專利名稱：管道爬行器磁傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種利用交變磁場穿透鋼制管道壁用于射線管道爬行器定位和控制的
管道爬行器磁傳感器。涉及測量磁變量、傳輸和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
射線管道爬行器是一個專門在管道內(nèi)部自行行走的工業(yè)機器人，但需要根據(jù)人的要求在管道外部對其進行隨意遙控，包括管內(nèi)精確定位、前進、后退、原地休息、曝光、改變曝光時間等。要求可以在管道外部隨意指定透照位置，這就需要有一種能在管道內(nèi)外進行通訊的手段。目前，國內(nèi)外所使用的傳感器幾乎都是在使用銫137指令源進行控制。使用放射性指令源控制器具有電路簡單，控制效果好，幾乎不存在各種工業(yè)干擾的特點。但是由于近年來，對HSE的高標(biāo)準(zhǔn)要求，國際工程往往不允許我們將放射性物質(zhì)帶入，從而造成了我們打入國際管道建設(shè)市場的天然屏障。即使在國內(nèi)，隨著國家對放射性物質(zhì)管理力度的加大，放射性指令源在國內(nèi)的運輸、儲存、使用也都受到很大限制，過程復(fù)雜、相關(guān)費用大幅度提高。采用超聲波、遠場渦流、微波無線電、紅外線、星輪接近開關(guān)、視頻識別、微型射線機、磁致伸縮型超聲波換能器、等多種技術(shù)均不能實現(xiàn)對爬行器進行定位控制或效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種無放射性輻射、準(zhǔn)確、可靠的管道爬行器磁傳感器。
本發(fā)明是設(shè)計一種射線管道爬行器定位和控制的專用磁傳感器，用于取代傳統(tǒng)的放射性指令源控制的射線傳感器，使無損檢測工作人員的人身放射性損害降低到最小，大幅度降低HSE風(fēng)險。 為了達到上述目的，本發(fā)明由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)(見圖1):由位于管道2外部的磁發(fā)射器1、管道2內(nèi)部的磁接收傳感器3組成；磁發(fā)射器1在管道2外表面局部空間內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，掃描鋼質(zhì)管道2表面，磁場透過鋼管2壁，在管道2內(nèi)部形成漏磁場；管道2內(nèi)部的磁接收傳感器3是在管道爬行器上設(shè)置一感應(yīng)線圈，接收交變漏磁場信號，然后經(jīng)過信號處理后輸出 一個開關(guān)量傳感信號。 其中磁發(fā)射器1原理框圖如圖2所示，它由電池、穩(wěn)壓電路、低壓檢測電路、直流電動機和釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體組成，由電池經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓供電的直流電動機帶動釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，為隨時監(jiān)視電池電壓，在電池輸出端接有低壓檢測電路。 其電路原理圖如圖3所示，電池輸出經(jīng)開關(guān)和保險絲后一路接至由運算放大器1(:2及反饋回路有LED組成的低壓檢測電路輸入端，另一路接由IQ組成的穩(wěn)壓電路輸入端，穩(wěn)壓電路輸出端并聯(lián)一電容C3及另一串聯(lián)LED的R3后，接到直流電動機電源輸入端。
磁接收傳感器3原理框圖如圖4所示，它由感應(yīng)線圈、限幅器、儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路和防抖電路組成；感應(yīng)線圈兩端接限幅器的輸入，限幅器的輸出順次接儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路后，由比較電路輸出一個開關(guān)量信號經(jīng)過防抖電路(繼電器)隔離輸出。
磁接收傳感器3電原理如圖5所示，感應(yīng)線圈L兩端并聯(lián)兩個反向接的二極管D5、
D6后接儀表運算放大器IC3的2、3端，其輸出5和6端接R4、R5、C4、C5組成的積分電路輸入
端，積分電路的輸出經(jīng)二極管07檢波后接由運算放大器構(gòu)成的比較電路輸入端，比較電路
輸出接一帶有繼電器線包負(fù)載的放大器輸入端，而繼電器的控制觸點輸出開關(guān)量信號。 由機械行走部分、射線發(fā)生部分、定位傳感器(含磁發(fā)射器和磁接收傳感器)、邏
輯控制器、電源等組成的射線管道爬行器，通過管道外部磁發(fā)射器發(fā)射一個信號，管道內(nèi)部
磁接收傳感器接收到此信號后，經(jīng)過電路處理并輸出一個開關(guān)量信號，輸入到PLC由軟件
判斷，可以在管道內(nèi)實現(xiàn)定位、曝光、前進、后退、休息、改變曝光時間等動作。 本發(fā)明用磁傳感器取代傳統(tǒng)的放射性指令源控制的射線傳感器，使無損檢測工作
人員的人身放射性損害降低到最小，大幅度降低HSE風(fēng)險。同時結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確、可靠，使用方便。


圖l整體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2磁發(fā)射器原理框圖 圖3磁發(fā)射器電路原理圖 圖4磁接收傳感器原理框圖 圖5磁接收傳感器電路原理圖 其中l(wèi)-磁發(fā)射器 2-管道 3—磁接收傳感器
具體實施例方式
下面結(jié)合

對本發(fā)明的具體實施方式
進一步闡述。本例是一試驗樣機，其構(gòu)成如附圖1所示，整個設(shè)計由位于管道2外部的磁發(fā)射器、位于管道2內(nèi)部安裝在爬行器上的磁傳感器兩部分組成。 磁發(fā)射器1如圖2所示。代替原來的放射性指令源部分，采用電動機帶動釹鐵硼磁體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變磁場，有電池電壓穩(wěn)壓控制，以保持磁場頻率的恒定，電池電壓控制電路同時用于低壓控制，以防止電池電壓的過度放電。要求至少能穿透26毫米壁厚的鋼管，體積重量方面能滿足單人獨立操作的使用，連續(xù)工作時間大于8小時。 磁發(fā)射器1原理框圖如圖2所示，它由電池、穩(wěn)壓電路、低壓檢測電路、直流電動機和釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體組成，由電池經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓供電的直流電動機帶動釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，為隨時監(jiān)視電池電壓，在電池輸出端接有低壓檢測電路。 其電路原理圖如圖3所示，7.2V電池輸出經(jīng)開關(guān)和1A的保險絲后一路接至由AN051運算放大器IQ及由&和D工LED組成反饋回路的低壓檢測電路輸入端；另一路接由LM317組成的穩(wěn)壓電路IC2輸入端，該穩(wěn)壓電路的1端與地之間接電容Q， 1、3端之間接二極管D2， 2、3端之間接并聯(lián)的二極管D3和電阻R2后再接并聯(lián)的電容器C2和電位器W工到地；穩(wěn)壓電路輸出端3并聯(lián)一電容器C3及另一串聯(lián)LED的電阻R3后，接到直流電動機電源輸入
丄山順。 7. 2V電源經(jīng)過IG穩(wěn)壓后供給6V直流電動機，穩(wěn)定的供電電壓保證了電動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，電動機帶動的靜磁體以恒速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個6-35赫茲的交變磁7場，轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)節(jié)W工進行控制，IQ為電池電壓過低判斷集成電路，D工為電池電壓低壓告警指示燈，D4為電動機旋轉(zhuǎn)工作指示。
其中 IQ :AN051運算放大器； IC2 :LM317穩(wěn)壓電路； D丄LED ; D2:IN4007; D3:IN4007; D4 :LED ; R丄2KQ ; R2 :240 Q ; R3 :IK Q ; W丄501 Q ; C1:0.33iif; C2 :1 ii f ; C3:luf。 磁接收傳感器3原理框圖如圖4所示，它由感應(yīng)線圈、限幅器、儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路和防抖電路組成；感應(yīng)線圈兩端接限幅器的輸入，限幅器的輸出順次接儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路后，由比較電路輸出一個開關(guān)量信號經(jīng)過繼電器構(gòu)成的防抖電路隔離輸出。 磁接收傳感器3電原理如圖5所示，感應(yīng)線圈L兩端并聯(lián)兩個反向接的二極管D5、D6后接儀表運算放大器IC3的2、3端，其輸出5和6端接R4、R5、C4、C5組成的積分電路輸入端，積分電路的輸出經(jīng)二極管07檢波后接由運算放大器構(gòu)成的比較電路輸入端，比較電路
輸出接一帶有繼電器線包負(fù)載的放大器輸入端，而繼電器的控制觸點輸出開關(guān)量信號。
圖5中，帶鐵芯的感應(yīng)線圈L接收到管道內(nèi)部的微弱交變磁場信號后，產(chǎn)生一個感生電動勢，經(jīng)過二極管D5、D6限幅后輸入到IQ儀表運算放大器INA128的輸入端，放大后的信號由二極管D7檢波，通過R4、 R5、 C4、 C5組成的積分電路變成變化緩慢的直流電平信號，輸入到IC4運放組成的比較器反相LM358A輸入端，TL431、Rg組成的5V基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)過￥3分壓給IC4同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)感應(yīng)線圈L沒有接收到磁場信號的時候，比較器IC4輸出高電平，截至，當(dāng)有磁場信號輸入時，IC4反相輸入端比同相輸入端電位高，比較器反轉(zhuǎn)輸出低電平，導(dǎo)通，繼電器吸和，輸出端得到一個開關(guān)量信號，此信號提供給爬行器的PLC通過編程就可以實現(xiàn)隨意控制過程，包括管內(nèi)精確定位、前進、后退、休息、曝光等。圖中
W2用來調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)，改變接收靈敏度，W3用于調(diào)節(jié)比較器基準(zhǔn)值，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)可以
防止無效信號的干擾。
其中
IC3:INA128;
IC4 :LM358A ;
IC5 :TL431 ;
D5:IN4148; D6:IN4148; D7:IN4148; D8:IN4007; R4 :1KQ ; R5 :1KQ ; R6 :10KQ ; R7 :5KQ ; R8 :510 Q ; R9 :5. 1KQ ; W2 :103Q ; W3 :501Q ; C4:20iif; C5:20uf; C6:47iif; C7 :0. 1 U f ; C8:0. luf; C9:0. 22iif; C10:10iif; Qt :9014。 本磁傳感器用于西氣東輸二線管道無損檢測中，很好地實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，爬行 器的定位精度可以控制在±2cm以內(nèi)，控制爬行器的各種動作等都很達到了可靠的效果。
權(quán)利要求
一種管道爬行器磁傳感器，其特征是由位于管道(2)外部的磁發(fā)射器(1)和管道(2)內(nèi)部的磁接收傳感器(3)組成；磁發(fā)射器(1)由電池、穩(wěn)壓電路、直流電動機和釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體組成，由電池經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓供電的直流電動機帶動釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)；磁發(fā)射器(1)在管道(2)外表面局部空間內(nèi)產(chǎn)生交變磁場并掃描鋼質(zhì)管道(2)表面，磁場透過鋼管(2)壁，在管道(2)內(nèi)部形成漏磁場；磁接收傳感器(3)由感應(yīng)線圈、限幅器、儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路和防抖電路組成；感應(yīng)線圈兩端接限幅器的輸入，限幅器的輸出順次接儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路后，由比較電路輸出一個開關(guān)量信號經(jīng)過防抖電路隔離輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的管道爬行器磁傳感器，其特征是所述磁發(fā)射器(1)為電池輸 出經(jīng)開關(guān)和保險絲后一路接至由運算放大器(IC2)及反饋回路有(LED)組成的低壓檢測電 路輸入端，另一路接由(IC》組成的穩(wěn)壓電路輸入端，穩(wěn)壓電路輸出端并聯(lián)一電容(C3)及另 一串聯(lián)(LED)的(R3)后，接到直流電動機電源輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的管道爬行器磁傳感器，其特征是所述磁接收傳感器(3)為感 應(yīng)線圈(L)兩端并聯(lián)兩個反向接的二極管(D5)、 (D6)后接儀表運算放大器(IC3)的(2、3) 端，其輸出(5)和(6)端接(R4)、 (R5)、 (C4)、 (C5)組成的積分電路輸入端，積分電路的輸出 經(jīng)二極管(D7)檢波后接由運算放大器構(gòu)成的比較電路輸入端，比較電路輸出接一帶有繼電 器線包負(fù)載的放大器輸入端，而繼電器的控制觸點輸出開關(guān)量信號。
4. 根據(jù)權(quán)利1或2要求所述的管道爬行器磁傳感器，其特征是在電池輸出端接有低壓 檢測電路。
全文摘要
本發(fā)明是一種管道爬行器磁傳感器。它由位于管道外部的磁發(fā)射器(1)和管道(2)內(nèi)部的磁接收傳感器(3)組成；磁發(fā)射器(1)由電池、穩(wěn)壓電路、直流電動機和釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體組成，由電池經(jīng)穩(wěn)壓供電的直流電動機帶動釹鐵硼永磁旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)；磁發(fā)射器(1)在管道(2)外表局部空間產(chǎn)生交變磁場并掃描鋼質(zhì)管道(2)表面，磁場透過鋼管(2)在管道(2)內(nèi)部形成漏磁場；磁接收傳感器(3)由感應(yīng)線圈、限幅器、儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路和防抖電路組成；感應(yīng)線圈兩端接限幅器的輸入，限幅器的輸出順次接儀表放大器、檢波電路、積分電路、比較電路后，由比較電路輸出一個開關(guān)量信號經(jīng)過防抖電路隔離輸出。
文檔編號F17D5/00GK101725834SQ20081022414
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者張宏亮, 曹立江 申請人:中國石油天然氣管道局