输油管道微小泄漏球形检测器的设计与实现

针对输油管道微小泄漏检测方法有限、检测成本高、阻塞管道风险大等问题,提出了新的解决方案:设计了一个基于ARM—Linux和MEMS传感器的球形管道内检测器,其直径小于待检测管道直径。详细论述了该检测方案的原理、球形检测器的硬件组成、软件设计等内容。通过在输水管道内的多次模拟泄漏实验,证明该球形检测器检测流程简单、运行安全,能有效地检测出泄漏并给出较精确的定位信息,为输油管线微小泄漏的高精度、低成本的实用检测提供了有力的技术支持。     

压差驱动管道内检测器速度控制数学模型建立

管道内检测器的运行速度对于其缺陷检测精度有着重要的影响,目前国内外关于内检测器速度特性的分析多停留在数值模拟阶段,其结果无法完全为其速度控制方案提供理论依据。为了提高内检测器在管内作业时的检测精度以及效率,需保证管道内检测器运行速度稳定在一个合理范围内。为此分析了压差式管道内检测器的运动状态,根据运动方程对内检测器在管道内运动时所受的驱动力以及摩擦阻力进行了分析,并以此为根据建立了数学模型。之后通过实验对建立的模型进行了验证,得到内检测器速度与泄流开度之间的关系,并将实验数据与仿真值进行了比较,确定了所建模型的有效性。为今后设计压差式管道内检测器速度控制的算法提供了控制模型。     

基于瞬变流法的管道泄漏定位研究

管道系统的微小泄漏会影响瞬变压力波的波形和衰减特性。用Flowmaster流体仿真软件建立了管道模型,控制阀门小开度快速关闭,使管道内部产生瞬变流动,用短时傅里叶变换对管道泄漏发生前后的压力波信号进行时频分析,提取出前三次谐波分量的归一化幅值,通过指数拟合得到有无泄漏时各谐波分量幅值的衰减率,计算不同谐波分量泄漏衰减率的比值对管道泄漏进行定位。结果表明,用该方法提取的谐波分量可以准确地计算出各次谐波的衰减率,从而提高了泄漏的定位精度并能够检测到0.17%的微小泄漏。     

基于球形内检测器的管道倾角测量新方法

在利用球形内检测器测量管道倾角时,因管道磁屏蔽模型难以标定导致误差较大。针对此问题,通过分析球形内检测器中的传感器在管道中运动轨迹为摆线和管道单侧磁化后管道内径向磁场分布不均匀的特点,结合坐标变换方法,提出了一种不使用管道磁屏蔽模型的管道倾角测量新方法。该方法先通过加速度信号求解旋转矩阵,然后根据磁场信号的极大值点位置求解管道倾角。同时建立了相应的数学模型并通过算法加以实现,然后通过仿真和实验对该方法进行验证。结果表明,实验结果与仿真结果吻合度较高,该方法的测量精度较高,最大相对误差为3.55%。     

基于球形内检测器的管道内磁场测量

球形管道内检测器在管道安全检测领域具有十分广阔的应用前景,但其在滚动过程中测得的磁场信号呈周期性,无法直观反映管道内磁场分布情况,给识别焊缝和计算管道走向带来了一定的困难。针对此问题本文推导了滚动坐标系下球形内检测器测得的磁场与管道内平动坐标系下磁场之间的数学关系,并利用处于同一滚动坐标系下的加速度信号构建了转换模型,然后设计实验和算法验证了模型的正确性。实验结果表明,平动磁场的计算值和实测值在数值大小和变化趋势上均吻合良好,误差绝对值的平均值基本不超过1μT。     

海底管道检测机器人自主缺陷定位的模糊控制研究

针对全自主管道检测机器人对超长距离海底油气管道内壁缺陷的精确定位的难题,提出了一种基于缺陷信息定位的模糊控制方法,并将其应用在海底管道检测机器人的智能控制器中．仿真实验和模拟样机的现场测试证明,该智能控制器定位准确,工作稳定可靠,满足了检测机器人在超长距离海底油气管道内全自主精确定位的技术要求．     

基于T-S模糊神经网络预测算法的管道泄漏定位研究与分析

长输管道的泄漏检测和定位对管道安全平稳运行意义极其重大,在以软件计算为主的检测方法里,模糊神经网络模型综合了模糊算法和神经网络模型的优点,能较好地适应长输管道的非线性特征。本文采用中亚地区某管道某相邻两站场的历史数据训练基于高木-关野（Takagi-Sugeno）模糊神经网络的预测模型,使用STONER管道仿真软件产生实时数据,用一种较简单的软方法较好的实现管道泄漏定位,该种方法对中亚某长输管道这类没有专门硬件泄漏检测设备和系统的管线有一定的实用意义。     

基于分布式光纤传感的水下输气管道泄漏检测与定位分析

介绍了一种基于Sagnac/Mach-Zehnder混合干涉仪原理的分布式光纤传感水下输气管道泄漏检测及定位系统。在强干扰微小泄漏情况下,通过分布式光纤传感器获取由管道泄漏引起的光干涉信号,采用小波包方法对信号进行多层分解,提取小波包能量特征,用欧式距离法对管道泄漏与否进行聚类分析;对泄漏系统利用零点频率进行精确定位,并将基于零点频率的传统检测定位、经小波去噪和最小二乘曲线拟合处理后的检测定位及本文提出的检测定位三种方法进行对比分析,统计了系统虚警率（FAR）。实验结果表明,该系统能准确识别管道泄漏,本文提出的泄漏检测定位法虚警率最低,与经小波去噪和最小二乘曲线拟合处理后的检测定位法相比,虚警率降低了6.6%,提高了系统泄漏检测定位的可靠性。     

管道地理坐标测量误差校正方法的研究

设计采用轻便的低精度MEMS惯性器件搭载管道清管器的方法实现管道地理坐标的内检测,由于器件精度较低,惯导算法的误差不断累积,不能满足定位要求。根据这一问题,通过里程轮校准检测器的速度,通过重锤校准检测器的姿态角,里程轮和重锤的误差不会累积,可以提高定位的精度;采用误差补偿方法,建立了姿态,速度和位置的误差模型,将里程轮和重锤的输出与惯导计算的结果之差作为观测量,建立观测方程;误差模型利用倾角表示姿态角误差,产生非线性问题,为此,采用无迹卡尔曼滤波方法,在惯导算法中对滤波估计的误差进行补偿。结果表明,利用该算法可以降低误差的影响,实现内检测条件下管道地理坐标的测量,具有一定的应用价值。     

管道内部漏磁检测的仿真与实验研究

基于管道漏磁检测原理,以Φ325mm规格的管道内检测器为研究对象,运用有限元分析方法建立漏磁场的数学模型,采用ANSYS软件建立漏磁检测装置的二维实体模型,应用静态磁场仿真方法,计算分析矩形缺陷产生的漏磁信号与磁力线分布。并通过内检测器搭建的漏磁信号检测平台,采集由霍尔传感器阵列采集得到的多通道缺陷漏磁信号,分析对比两组实验数据,结果表明:数值仿真与实验数据的变化趋势一致。     

多模块蛇形管道打磨机器人的设计与分析

设计了一种由多个模块构成的蛇形管道打磨机器人,各个模块之间可以快速拆装,其中驱动模块为机器人在管道中前行提供动力牵引．该机器人可以主动适应内径为250 mm~450 mm的直管道、弯管道及其组合管道,可以在管道内部实现以打磨作业为主的作业功能．同时,提出了适用于蛇形管道打磨机器人自身过弯管的速度模型,通过对机器人的力学分析得出各个模块之间相互作用力的计算方法及影响机器人在管道内部转体运动发生的因素．在ADAMS软件中进行了虚拟样机仿真验证,初步验证了蛇形管道打磨机器人的通过性并得出机器人在管道内部前行的最佳匹配．最后,搭建了实验平台,制作了机器人真实样机,验证了机器人对内径为250 mm~450 mm管道的适应性、通过性及作业效果．     

新型光纤传感器在管道渗漏监测中的应用研究

通过研究一种应用于管道渗漏监测中的新型传感器,为实时监测管道状态提供新的研究思路。采用碳纤维包裹光纤光栅传感器的结构,碳纤维在电场激励下发热,利用设置在管壁上的导流槽,及时地将渗漏处的水流引至测温点周围区域,光纤传感器捕捉到环境温度变化,分析得到渗漏速度和位置。利用有限元软件对实验进行模拟仿真计算,验证了此方法用于渗漏监测的可行性。通过渗漏实验和结果分析,与仿真的结果进行比较,验证了此方法用于渗漏监测的有效性以及实验数据的合理性。     

小内径管道检测用振动驱动机器人的设计与试验

针对目前胶囊机器人普遍存在爬行速度慢、远程操控过程复杂的问题,开发了用于小内径管道检测的振动驱动机器人.基于非光滑多体动力学,建立了样机动力学特性的数学模型,在建模中考虑了摩擦和冲击两种非光滑非线性,数值分析了机器人的运动行为及参数影响.进行了机器人样机的研制,包含微控制器、无线控制模块等,并在透明亚克力管道中进行测试.机器人长50mm,直径28mm,可以达到7.5mm/s的最大前进速度和-3.5mm/s的最大后退速度.研究证明了该型振动驱动机器人进行小内径管道检测的可行性.     

管输油品电荷浓度探测电极研究

本文提出了一种基于内置电容耦合式感应电极测量管输油品电荷浓度的方法,有效地解决了接触式测量中的电荷泄漏问题,相对于外置电容的测量方法受外界因素影响更小,为管输油品静电电位的检测提供了一种更为有效的方法。建立电极在管道内的立体模型后,根据油品在管道中的起电规律设定模拟条件,运用静电模拟模块计算出了外电极捕获电荷量,根据电荷量与电容的关系,得出了内电极输出电势,由此可以得出电荷浓度与内电极电势之间存在依赖关系。     

流量装置流量稳定性数值仿真评价方法研究

为了提高装置流量稳定性,提出基于计算流体动力学（ CFD）仿真,采用轴向动量数KU、旋流数KV 和不对称数KA ,分析管路不同截面位置的流场速度特征,利用多个截面位置的特征参数变化,评价装置管路的流量稳定性。对新建水装置流量稳定性进行数值仿真分析与实验测试,得出一致性结论。该方法可以在装置设计阶段,对流量稳定性进行评价,从而优化管路结构,提高装置流量稳定性。     

基于神经网络PID的疏浚管道泥浆流速控制

疏浚作业中，泥浆管道内物料的组成、粒径、浓度等随水下地形土质等变化很大，易造成流速波动甚至堵管、爆管等故障，因此泥浆流速稳定控制对泥浆输送的效率和安全具有重要意义；疏浚管道输送系统具有非线性、大时滞和参数时变等特征，传统PID控制方法效果不佳，故此将BP神经网络和传统PID控制算法相结合，并将其应用于泥浆流速控制中。以河海大学管道输送实验平台为对象，采用受控自回归CAR模型描述泥泵变频器频率与管道泥浆流速之间的关系，通过实验和数值处理对模型进行离线辨识；在此基础上通过仿真对比传统PID、单神经元PID和BP-PID的流速控制性能，发现BP-PID控制器的超调量仅为3.8%，响应时间为11s，控制性能较好；最后通过在体积浓度~10%到~30%泥浆范围内，泥浆浓度小幅度和大幅度增减实验，对流速控制方法进行了验证，结果表明在浓度平缓或剧烈波动时，采用BP-PID控制算法的流速控制系统，均能够在保证输送安全的前提下，快速、稳定地达到目标流速，具有较好的自适应控制性能。     

Simulation of football based on PID controller and BP neural network

Wheel robot soccer speed control system using a ball object detection method and PID controller. A control system is based on the object detection system's behavior based on the robot position's orientation to the target position. PIDs are instruments, pressure, speed, and other operational factors used in control, temperature adjustment flow, and industrial control applications. The PID controller uses control loop feedback dynamics to control functional variables and is the most accurate and stable controller. The robot position is held by placing the ball vertically. When the robot's work is perpendicular to the ball, the robot moves with a certain speed controlled by the PIT controller based on the robot's distance and the ball. Standard conditions (standard ball) test results show that the robot can detect the ball material while in the vertical position, whether on the robot's right or left. In the random test that changes direction, the robot can move more dynamically as the ball's change in place.     

分析两端扭转弹簧约束下简支输流管道的动力特性

研究了两端受扭转弹簧约束的简支输流管道的固有频率特性和静态失稳临界流速.根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由端部支承和约束边界条件得到了其模态函数的一般表达式.根据动力方程的特征方程,具体分析了约束弹性刚度、流体压强、流速和管截面轴向力等参数对管道固有频率特性和静态失稳临界流速的影响.数值分析表明,约束弹性刚度的增大使管道的固有频率和失稳临界流速明显提高;流体流速、压强和管截面受到的轴向压力的增加使管道的固有频率和失稳临界流速降低.当管道的固有频率和失稳临界流速较低时,可以通过增加端部约束的方法来提高.