油氣管道內檢測器定位技術

吳江濤

摘要：當今機械自動化技術以及計算機技術飛速發展，因而管道內檢測器定位技術也得到了廣泛應用和普及，本文分別對里程輪定位法、射線定位法以及靜磁場定位法還有GPS/INS組合導航系統定位法、壓力波法、低頻電磁波定位法等的技術基本原理以及技術的主要優缺點進行了詳細的介紹。同時對內檢測器定位技術的未來應用和該技術的發展趨勢進行了分析，為進一步研究內檢測器定位技術提供了良好的參考。

關鍵詞：油氣管道；內檢測器；定位技術；里程輪；壓力波；低頻電磁波

0引言

如今，油氣管道老化成了世界性的問題，如何確保這些管道安全是當前研究的熱點。管道檢測技術是確保管道安全的重要環節，依據檢測儀器的位置可以將檢測管道技術劃分成兩種：外檢測、內檢測。其中，內部檢測由于其干涉管道的正常運行，又不受外部地理環境的限制，具有十足的優勢，所以被大眾所接受。但是在運用內檢測技術時，掌握內檢測的傳感器的位置信息十分必要，尤其是需要對檢測設備進行維修時，定位技術就尤其關鍵。

1內檢測常見的定位技術

1.1里程輪定位

作為傳統計程方式的里程輪，在當今的管道檢測中經常被采用，常用的是利用光電式的轉速傳感器實現定位。利用里程輪檢測管道時，其發出周期性的脈沖，地面的定位檢測設備就可以根據脈沖的數量確定內檢測設備的位置。該方法成本低，但是由于該方法本身存在一定的誤差以及打滑失效等情況存在會影響其準確性。在現代的工程中，一般情況下會對里程輪進行適當的改進或者同時利用多個里程輪來減少誤差，從而提高定位的準確性。

1.2射線定位

若內部檢測器上安裝一個射線發生器，同時在管道外安裝感光膠片，那么射線發生器工作時發射射線，將會引起感光膠片曝光，從而可以確定內部檢測器的位置。該類型的定位器的電路簡單而且具有良好的控制效果，而且不受其他工業的干擾。成都理工大學的科研團隊對該類型的探測器進行了深入的研究，他們在射線定位的基礎上結合視頻識別技術，從而可清晰的、方便的查看曝光情況，所以定位的準確性更高，但該技術具有復雜的系統，無法利用遙控內檢測器，同時放射性指令源存在風險，運用、存儲以及運輸涉及很多的困難。解決這個問題通常的辦法是利用x射線取代放射性的射線?；赬射線檢測技術，優勢是檢測結果十分直觀，而且無論被檢對象尺寸、材質如何，都能實施檢測。因此，X射線檢測技術多被采用。

1.3磁場定位

磁場是一種信息載體，其能穿透金屬管壁。利用這個優勢，磁場定位應運而生。該技術的核心是內部檢測設備在采集其它信息的同時也采集管道外部定位磁鐵的磁場信息。該技術在內檢測設備上安裝一個或者多個霍爾傳感器，利用其采集外部定磁鐵產生的漏磁場的信息，從而可以通過信息的變化判斷出內部檢測器與定磁鐵的位置的變化，實現定位。該方法，具有低成本、易成功的優點，但是由于管道的管壁通常比較厚，其對磁場信號構成較強的屏蔽作用，所以通常管道內的漏磁場強十分微弱，這個對信號采集構成了較大的困難，因此，該方法不僅要求磁鐵要有強磁性，還要求位于管道內的霍爾傳感器具有十分高的靈敏度。天津大學的科研團隊對這項技術進行了創新，其開發的設備時間精度達到了毫秒級別，但是其系統構成復雜，維護保養成本較高。

1.4GPS導航定位

目前，GPS導航系統定位技術在眾多的管道內檢測定位手段中算是比較成熟的，采用最多的，其精度通常能達到厘米的級別。其技術原理第一步運用GPS衛星對內檢測設備的位置進行確定，第二步對管道沿線的每個位置進行測定。若內檢測設備在管道內運行，慣性檢測設備就會檢測三個方面的速度變化，但是因為管道內的復雜環境使得在其內運行的內檢測器測取的數據存在誤差，同時這種誤差隨著時間的延長而不斷的累積。當內檢測設備通過GPS的標志點時，就可以修正內檢測器的位置信息，從而提高了準確度。不過該技術的經濟成本比較高，不利于廣泛的運用。

1.5壓力波法

該方法通過檢測管道兩端的壓力，判斷管理泄露的位置。其工作原理就是在內檢測設備的兩端都安裝壓力波檢測設備。內檢測設備工作時，壓力波發生器就產生兩個一致的波形，沿著管道的方向進行傳播，然后在管道的首末兩端的兩個傳感器收集壓力值，依據壓力值之間的時間差、管長、波速，可以十分精確地計算出內檢測設備在管道中的位置信息。實現壓力波的定位雖然操作簡便，但是存在較大的誤差，無法進行十分準確的定位。所以，壓力波法適用于粗定或者應用于實時跟蹤內檢測設備。

1.6電磁波法

電磁波定位法通常利用低頻（23 Hz）的電磁波對金屬和大地具有較大的穿透能力的特性進行工作。沈陽工業大學的專家團隊曾經開發了低頻電磁波磁偶極子的模型，該模型的原理是利用低頻電磁波會產生磁場，并對其磁場特點進行記錄，同時根據磁偶極子的磁場分布，可以實現電磁波定位。具體來說，該方法先運用基于GPS的定位系統查詢安裝在地面上的接受裝置。內檢測設備所攜帶的低頻電磁波產生裝置工作時會發射交變的電磁波。當地面上的接收裝置接收到電磁信號后，對該信息的準確分析結果就會判明何時內檢測設備通過了該地面接收裝置的正下方。然后，地面接收裝置會發射另一信號，從而促使管理內的內檢測設備重新進行定位。周而復始，保證了定位成功開啟。此方法不僅定位準確度高，而且使用的范圍也十分廣泛。但是在實際運用中，由于電磁波受到外界的影響比較多，所以應用的范圍也受到了限制，同時，該技術的系統成本高，功耗大，不能夠大面積布置。

1.7其他方法

其他的方法主要有測力定位和聲學定位兩種。

測力定位的基本原理就是運動力學和牛頓力學，利用該原理對管道內檢測設備進行定位的方法，該方法不易受到管道內部環境的影響，同時定位的準確度高。但是該方法也具有局限性，不能用于長距離定位。

依據聲學的定位方式是通過標記內檢測設備與管道相撞擊、摩擦等發出的聲音來實現定位。該方法應用廣泛，但是一旦出現卡堵問題就無法發出聲音信號。與此同時，聲音信號抵抗干擾的能力弱。

2應用情況

依據實際應用場景的不同，采用不同的定位技術來實現管道內檢測設備的位置是當前的主流做法。比如，對于短距離的管道進行檢測時多應用測力定位法，長距離管道的檢測定位通常是綜合利用磁場定位法和里程輪定位法，而聲學定位法等定位手段由于傳感設備尚在發展或者受環境要求高等因素尚在研究階段，實際應用中的價值不高。

3結束語

伴隨著科學技術的高速發展，管道檢測技術也得到了長足的發展，相關的定位技術也得到了豐富和完善，但是也面臨著巨大的挑戰。當今社會，在應用管道時，傳感器技術不僅占據著主要的地位，而且也發揮著重要的作用，傳感器的效用比、性價比極大的影響、制約或促進了內檢測設備的發展。

另外，通常一種技術的檢測結果的精度難以滿足實際的需要，這時可并用兩種甚至多種檢測手段，取長補短，從而提高檢測的精度和準確性。所以，實際運用中，多種方法的綜合運用才是未來內檢測設備定位的大發展趨勢。