[发明专利]一种基于FPGA的管道测径仪多路位移脉冲优选装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，特别涉及一种基于FPGA的管道测径仪多路位移脉冲优选装置与方法。

背景技术

随着铺设的油气管道服役年限不断增加，老龄化管道产生的腐蚀、形变、泄漏等造成的管道事故日益增多，因此对长输管道开展泄漏检测意义重大。如何精确的对管道内发生的变形、缺陷进行及时检测维修是管道测径仪的重要任务。而精确的定位是对管道缺陷进行及时维修的重要保证。里程轮是管道测径仪里程计量装置，保证里程轮在复杂管道环境中正常运行并输出高精度脉冲信号是关键技术。目前，现有的管道测径仪里程轮定位技术仍然缺乏完整的、高效的优选方法与校正方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于FPGA的管道测径仪多路位移脉冲优选装置与方法。

一种基于FPGA的管道测径仪多路位移脉冲优选装置，包括管道测径仪本体、若干个里程轮、信号采集模块、光耦合隔离单元、FPGA中央处理单元，信号采集模块包括若干个凸透镜、若干个旋转编码器、若干个光敏元件。管道测径仪本体内部有光源，若干个里程轮均匀安装在管道测径仪本体内部径向圆周上，每个里程轮轴上装有一个凸透镜、一个旋转编码器、一个光敏元件，并且凸透镜、旋转编码器、光敏元件与里程轮同轴旋转。若干个光敏元件与光耦合隔离单元输入端相连，光耦合隔离单元的输出端与FPGA中央处理单元输入端相连。

所述信号采集模块将光源发出的光，通过若干个凸透镜转化为若干组平行光，透过若干个旋转编码器被若干个光敏元件检测到，并转化为周期性变化的多路数字脉冲信号，即为多路位移脉冲信号。

所述光耦合隔离单元实现多路位移脉冲信号与FPGA中央处理单元之间的电气隔离，并将多路位移脉冲信号转化为符合FPGA中央处理单元内部I/O口输入要求的数字脉冲信号。

所述FPGA中央处理单元包括异常判断模块、弯道判断模块和多路智能优选模块。异常判断模块通过多路位移脉冲信号的脉冲数判断若干个里程轮的工作状态—正常状态、可能弯道状态、异常状态。弯道判断模块利用弯道圆心角的线性回归模型计算弯道圆心角预测值，并与设定的第二阈值比较，判断若干个里程轮的工作状态是否为弯道状态。多路智能优选模块根据若干个里程轮的工作状态选择最优位移脉冲信号并输出。

一种基于FPGA的管道测径仪多路位移脉冲优选方法，采用上述基于FPGA的管道测径仪多路位移脉冲优选装置，包括如下步骤：

步骤1、光源发出的光通过若干个凸透镜转化为若干组平行光，透过若干个旋转编码器被若干个光敏元件检测到，并转化为周期性变化的多路位移脉冲信号；

步骤2、根据多路位移脉冲信号的脉冲数判断若干个里程轮的工作状态-正常状态、可能弯道状态、异常状态，如果若干个里程轮为正常状态和异常状态，则执行步骤4，如果若干个里程轮为可能弯道状态，则执行步骤3；

步骤2.1、设定采样时间间隔S、采样时间t、采样次数m；

步骤2.2、在采样时间t内分别统计n路位移脉冲信号的脉冲数C₁,C₂,...,C_n，设定第一阈值T₁；

步骤2.3、计算n路位移脉冲信号的脉冲数的均值μ和标准差σ；

步骤2.4、重复步骤2.2、步骤2.3m次；

步骤2.5、若m次标准差σ均大于第一阈值T₁，则若干个里程轮的工作状态为可能弯道状态或异常状态，利用脉冲数差值比例判别式进行进一步判断，否则若干个里程轮的工作状态为正常状态，执行步骤4，所述脉冲数差值比例判别式为当n＝奇数时，脉冲数差值比例判别式为当n＝偶数时，脉冲数差值比例判别式为i＝1,2,...,m，Q_i为若干个里程轮工作状态表示值；

步骤2.6、若m次1-Δ＜Q_i＜1+Δ，Δ为1附近的小数，则若干个里程轮的工作状态为可能弯道状态，执行步骤3，否则若干个里程轮的工作状态为异常状态，执行步骤4。

步骤3、利用弯道圆心角的线性回归模型计算弯道圆心角预测值，并与设定的第二阈值比较，判断若干个里程轮是否为弯道状态；