一种管道内检测里程定位器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种管道内检测里程定位器，包括FPGA芯片模块，所述FPGA芯片模块分别连接三轴加速度传感器、ADC转换模块、电平转换模块、两块SPI Flash芯片模块、两块RS485接口芯片模块、晶振、温补晶振和电源管理模块。本实用新型专利技术通过将三个霍尔角度传感器分别安装在三个里程轮内，以相位差为90°电子角的增量脉冲信号采用差分方式传输给FPGA，利用三个里程轮的脉冲信号，采用里程轮脉冲均分算法，以计算检测器的速度，同时采集三轴加速度信号，对里程数据进行补偿，提高了里程定位系统的抗干扰能力和测量精度。通过RS485与内检测器进行通讯，快速实时的将数据传输给内检测器进行存储，实现缺陷或几何变形位置的精确定位。

【技术实现步骤摘要】
一种管道内检测里程定位器
本技术涉及一种管道内检测里程定位器，属于管道内检测领域。
技术介绍
长输管道由于暴露在各种复杂、恶劣的环境状况中容易产生裂纹、腐蚀、管壁变薄等现象，给管道的正常运行带来重大的安全隐患。因此，需要对长输管道进行内检测和缺陷定位，最大化降低管道泄漏事故发生的概率，为长输管道的安全运行提供技术保障。管道内检测利用漏磁内检测器或变形内检测器检测管道内、外壁的金属腐蚀缺陷和几何变形，并利用里程轮定位缺陷或几何变形在管道中的位置。由于内检测器在通过弯头时，里程轮会不能很好的接触管壁，出现打滑，造成里程定位不准确。因此，设计一种抗干扰能力强、实时检测、精度高的里程定位系统，能够为长输管道腐蚀检测、精确定位和安全运行提供重要的技术保障。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种管道内检测里程定位器，实现缺陷或几何变形位置在管道中精确定位。为了达到上述目的，本技术的技术方案提供了一种管道内检测里程定位器，里程定位器放置于管道内检测器内，通过RS485与管道内检测器通讯，其特征在于：包括FPGA芯片模块，所述FPGA芯片模块分别连接三轴加速度传感器，用于采集管道内检测器的加速度信号以补偿里程数据；霍尔角度传感器，用于将里程轮转动产生的磁场变化转化成增量脉冲信号送入FPGA芯片模块，用以记录内检测器里程；两块SPIFlash芯片模块，SPIFlash芯片模块一用于存储测得的里程数据、三轴加速度传感器数据；SPIFlash芯片模块二用于FPGA芯片模块程序存储；两块RS485接口芯片模块，RS485接口芯片模块一用于将行驶里程和GPS时间传输给外部内检测器以同步管道缺陷或几何变形、行驶里程和GPS时间；RS485接口芯片模块二用于接收外部GPS授时器的授时信号，以同步系统时钟。晶振，用于为FPGA芯片模块提供时钟信号；温补晶振，用于基于GPS授时信号提供带温度补偿的稳定的GPS时钟；电源管理模块，用于提供FPGA芯片模块所需的电源。优选地，所述三轴加速度传感器通过ADC转换模块与FPGA芯片模块通信连接。优选地，所述霍尔角度传感器分别安装在三个里程轮内。优选地，所述霍尔角度传感器通过电平转换模块与FPGA芯片模块连接。优选地，所述三轴加速度传感器将采集到的加速度信号经过ADC转换模块转换后通过FPGA芯片模块存储进SPIFlash芯片模块一。优选地，所述霍尔角度传感器的增量脉冲信号以相位差为90°电子角的系列方波脉冲，采用差分方式进行传输，并通过FPGA芯片模块存储进SPIFlash芯片模块一。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术通过将三个霍尔角度传感器分别安装在三个里程轮内，以相位差为90°电子角的增量脉冲信号采用差分方式传输给FPGA，利用三个里程轮的脉冲信号，采用里程轮脉冲均分算法，以计算检测器的速度，同时采集三轴加速度信号，对里程数据进行补偿，提高了里程定位系统的抗干扰能力和测量精度。通过RS485与内检测器进行通讯，快速实时的将数据传输给内检测器进行存储，实现缺陷或几何变形位置的精确定位。附图说明图1为本技术一种管道内检测里程定位器模块示意图；图2为霍尔角度传感器增量脉冲输出协议图，其中横轴表示位置，纵轴表示脉冲信号；图3为霍尔角度传感器接口电路图；图4为三轴加速度传感器接口电路图；图5为ADC转换模块接口电路图；图6为管道内检测里程定位器与内检测器的连接图。具体实施方式为使本技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。本技术一种管道内检测里程定位器放置于管道内检测器内，通过RS485与管道内检测器通讯，包括一块FPGA芯片模块、一块三轴加速度传感器、三块霍尔角度传感器、两块SPIFlash芯片模块、两块RS485接口芯片模块、一块晶振、一块温补晶振、一块ADC转换模块、一块电平转换模块和一块电源管理模块。其中晶振频率为100MHz，温补晶振频率为10MHz。FPGA芯片模块分别连接三轴加速度传感器、ADC转换模块、电平转换模块、两块SPIFlash芯片模块、两块RS485接口芯片模块、晶振模块、温补晶振模块和电源管理模块。三轴加速度传感器通过ADC转换模块与FPGA芯片模块连接，霍尔角度传感器通过电平转换模块与FPGA芯片模块连接，如图1所示。FPGA芯片模块采用Spartan-6XC6SLX45FGPA，用于实现里程定位数据采集。SPIFlash芯片模块一用于存储测得的里程数据和三轴加速度传感器数据。SPIFlash芯片模块二用于FPGA芯片模块的程序存储。RS485接口芯片模块一用于将行驶里程和GPS时间传输给外部内检测器以同步管道缺陷或几何变形、行驶里程和GPS时间。RS485接口芯片模块二用于接收GPS授时信号，以同步时钟。晶振频率为100MHz，用于为FPGA芯片提供时钟信号。温补晶振用于基于GPS授时信号提供带温度补偿的稳定的GPS时钟。电源管理模块用于为FPGA芯片模块提供+1.8V、+1.2V、+3.3V和+5V电源。霍尔角度传感器选用CONTELEC公司的Vert-X31E角度传感器，用于里程轮脉冲信号采集。霍尔角度传感器采用三个，安装在三个不同里程轮内部。Vert-X31E传感器具有无机械磨损磁场感应测量、增量脉冲输出、360°量程、IP67防护等级、14位分辨率和独立线性<±0.5％的特点。该传感器由磁块和传感器两部分组成，里程轮的转动轴上安装磁块，里程轮转动造成磁场方向变化，位置信息通过计算自某个原点开始的每一个增量值(步距数)得出实时的数字量角度信号，每转动128个脉冲为一圈。图2为Vert-X31E增量脉冲输出协议，其中u为参考脉冲。增量信号以相位差为90°电子角的系列方波脉冲信号UA和UB进行传输。增量信号UA和UB的两个相邻沿间的距离为一个测量步距。为了保证信号能以差分方式输出，提高传感器的抗干扰能力，传感器还输出增量信号的反相信号UA-和UB-。图3为VERT-X31E接口电路,U9为VERT-X31E传感器，传感器输出为5V电平，而FPGAI/O接口电平为3.3V，图中U6采用TI公司的LSF0108实现3.3V到5V电平的转换。LSF0108是一种双向电压转换，而且无需使用DIR引脚，最高支持100MHz的电平转换速度。三轴加速度传感器采样飞思卡尔公司的高精度的模拟三轴加速度传感器MMA7361。由于内检测器在管道内运行时会出现前倾、后倾、左倾和右倾等姿态，影响里程定位。因此，采用MMA7361实时检测加速度值以校准里程信息。MMA7361具有1.5g和6g两种量程，可以根据内检测器的运动方向改变输出信号的电压值，其核心算法是建立输出电压和加速度之间的函数映射关系。图4为MMA7361接口电路，图中U4为MMA7361传感器。根据管道内检测器实际运行情况，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道内检测里程定位器，里程定位器放置于管道内检测器内，通过RS485与管道内检测器通讯，其特征在于：包括FPGA芯片模块，所述FPGA芯片模块分别连接三轴加速度传感器，用于采集管道内检测器的加速度信号以补偿里程数据；/n霍尔角度传感器，用于将里程轮转动产生的磁场变化转化成增量脉冲信号送入FPGA芯片模块，用以记录内检测器里程；/n两块SPIFlash芯片模块，SPI Flash芯片模块一用于存储测得的里程数据、三轴加速度传感器数据；SPI Flash芯片模块二用于FPGA芯片模块程序存储；/n两块RS485接口芯片模块，RS485接口芯片模块一用于将行驶里程和GPS时间传输给外部内检测器以同步管道缺陷、行驶里程和GPS时间；RS485接口芯片模块二用于接收外部GPS授时器的授时信号，以同步系统时钟；/n晶振，用于为FPGA芯片模块提供时钟信号；/n温补晶振，用于基于GPS授时信号提供带温度补偿的稳定的GPS时钟；/n电源管理模块，用于提供FPGA芯片模块所需的电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种管道内检测里程定位器，里程定位器放置于管道内检测器内，通过RS485与管道内检测器通讯，其特征在于：包括FPGA芯片模块，所述FPGA芯片模块分别连接三轴加速度传感器，用于采集管道内检测器的加速度信号以补偿里程数据；
霍尔角度传感器，用于将里程轮转动产生的磁场变化转化成增量脉冲信号送入FPGA芯片模块，用以记录内检测器里程；
两块SPIFlash芯片模块，SPIFlash芯片模块一用于存储测得的里程数据、三轴加速度传感器数据；SPIFlash芯片模块二用于FPGA芯片模块程序存储；
两块RS485接口芯片模块，RS485接口芯片模块一用于将行驶里程和GPS时间传输给外部内检测器以同步管道缺陷、行驶里程和GPS时间；RS485接口芯片模块二用于接收外部GPS授时器的授时信号，以同步系统时钟；
晶振，用于为FPGA芯片模块提供时钟信号；
温补晶振，用于基于GPS授时信号提供带温度补偿的稳定的GPS时钟；
电源管理模块，用于提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓英，赵番，侯少星，王洁璐，
申请(专利权)人：上海市特种设备监督检验技术研究院，
类型：新型
国别省市：上海;31