用于充液管道漏点检测的智能探漏机器人及检测方法
技术领域
本发明涉及一种充液管道漏点检测技术，尤其涉及一种用于充液管道漏点检测的智能探漏机器人及检测方法。
背景技术
近年来，随着智慧城市等概念的提出，对地下充液管网的安全高效运行提出了更高的要求。
管道在安全运行情况下，管内压力均匀稳定，而当管道发生泄漏时，泄漏点附近压力急剧变化，泄漏点的内外由于存在较强的压力差，致使管内流体从泄漏口高速喷出，喷出的高速流体与泄漏口摩擦、泄漏口管内侧附近的空气泡炸裂以及管内脉动压力的剧烈不规则变化，又使泄漏口附近产生较强的泄漏振动，管内球形机器人集成至少一个以上传感器，运行到泄漏口附近将会感测泄漏引起的管内条件状态变化量，对变化量数据进行分析可以定位出管道的泄漏位置。
自管内探漏机器人概念提出以来，管内探漏机器人的研究取得了一些进展，传统管内探漏智能机器人一般有：①基于内窥法的智能球，基于内窥法的智能球是指在智能球上集成图像传感器，传感器采集管内图像并做分析，识别出漏损处的图像即可完成定位，中国专利(CN 205615602 U)提出使用红外探头获取管道内部图像，再将获取的图像送往图像处理装置做预处理，预处理得到的图像数据经微处理器以无线通信方式传给管外装备进行判别管道漏损信息，该方法虽能采集管道内部图像数据，但充液管道对无线通信信号具有很强的屏蔽作用，导致管内图像数据不能实时的传输给管外设备，造成漏判和误判；②基于漏磁技术的管内智能球，基于漏磁技术的管内智能球是指利用金属管道的漏磁通数据分析管道内部的漏损情况，文献“刘渊，输油管道微小泄漏球形检测器的设计与实现(J)，传感器与微系统，2012,31(6)：130-133”中所叙述的管道球形机器人集成了加速度计、磁力计以及音波传感器，记录机器人滚动过程中的加速度信息以及沿线的声音与磁感应强度变化，机器人运行完成后取出记录的数据，利用小波变换技术实现管道的泄漏定位，该方法虽然避免了实时通讯的弊端，但漏磁技术仅针对金属管道有作用，对PE管等非金属管道并不能检测；③基于管内压力-噪声检测法的智能球，基于管内压力-噪声检测法的智能球是指利用压力传感器或者声传感器获取管内压力或者噪声数据，再利用数据处理技术将压力、噪声数据作进一步分析得到漏点信息，中国专利(CN 106287239 A)提出利用压力、声振动传感器实现多传感器融合检测管道是否发生泄漏，再结合惯性导航系统和射频标签组合定位实现泄漏点的定位，该方法的不足之处在于，管内液体以及管道本身对射频信号具有较强的屏蔽效果，导致该球形机器人在充液金属管道内几乎不能与管外的设备实现通信，实时定位效果较差。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于充液管道漏点检测的智能探漏机器人，其创新在于：所述智能探漏机器人包括壳体、控制模块和传感装置；所述传感装置从如下三种方案中择一采用：
方案一：传感装置采用磁场传感器；方案二：传感装置采用多个压力传感器；方案三：传感装置同时采用磁场传感器和多个压力传感器；
传感装置采用方案一时，智能探漏机器人的结构为：所述控制模块和磁场传感器通过支架安装在壳体的内腔中，壳体将控制模块和磁场传感器全部包裹并密封，控制模块和磁场传感器电气连接；
传感装置采用方案二时，智能探漏机器人的结构为：所述壳体表面设置有多个安装孔，多个压力传感器一一对应地设置在多个安装孔中，压力传感器的感应部朝向外侧，压力传感器和安装孔之间的间隙密封处理，所述控制模块通过支架安装在壳体的内腔中，壳体将控制模块全部包裹并密封，控制模块和压力传感器电气连接；
传感装置采用方案三时，智能探漏机器人的结构为：所述壳体表面设置有多个安装孔，多个压力传感器一一对应地设置在多个安装孔中，压力传感器的感应部朝向外侧，压力传感器和安装孔之间的间隙密封处理，所述控制模块和磁场传感器通过支架安装在壳体的内腔中，壳体将控制模块和磁场传感器全部包裹并密封，压力传感器和磁场传感器均与控制模块电气连接。
优选地，所述壳体内还设置有射频识别模块。
优选地，所述壳体的外形为球形、圆柱形、碗形或胶囊形。
基于前述方案，本发明还提出了一种用于充液管道漏点检测的检测方法，所述充液管道由多根连接管连接而成；所述方法涉及的硬件包括智能探漏机器人；所述智能探漏机器人的结构如前所述；所述检测方法包括：
所述压力传感器用于采集智能探漏机器人周围的振动信号；所述磁场传感器用于采集智能探漏机器人周围的磁场信号；
在充液管道上设定检测区域的起点和终点，充液管道内的流体从起点流向终点，智能探漏机器人的密度大于所述流体的密度；在起点位置处的连接管管壁上设置与连接管内部连通的发射筒，在终点位置处的连接管管壁上设置与连接管内部连通的接收筒；所述接收筒内设置有接收网，接收网伸入相应连接管内；
1)通过发射筒将智能探漏机器人投入充液管道中，智能探漏机器人随流体流动而移动；
2)智能探漏机器人移动过程中，传感装置实时采集相应的信号，并将采集到的信号传输至控制模块；控制模块对传感装置的输出信号进行存储，同时，控制模块将输出信号的幅值与设定的阈值进行比较，若输出信号的幅值超越所述阈值，将相应幅值记为特征幅值；特征幅值出现后，控制模块控制计数器加1，然后控制模块记录下与特征幅值对应的时间信息和计数器当前的计数结果；
3)智能探漏机器人被接收网拦阻后，通过接收筒将智能探漏机器人取出；然后将控制模块连接至处理装置；处理装置将控制模块存储的输出信号、时间信息和计数结果读取出来；
4)所述特征幅值由两种情况引起，第一种情况是：智能探漏机器人经过相邻连接管的交界处时，由结构不连续引起的信号跳变；第二种情况是：智能探漏机器人经过漏点时，由漏点导致的信号跳变；对应第一种情况的特征幅值，记为1#幅值，对应第二种情况的特征幅值，记为2#幅值；由技术人员对输出信号、时间信息和计数结果进行识别，区别出1#幅值和2#幅值，然后根据下式确定泄漏点到起点的距离L1：
L1＝v0·t1(1)
其中，t1为与2#幅值对应的时间信息；v0为智能探漏机器人的移动速度，根据下式求解v0：
其中，t0为：2#幅值出现前、最后一次检测到1#幅值时所对应的时间信息；L0为：2#幅值出现前、最后一次检测到1#幅值时，智能探漏机器人所在位置到起点的距离，根据下式求解L0：
L0＝n0·l0(3)
其中，n0为与t0对应的计数结果；l0为单根连接管的长度。
本发明的原理是：基于现有技术可知，长距离管道一般由多根连接管连接而成，制作管道的材料要么是磁介质，要么是非磁介质；对于磁介质的连接管而言，当连接管完好时，由于结构无缺陷，连接管中部各处的磁场信号存在连续性，相邻两根连接管的连接处由于结构不连续，连接处的磁场信号也存在不连续性，当连接管上存在漏点时，连接管上肯定也存在相应的结构缺陷，因此漏点处的磁场信号也存在不连续性，而且漏点引起的磁场信号跳变与连接处引起的磁场信号跳变存在差异，人工识别很容易就能识别出来；对于非磁介质的连接管而言，当连接管完好时，同样是由于连接处的结构不连续，连接管中部各处的振动信号较弱，相邻两根连接管连接处的振动信号较强，当连接管上存在漏点时，由于流体泄漏，漏点位置处的振动信号也较强，并且漏点处的振动信号和连接处的振动信号存在较大差异，人工识别很容易就能识别出来。
将智能探漏机器人放在管道中，智能探漏机器人就会在流体的推动作用下沿管道运动，并记录下与连接处和漏点相关的信号；后期处理时，根据已知的连接管长度、2#幅值出现前最后一次检测到1#幅值时所对应的计数结果，就能根据公式(3)计算出t0时间内智能探漏机器人移动的距离，然后根据公式(2)就能计算出智能探漏机器人的移动速度，最后，根据漏点出现的时间信息，就能根据公式(1)计算出漏点到起点的距离，如此，就能定位出漏点的位置。
针对不同材质的管道，智能探漏机器人可以搭载不同的传感装置，比如，对于非磁介质的管道，智能探漏机器人可以搭载压力传感器，对于磁介质的管道，智能探漏机器人既可以只搭载压力传感器，也可以只搭载磁场传感器，还可以同时搭载两种传感器，同时搭载两种传感器时，后期处理对两种传感器的数据分别处理，然后将两种处理结构相互参照比对，提高定位精度。
优选地，所述壳体内还设置有射频识别模块；所述接收筒内设置有与射频识别模块匹配的射频探测模块。设置了射频识别模块和射频探测模块后，当智能探漏机器人被接收网拦住后，我们就能通过射频探测模块发现智能探漏机器人，从而及时地将智能探漏机器人取出。
优选地，所述壳体的外形为球形、圆柱形、碗形或胶囊形。
本发明的有益技术效果是：提出了一种用于充液管道漏点检测的智能探漏机器人及检测方法，该方案硬件简单，数据处理难度较低，能方便地发现和定位出充液管道上的漏点。
附图说明
图1、智能探漏机器人剖面结构示意图一(以球形为例，智能探漏机器人上同时设置有磁场传感器和压力传感器)；
图2、本发明的检测原理示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：壳体1、控制模块2、磁场传感器3、压力传感器4、连接管5、智能探漏机器人6、发射筒7、接收筒8、漏点9。
具体实施方式
一种用于充液管道漏点检测的智能探漏机器人，其创新在于：所述智能探漏机器人包括壳体1、控制模块2和传感装置；所述传感装置从如下三种方案中择一采用：
方案一：传感装置采用磁场传感器3；方案二：传感装置采用多个压力传感器4；方案三：传感装置同时采用磁场传感器3和多个压力传感器4；
传感装置采用方案一时，智能探漏机器人的结构为：所述控制模块2和磁场传感器3通过支架安装在壳体1的内腔中，壳体1将控制模块2和磁场传感器3全部包裹并密封，控制模块2和磁场传感器3电气连接；
传感装置采用方案二时，智能探漏机器人的结构为：所述壳体1表面设置有多个安装孔，多个压力传感器4一一对应地设置在多个安装孔中，压力传感器4的感应部朝向外侧，压力传感器4和安装孔之间的间隙密封处理，所述控制模块2通过支架安装在壳体1的内腔中，壳体1将控制模块2全部包裹并密封，控制模块2和压力传感器4电气连接；
传感装置采用方案三时，智能探漏机器人的结构为：所述壳体1表面设置有多个安装孔，多个压力传感器4一一对应地设置在多个安装孔中，压力传感器4的感应部朝向外侧，压力传感器4和安装孔之间的间隙密封处理，所述控制模块2和磁场传感器3通过支架安装在壳体1的内腔中，壳体1将控制模块2和磁场传感器3全部包裹并密封，压力传感器4和磁场传感器3均与控制模块2电气连接。
进一步地，所述壳体1内还设置有射频识别模块。
进一步地，所述壳体1的外形为球形、圆柱形、碗形或胶囊形。
一种用于充液管道漏点检测的检测方法，所述充液管道由多根连接管连接而成；所述方法涉及的硬件包括智能探漏机器人；所述智能探漏机器人包括壳体1、控制模块2和传感装置；所述传感装置从如下三种方案中择一采用：
方案一：传感装置采用磁场传感器3；方案二：传感装置采用多个压力传感器4；方案三：传感装置同时采用磁场传感器3和多个压力传感器4；
传感装置采用方案一时，智能探漏机器人的结构为：所述控制模块2和磁场传感器3通过支架安装在壳体1的内腔中，壳体1将控制模块2和磁场传感器3全部包裹并密封，控制模块2和磁场传感器3电气连接；
传感装置采用方案二时，智能探漏机器人的结构为：所述壳体1表面设置有多个安装孔，多个压力传感器4一一对应地设置在多个安装孔中，压力传感器4的感应部朝向外侧，压力传感器4和安装孔之间的间隙密封处理，所述控制模块2通过支架安装在壳体1的内腔中，壳体1将控制模块2全部包裹并密封，控制模块2和压力传感器4电气连接；
传感装置采用方案三时，智能探漏机器人的结构为：所述壳体1表面设置有多个安装孔，多个压力传感器4一一对应地设置在多个安装孔中，压力传感器4的感应部朝向外侧，压力传感器4和安装孔之间的间隙密封处理，所述控制模块2和磁场传感器3通过支架安装在壳体1的内腔中，壳体1将控制模块2和磁场传感器3全部包裹并密封，压力传感器4和磁场传感器3均与控制模块2电气连接；
其创新在于：所述检测方法包括：
所述压力传感器4用于采集智能探漏机器人周围的振动信号；所述磁场传感器3用于采集智能探漏机器人周围的磁场信号；
在充液管道上设定检测区域的起点和终点，充液管道内的流体从起点流向终点，智能探漏机器人的密度大于所述流体的密度；在起点位置处的连接管管壁上设置与连接管内部连通的发射筒，在终点位置处的连接管管壁上设置与连接管内部连通的接收筒；所述接收筒内设置有接收网，接收网伸入相应连接管内；
1)通过发射筒将智能探漏机器人投入充液管道中，智能探漏机器人随流体流动而移动；
2)智能探漏机器人移动过程中，传感装置实时采集相应的信号，并将采集到的信号传输至控制模块2；控制模块2对传感装置的输出信号进行存储，同时，控制模块2将输出信号的幅值与设定的阈值进行比较，若输出信号的幅值超越所述阈值，将相应幅值记为特征幅值；特征幅值出现后，控制模块2控制计数器加1，然后控制模块2记录下与特征幅值对应的时间信息和计数器当前的计数结果；
3)智能探漏机器人被接收网拦阻后，通过接收筒将智能探漏机器人取出；然后将控制模块2连接至处理装置；处理装置将控制模块2存储的输出信号、时间信息和计数结果读取出来；
4)所述特征幅值由两种情况引起，第一种情况是：智能探漏机器人经过相邻连接管的交界处时，由结构不连续引起的信号跳变；第二种情况是：智能探漏机器人经过漏点时，由漏点导致的信号跳变；对应第一种情况的特征幅值，记为1#幅值，对应第二种情况的特征幅值，记为2#幅值；由技术人员对输出信号、时间信息和计数结果进行识别，区别出1#幅值和2#幅值，然后根据下式确定泄漏点到起点的距离L1：
L1＝v0·t1
其中，t1为与2#幅值对应的时间信息；v0为智能探漏机器人的移动速度，根据下式求解v0：
其中，t0为：2#幅值出现前、最后一次检测到1#幅值时所对应的时间信息；L0为：2#幅值出现前、最后一次检测到1#幅值时，智能探漏机器人所在位置到起点的距离，根据下式求解L0：
L0＝n0·l0
其中，n0为与t0对应的计数结果；l0为单根连接管的长度。
进一步地，所述壳体1内还设置有射频识别模块；所述接收筒内设置有与射频识别模块匹配的射频探测模块。
进一步地，所述壳体1的外形为球形、圆柱形、碗形或胶囊形。
本发明的磁场信号和振动信号均是现有技术中常见的信号类型，具体实施时，具体处理手段可从现有处理手段中择优采用，本文不再赘述。
