一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统及方法与流程

1.本发明涉及天然气管道检测技术领域，尤其涉及一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统及方法。


背景技术：

2.目前，对于管道保护电位的测量方法，主要是采用断电法对管道的阴极保护电位进行测量，通过断开阴极保护系统，消除测量回路中阴极保护电流在土壤的ir降，最终得到管道的真实阴极保护电位。然而，在一般土壤和水环境中，埋地管道有效的阴极保护电位区间为-0.85v～-1.20v(cse)，在测试埋地管道通电电位时，由于恒电位仪的整流滤波功能，部分交流干扰电流被排除；而管道阴极保护有效性评价是通过管道断电电位测量值进行判定，当恒电位仪断开后，交流干扰电流作用在管道上，产生交变的ir降，由于断电法测量埋地管道某一时刻的电位时，虽然消除了阴极保护电流的ir降，但是交变的杂散电流ir降会持续存在，对某一时刻来说，交变的ir降会与测量回路中的电位产生叠加，使得无法测量管道的真实阴极保护电位，在管道断电电位测量时，经常出现交流干扰的脉冲峰，从而极大影响着埋地管道断电电位的测试结果。
3.已有检测技术无法对交流电磁干扰进行有效的滤除，导致在交流干扰环境中的管道进行阴极保护检测获取的数据无效，不能及时判断该段管道的健康状态，这对管道的安全运营有着很大的弊端。因此，亟需提供一种技术方案解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统及方法。
5.本发明的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统的技术方案如下：
6.包括：信号采集器、dsp信号处理器和控制器；
7.所述信号采集器用于：接收管道待检测点的第一电位信号，并对所述第一电位信号进行滤波处理，得到并将第二电位信号分别发送至所述dsp信号处理器和所述控制器；
8.所述dsp信号处理器用于：将所述第二电位信号进行分解，得到交流干扰电位分信号，获取并将所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度发送至所述控制器；
9.所述控制器用于：根据所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度，生成具有第二频率、第二相位和第二幅度的降噪反向电位信号，并将所述降噪反向电位信号和所述第二电位信号进行叠加，得到并根据目标阴极保护电位信号，得到所述管道待检测点的阴极保护电位测量值；其中，所述第一频率与所述第二频率相同，所述第一幅度与所述第二幅度相同，所述第一相位与所述第二相位相反。
10.本发明的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统的有益效果如下：
11.本发明的系统通过将降噪信号与干扰的交流信号进行叠加，达到了干扰信号滤波
的效果，在提高管道阴极保护电位测量的准确性的同时，保证了管道的安全运行。
12.在上述方案的基础上，本发明的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统还可以做如下改进。
13.进一步，还包括：电位检测器和滤波器；
14.所述电位检测器用于：采集所述管道待检测点的原始电位信号，并将所述原始电位信号发送至所述滤波器；
15.所述滤波器用于：对所述原始电位信号进行硬件滤波处理，得到并将所述第一电位信号发送至所述信号采集器。
16.进一步，所述信号采集器中设置有一个滤波单元；所述信号采集器具体用于：
17.通过所述滤波单元，对所述第一电位信号进行软件滤波处理，得到并将所述第二电位信号分别发送至所述dsp信号处理器和所述控制器。
18.进一步，所述dsp信号处理器具体用于：
19.基于傅里叶变换算法，将所述第二电位信号进行分解，得到所述交流干扰电位分信号。
20.进一步，还包括：显示器和存储器；
21.所述控制器还用于：将所述阴极保护电位测量值发送至所述显示器进行显示，并将所述阴极保护电位测量值发送至所述存储器进行存储。
22.进一步，所述控制器为：arm控制器。
23.本发明的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量方法的技术方案如下：
24.信号采集器接收管道待检测点的第一电位信号，并对所述第一电位信号进行滤波处理，得到并将第二电位信号分别发送至dsp信号处理器和控制器；
25.所述dsp信号处理器将所述第二电位信号进行分解，得到交流干扰电位分信号，获取并将所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度发送至所述控制器；
26.所述控制器根据所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度，生成具有第二频率、第二相位和第二幅度的降噪反向电位信号，并将所述降噪反向电位信号和所述第二电位信号进行叠加，得到并根据目标阴极保护电位信号，得到所述管道待检测点的阴极保护电位测量值；其中，所述第一频率与所述第二频率相同，所述第一幅度与所述第二幅度相同，所述第一相位与所述第二相位相反。
27.本发明的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量方法的有益效果如下：
28.本发明的方法通过将降噪信号与干扰的交流信号进行叠加，达到了干扰信号滤波的效果，在提高管道阴极保护电位测量的准确性的同时，保证了管道的安全运行。
29.在上述方案的基础上，本发明的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量方法还可以做如下改进。
30.进一步，还包括：
31.电位检测器采集所述管道待检测点的原始电位信号，并将所述原始电位信号发送至滤波器；
32.滤波器对所述原始电位信号进行硬件滤波处理，得到并将所述第一电位信号发送至所述信号采集器。
33.进一步，所述信号采集器中设置有一个滤波单元；所述对所述第一电位信号进行
滤波处理，得到并将第二电位信号分别发送至dsp信号处理器和控制器的步骤，包括：
34.所述信号采集器通过所述滤波单元，对所述第一电位信号进行软件滤波处理，得到并将所述第二电位信号分别发送至所述dsp信号处理器和所述控制器。
35.进一步，所述dsp信号处理器将所述第二电位信号进行分解，得到直流电位分信号和交流干扰电位分信号的步骤，包括：
36.基于傅里叶变换算法，所述dsp信号处理器将所述第二电位信号进行分解，得到所述交流干扰电位分信号。
附图说明
37.图1为本发明实施例的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统的第一结构示意图；
38.图2为本发明实施例的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统的第二结构示意图；
39.图3为本发明实施例的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量方法的流程示意图。
具体实施方式
40.如图1所示，本发明实施例的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统100，包括：信号采集器110、dsp信号处理器120和控制器130；
41.所述信号采集器110用于：接收管道待检测点的第一电位信号，并对所述第一电位信号进行滤波处理，得到并将第二电位信号分别发送至所述dsp信号处理器120和所述控制器130。
42.其中，
①
管道待检测点为：管道上的任意检测点，可根据需求进行选取，在此不设限制。
②
管道待检测点对应设置一个测量基准点，该测量基准点在测量时作为标准的原点，其根据设计规范所设置。
③
第一电位信号为：信号采集器110所接收的管道待检测点的电位信号。
④
第二电位信号为：对第一电位信号进行滤波处理后所得到的电位信号。
43.具体地，当信号采集器110接收到管道待检测点的第一电位信号时，对第一电位信号进行滤波处理，得到第二电位信号，并将第二电位信号分别发送至dsp信号处理器120和控制器130。
44.需要说明的是，
①
控制器130采用arm控制器。
②
信号采集器110采用市面上常用的信号采集器，仅需能够实现本实施例中的功能即可，具体型号不设限制。
③
dsp信号处理器120为数字信号处理器，采用市面上常用的数字信号处理器，仅需能够实现本实施例中的功能即可，具体型号不设限制。
45.所述dsp信号处理器120用于：将所述第二电位信号进行分解，得到交流干扰电位分信号，获取并将所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度发送至所述控制器130。
46.其中，交流干扰电位分信号为：对管道待检测点对应的第二电位信号进行分解所得到的交流电位分信号，该信号为环境噪声，对管道待检测点的电位真实值造成干扰。
47.具体地，所述dsp信号处理器120将所述第二电位信号进行分解，得到直流电位分
信号和交流干扰电位分信号，获取交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度，并将交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度发送至所述控制器130。
48.需要说明的是，对第二电位信号进行分解后，得到直流电位分信号和交流电位分信号。由于直流电位分信号仅经过了信号采集器的软件滤波，而软件滤波处理受到强干扰下的信号效果一般，导致信号精度大大降低，该直流电位分信号无法体现出管道阴极保护电位的真实值。
49.所述控制器130用于：根据所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度，生成具有第二频率、第二相位和第二幅度的降噪反向电位信号，并将所述降噪反向电位信号和所述第二电位信号进行叠加，得到并根据目标阴极保护电位信号，得到所述管道待检测点的阴极保护电位测量值。
50.其中，
①
所述第一频率与所述第二频率相同，所述第一幅度与所述第二幅度相同，所述第一相位与所述第二相位相反。
②
目标阴极保护电位信号为：滤除交流干扰后的管道待检测点的直流信号，即真正意义上阴极保护电位信号。
③
阴极保护电位测量值为：管道待检测点的阴极保护电位的电位测量值。
51.需要说明的是，上述控制器130的工作原理类似消噪耳机原理，在管道阴极保护检测过程中，管道阴极保护电位是直流电信号，而杂散电流干扰均为交流信号，信号采集器110将所有信号采集后经两路进行传递，一路直接发送给控制器130，另一路发给dsp信号处理器120进行数字信号处理，dsp信号处理器120对交流分量信号进行频率、相位、幅值的测量，并发送给控制器130，此时控制器收到二种信号，第一种为原始信号，第二种为dsp信号处理器120进行数据处理后的信号，控制器130根据dsp传递的信号，将自身生成一个相同频率，相同相位，幅值相反的信号与原始信号进行叠加，二个信号叠加后，将消除交流信号，新的信号(目标阴极保护电位信号)中只剩直流信号，此信号为管道真实有效的阴极保护电位。
52.较优地，还包括：电位检测器140和滤波器150；
53.所述电位检测器140用于：采集所述管道待检测点的原始电位信号，并将所述原始电位信号发送至所述滤波器150。
54.其中，原始电位信号为：电位检测器140所采集的未经任何处理的管道待检测点的电位信号。
55.所述滤波器150用于：对所述原始电位信号进行硬件滤波处理，得到并将所述第一电位信号发送至所述信号采集器110。
56.其中，
①
第一电位信号为：经过滤波器150硬件处理后的电位信号。
②
滤波器150采用高阶高通滤波器。
57.较优地，所述信号采集器110中设置有一个滤波单元111；所述信号采集器110具体用于：
58.通过所述滤波单元111，对所述第一电位信号进行软件滤波处理，得到并将所述第二电位信号分别发送至所述dsp信号处理器120和所述控制器130。
59.其中，
①
信号采集器110包括：一个输入端和两个输出端。
②
滤波单元111对电位信号进行软件滤波的过程为现有技术。
60.具体地，如图2所示，信号采集器110的输入端接收滤波器150发送的第一电位信
号，并通过滤波单元111，对第一电位信号进行软件滤波处理，得到第二电位信号，并通过信号采集器110的一个输出端，将第二电位信号发送至dsp信号处理器；并通过信号采集器110的另一个输出端，将第二电位信号发送至控制器130。
61.较优地，所述dsp信号处理器120具体用于：
62.基于傅里叶变换算法，将所述第二电位信号进行分解，得到所述交流干扰电位分信号。
63.需要说明的是，通过傅里叶变换算法对电位信号进行分解的过程为现有技术。
64.较优地，还包括：显示器160和存储器170；
65.所述控制器170还用于：将所述阴极保护电位测量值发送至所述显示器160进行显示，并将所述阴极保护电位测量值发送至所述存储器170进行存储。
66.其中，显示器160采用市面上常用的显示器即可，在此不设限制。存储器170采用市面上常用的存储器即可，在此不设限制。
67.本实施例的技术方案通过将降噪信号与干扰的交流信号进行叠加，达到了干扰信号滤波的效果，在提高管道阴极保护电位测量的准确性的同时，保证了管道的安全运行。
68.如图2所示，本发明实施例的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量方法，包括如下步骤：
69.s1、信号采集器110接收管道待检测点的第一电位信号，并对所述第一电位信号进行滤波处理，得到并将第二电位信号分别发送至dsp信号处理器120和控制器130；
70.s2、所述dsp信号处理器120将所述第二电位信号进行分解，得到交流干扰电位分信号，获取并将所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度发送至所述控制器130；
71.s3、所述控制器130根据所述交流干扰电位分信号的第一频率、第一相位和第一幅度，生成具有第二频率、第二相位和第二幅度的降噪反向电位信号，并将所述降噪反向电位信号和所述第二电位信号进行叠加，得到并根据目标阴极保护电位信号，得到所述管道待检测点的阴极保护电位测量值；其中，所述第一频率与所述第二频率相同，所述第一幅度与所述第二幅度相同，所述第一相位与所述第二相位相反。
72.较优地，还包括：
73.电位检测器140采集所述管道待检测点的原始电位信号，并将所述原始电位信号发送至滤波器150；
74.滤波器150对所述原始电位信号进行硬件滤波处理，得到并将所述第一电位信号发送至所述信号采集器110。
75.较优地，所述信号采集器110中设置有一个滤波单元111；所述对所述第一电位信号进行滤波处理，得到并将第二电位信号分别发送至dsp信号处理器120和控制器130的步骤，包括：
76.通过所述滤波单元111，对所述第一电位信号进行软件滤波处理，得到并将所述第二电位信号分别发送至所述dsp信号处理器120和所述控制器130。
77.较优地，所述dsp信号处理器120将所述第二电位信号进行分解，得到直流电位分信号和交流干扰电位分信号的步骤，包括：
78.基于傅里叶变换算法，所述dsp信号处理器120将所述第二电位信号进行分解，得
到所述交流干扰电位分信号。
79.本实施例的技术方案通过将降噪信号与干扰的交流信号进行叠加，达到了干扰信号滤波的效果，在提高管道阴极保护电位测量的准确性的同时，保证了管道的安全运行。
80.上述关于本实施例的一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量方法中的各参数和各个步骤实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种交流干扰环境下管道阴极保护电位的测量系统的实施例中的各参数和各模块，在此不做赘述。
81.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
82.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。