油氣管道內(nèi)檢測(cè)器定位技術(shù)

吳江濤

摘要：當(dāng)今機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，因而管道內(nèi)檢測(cè)器定位技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用和普及，本文分別對(duì)里程輪定位法、射線(xiàn)定位法以及靜磁場(chǎng)定位法還有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)定位法、壓力波法、低頻電磁波定位法等的技術(shù)基本原理以及技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。同時(shí)對(duì)內(nèi)檢測(cè)器定位技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用和該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步研究?jī)?nèi)檢測(cè)器定位技術(shù)提供了良好的參考。

關(guān)鍵詞：油氣管道；內(nèi)檢測(cè)器；定位技術(shù)；里程輪；壓力波；低頻電磁波

0引言

如今，油氣管道老化成了世界性的問(wèn)題，如何確保這些管道安全是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。管道檢測(cè)技術(shù)是確保管道安全的重要環(huán)節(jié)，依據(jù)檢測(cè)儀器的位置可以將檢測(cè)管道技術(shù)劃分成兩種：外檢測(cè)、內(nèi)檢測(cè)。其中，內(nèi)部檢測(cè)由于其干涉管道的正常運(yùn)行，又不受外部地理環(huán)境的限制，具有十足的優(yōu)勢(shì)，所以被大眾所接受。但是在運(yùn)用內(nèi)檢測(cè)技術(shù)時(shí)，掌握內(nèi)檢測(cè)的傳感器的位置信息十分必要，尤其是需要對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行維修時(shí)，定位技術(shù)就尤其關(guān)鍵。

1內(nèi)檢測(cè)常見(jiàn)的定位技術(shù)

1.1里程輪定位

作為傳統(tǒng)計(jì)程方式的里程輪，在當(dāng)今的管道檢測(cè)中經(jīng)常被采用，常用的是利用光電式的轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)現(xiàn)定位。利用里程輪檢測(cè)管道時(shí)，其發(fā)出周期性的脈沖，地面的定位檢測(cè)設(shè)備就可以根據(jù)脈沖的數(shù)量確定內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的位置。該方法成本低，但是由于該方法本身存在一定的誤差以及打滑失效等情況存在會(huì)影響其準(zhǔn)確性。在現(xiàn)代的工程中，一般情況下會(huì)對(duì)里程輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)或者同時(shí)利用多個(gè)里程輪來(lái)減少誤差，從而提高定位的準(zhǔn)確性。

1.2射線(xiàn)定位

若內(nèi)部檢測(cè)器上安裝一個(gè)射線(xiàn)發(fā)生器，同時(shí)在管道外安裝感光膠片，那么射線(xiàn)發(fā)生器工作時(shí)發(fā)射射線(xiàn)，將會(huì)引起感光膠片曝光，從而可以確定內(nèi)部檢測(cè)器的位置。該類(lèi)型的定位器的電路簡(jiǎn)單而且具有良好的控制效果，而且不受其他工業(yè)的干擾。成都理工大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)該類(lèi)型的探測(cè)器進(jìn)行了深入的研究，他們?cè)谏渚€(xiàn)定位的基礎(chǔ)上結(jié)合視頻識(shí)別技術(shù)，從而可清晰的、方便的查看曝光情況，所以定位的準(zhǔn)確性更高，但該技術(shù)具有復(fù)雜的系統(tǒng)，無(wú)法利用遙控內(nèi)檢測(cè)器，同時(shí)放射性指令源存在風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用、存儲(chǔ)以及運(yùn)輸涉及很多的困難。解決這個(gè)問(wèn)題通常的辦法是利用x射線(xiàn)取代放射性的射線(xiàn)?；赬射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，優(yōu)勢(shì)是檢測(cè)結(jié)果十分直觀，而且無(wú)論被檢對(duì)象尺寸、材質(zhì)如何，都能實(shí)施檢測(cè)。因此，X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)多被采用。

1.3磁場(chǎng)定位

磁場(chǎng)是一種信息載體，其能穿透金屬管壁。利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)，磁場(chǎng)定位應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)的核心是內(nèi)部檢測(cè)設(shè)備在采集其它信息的同時(shí)也采集管道外部定位磁鐵的磁場(chǎng)信息。該技術(shù)在內(nèi)檢測(cè)設(shè)備上安裝一個(gè)或者多個(gè)霍爾傳感器，利用其采集外部定磁鐵產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)的信息，從而可以通過(guò)信息的變化判斷出內(nèi)部檢測(cè)器與定磁鐵的位置的變化，實(shí)現(xiàn)定位。該方法，具有低成本、易成功的優(yōu)點(diǎn)，但是由于管道的管壁通常比較厚，其對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)構(gòu)成較強(qiáng)的屏蔽作用，所以通常管道內(nèi)的漏磁場(chǎng)強(qiáng)十分微弱，這個(gè)對(duì)信號(hào)采集構(gòu)成了較大的困難，因此，該方法不僅要求磁鐵要有強(qiáng)磁性，還要求位于管道內(nèi)的霍爾傳感器具有十分高的靈敏度。天津大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新，其開(kāi)發(fā)的設(shè)備時(shí)間精度達(dá)到了毫秒級(jí)別，但是其系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)成本較高。

1.4GPS導(dǎo)航定位

目前，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)定位技術(shù)在眾多的管道內(nèi)檢測(cè)定位手段中算是比較成熟的，采用最多的，其精度通常能達(dá)到厘米的級(jí)別。其技術(shù)原理第一步運(yùn)用GPS衛(wèi)星對(duì)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的位置進(jìn)行確定，第二步對(duì)管道沿線(xiàn)的每個(gè)位置進(jìn)行測(cè)定。若內(nèi)檢測(cè)設(shè)備在管道內(nèi)運(yùn)行，慣性檢測(cè)設(shè)備就會(huì)檢測(cè)三個(gè)方面的速度變化，但是因?yàn)楣艿纼?nèi)的復(fù)雜環(huán)境使得在其內(nèi)運(yùn)行的內(nèi)檢測(cè)器測(cè)取的數(shù)據(jù)存在誤差，同時(shí)這種誤差隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷的累積。當(dāng)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備通過(guò)GPS的標(biāo)志點(diǎn)時(shí)，就可以修正內(nèi)檢測(cè)器的位置信息，從而提高了準(zhǔn)確度。不過(guò)該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本比較高，不利于廣泛的運(yùn)用。

1.5壓力波法

該方法通過(guò)檢測(cè)管道兩端的壓力，判斷管理泄露的位置。其工作原理就是在內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的兩端都安裝壓力波檢測(cè)設(shè)備。內(nèi)檢測(cè)設(shè)備工作時(shí)，壓力波發(fā)生器就產(chǎn)生兩個(gè)一致的波形，沿著管道的方向進(jìn)行傳播，然后在管道的首末兩端的兩個(gè)傳感器收集壓力值，依據(jù)壓力值之間的時(shí)間差、管長(zhǎng)、波速，可以十分精確地計(jì)算出內(nèi)檢測(cè)設(shè)備在管道中的位置信息。實(shí)現(xiàn)壓力波的定位雖然操作簡(jiǎn)便，但是存在較大的誤差，無(wú)法進(jìn)行十分準(zhǔn)確的定位。所以，壓力波法適用于粗定或者應(yīng)用于實(shí)時(shí)跟蹤內(nèi)檢測(cè)設(shè)備。

1.6電磁波法

電磁波定位法通常利用低頻（23 Hz）的電磁波對(duì)金屬和大地具有較大的穿透能力的特性進(jìn)行工作。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)開(kāi)發(fā)了低頻電磁波磁偶極子的模型，該模型的原理是利用低頻電磁波會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并對(duì)其磁場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行記錄，同時(shí)根據(jù)磁偶極子的磁場(chǎng)分布，可以實(shí)現(xiàn)電磁波定位。具體來(lái)說(shuō)，該方法先運(yùn)用基于GPS的定位系統(tǒng)查詢(xún)安裝在地面上的接受裝置。內(nèi)檢測(cè)設(shè)備所攜帶的低頻電磁波產(chǎn)生裝置工作時(shí)會(huì)發(fā)射交變的電磁波。當(dāng)?shù)孛嫔系慕邮昭b置接收到電磁信號(hào)后，對(duì)該信息的準(zhǔn)確分析結(jié)果就會(huì)判明何時(shí)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備通過(guò)了該地面接收裝置的正下方。然后，地面接收裝置會(huì)發(fā)射另一信號(hào)，從而促使管理內(nèi)的內(nèi)檢測(cè)設(shè)備重新進(jìn)行定位。周而復(fù)始，保證了定位成功開(kāi)啟。此方法不僅定位準(zhǔn)確度高，而且使用的范圍也十分廣泛。但是在實(shí)際運(yùn)用中，由于電磁波受到外界的影響比較多，所以應(yīng)用的范圍也受到了限制，同時(shí)，該技術(shù)的系統(tǒng)成本高，功耗大，不能夠大面積布置。

1.7其他方法

其他的方法主要有測(cè)力定位和聲學(xué)定位兩種。

測(cè)力定位的基本原理就是運(yùn)動(dòng)力學(xué)和牛頓力學(xué)，利用該原理對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行定位的方法，該方法不易受到管道內(nèi)部環(huán)境的影響，同時(shí)定位的準(zhǔn)確度高。但是該方法也具有局限性，不能用于長(zhǎng)距離定位。

依據(jù)聲學(xué)的定位方式是通過(guò)標(biāo)記內(nèi)檢測(cè)設(shè)備與管道相撞擊、摩擦等發(fā)出的聲音來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。該方法應(yīng)用廣泛，但是一旦出現(xiàn)卡堵問(wèn)題就無(wú)法發(fā)出聲音信號(hào)。與此同時(shí)，聲音信號(hào)抵抗干擾的能力弱。

2應(yīng)用情況

依據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的不同，采用不同的定位技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的位置是當(dāng)前的主流做法。比如，對(duì)于短距離的管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)多應(yīng)用測(cè)力定位法，長(zhǎng)距離管道的檢測(cè)定位通常是綜合利用磁場(chǎng)定位法和里程輪定位法，而聲學(xué)定位法等定位手段由于傳感設(shè)備尚在發(fā)展或者受環(huán)境要求高等因素尚在研究階段，實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值不高。

3結(jié)束語(yǔ)

伴隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，管道檢測(cè)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，相關(guān)的定位技術(shù)也得到了豐富和完善，但是也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)今社會(huì)，在應(yīng)用管道時(shí)，傳感器技術(shù)不僅占據(jù)著主要的地位，而且也發(fā)揮著重要的作用，傳感器的效用比、性?xún)r(jià)比極大的影響、制約或促進(jìn)了內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展。

另外，通常一種技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果的精度難以滿(mǎn)足實(shí)際的需要，這時(shí)可并用兩種甚至多種檢測(cè)手段，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而提高檢測(cè)的精度和準(zhǔn)確性。所以，實(shí)際運(yùn)用中，多種方法的綜合運(yùn)用才是未來(lái)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備定位的大發(fā)展趨勢(shì)。