一种用于管道内清管器的定位接收机和定位方法与流程

1.本发明涉及管道检测技术领域，具体涉及一种用于管道内清管器的定位接收机。


背景技术：

2.随着天然气管线的日益增多和管龄的增长，管道内部可能会出现沉积污物，以及形成腐蚀、裂纹、变形等缺陷，需要对管道内部进行检测和清理。现有技术中，针对天然气管道采用的清理设备需要伸入其中，受管道内环境影响存在卡堵状况，卡堵位置往往不能准确跟踪、定位。天然气管道对高频无线信号具有屏蔽效果，即使在设备上设置信号源，无线探测定位效果也往往不理想。同时，由于现有技术中仅在时域中标记信号强度只能根据受干扰发射信号的电磁强度形成参考信息，无法直接用于卡堵位置定位。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明实施例提供一种用于管道内清管器的定位接收机和定位方法，解决现有天然气管道中清管器卡堵位置定位精度不高的技术问题。
4.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机，包括：
5.编码器，用于采集测距轮转动形成的距离信号；
6.接收线圈，用于接收定位环境内的电磁信号；
7.信号调理电路，用于对接收的电磁信号进行放大、滤波获取低频电磁信号；
8.信号处理模块，用于根据脉冲信号和低频电磁信号形成距离与信号强度间的状态关联数据；
9.显示交互模块，用于提供人机交互界面，根据状态关联数据形成图形显示，根据输入指令形成工况控制。
10.本发明一实施例中，所述接收线圈包括第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈，成正交布设。
11.本发明一实施例中，所述编码器采用旋转编码器，用于输出测距轮转动形成的角度信号。
12.本发明一实施例中，所述信号调理电路包括：
13.第一前置放大电路，用于将第一电磁感应线圈耦合的电磁感应信号进行放大形成第一路环境电磁信号。
14.第一低通滤波器，用于对第一路环境电磁信号进行低通滤波形成第一路低频段电磁信号。
15.第一带通滤波器，用于对第一路低频段电磁信号进行对应发射信号频段的带通滤波形成第一低频电磁信号。
16.第二前置放大电路，用于将第二电磁感应线圈耦合的电磁感应信号进行放大形成第二路环境电磁信号。
17.第二低通滤波器，用于对第二路环境电磁信号进行低通滤波形成第二路低频段电
磁信号。
18.第二带通滤波器，用于对第二路低频段电磁信号进行对应发射信号频段的带通滤波形成第二低频电磁信号。
19.本发明一实施例中，所述信号处理模块包括：
20.处理器，用于根据预置处理规则处理时域转动距离信号和接收时域强度信号，转换形成距离和信号强度的关联数据，根据交互指令形成关联数据的图形化数据、电路使能设置；
21.定时电路，用于受控形成周期性触发信号，通过触发信号使能控制信号调理电路周期性处理电磁感应信号；
22.模数转换电路，用于将信号调理电路形成的低频电磁信号模数转换形成对应的接收强度数据。
23.本发明一实施例中，所述显示交互模块包括：
24.触控屏幕，用于形成图形化交互界面，根据图形化数据形成数据展示；
25.数据接口，用于形成触控屏幕与信号处理模块间的数据通道。
26.本发明一实施例中，还包括一个固定框架、一对测距轮、一个伸缩立柱和一个握持手柄，在固定框架底部固定电磁感应线圈，在固定框架中部固定信号调理电路、信号处理模块和工作电源，在水平方向的固定框架两侧对称转动固定测距轮，在测距轮上设置编码器，在固定框架顶部数值固定伸缩立柱，在伸缩立柱的顶部固定显示交互模块和握持手柄，伸缩立柱中空形成信号处理模块与显示交互模块的连接线缆通道。
27.本发明实施例的管道内清管器的定位方法，包括：
28.初始化用于管道内清管器的定位接收机，确定定位的位移测量基准；
29.获取接收机本体与相对于位移测量基准的即时位移，获取当前位置接收的清管器发射的低频电磁信号的信号强度，根据即时位移和信号强度形成关联数据，根据关联数据形成量化图形实时显示并数据存储。
30.本发明一实施例中，还包括：
31.通过正交布设的接收线圈获取同步低频电磁信号，根据同步低频电磁信号间的信号强度差异形成清管器在管道中的位置判断。
32.本发明一实施例中，所述量化图形中的关联数据包括：
33.既往位移距离；
34.当前位移距离；
35.当前位移距离的水平信号强度值；
36.当前位移距离的垂直信号强度值。
37.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机和定位方法通过编码器获取的测距信号形成基于测量基点的物理距离标定，在物理距离标定过程中根据接收的环境电磁信号强度的变化形成卡堵位置的低频电磁信号源判断。利用低频电磁信号变化趋势的规律性提高卡堵位置判断的准确性。利用显示模组显示行走距离和接收信号强度的直观图像变化，形成对管道现场的综合分析与判断，能够实现对管道和内检测器卡堵位置的准确定位。
附图说明
38.图1所示为本发明一实施例用于管道内清管器的定位接收机的架构示意图。
39.图2所示为本发明一实施例用于管道内清管器的定位接收机的电路结构示意图。
40.图3所示为本发明一实施例用于管道内清管器的定位接收机的装配结构示意图。
41.图4所示为本发明一实施例用于管道内清管器的定位方法的流程示意图。
42.图5所示为本发明一实施例电子设备的结构示意图。
43.图6所示为应用本发明一实施例用于管道内清管器的定位方法时获得的信号图谱示意图。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明一实施例用于管道内清管器的定位接收机如图1所示。在图1中，本发明实施例包括：
46.编码器10，用于采集测距轮转动形成的距离信号。
47.编码器可以采用光电式、磁电式和触点电刷式的旋转编码器，根据测距轮的转速和转向输出脉冲信号。
48.接收线圈20，用于接收定位环境内的电磁信号。
49.定位环境内的电磁信号包括管道内清管器作为信号源的发射线圈发射的低频电磁信号。基于电磁感应的接收线圈至少包括一个与清管器的发射电磁信号的发射线圈参数匹配的电磁感应线圈。
50.信号调理电路30，用于对接收的电磁信号进行放大、滤波获取有效低频电磁信号。
51.信号调理电路至少包括依次设置的放大电路和滤波器以耦合提取清管器发射的有效低频电磁信号。
52.信号处理模块40，用于根据距离信号和低频电磁信号形成距离与信号强度间状态的关联数据。
53.信号处理模块采用微控制单元(mcu)，mcu还可以包括集成的模数转换、定时控制、预置模型计算和数据存储等的功能电路，例如stm32系列微控制器。
54.显示交互模块50，用于提供人机交互界面，根据关联数据形成图形显示，根据输入指令形成工况控制。
55.显示交互模块可以采用触摸屏模组。
56.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机利用两种物理量纲的采集信号形成对管道内清管器位置的复合判断和直观反馈。通过编码器获取的测距信号形成基于测量基点的物理距离标定，在物理距离标定过程中根据接收的环境电磁信号强度的变化形成卡堵位置的低频电磁信号源判断。利用低频电磁信号变化趋势的规律性提高卡堵位置判断的准确性。利用显示模组显示行走距离和接收信号强度的直观图像变化，形成对管道现场的综合分析与判断，能够实现对管道和内检测器卡堵位置的准确定位。
57.本发明一实施例用于管道内清管器的定位接收机的电路结构如图2所示，在图2中，接收线圈包括第一电磁感应线圈21和第二电磁感应线圈22，电磁感应线圈通过线性铁氧体表面缠绕绝缘导线形成，两个电磁感应线圈的电磁信号频率感应接收特性与清管器发射电磁信号的发射线圈的频率特性匹配，第一电磁感应线圈21和第二电磁感应线圈22呈正交布设。在图2中，还包括编码器采用旋转编码器11，用于输出测距轮转动形成的角度信号。依据转动角度换算出行进距离。
58.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机针对同一电磁信号发射源形成两路电磁信号接收途径，根据电磁感应线圈的布设结构差异获得两路电磁接收信号不同强度的变化关联性，为判断信号电磁发射源位置提供量化依据。
59.如图2所示，在本发明一实施例中，信号调理电路30包括：
60.第一前置放大电路31，用于将第一电磁感应线圈耦合的电磁感应信号进行放大形成第一路环境电磁信号。
61.第一低通滤波器32，用于对第一路环境电磁信号进行低通滤波形成第一路低频段电磁信号。
62.第一带通滤波器33，用于对第一路低频段电磁信号进行对应发射信号频段的带通滤波形成第一低频电磁信号。
63.第二前置放大电路34，用于将第二电磁感应线圈耦合的电磁感应信号进行放大形成第二路环境电磁信号。
64.第二低通滤波器35，用于对第二路环境电磁信号进行低通滤波形成第二路低频段电磁信号。
65.第二带通滤波器36，用于对第二路低频段电磁信号进行对应发射信号频段的带通滤波形成第二低频电磁信号。
66.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机对同源环境电磁信号的差异采集利用两路独立的放大-滤波通道同步形成。同时保证了对同源低频电磁信号的准确提取和对环境频率干扰的消除。
67.如图2所示，在本发明一实施例中，信号处理模块40包括：
68.处理器41，用于根据预置处理规则处理时域转动距离信号和接收时域强度信号，转换形成距离和信号强度的关联数据，根据交互指令形成关联数据的图形化数据、电路使能设置。
69.定时电路42，用于受控形成周期性触发信号，通过触发信号使能控制信号调理电路周期性处理电磁感应信号。
70.模数转换电路43，用于将信号调理电路形成的低频电磁信号模数转换形成对应的接收强度数据。
71.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机实时控制各功能电路形成位移和信号强度的关联处理、图形化和存储以形成对应的实时图形展示，以直观的方式反馈清管器位置。可以有效降低清管器的定位难度，提高定位精度。
72.如图2所示，在本发明一实施例中，显示交互模块50包括：
73.触控屏幕51，用于形成图形化交互界面，根据图形化数据形成数据展示。
74.数据接口52，用于形成触控屏幕与信号处理模块间的数据通道。
75.本发明实施例的用于管道内清管器的定位接收机利用图形化交互界面满足检测过程的操作需求和观测需求，简化了操作难度，有利于提高检测者注意力，避免长时间操作的判断失误。
76.本发明一实施例用于管道内清管器的定位接收机如图3所示。在图3中，包括一个固定框架60、一对测距轮70、一个伸缩立柱80和一个握持手柄90，在固定框架60底部固定电磁感应线圈20，在固定框架60中部固定信号调理电路30、信号处理模块40和工作电源，在水平方向的固定框架60两侧对称转动固定测距轮70，在测距轮70上设置编码器10，在固定框架60顶部数值固定伸缩立柱80，在伸缩立柱80的顶部固定显示交互模块50和握持手柄90，伸缩立柱80中空形成信号处理模块40与显示交互模块50的连接线缆通道。
77.实际应用中定位接收机结合管线路由图纸在地面沿管线路由推进的同时，进行行进距离的采集和电磁信号的耦合，通过伸缩立柱80顶端的显示交互模块50可以直接观察图形化的距离数据与两个电磁感应线圈耦合的电磁信号强度的关联变化图形。满足轻便操作，无需负重，可以较好地适应针对未知卡堵位置的长时间检测。
78.本发明一实施例管道内清管器的定位方法如图4所示。在图4中，利用上述实施例的定位接收机，本发明实施例包括：
79.步骤100：初始化用于管道内清管器的定位接收机，确定定位的位移测量基准。
80.初始化包括但不限于设备加电、人机交互界面初始设置、预置控制程序初始化等。此时，管道中被清管器已形成电磁信号发射。
81.步骤200：获取接收机本体与相对于位移测量基准的即时位移，获取当前位置接收的清管器发射的低频电磁信号的信号强度，根据即时位移和信号强度形成关联数据，根据关联数据形成量化图形实时显示并数据存储。
82.操作者推行接收机本体沿管道路由行进，根据测距轮转动形成的距离信号形成即时位移数据。在行进中根据接收线圈接收并量化确定位置的低频电磁信号形成对应的信号强度数据。根据即时位移数据和信号强度数据并形成位移与信号强度的关系曲线并在人机交互界面中形成标记有量化单位的图形显示。
83.本发明实施例的管道内清管器的定位方法通过建立位移与信号接收强度的关联曲线反映低频电磁信号与位移变化的规律性，作为综合分析与判断的一种新型信息关联基础，能够实现对管道内设备卡堵位置的准确定位。
84.如图4所示，在本发明一实施例中，还包括：
85.步骤300：通过正交布设的接收线圈获取同步低频电磁信号，根据同步低频电磁信号间的信号强度差异形成清管器在管道中的位置判断。
86.正交布设的电磁感应线圈通常为两个。在本发明一实施例中，呈水平与竖直布设。电磁感应线圈与清管器发射电磁信号的发射线圈的频率特性匹配，清管器发射电磁信号的发射线圈呈水平或竖直布设。采用正交的两个线圈目的是为了更加精确的定位精度。
87.在本发明一实施例中，管道内清管器的发射线圈为水平放置时，两个接收线圈必有一个与发射线圈平行，另一个与发射线圈垂直。当发射线圈发出的电磁信号产生的磁力线与接收线圈相平行时，通过接收线圈的磁力线越多，则接收线圈产生的感应电动势达到最大，输出的信号强度值达到最大；当与接收线圈相垂直时，输出的感应电动势就越小，接近0值。因此在定位时，当定位接收机在发射机正上方时，水平的接收线圈的信号达到最大
值，垂直的接收线圈的信号会突然跳变接近0值。当发射线圈为竖直放置时，垂直的接收线圈的信号达到最大值，水平的接收线圈的信号会突然跳变接近0值。
88.应用本发明一实施例用于管道内清管器的定位方法时获得的信号图谱如图6所示。在图6中，对应呈正交布设的第一电磁感应线圈21和第二电磁感应线圈22，一个接收线圈与管道平行放置，当信号接收机由远及近经过搭载发射机的管道内检测设备时，通过接收线圈的磁力线最多。另一个接收线圈垂直于管道放置，当接收机由远及近，通过发射机正上方时，通过接收线圈的磁力线最少，信号最小且幅值亦呈对称分布。因此可以利用发射线圈产生的磁场具有对称分布的特性，以及发射线圈产生的磁力线与接收线圈放置两者的相对位置对应接收线圈输出的电压信号变化规律不同而形成的信号量化图形实现对管道内检测设备的跟踪定位。即通过确定图形显示的双线圈信号强度变化特征位置及该位置对应的相对于距离测量基准的位移，从而实现对清管器的定位。
89.本发明一实施例中，量化图形关联曲线中的关联数据包括：
90.既往位移距离；
91.当前位移距离；
92.当前位移距离的水平信号强度值；
93.当前位移距离的垂直信号强度值。
94.本发明一实施例电子设备的结构示意图如图5所示。在图5中，该电子设备4000包括至少一个处理器4001、存储器4002和总线4003，至少一个处理器4001均与存储器4002电连接；存储器4002被配置用于存储有至少一个计算机可执行指令，处理器4001被配置用于执行该至少一个计算机可执行指令，从而执行如本技术中任意一个实施例或任意一种可选实施方式提供的任意一种管道内清管器的定位方法的步骤。
95.进一步，处理器4001可以是fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)或者其它具有逻辑处理能力的器件，如mcu(microcontroller unit，微控制单元)、cpu(central process unit，中央处理器)。
96.应用本技术实施例，通过编码器获取的测距信号形成基于测量基点的物理距离标定，在物理距离标定过程中根据接收的环境电磁信号强度的变化形成卡堵位置的低频电磁信号源判断。利用低频电磁信号变化趋势的规律性提高卡堵位置判断的准确性。利用显示模组显示行走距离和接收信号强度的直观图像变化，形成对管道现场的综合分析与判断，能够实现对管道和内检测器卡堵位置的准确定位。
97.本技术实施例还提供了另一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序用于被处理器执行时实现本技术中任意一个实施例或任意一种可选实施方式提供的任意一种管道内清管器的定位方法的步骤。
98.本技术实施例提供的计算机可读存储介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、cd-rom、和磁光盘)、rom(read-only memory，只读存储器)、ram(random access memory，随即存储器)、eprom(erasable programmable read-only memory，可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electrically erasable programmable read-only memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读存储介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
99.应用本技术实施例，通过编码器获取的测距信号形成基于测量基点的物理距离标
定，在物理距离标定过程中根据接收的环境电磁信号强度的变化形成卡堵位置的低频电磁信号源判断。利用低频电磁信号变化趋势的规律性提高卡堵位置判断的准确性。利用显示模组显示行走距离和接收信号强度的直观图像变化，形成对管道现场的综合分析与判断，能够实现对管道和内检测器卡堵位置的准确定位。
100.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，包括：编码器，用于采集测距轮转动形成的距离信号；接收线圈，用于接收定位环境内的电磁信号；信号调理电路，用于对接收的电磁信号进行放大、滤波获取有效低频电磁信号；信号处理模块，用于根据脉冲信号和低频电磁信号形成距离与信号强度间的状态关联数据；显示交互模块，用于提供人机交互界面，根据状态关联数据形成图形显示，根据输入指令形成工况控制。2.如权利要求1所述的用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，所述接收线圈包括第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈，成正交布设。3.如权利要求1所述的用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，所述编码器采用旋转编码器，用于输出测距轮转动形成的角度信号。4.如权利要求1所述的用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，所述信号调理电路包括：第一前置放大电路，用于将第一电磁感应线圈耦合的电磁感应信号进行放大形成第一路环境电磁信号；第一低通滤波器，用于对第一路环境电磁信号进行低通滤波形成第一路低频段电磁信号；第一带通滤波器，用于对第一路低频段电磁信号进行对应发射信号频段的带通滤波形成第一低频电磁信号；第二前置放大电路，用于将第二电磁感应线圈耦合的电磁感应信号进行放大形成第二路环境电磁信号；第二低通滤波器，用于对第二路环境电磁信号进行低通滤波形成第二路低频段电磁信号；第二带通滤波器，用于对第二路低频段电磁信号进行对应发射信号频段的带通滤波形成第二低频电磁信号。5.如权利要求1所述的用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，所述信号处理模块包括：处理器，用于根据预置处理规则处理时域转动距离信号和接收时域强度信号，转换形成距离和信号强度的关联数据，根据交互指令形成关联数据的图形化数据、电路使能设置；定时电路，用于受控形成周期性触发信号，通过触发信号使能控制信号调理电路周期性处理电磁感应信号；模数转换电路，用于将信号调理电路形成的低频电磁信号模数转换形成对应的接收强度数据。6.如权利要求1所述的用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，所述显示交互模块包括：触控屏幕，用于形成图形化交互界面，根据图形化数据形成数据展示；数据接口，用于形成触控屏幕与信号处理模块间的数据通道。7.如权利要求1所述的用于管道内清管器的定位接收机，其特征在于，还包括一个固定
框架、一对测距轮、一个伸缩立柱和一个握持手柄，在固定框架底部固定电磁感应线圈，在固定框架中部固定信号调理电路、信号处理模块和工作电源，在水平方向的固定框架两侧对称转动固定测距轮，在测距轮上设置编码器，在固定框架顶部数值固定伸缩立柱，在伸缩立柱的顶部固定显示交互模块和握持手柄，伸缩立柱中空形成信号处理模块与显示交互模块的连接线缆通道。8.一种管道内清管器的定位方法，其特征在于，包括：初始化用于管道内清管器的定位接收机，确定定位的位移测量基准；获取接收机本体与相对于位移测量基准的即时位移，获取当前位置接收的清管器发射的低频电磁信号的信号强度，根据即时位移和信号强度形成关联数据，根据关联数据形成量化图形实时显示并数据存储。9.如权利要求8所述的管道内清管器的定位方法，其特征在于，还包括：通过正交布设的接收线圈获取同步低频电磁信号，根据同步低频电磁信号间的信号强度差异形成清管器在管道中的位置判断。10.如权利要求8所述的管道内清管器的定位方法，其特征在于，所述量化图形中的关联数据包括：既往位移距离；当前位移距离；当前位移距离的水平信号强度值；当前位移距离的垂直信号强度值。

技术总结
本发明提供了用于管道内清管器的定位接收机和定位方法，解决现有天然气管道中清管器卡堵位置定位精度不高的技术问题。包括编码器，用于采集测距轮转动形成的距离信号；接收线圈，用于接收定位环境内的电磁信号；信号调理电路，用于对接收的电磁信号进行放大、滤波获取有效低频电磁信号；信号处理模块，用于根据脉冲信号和低频电磁信号形成距离与信号强度间的状态关联数据；显示交互模块，用于提供人机交互界面，根据状态关联数据形成图形显示，根据输入指令形成工况控制。利用两种物理量纲采集信号形成对管道内清管器位置的复合判断和直观反馈。在物理距离标定过程中根据接收的环境电磁信号的强度变化判断低频电磁信号源位置确定清管器卡堵位置。号源位置确定清管器卡堵位置。号源位置确定清管器卡堵位置。


技术研发人员：王欣玮 邵华 鲍青 刘慧
受保护的技术使用者：北京市燃气集团有限责任公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/8/4