碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置及其使用方法制造方法及图纸

一种碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置及其使用方法，涉及管道无损检测技术领域，其利用无人机搭载电磁超声检测系统，能够有效实现碳钢管道壁厚的快速巡检。所述碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，包括：上位机控制系统、以及与其连接的下位机系统，且下位机系统包括无人机系统、以及与无人机系统连接的电磁超声检测系统；无人机系统包括：具有摄像头的无人机本体、以及位于无人机本体内的电源模块、无线通讯模块和GPS定位模块，且无人机系统用于负责整个下位机系统的飞行，并由无线手柄进行控制；电磁超声检测系统包括：检测系统本体，以及与检测系统本体连接的检测探头，且检测系统本体内部设置有电磁超声检测系统的组成电路。部设置有电磁超声检测系统的组成电路。部设置有电磁超声检测系统的组成电路。

【技术实现步骤摘要】
碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及管道无损检测
，尤其涉及一种碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]目前，金属压力管道在油气运输、石油化工、煤化工、核电等领域应用普遍，由于管道使用时间较长，内部介质腐蚀和外部环境影响造成管道壁厚逐年减薄，同时在焊缝等薄弱部位，由于焊接材料选择不当、制造缺陷、安装应力等因素，容易出现疲劳腐蚀、点蚀等损伤，对于在用管道的损伤检测有较大的需求。
[0003]然而，本申请专利技术人发现，户外使用的露天管道数量巨大，安装位置错综盘绕，很多处于架空位置，检验人员接触不便，日常检验只能采用搭设脚手架，逐点抽查的方式，从而导致检验效率低，需要耗费大量人力物力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置及其使用方法，其利用无人机搭载电磁超声检测系统，能够有效实现碳钢管道壁厚的快速巡检。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，包括：上位机控制系统、以及与所述上位机控制系统连接的下位机系统，且所述下位机系统包括无人机系统、以及与所述无人机系统连接的电磁超声检测系统；所述无人机系统包括：具有摄像头的无人机本体、以及位于所述无人机本体内的电源模块、无线通讯模块和GPS定位模块，且所述无人机系统用于负责整个所述下位机系统的飞行，并由无线手柄进行控制；所述电磁超声检测系统包括：检测系统本体，以及与所述检测系统本体连接的检测探头，且所述检测系统本体内部设置有所述电磁超声检测系统的组成电路。
[0006]实际应用时，所述电源模块由充电式锂离子电池组和电源转换电路组成，且所述锂离子电池组的输出电压为12V，所述电源转换电路能够将12V电压转换为
±
5V及3.3V，并为所述无人机系统和所述电磁超声检测系统提供电能。
[0007]其中，所述无线通讯模块用于传输所述上位机控制系统的控制指令、所述无人机系统的飞行数据、所述摄像头的图像数据、所述GPS定位模块的位置数据、以及所述电磁超声检测系统的壁厚检测结果。
[0008]具体地，所述GPS定位模块用于确定管道检测位置的定位数据；所述摄像头用于拍摄所述无人机系统的飞行过程及待检测部位的图像信息。
[0009]实际应用时，所述电磁超声检测系统的所述组成电路包括：控制系统，以及与所述控制系统连接的探头开关电路和发射电路，且所述发射电路依次连接有所述检测探头、接收放大电路、以及信号处理电路。
[0010]其中，所述控制系统基于ARM和FPGA芯片系统搭建，用于控制所述电磁超声检测系统的同步协调，同时用于所述探头开关电路的接通和关闭，并由所述信号处理电路中计算出被检测管道的壁厚，且与所述无线通讯模块相连接，以将管道壁厚结果上传至所述上位机控制系统；开始测量时，由所述ARM芯片控制所述FPGA芯片输出方波脉冲给所述发射电路，并进行信号发射。
[0011]具体地，所述探头开关电路采用两路常开式继电器控制所述检测探头中电磁铁的供电电路，且供电电压为所述锂离子电池组提供的12V电压，其中的COM1和COM2端口连接所述检测探头的接口，并保证其电压加到探头内部的所述电磁铁两端；所述探头开关电路与所述控制系统中的ARM芯片通过接口LVDS82N相连接，并由ARM芯片控制继电器的闭合和断开。
[0012]进一步地，所述发射电路用于实现发射信号的功率放大，所述控制系统输出的方波脉冲经过所述发射电路中的开关驱动电路和高压电路的放大作用将该激励信号放大至
±
300V以上的高压脉冲，并驱动所述检测探头内部的检测线圈发射超声波信号。
[0013]更进一步地，所述接收放大电路由放大芯片和滤波芯片组成，用于将所述检测探头接收到的毫伏级电压信号放大至伏级；所述信号处理电路由数据采集芯片和ARM芯片系统构成，在被检测管道声速已知的情况下，根据被检测管道表面和底面反射信号的反射时间计算出被检测管道的壁厚。
[0014]再进一步地，所述检测探头包括：匹配有探头盖的探头外壳，且所述探头外壳内部设置有所述电磁铁，所述电磁铁的底部设置有隔离板，所述隔离板的底部设置有耐磨块，且所述隔离板与所述耐磨块之间设置有所述检测线圈；所述电磁铁为直流电磁铁，并由线圈、铁芯和衔铁组成，且所述铁芯及所述衔铁加工有中心孔，所述电磁铁的引出导线由中心孔穿出连接至接头，同时所述检测线圈的引出导线也由所述中心孔穿出并连接至所述接头；所述电磁铁的引出导线通过所述接头与所述探头开关电路的COM1和COM2端口连接；所述检测线圈同时作为发射线圈和接收线圈，其两根引出导线同时与所述发射电路中的接头J3和所述接收放大电路中的接头J1相连接。
[0015]相对于现有技术，本专利技术所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置具有以下优势：本专利技术提供的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，适用于放置于地面或架空碳钢金属管道的壁厚检测，管道可以放置于室外或室内，通过无人机将电磁超声检测系统带到被检测管道的待检测部位，特别适合于长距离、难接触部位管道壁厚的检测，不需要搭设检测脚手架，节省人力物力，有效降低劳动强度。
[0016]具体地，本专利技术提供的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置的检测使用步骤如下：步骤S1、根据管道施工图纸或检测工作图纸确定需要检测的管道部位；步骤S2、完成整套系统组装，并将检测探头安装至电磁超声检测系统的外壳底部，完成检测探头和电磁超声检测系统的电路连接；步骤S3、启动上位机，连接上位机和无人机，启动壁厚测量系统下位机，根据被检测管道材料种类，设置材料声速数据，由上位机控制系统输入至信号处理电路；步骤S4、操纵无人机控制手柄，将无人机飞至待检测管道上空，根据GPS定位模块
发回的位置数据信息判断无人机是否处于被检测管道待检测部位，利用摄像头控制无人机逐渐接近被检测管道；步骤S5、打开探头开关电路，电磁铁具有磁性将整个检测系统吸附到被检测管道外壁；步骤S6、完成检测部位定位后，在上位机控制系统上操纵电磁超声检测系统中的控制系统，启动发射电路，激励电磁超声检测探头内部的检测线圈发射超声波，同时检测线圈接收管道内壁的超声波反射信号，经接收放大电路将回波信号幅度放大后，由信号处理电路完成信号采集和壁厚计算，壁厚检测结果由控制系统发送至上位机系统；步骤S7、完成一个待检测部位壁厚测量后，启动无人机螺旋桨，关闭探头开关电路，切断电磁铁磁性，无人机带动整个检测系统至下一个检测部位，继续进行壁厚检测；步骤S8、完成壁厚检测工作后，操纵无人机控制手柄将无人机飞回至回收位置，关闭壁厚测量系统的上位机和下位机，并拆除电磁超声检测系统和检测探头。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例提供的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置的整体框架结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置的连接结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置中检测探头的结构示意图。
[0018]附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，包括：上位机控制系统、以及与所述上位机控制系统连接的下位机系统，且所述下位机系统包括无人机系统、以及与所述无人机系统连接的电磁超声检测系统；所述无人机系统包括：具有摄像头的无人机本体、以及位于所述无人机本体内的电源模块、无线通讯模块和GPS定位模块，且所述无人机系统用于负责整个所述下位机系统的飞行，并由无线手柄进行控制；所述电磁超声检测系统包括：检测系统本体，以及与所述检测系统本体连接的检测探头，且所述检测系统本体内部设置有所述电磁超声检测系统的组成电路。2.根据权利要求1所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述电源模块由充电式锂离子电池组和电源转换电路组成，且所述锂离子电池组的输出电压为12V，所述电源转换电路能够将12V电压转换为
±
5V及3.3V，并为所述无人机系统和所述电磁超声检测系统提供电能。3.根据权利要求1所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述无线通讯模块用于传输所述上位机控制系统的控制指令、所述无人机系统的飞行数据、所述摄像头的图像数据、所述GPS定位模块的位置数据、以及所述电磁超声检测系统的壁厚检测结果。4.根据权利要求1所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述GPS定位模块用于确定管道检测位置的定位数据；所述摄像头用于拍摄所述无人机系统的飞行过程及待检测部位的图像信息。5.根据权利要求2所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述电磁超声检测系统的所述组成电路包括：控制系统，以及与所述控制系统连接的探头开关电路和发射电路，且所述发射电路依次连接有所述检测探头、接收放大电路、以及信号处理电路。6.根据权利要求5所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述控制系统基于ARM和FPGA芯片系统搭建，用于控制所述电磁超声检测系统的同步协调，同时用于所述探头开关电路的接通和关闭，并由所述信号处理电路中计算出被检测管道的壁厚，且与所述无线通讯模块相连接，以将管道壁厚结果上传至所述上位机控制系统；开始测量时，由所述ARM芯片控制所述FPGA芯片输出方波脉冲给所述发射电路，并进行信号发射。7.根据权利要求6所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述探头开关电路采用两路常开式继电器控制所述检测探头中电磁铁的供电电路，且供电电压为所述锂离子电池组提供的12V电压，其中的COM1和COM2端口连接所述检测探头的接口，并保证其电压加到探头内部的所述电磁铁两端；所述探头开关电路与所述控制系统中的ARM芯片通过接口LVDS82N相连接，并由ARM芯片控制继电器的闭合和断开。8.根据权利要求6所述的碳钢管道剩余壁厚快速巡检装置，其特征在于，所述发射电路用于实现发射信号的功率放大，所述控制系统输出的方波脉冲经过所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继承，戚政武，杨宁祥，苏宇航，陈建勋，谢小娟，刘德阳，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院珠海检测院，
类型：发明
国别省市：