CN110107816A - 输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***及方法 - Google Patents

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孙守宇
刘哲
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    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
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Abstract

本发明涉及声波测量技术领域，特别涉及一种用于定位输油气管道内清管器/检测器的***及方法。其技术方案是：清管器/检测器在输油气管道内运动，第一数据采集器将第一GPS时统记录的时间以及第一次声传感器采集的球后波发送至数据处理器；第二数据采集器将第二GPS时统记录的时间以及第二次声传感器采集的球前波送至数据处理器；数据处理器将所接收的球后波、球前波进行波形比对，通过将相位相反的相关波形信号时间做差，计算得到清管器/检测器的所在位置。本发明实现了清管器/检测器在输油气管道内实时跟踪定位，定位精度高，抗干扰能力强；由于本发明特别采集声能中的次声频段，故特别适用于长距离的输油气管道。

Description

输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***及方法
技术领域
本发明涉及声波测量技术领域，特别涉及一种用于定位输油气管道内清管器/检测器的***及方法。
背景技术
传统的输油气管道内的清管器/检测器跟踪定位方法是依靠人力野外工作方式，这种方法受天气状况影响比较大，而且还要动用大量的人力物力。一旦清管器/检测器在地下管道中发生卡堵，卡堵搜索盲区范围较大，且不容易准确找到卡堵位置。
如图1所示，清管器/检测器在管道中等效于一个活塞，它的运动状态会使输送对象的压力产生扰动，这种扰动会以声能的形式沿管道传播，其中，声能中的次声频段成分会传得更远。输油气管道内液体/气体压力在清管器/检测器后部高、前部低，从而推动了清管器/检测器向压力较低的方向行进。当清管器/检测器与液体/气体同速运动时，其前部和后部压力虽然有差别，但是属一种稳定的状态，不会产生扰动。不过由于管道内的各种因素，清管器/检测器在管道内不可能保持这种稳定与液体/气体同步前进的状态。当清管器/检测器行进速度发生变化时，球的前部和后部都会产生扰动。举例来说，如果清管器/检测器因为管壁附着残渣阻挡而突然减速时，那么在它前部的液体/气体压力会有微小的下降，而其后部的压力会有一个微小的升高，从而形成一对同步反相双声源。
清管器/检测器产生的双声源沿管道辐射的声波，按照其相对球(清管器/检测器的简称)的位置，分成球前波和球后波两部分。球前波和球后波也具有双声源那种变化相似、相位相反的特点。
发明内容
本发明的目的是：为解决现有技术中依靠人力查找定位清管器/检测器费时费力的问题，提供一种输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***及方法。
本发明的一个技术方案是：
输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***，它包括：上游基站、下游基站以及中心站；
上游基站包括：第一次声传感器、第一GPS时统以及第一数据采集器；第一次声传感器、第一GPS时统与第一数据采集器连接；
下游基站包括：第二次声传感器、第二GPS时统以及第二数据采集器；第二次声传感器、第二GPS时统与第二数据采集器连接；
中心站包括：数据通讯交换机、服务器以及数据处理器；其中，数据通讯交换机与服务器、数据处理器连接；
清管器/检测器在输油气管道内运动，第一次声传感器与第二次声传感器分别布置在输油气管道的上游与下游；第一次声传感器用于采集清管器/检测器所产生的球后波，第二次声传感器用于采集清管器/检测器所产生的球前波；第一GPS时统与第二GPS时统分别用于记录第一次声传感器采集球后波、第二次声传感器采集球前波的时间；第一数据采集器将第一GPS时统记录的时间以及第一次声传感器采集的球后波通过数据通讯交换机发送至数据处理器，同时发送至服务器进行存储；第二数据采集器将第二GPS时统记录的时间以及第二次声传感器采集的球前波通过数据通讯交换机发送至数据处理器，同时发送至服务器进行存储；数据处理器将所接收的球后波、球前波进行波形比对，通过将相位相反的相关波形信号时间做差，计算得到清管器/检测器的所在位置。
本发明的另一个技术方案是：输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位方法，包括以下步骤：
A.采集球后波，并记录球后波到达上游基站的时间；
B.采集球前波，并记录球前波到达下游基站的时间；
C.将采集到的球前波与球后波进行波形比对，将相位相反的相关波形信号时间做差，得到清管器/检测器在某一时刻发出的球后波与球前波到达上游基站、下游基站的时间差Δt；
D.利用时间差Δt，计算得到该时刻清管器/检测器距离上游基站的距离l：
l＝L(Δt/T+1)/2
其中：L为上游基站与下游基站间的距离，T为球后波/球前波以速度v传播距离L所需时间。
有益效果：本发明通过采集清管器/检测器在管道运动所发出的次声声波，并根据声波达到上下游基站的时间差，推断清管器/检测器的所在位置，实现了清管器/检测器在输油气管道内实时跟踪定位，定位精度高，抗干扰能力强；由于本发明特别采集声能中的次声频段，故适用于长距离的输油气管道。
附图说明
图1为背景技术中所述的清管器/检测器由于速度变化所引起的球前波与球后波示意图；
图2为本发明的结构组成框图；
图3为实施例1中，第一次声传感器、第二次声传感器采集到的波形图以及对齐后的波形图；
图4为本发明计算方法示意图。
其中：1-清管器/检测器、2-输油气管道、3-上游基站、31-第一次声传感器、32-第一GPS时统、33-第一数据采集器、4-下游基站、41-第二次声传感器、42-第二GPS时统、43-第二数据采集器、5-中心站、51-数据通讯交换机、52-服务器、53-数据处理器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：参见附图2，输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***，它包括：上游基站3、下游基站4以及中心站5；
上游基站3包括：第一次声传感器31、第一GPS时统32以及第一数据采集器33；第一次声传感器31、第一GPS时统32与第一数据采集器33连接；
下游基站4包括：第二次声传感器41、第二GPS时统42以及第二数据采集器43；第二次声传感器41、第二GPS时统42与第二数据采集器43连接；
中心站5包括：数据通讯交换机51、服务器52以及数据处理器53；其中，数据通讯交换机51与服务器52、数据处理器53连接；
清管器/检测器1在输油气管道2内运动，第一次声传感器31与第二次声传感器41分别布置在输油气管道2的上游与下游；第一次声传感器31用于采集清管器/检测器1所产生的球后波，第二次声传感器41用于采集清管器/检测器1所产生的球前波；第一GPS时统32与第二GPS时统42分别用于记录第一次声传感器31采集球后波、第二次声传感器41采集球前波的时间；第一数据采集器33将第一GPS时统32记录的时间以及第一次声传感器31采集的球后波通过数据通讯交换机51发送至数据处理器53，同时发送至服务器52进行存储；第二数据采集器43将第二GPS时统42记录的时间以及第二次声传感器41采集的球前波通过数据通讯交换机51发送至数据处理器53，同时发送至服务器52进行存储；数据处理器53将所接收的球后波、球前波进行波形比对，在同一时刻发出的球前波、球后波具有波速相同、相位相反的特性，如图3所示，虚线框出的第一次声传感器31所采集球后波与虚线框出的第二次声传感器41所采集球前波为同一时刻所发出，通过将相位相反的相关波形信号时间做差，计算得到清管器/检测器1的所在位置。
进一步的，数据处理器53还包括显示模块，显示模块用于显示清管器/检测器1的实时所在位置。
实施例2：参见附图4，输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位方法，包括以下步骤：
A.采集球后波，并记录球后波到达上游基站3的时间；
B.采集球前波，并记录球前波到达下游基站4的时间；
C.将采集到的球前波与球后波进行波形比对，将相位相反的相关波形信号时间做差，得到清管器/检测器1在某一时刻发出的球后波与球前波到达上游基站3、下游基站4的时间差Δt；
D.利用时间差Δt，计算得到该时刻清管器/检测器1距离上游基站3的距离l：
l＝L(Δt/T+1)/2
其中：L为上游基站3与下游基站4间的距离，T为球后波/球前波以速度v传播距离L所需时间；
步骤D中，推算的具体步骤为：
首先，忽略清管器/检测器1的尺度，将其理想化为一质点，即清管器/检测器1在产生声源时，球前波声源和球后波声源位置相同；
其次，由于球前波/球后波的传播速度远大于清管器/检测器1的运动速度，故在球后波与球前波到达上游基站3、下游基站4的时间差Δt的时段内，认为清管器/检测器1的位置不变；
已知上游基站3与下游基站4间的距离为L，球前波/球后波在输油气管道2内的波速v，根据
L＝vT
得到球前波/球后波以速度v传播距离L所需时间T；
清管器/检测器1在某一位置发出的球后波/球前波到达上游基站3、下游基站4的时间分别为t1、t2，即在某一时刻发出的球后波与球前波到达上游基站3、下游基站4的时间差Δt＝t1-t2；
该时刻清管器/检测器1距离上游基站3的距离l＝vt1，清管器/检测器1距离下游基站4的距离L＝vt2；根据：
l-(L-l)＝vt1-vt2＝v(t1-t2)＝vΔt＝(L/T)Δt
l＝L(Δt/T+1)/2
得到该时刻清管器/检测器1距离上游基站3的距离l。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***，它包括：上游基站(3)、下游基站(4)以及中心站(5)；其特征在于：
所述上游基站(3)包括：第一次声传感器(31)、第一GPS时统(32)以及第一数据采集器(33)；所述第一次声传感器(31)、所述第一GPS时统(32)与所述第一数据采集器(33)连接；
所述下游基站(4)包括：第二次声传感器(41)、第二GPS时统(42)以及第二数据采集器(43)；所述第二次声传感器(41)、所述第二GPS时统(42)与所述第二数据采集器(43)连接；
所述中心站(5)包括：数据通讯交换机(51)、服务器(52)以及数据处理器(53)；其中，所述数据通讯交换机(51)与所述服务器(52)、所述数据处理器(53)连接；
清管器/检测器(1)在输油气管道(2)内运动，所述第一次声传感器(31)与所述第二次声传感器(41)分别布置在所述输油气管道(2)的上游与下游；所述第一次声传感器(31)用于采集所述清管器/检测器(1)所产生的球后波，所述第二次声传感器(41)用于采集所述清管器/检测器(1)所产生的球前波；所述第一GPS时统(32)与所述第二GPS时统(42)分别用于记录所述第一次声传感器(31)采集球后波、所述第二次声传感器(41)采集球前波的时间；所述第一数据采集器(33)将所述第一GPS时统(32)记录的时间以及所述第一次声传感器(31)采集的球后波通过所述数据通讯交换机(51)发送至所述数据处理器(53)，同时发送至所述服务器(52)进行存储；所述第二数据采集器(43)将所述第二GPS时统(42)记录的时间以及所述第二次声传感器(41)采集的球前波通过所述数据通讯交换机(51)发送至所述数据处理器(53)，同时发送至所述服务器(52)进行存储；所述数据处理器(53)将所接收的球后波、球前波进行波形比对，通过将相位相反的相关波形信号时间做差，计算得到所述清管器/检测器(1)的所在位置。
2.如权利要求1所述的输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位***，其特征在于，所述数据处理器(53)包括用于显示所述清管器/检测器(1)的所在位置显示模块。
3.输油气管道清管器/检测器次声实时跟踪定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.采集球后波，并记录球后波到达上游基站(3)的时间；
B.采集球前波，并记录球前波到达下游基站(4)的时间；
C.将采集到的球前波与球后波进行波形比对，将相位相反的相关波形信号时间做差，得到清管器/检测器(1)在某一时刻发出的球后波与球前波到达所述上游基站(3)、所述下游基站(4)的时间差Δt；
D.利用时间差Δt，计算得到该时刻所述清管器/检测器(1)距离所述上游基站(3)的距离l：
l＝L(Δt/T+1)/2
其中：L为所述上游基站(3)与所述下游基站(4)间的距离，T为球后波/球前波以速度v传播距离L所需时间。
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