新一代漏磁通内检测器地面标记系统设计

论文摘要

管道运输是现代五大传输方式之一,其在油气储运方面较其他方法有着显著优势。目前,我国的管道运输正在不断向前发展,但是,随着管龄的增长,以及施工缺陷、人工破坏和腐蚀等原因,管道事故频频发生,不仅造成重大的经济损失,而且会对环境、生态系统、居民饮用水系统造成严重的影响,甚至危及居民的生命安全。因此管道缺陷检测的重要性日益凸显。在众多检测方法中,漏磁通内检测法是目前应用最多的方法,漏磁通管道检测系统由管内检测器、地面标记系统和数据分析软件三个部分组成,其中地面标记系统是整个漏磁检测系统的管外定位部分,是消除检测器里程累积误差、精确定位管壁缺陷的关键设备。虽然目前市场上已有基于多种实现方法的地面标记系统,但是在使用中都存在着相应的问题,譬如功耗大,成本高,数据传输效率低,操作过程繁琐等。因此,我们设计了新一代的地面标记系统,其性能在多方面得到改善。地面标记系统通常由两部分组成,即地面标记器和主时钟。本文首先介绍了管道检测的意义和方法,对漏磁通法和超声波法进行了比较,分析了漏磁通法的特点和优势,进而介绍了地面标记系统的意义及其发展近况。通过对地面标记系统的原理研究以及对传统设计方案的分析,确定了新一代地面标记系统的设计方案,在整个系统中引入了GPS时间同步,nRF无线通信,USB数据传输,同时对相应的硬软件进行了改善,使得系统的精度、兼容性,便捷性、工作效率都得到显著的提高。然后重点阐述了整个系统硬件部分和软件部分的原理设计和功能实现,同时完成了上位机程序设计,实现了信号采集,数据存储与传输,时间同步等功能。最后通过实验对其检测精度进行了验证。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 管道运输的发展状况及检测的意义
• 1.2 管道腐蚀内检测方法
• 1.2.1 超声波检测法
• 1.2.2 漏磁通检测法
• 1.3 管道缺陷定位技术及国内外发展情况
• 1.4 本文主要工作及意义
• 1.4.1 本文意义
• 1.4.2 本文主要工作
• 第二章 总体设计
• 2.1 地面标记器定位原理及设计要求
• 2.2 地面标记系统总体设计
• 2.2.1 方案选取及总体设计
• 2.2.2 地面标记器总体设计
• 2.2.3 主时钟总体设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 硬件设计
• 3.1 地面标记器硬件设计
• 3.1.1 MCU 核心控制器
• 3.1.2 信号采集电路设计
• 3.1.3 时间同步电路设计
• 3.1.4 计时电路设计
• 3.1.5 数据存储电路设计
• 3.1.6 无线通信电路设计
• 3.1.7 电源相关电路设计
• 3.1.8 其他电路设计
• 3.2 主时钟硬件设计
• 3.2.1 MCU 核心控制器
• 3.2.2 上位机通讯设计
• 3.2.3 内检测器同步接口设计
• 3.2.4 时间同步及计时电路设计
• 3.2.5 其他电路设计
• 3.2.6 备用主时钟设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 软件设计
• 4.1 地面标记器软件设计
• 4.1.1 A/D 信号采集程序设计
• 4.1.2 FLASH 程序设计
• 4.1.3 时间同步程序设计
• 4.1.4 计时程序设计
• 4.1.5 无线通讯协议及程序设计
• 4.2 主时钟程序设计
• 4.2.1 同步操作程序设计
• 4.2.2 数据通讯协议及程序设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 上位机程序设计
• 5.1 数据传输控制程序设计
• 5.1.1 上位机实现USB 通信的方法
• 5.1.2 数据传输控制
• 5.2 数据处理程序设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 系统性能参数及实验
• 6.2 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢