球形内检测器示踪定位技术研究

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1、球形内检测器示踪定位技术研究StudyonTrackingandLocatingTechnologyofSphericalInnerDetector学科专业：仪器科学与技术研究生：王冬祥指导教师：陈世利副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要长距离油气管道在国民经济发展中起着重要的作用，然而近年来管道事故频发，管道运行安全问题受到越来越多的重视。因裂纹、老化、腐蚀等原因导致的微小泄漏事件逐渐成为管道安全检测领域的主要问题。针对管道微小泄漏检测与定位的难题，项目组提出基于球形内检测器（以下简称智能球）的长输管道微小泄漏检测方法。示踪定位技术指工作人员借助

2、设备对内检测器在管道中的位置实现在线跟踪判断，确保泄漏检测顺利进行，并结合检测器里程计算装置实现对微小泄漏点的精确定位。智能球在形状、结构布局和运动特征上区别传统的管道内检测器，具有较多的局限性，本文对智能球示踪定位系统的关键技术进行分析研究。本文首先总结传统内检测器示踪定位方法，根据智能球自身特点和局限性，提出基于电磁原理为智能球设计示踪定位系统。金属管道是限制信号传输的主要因素，在理论上说明只有极低频率的电磁信号才能够穿透金属管道层；根据工程应用，利用磁偶极子模型替代电磁信号发射天线，简化理论推导。示踪定位系统中选用的电磁信号频率极低，无法传递较多的信息，智能球的位

3、置只能通过电磁信号强度的变化规律来判断，因此，针对智能球在管道内的运动特征，提出智能球示踪定位模型，推导出电磁信号发射天线产生磁场的变化规律，在此基础上提出智能球示踪定位方法和管道泄漏点精确定位方法，并设计智能球示踪定位系统的电磁信号发射与接收部分具体结构。最后，分别在实验室条件下的模拟管道、徐州130m水循环管道和广州77km的成品油管道上进行测试实验，智能球示踪定位和泄漏点定位效果良好，证明了智能球示踪定位方案的可行性、模型理论的正确性、示踪方法的有效性。关键词：微小泄漏智能球示踪定位技术极低频运动特征泄漏点定位ABSTRACTLongoilandgaspipeli

4、nesplayanimportantroleineconomydevelopmentbutpipelineaccidentsoccurfrequentlyintherecentyears,andthenthesafetyofpipelineshasreceivedmoreandmoreattention.Thetinyleakageaccidentsofthepipelinecausedbycracks,aging,andcorrosionhavebecomeoneofthemajorconcernsforthepipelinesecuritydetection.Tos

5、olvethepuzzleofdetectingandlocatingthetinyleakageofpipelines,ourteamhasdevelopedasphericalinnerdetector(hereinafterreferredtoassmartball)tocopewiththetinyleakdetectionandpositioninginnovatively.Trackingandlocationtechnologyreferstotheinternalstaffcanmonitorthedetectorpositioninthepipelin

6、ebyusingequipmenttoensurethesuccessofleakdetection,andthencalculatetheaccuratepositionofthetinyleakagewiththeaccelerometerinsmartball.Therearesomegreatdifferencesbetweenthetraditionalpipelineinnerdetectorsandsmartballintheshape,structureandmotionfeature,andwhat’smore,therearemorelimitati

7、onsinthedesignofsmartball.Inthispaper,somekeytechniquesofthetrackingandlocatingsystemforsmartballhavebeenstudied.Firstly,sometraditionaltrackingmethodsforinnerdetectorhavebeensummarized,andanoveltrackingapproachbasedonextremelylowfrequencyelectromagneticispresentedaccordi