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《管道缺陷漏磁检测大容量高保真数据压缩研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第13卷2期应用基础与工程科学学报Vol.13,No.22005年6月JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGJune2005文章编号:100520930(2005)20220154208中图分类号:TG115.28文献标识码:A管道缺陷漏磁检测大容量高保真数据压缩研究金涛,阙沛文,李亮(上海交通大学信息检测与仪器系,上海200030)摘要:管道检测是石油天然气工业的一个重要课题.在管道缺陷检测中,利用缺陷的漏磁通从而设计有效的漏磁检测装置来检测缺陷是目前研究的热点,而如何对漏磁检测数据进行大容量高保真数据压缩是其中的一个关
2、键问题.本文在分析漏磁检测原理和漏磁检测数据特征的基础上,根据对重要数据采用无损压缩、对非重要数据采用有损压缩的原则,通过数据的差分和动态范围阈值判断数据块的检测重要性,结合Huffman算法以及小波有损压缩的优点,设计了大容量高保真管道漏磁检测数据压缩算法,并利用FPGA设计了相关的数据采集压缩电路来验证和实现该算法.实验表明该算法具有较高的压缩比并能很好的再现管道检测原始数据.关键词:FPGA;管道检测;漏磁;数据压缩我国的输油输气管道大多铺设于20世纪60—70年代,管道发生破损、泄漏给国家造成严重的人身威胁和经济损失,需要定期对其进行检测.对于陆
3、上管道的检测研究国内从20世纪90年代就开始进行了,而对于长距离海底管道缺陷检测技术的研究才刚开始起步.漏磁法是目前国家“863”高科技项目“海底管道爬行器及其检测技术”中采用的主要技术,但是管道漏磁检测的数据量非常庞大,以目前管道漏磁采用的112路传感器为例,以2byte/点存储数据,检测装置的行进速度为140mm/s,一次检测距离最小为20km,则检测数据量将达上百G,而管道内空间是有限的,不可能无限制的采用多个存储装置,必须对管道漏磁检测数据进行数据压缩.该问题的解决一是必须满足微处理器系统支持实时性的问题,二是要有较高的压缩比,三是必须有足够的保
4、真度,不影响管道缺陷数据分析的结果.国外已经对该问题研究了很长时间,提出了一些自己的解决方法.但是国外的漏磁检测装置和国内的检测装置及检测环境有着重大区别:国外的管道管径通常比国内的大许多,有利于检测装置的设计;国外设计的海底管道检测装置是有缆的,数据压缩及处理在管外进行,而国内的海底输油管道内径大多在195—297之间,研制的在线检测装置[122]是无缆的,检测装置的大小及CPU的速率和能耗都受限制.据此,“863”专家组提出了研制适合本国情况的“大容量高保真管道漏磁数据压缩”,以减少漏磁检测装置数据存储收稿日期:2004212213;修订日期:200
5、5205230基金项目:国家863计划资助项目(2001AA602021)作者简介:金涛(1976—),男,博士研究生.©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netNo.2金涛等:管道缺陷漏磁检测大容量高保真数据压缩研究155空间、数据通讯及处理时间,满足实时检测需要,而检测数据的压缩率和保真率是一对矛盾关系,本文将在对漏磁检测的原理和检测数据的特征进行分析的基础上,通过数据的差分和动态范围阈值判断数据块的检测重要
6、性,结合已有的数据压缩算法对管道漏磁检测中大容量高保真数据压缩进行研究.1管道漏磁检测原理漏磁法检测是基于铁磁材料磁性变化的一种无损检测技术.以爬行机器人或者油压差驱动管道检测装置,当检测器在管内行走时,如果管壁没有缺陷,则磁力线闭合于管壁之内;如果管道有缺陷,则磁力线将穿出管壁而产生漏磁,漏磁场被传感器检测到后经滤波、放大处理被记录到检测装置的存储器中,再经对数据的分析和处理,从而识别缺陷并[3]对管道的状况进行判别.在整个管道检测系统回路中,检测系统的漏磁信号大小取决于有缺陷处对应的空气处的漏磁通Φc,而信噪比取决于Φc与无缺陷处对应的空气处的漏磁通
7、Φa的比率Φc/Φa.选用什么样的元器件精确测试漏磁通非常关键,目前常用的器件有霍尔元件、磁敏管、磁敏电阻和检测线圈等.表1为几种磁敏器件的性能对比.从表中对照看,虽然磁敏管的灵敏度很高,但线性度太差,磁敏电阻温度特性很差且有局部非线性,检测线圈的灵敏度、温度特性和线性度都可以,但线圈只能测量快速变化的磁场,当磁场变化缓慢时,线圈很难测到,而且线圈和磁场之间运动的相对速度变化也会影响测量值的大小.因此综合各方面参数,漏磁的测定通常使用霍尔元件,当施加恒定电流且霍尔元件已确定时,磁感应强度B和霍尔电动势Vh成线性关系,从而满足管道检测的需要.表1几种磁敏器
8、件性能比较Table1Performancecomparisonofsevera
