【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气管道无损检测，尤其涉及一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统。
技术介绍
1、石油和天然气作为主要的能源资源，其战略地位日益突出。由于管道运输具有运量大、不受气候和地面其他因素限制、可连续作业等优点，管道运输已成为国际石油、天然气的主要运输方式。所以油气管道的安全运行对于保障能源输送及安全至关重要，但管道在生产和应用过程中的焊接、高温、高压等环境作用下，会使管道表面产生应力集中，导致油气管道在运行过程中，局部应力高于其自身的强度极限，甚至高于屈服极限，使其在没有显著塑性变形状态下爆发泄露、管道爆裂等恶性事故。且油气管道在运行过程中会受到各个方向应力影响，不同主应力方向会对管道产生不同程度的损伤。因此对油气管道所受应力损伤程度与主应力方向的综合判断和分析，对于精确评估管道损伤，提供精准预警时间，进而保证油气管道运输安全至关重要。然而，由于应力损伤会使管道材料的磁畴、晶格等微观结构发生可逆、不可逆的变化，导致其应力、磁场等参数分布复杂，所以对于油气管道应力损伤程度尤其是主应力方向的检测，一直是油气管道无损检测领域的难点问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述问题，基于弱磁应力检测法，进行油气管道检测系统设计。弱磁检测法本身可以根据铁磁材料天然磁力学特性，实现对铁磁性材料应力损伤、微观损伤无损检测。并通过我们系统实验研究发现，当对铁磁材料进行励磁时，会改变主应力弱磁信号值，但当励磁系统磁力线方向与主应力弱磁信号方向垂直时则主应力弱磁信号值不变。此特性可用于对油气管道
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，本专利技术的系统结构包括：外部框架、承载环、调节装置、连接杆、多方向励磁系统、弱磁检测探头，硬件主控系统。其中外部框架由多组外部呈圆形阵列分布的组件组成，构成检测器主体框架并对管道进行外部保护；承载环设置于待测管道外壁上，用于承载多组多方向励磁系统；调节装置和连接杆设置于承载环上，用于将承载环与管道主体及外部框架相连，调节装置可调节检测器的高度和角度，并将检测器固定在指定位置；多方向励磁系统均匀布设于管道主体外端的承载环上，用于对采集监控点提供不同励磁方向的外界磁场；弱磁检测探头用于获得采集监控点在不同励磁方向下的弱磁信号；硬件主控系统用于安装单片机、硬件滤波、存储器等控制及处理芯片；硬件主控系统可在系统调用及数据处理主程序控制下，利用标准值采集子程序、步进电机数据采集子程序，对每个采集监控点进行无励磁(标准值)与不同励磁方向下的数字化弱磁信号采集，并将采集信号通过数据处理子程序的数字化计算分析，确定采集监控点的主应力方向及应力大小。
3、所述多方向励磁系统包括多组步进电机、多组励磁系统、多组电机驱动部分。该系统用于对每个采集监控点进行励磁，其利用步进电机带动励磁系统同步转动进而改变励磁方向，并配合弱磁检测探头采集不同励磁方向下的弱磁信号，并使采集弱磁信号与励磁方向对应。励磁系统的磁力与管道表面弧形面的切面平行，这样所有穿过切面磁力线的垂直分量相互抵消，只留有水平分量，且方向完全相同，保证了外加磁场的磁力线与切面平行。利用步进式电机及电机驱动部分带动励磁系统沿平行于管道方向切面转动，进而实现了外加磁场磁力线平行于切面转动360度，为系统弱磁检测探头所采集的检测信号提供360度不同的励磁方向。
4、所述硬件主控系统包括多组弱磁检测探头、多组步进电机、多组励磁系统、多组电机驱动系统、转换控制器、多组硬件滤波系统、a/d转换器、单片机、外接存储器、红外传输系统、pc机；硬件主控系统各器件连接结构为：多组弱磁检测探头电路的输出端口与多组硬件滤波系统的输入端口对应相连，再与a/d转换器的输入端口对应相连，a/d转换器的输入端口与单片机的输出端口相连，多组步进电机与多组电机驱动的输出端口相连，再由转换控制器与单片机的信号输出端口相连，多组励磁系统与单片机的输出端口相连；单片机的存储信号输出端口与外接存储器的存储信号输入端口相连；单片机的信号输入与输出端口经红外传输系统与pc机的输入与输出端口相连接。
5、所述系统调用及数据处理主程序首先定义信号存储区的相关参数，即定义二维数组adturn为不同励磁方向检测数据存放单元；一维数组initial作为标准值存储单元；一维数组lineadr为方向检测数据存储单元；table为步进电机正传表存储单元。首先通过循环程序分别给多个检测探头和电机进行编号来完成对多组弱磁检测探头和多组步进电机8的初始化。然后调用标准值采集子程序，得到不同采集监控点步进电机在没有转动时的弱磁信号作为标准值放入标准值存储单元initial中，即作为应力损伤程度判定数据，又作为主应力方向判定中间参数等待系统调用。通过循环分别打开不同采集监控点对应的弱磁检测探头和步进电机，同时调用数据采集子程序，利用步进电机旋转360度，并采集不同角度下弱磁信号，系统每转动一定角度后进行一次采集，并将采集数据放入不同励磁方向检测数据存放单元adturn中；在所有检测区域都完成数据采集后调用采集数据处理子程序，将不同励磁方向检测数据存放单元adturn中的数值分别与标准值存储单元initial中的标准值进行对比，找出与标准值相同的存储单元，并将采集循环次数作为主应力方向判定数据存入方向检测数据存储单元lineadr中。最后将标准值存储单元initial与方向检测数据存储单元lineadr中的存储数据分别作为应力值判定数据与主应力方向定数据进行显示。
6、所述标准值采集子程序首先定义变量r0并将其作为指针指向当前检测探头对应的标准值存储单元initial，并启动in0通道开启弱磁检测探头、硬件滤波系统、a/d转换器的各项信号采集处理功能，并将转换后的数值赋给变量r1，同时通过判断计数变量r2的值来使该循环进行数次采集，并将采集的值累加给r1，完成循环后将采集的平均数存入r0指向的标准值存储单元initial[n]中，在完成一个传感器对应区域的标准值采集后，自增n的值来打开下一个传感器，同时将r0指向下一个传感器对应的标准值存储单元initial[n]，并将标准值全部存入了一维数组initial[n]中。由此经过多次循环处理，分别通过开启弱磁检测探头、硬件滤波系统、a/d转换器，将硬件滤波及模数转换后的数字化弱磁信号，通过系统分析处理后存入标准值存储单元initial中，完成各采集监控点的标准值采集。
7、所述步进电机数据采集子程序首先将数据指针dptr指向步进电机正转表table，设置二维数组第二位j的值，即将r0指向当前检测区域对应的存储单元的第一位，定义循环计数变量ri,r2的初始值，将指针dptr的指向内容放入value中，电机驱动程序输出value的值motoroutputvalue，则步进电机就转动了一步，即转动了一定的角度，即通过控制步进电机旋转带动励磁场变化，为采集监控点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，本专利技术的系统结构包括：外部框架、承载环、调节装置、连接杆、多方向励磁系统、弱磁检测探头，硬件主控系统；其中外部框架由多组外部呈圆形阵列分布的组件组成，构成检测器主体框架并对管道进行外部保护；承载环设置于待测管道外壁上，用于承载多组多方向励磁系统；调节装置和连接杆设置于承载环上，用于将承载环与管道主体及外部框架相连，调节装置可调节检测器的高度和角度，并将检测器固定在指定位置；多方向励磁系统均匀布设于管道主体外端的承载环上，用于对采集监控点提供不同励磁方向的外界磁场；弱磁检测探头用于获得采集监控点在不同励磁方向下的弱磁信号；硬件主控系统用于安装单片机、硬件滤波、存储器等控制及处理芯片；硬件主控系统可在系统调用及数据处理主程序控制下，利用标准值采集子程序、步进电机数据采集子程序，对每个采集监控点进行无励磁(标准值)与不同励磁方向下的数字化弱磁信号采集，并将采集信号通过数据处理子程序的数字化计算分析，确定采集监控点的主应力方向及应力大小；
2.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本专利技术电
3.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本专利技术转换控制器使用UIM250121通过CAN总线结构来实现对数个步进电机进行控制，UIM2501在CAN总线结构中就可以控制数个电机驱动系统来实现同时对多个检测点位的信号检测。
4.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本专利技术弱磁检测探头由导线、绝缘基片、InSb-In磁阻元件MR1和MR2、永磁体、引脚等组成，另外加上屏蔽和保护作用的金属外壳；基于磁阻效应来实现弱磁信号检测。
5.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本专利技术硬件滤波系统包含多级TL082信号放大器，RC缓冲电路，并集成在一块AD8039中来减少电路规模，信号经多级滤波之后传输到A/D转换器的输入端口中。
6.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本专利技术A/D转换器使用ADS1232通过模拟开关MAX4620与数个弱磁检测探头相连，在检测时通过MAX4620打开对应点位的弱磁检测探头实现多个点位的信号检测，单片机通过628128芯片和74LS373锁存芯片构成了存储扩展部分，并将单片机通过SM245TS与多个励磁系统相连接。
7.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本专利技术红外传输系统包含红外发射部分和红外接收部分，分别与单片机和PC机相连来实现信号传输，发射部分由放大电路驱动的IR333C发射管组成，接收部分由TSOP4838接收管和LM393DT比较器组成。
...【技术特征摘要】
1.一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，本发明的系统结构包括：外部框架、承载环、调节装置、连接杆、多方向励磁系统、弱磁检测探头，硬件主控系统；其中外部框架由多组外部呈圆形阵列分布的组件组成，构成检测器主体框架并对管道进行外部保护；承载环设置于待测管道外壁上，用于承载多组多方向励磁系统；调节装置和连接杆设置于承载环上，用于将承载环与管道主体及外部框架相连，调节装置可调节检测器的高度和角度，并将检测器固定在指定位置；多方向励磁系统均匀布设于管道主体外端的承载环上，用于对采集监控点提供不同励磁方向的外界磁场；弱磁检测探头用于获得采集监控点在不同励磁方向下的弱磁信号；硬件主控系统用于安装单片机、硬件滤波、存储器等控制及处理芯片；硬件主控系统可在系统调用及数据处理主程序控制下，利用标准值采集子程序、步进电机数据采集子程序，对每个采集监控点进行无励磁(标准值)与不同励磁方向下的数字化弱磁信号采集，并将采集信号通过数据处理子程序的数字化计算分析，确定采集监控点的主应力方向及应力大小；
2.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本发明电机驱动系统使用uim242控制步进电机的转动同时带动励磁系统进行旋转来改变外加磁场的方向，uim242通过can总线结构控制步进电机。
3.根据权利要求1所述一种油气管道弱磁应力损伤及方向监控系统，其特征在于所述，本发明转换控制器使用uim250121通过can总线结构来实现对数...
【专利技术属性】
技术研发人员：张贺，李云轩，吴友俊，桑洋洋，张磊，郎宪明，柳强，曹江涛，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：
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