模块还包括电源稳压单元，所述电源稳压单元用于控制供电模块的电源进行稳压输出。
15.作为本发明的一种实施例：所述射频模块包括：
16.信号收发单元：用于通过射频芯片发出第一电磁波信号，并在所述第一电磁波信号接收到射频天线的反馈信号时，发出第二电磁波信号；
17.感应单元：用于感应到清蜡球接触所述射频天线发出的反馈信号；
18.放大单元：用于对所述第一电磁波信号和第二电磁波信号进行放大。
19.作为本发明的一种实施例：所述数据采集模块包括：
20.时刻标记单元：用于对所述放大后的射频信号按照时刻进行标记，并确定每一时
刻的波形数据，并给予所述波形数据建立波形坐标图；
21.波峰采集单元：用于根据所述波形坐标图采集波峰数据；
22.波谷采集单元；用于根据所述波形坐标图采集波谷数据；
23.时间采集单元：用于根据所述波形坐标图，确定波峰数据和波谷数据对应的时刻；
24.频率采集单元：用于根据所述波形坐标图，确定每一时刻的频率数据；
25.幅度采集单元：用于根据所述波形坐标图，确定每一时刻的幅度数据；
26.位置数据确定单元：用于根据所述波峰数据、波谷数据、时刻、频率数据和幅度数据，确定每一时刻的清蜡球位置信号。
27.作为本发明的一种实施例：所述数据处理模块包括：
28.位置数据提取单元：用于根据所述清蜡球位置信号，进行清蜡球位置提取，确定清蜡球的实时位置，确定位置数据；
29.轨迹数据确定单元：用于根据所述清蜡球的位置数据，在坐标轴上搭建清蜡球的运动轨迹；
30.实时状态判断单元：用于根据所述运动轨迹，确定清蜡球的实时状态。
31.作为本发明的一种实施例：所述轨迹数据确定单元在坐标轴上进行运动轨迹搭建，包括如下步骤：
32.步骤1：用于获取波峰数据、波谷数据、时刻、频率数据和幅度数据；
33.步骤2：根据所述取波峰数据和波谷数据，确定运动数据的轨迹节点；
34.步骤3：用于根据所述轨迹节点，进行相邻节点连接，构成第一运动轨迹；
35.步骤4：根据所述频率数据和幅度数据，对所述第一运动轨迹进行微调，确定目标运动轨迹。
36.作为本发明的一种实施例：所述4g传输模块包括：
37.信号转换单元：用于将所述清蜡球的实时状态支援换位数字信号，通过对所述数字信号进行转换为网络数据；
38.通信单元:用于将所述网络数据传输值云端服务器，进行数据存储和数据分析。
39.作为本发明的一种实施例：所述控制模块包括：
40.场景模型搭建模块：用于预先接收用户输入的待清洁的管道数据，并根据所述管道数据进行场景模型搭建；
41.虚拟模拟模型：用于根据所述搭建后的场景模型，调用所述云端服务器内存储的清蜡球位置数据，并通过所述清蜡球位置数据生成实时虚拟场景。
42.作为本发明的一种实施例：所述系统还包括：
43.显示模块：用于将所述实时虚拟场景通过终端设备进行显示，并判断所述清蜡球的实时清洁状态；
44.清洁单元、；用于根据所述实时清洁状态，控制所述清蜡球的投入数量和投入方式，提高清洁效率；
45.清洁故障判断单元：用于根据所述实时清洁状态，判断所述清蜡球是否处于运动状态，并在所述清蜡球在预设时间内不运动时，判断所述清蜡球是否处于固定卡位状态。
46.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明
书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
47.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
48.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
49.图1为本发明实施例中一种清蜡球智能监测系统的系统组成图；
50.图2为本发明实施例中一种清蜡球的检测控制装置在管道内的模拟场景图；
51.图3为本发明实施例中一种清蜡球的检测控制装置的组合件的组成图。
具体实施方式
52.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
53.如附图1所示，本发明为一种清蜡球智能监测系统，包括：
54.射频模块：用于接触射频天线，并输出射频信号，并将所述射频信号放大；
55.数据采集模块：用于采集放大后的射频信号，生成清蜡球的位置数据；
56.数据处理模块：用于对所述位置数据进行轨迹模拟处理，判断所述清蜡球的实时状态；
57.4g传输模块：用于将所述实时状态通过4g网络发送至云端服务器；
58.控制模块：用于通过云端服务器搭建所述清蜡球在管道内的场景模型，并输出清蜡球的实时虚拟场景。
59.上述技术方案的工作原理为：本发明是一种通过给射频感应的方式时刻监控清蜡球在管道内部清洁时的位置，从而起到对清蜡球的监督的作用。在本发明中，本发明时通过直流供电，具有射频芯片，射偏芯片出于清蜡球内部，在清蜡球触碰到射频天线的位置后，天线感应到射频芯片的射频信号，然后通过将信号放大的形式进行信号采集，然后基于信号处理生成具体的信息。最后还通过云端网络和4g网络实现对清蜡球清蜡场景的模拟。
60.上述技术方案的有益效果为：本发明解决了设备在野外防止，需要进行信号传输的问题，本发明还解决了现有技术中无法实现清蜡球的实时在线清洁几实现清洁场景的虚拟化，能够显示清洁的状态和虚拟的清洁场景，同样能对清洁数据进行云端存储。
61.本发明在进行实际实施的时候，如附图2和3所示，由tfc芯片球、射频装置，以及由主控mcu装置、4g模块和电源模块组成的集成器构成。1为主控mcu装置，用于进行控制，4为电源模块，一般采用的是电池，能够进行更换和自动充电的电池，优选热能电池，因为输油管道内部都会生热，容易进行自动充电。2为射频装置，21是射频天线，便于进行信号感应。21的射频天线是平铺式的，这样做的主要原因是因为，平铺式的天线，不会影响tfc芯片球也就是清蜡球进行清洁，而3为4g模块，31为4g天线，齿状，便于进行信号传输。4g模块为rf收发型4g模块；主控mcu装置采用的式32为 mcu芯片；tfc芯片球中tfc芯片为无线射频，具体的型号根据场景和管道设计，但是必定式近距射频感应芯片。
62.附图2是本发明在管道内的场景模拟图，通过这些场景模拟图可以明确本发明的作用方式。
63.在进行使用的时候将tfc芯片球投入到需要清洁的管道中，然后通过在管道上布设视频天线，通过射频天线和tfc芯片球之间的感应实现，tfc芯片球的实时位置。主控mcu装置对射频信号进行处理，确定射频感应信号，然后通过4g网络去连接云网络，通过云网络实现将tfc芯片球的实时位置给进行标记出来，进行模拟，然后把清蜡球的运行场景给模拟出来，通过外部的显示终端给显示出来。
64.本发明的设备采用24v直流供电，通过电源稳压模块，分别给射频装置、主控mcu装置、4g模块和供相应的电源；
65.tfc芯片球(也称清蜡球和管道猪)内部有tfc射频芯片，当tfc 芯片球经过射频天线所在的位置处时，天线即可感应到射频信号，并通过天线匹配电路，将信号放大后，传输给信号采集模块，然后再经过信号处理模块，发送给主控mcu。mcu将信号存储并发送给4g模块。最后，由4g模块通过云网络，传输发送到电脑终端。天线内置在钢制管道内，通过将天线外壁紧贴铁氧体材料，然后再贴到钢制管道内，从而起到防止天线的视频信号被金属管道吸收屏蔽的作用。(解决了金属管道屏蔽视频信号的问题)。tfc芯片球的内径是52mm，为保证管道猪在内径是80mm的管道内任意角度都可以被100％读取成功，内置天线体积设置的非常大，并同时采用了两路天线，来读取智能猪的视频信号。(解决了管道猪100％被识别的问题)。4g模块，解决了设备在野外放置，信号传输的问题
66.作为本发明的一种实施例：所述射频模块设置于清蜡球内部，并用于发出射频信号；
67.所述清蜡球用于投入待清洁管道，进行管道清洁；
68.所述射频天线设置在钢质管道内，并设置有两路路射频天线。
69.上述技术方案的工作原理为：本发明的清蜡球主要是清洁是石油管道内部的，所以时将其投入待清洁管道内，其次，天线内置在钢制管道内，通过将天线外壁紧贴铁氧体材料，然后再贴到钢制管道内，从而起到防止天线的视频信号被金属管道吸收屏蔽的作用。
70.上述技术方案的有益效果为：本发明首先解决了管道的清洁顺序方面的问题，其次，解决了金属管道屏蔽视频信号的问题。
71.作为本发明的一种实施例：所述系统还设置有供电模块：用于为所述射频模块、数据采集模块、数据处理模块、4g传输模块和控制模块供电；其中，
72.所述供电模块还包括电源稳压单元，所述电源稳压单元用于控制供电模块的电源进行稳压输出。
73.上述技术方案的工作原理为：本发明需要进行供电，在实际实施的时候，设备采用24v直流供电，通过电源稳压模块，分别给mc电路、4g模块、数据采集模块、数据处理模块停供相应的电源。
74.上述技术方案的有益效果为：本发明通过直流电供电能够保证系统的稳定性，而且不必在乎电压对于电路的营销。
75.作为本发明的一种实施例：所述射频模块包括：
76.信号收发单元：用于通过射频芯片发出第一电磁波信号，并在所述第一电磁波信号接收到射频天线的反馈信号时，发出第二电磁波信号；
77.感应单元：用于感应到清蜡球接触所述射频天线发出的反馈信号；
78.放大单元：用于对所述第一电磁波信号和第二电磁波信号进行。
79.上述技术方案的工作原理为：本发明视频信号会发送两个电磁波信号，这是因为第一个电磁波信号只是为了发出感应信号，而第二个电磁波信号是为了让射频天线发送至射频天线。感应单元是在具有第一电磁波信号的时候，就感应出来清蜡球的具体位置，而后控制信号收发单元接收第二电磁波信号。
80.上述技术方案的有益效果为：本发明能够根据电磁波信号判断清蜡球清洁的具体位置。
81.作为本发明的一种实施例：所述数据采集模块包括：
82.时刻标记单元：用于对所述放大后的射频信号按照时刻进行标记，并确定每一时刻的波形数据，并给予所述波形数据建立波形坐标图；
83.波峰采集单元：用于根据所述波形坐标图采集波峰数据；
84.波谷采集单元；用于根据所述波形坐标图采集波谷数据；
85.时间采集单元：用于根据所述波形坐标图，确定波峰数据和波谷数据对应的时刻；
86.频率采集单元：用于根据所述波形坐标图，确定每一时刻的频率数据；
87.幅度采集单元：用于根据所述波形坐标图，确定每一时刻的幅度数据；
88.位置数据确定单元：用于根据所述波峰数据、波谷数据、时刻、频率数据和幅度数据，确定每一时刻的清蜡球位置信号。
89.上述技术方案的工作原理为：本发明在进行数据采集的时候，会以一个波形坐标的方式去采集波形的所有坐数据，包括波峰数据、波谷苏沪、波峰数据和波谷数据对应的时刻、每一时刻的频率数据和每一时刻的清蜡球位置数据。
90.上述技术方案的有益效果为：本发明能够通过数据采集模块详细的数据采集项目，确定实时的清蜡球状态数据。
91.作为本发明的一种实施例：所述数据处理模块包括：
92.位置数据提取单元：用于根据所述清蜡球位置信号，进行清蜡球位置提取，确定清蜡球的实时位置，确定位置数据；
93.轨迹数据确定单元：用于根据所述清蜡球的位置数据，在坐标轴上搭建清蜡球的运动轨迹；
94.实时状态判断单元：用于根据所述运动轨迹，确定清蜡球的实时状态。
95.上述技术方案的工作原理为：在对请拉球的位置进行判断的时候，因为不只是投入一个清蜡球，我们需要考量清蜡球如何安全的返航问题或者清洁过后从管道另一头出来的问题。以及管道内的具体状况，所以本发明会记录清蜡球的运动轨迹。通过运动轨迹可以确定管道内的实际状态，而通过在坐标轴上对这些位置数据进行运转，就能够对管道内进行建模模拟，模拟出管道内的场景。
96.上述技术方案的有益效果为：本发明能够实现对清蜡球在管道内的运动轨迹进行统计记录，然后基于运动轨迹推算出管道内的具体状况。
97.在一个实际的实施例中，确清蜡球的位置方法如下：
98.首先因为需要确定的是一个时间段的轨迹，所以需要确定一个时间段，然后呢，因为在这个时间段内需要擦司机多个拟合基准点，去确定一个轨迹，也就是每一时刻的位置，但是一位内在确定位置的时候，我们需要确定的是三个轴上的位置，分别是清蜡球的高度、横向位置和纵向位置，这都是相对于管道本体的。因此，首先计算清蜡球在三个轴上的坐标
分量：
99.但是因为，为了更加适合多项式坐标的计算，我们将时间首先进行归一化
100.t表示的是实时的时间，t0表示的是初始时间；α属于[-1，1]；
[0101][0102]
其中，x(t)表示的是水平坐标分量；y(t)表示是前后坐标分量；z(t)表示的是高度坐标分量；上述坐标分量的原始坐标点，也就是(0，0，0)的坐标点是以管道的中心轴线为基准，xi表示的就是第i个坐标点的水平位置参数；yi表示的就是第i个坐标点的前后位置参数； zi表示的就是第i个坐标点的高度位置参数；ti(α)表示的是第i个坐标点在时间函数区间[-1，1]所代表的值，他的值反馈的是时间点。
[0103]
根据上述的坐标分量，将其进行特征空间变换，引入空间中：
[0104][0105]
通过上述公式确定在三位空间中清蜡球的具体轨迹，然后进行仿真模拟场景，q(α)十一个在三维空间中的模拟轨迹。k(x(t)，y(t) ，z(t))表示的是坐标函数，用于确定每个坐标点，而用于确定每个坐标点的分布时间点，通过两者确定三维空间中的轨迹。
[0106]
作为本发明的一种实施例：所述轨迹数据确定单元在坐标轴上进行运动轨迹搭建，包括如下步骤：
[0107]
步骤1：用于获取波峰数据、波谷数据、时刻、频率数据和幅度数据；
[0108]
步骤2：根据所述取波峰数据和波谷数据，确定运动数据的轨迹节点；
[0109]
步骤3：用于根据所述轨迹节点，进行相邻节点连接，构成第一运动轨迹；
[0110]
步骤4：根据所述频率数据和幅度数据，对所述第一运动轨迹进行微调，确定目标运动轨迹。
[0111]
上述技术方案的工作原理为：本发明在进行运动轨迹搭建的时候，是基于数据进行的轨迹搭建，所以本发明通过波峰数据和波谷数据作为每个也周期内的节点，然后通过多个周期的数据去确定目标运动轨迹。
[0112]
上述技术方案的有益效果为：能够通过检测的波峰波谷数据去建立运动节点，通过运动节点确定清蜡球具体的运动轨迹。
[0113]
作为本发明的一种实施例：所述4g传输模块包括：
[0114]
信号转换单元：用于将所述清蜡球的实时状态支援换位数字信号，通过对所述数字信号进行转换为网络数据；
[0115]
通信单元：用于将所述网络数据传输值云端服务器，进行数据存储和数据分析。
[0116]
上述技术方案的工作原理为：本发明还能够进行网络通信实现远程的网络控制，所以本发明设置了信号转换数字信号的方式，而数字信号又可以转换为网络数据，从而实现远程通信，远程控制，以及将情节数据进行上传。
[0117]
上述技术方案的有益效果为：本发明实现远程通信，远程控制，以及将情节数据进行上传。
[0118]
作为本发明的一种实施例：所述控制模块包括：
[0119]
场景模型搭建模块：用于预先接收用户输入的待清洁的管道数据，并根据所述管道数据进行场景模型搭建；
[0120]
虚拟模拟模型：用于根据所述搭建后的场景模型，调用所述云端服务器内存储的清蜡球位置数据，并通过所述清蜡球位置数据生成实时虚拟场景。
[0121]
上述技术方案的工作原理为：本发明在进行生成实时虚拟场景的时候，是基于用户预先设置的管道数据进行管道场景搭建，然后基于清蜡球的规格和清蜡球的运动轨迹实现对实时虚拟场景的搭建。
[0122]
上述技术方案的有益效果为：本发明能够实现对虚拟场景的搭建，从而可以远程观看管道内清蜡球的具体情节状况，实时调节清洁策略。
[0123]
作为本发明的一种实施例：所述系统还包括：
[0124]
显示模块：用于将所述实时虚拟场景通过终端设备进行显示，并判断所述清蜡球的实时清洁状态；
[0125]
清洁单元：用于根据所述实时清洁状态，控制所述清蜡球的投入数量和投入方式，提高清洁效率；
[0126]
清洁故障判断单元：用于根据所述实时清洁状态，判断所述清蜡球是否处于运动状态，并在所述清蜡球在预设时间内不运动时，判断所述清蜡球是否处于固定卡位状态。
[0127]
上述技术方案的工作原理为：本发明能够通过外部的终端显示设备对清蜡球的清洁状态进行实时的显示，还能够实现对清蜡球的投入数量和投入方式进行判断，提高的是清洁的效率。清蜡球只要处于清洁状态其必定是运动的，如果其被卡住或者不在清洁状态，必定表明其出现了故障。
[0128]
上述技术方案的有益效果为：本发明能够实现对清蜡球的投入方式和投入数量进行控制，还能够根据清蜡球的实时状态判断清蜡球是否处于固定的卡位状态。
[0129]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。