油气管道内检测器定位技术

2022.10.19

吴江涛

摘要：当今机械自动化技术以及计算机技术飞速发展，因而管道内检测器定位技术也得到了广泛应用和普及，本文分别对里程轮定位法、射线定位法以及静磁场定位法还有GPS/INS组合导航系统定位法、压力波法、低频电磁波定位法等的技术基本原理以及技术的主要优缺点进行了详细的介绍。同时对内检测器定位技术的未来应用和该技术的发展趋势进行了分析，为进一步研究内检测器定位技术提供了良好的参考。

关键词：油气管道；内检测器；定位技术；里程轮；压力波；低频电磁波

0引言

如今，油气管道老化成了世界性的问题，如何确保这些管道安全是当前研究的热点。管道检测技术是确保管道安全的重要环节，依据检测仪器的位置可以将检测管道技术划分成两种：外检测、内检测。其中，內部检测由于其干涉管道的正常运行，又不受外部地理环境的限制，具有十足的优势，所以被大众所接受。但是在运用内检测技术时，掌握内检测的传感器的位置信息十分必要，尤其是需要对检测设备进行维修时，定位技术就尤其关键。

1内检测常见的定位技术

1.1里程轮定位

作为传统计程方式的里程轮，在当今的管道检测中经常被采用，常用的是利用光电式的转速传感器实现定位。利用里程轮检测管道时，其发出周期性的脉冲，地面的定位检测设备就可以根据脉冲的数量确定内检测设备的位置。该方法成本低，但是由于该方法本身存在一定的误差以及打滑失效等情况存在会影响其准确性。在现代的工程中，一般情况下会对里程轮进行适当的改进或者同时利用多个里程轮来减少误差，从而提高定位的准确性。

1.2射线定位

若内部检测器上安装一个射线发生器，同时在管道外安装感光胶片，那么射线发生器工作时发射射线，将会引起感光胶片曝光，从而可以确定内部检测器的位置。该类型的定位器的电路简单而且具有良好的控制效果，而且不受其他工业的干扰。成都理工大学的科研团队对该类型的探测器进行了深入的研究，他们在射线定位的基础上结合视频识别技术，从而可清晰的、方便的查看曝光情况，所以定位的准确性更高，但该技术具有复杂的系统，无法利用遥控内检测器，同时放射性指令源存在风险，运用、存储以及运输涉及很多的困难。解决这个问题通常的办法是利用x射线取代放射性的射线。基于X射线检测技术，优势是检测结果十分直观，而且无论被检对象尺寸、材质如何，都能实施检测。因此，X射线检测技术多被采用。

1.3磁场定位

磁场是一种信息载体，其能穿透金属管壁。利用这个优势，磁场定位应运而生。该技术的核心是内部检测设备在采集其它信息的同时也采集管道外部定位磁铁的磁场信息。该技术在内检测设备上安装一个或者多个霍尔传感器，利用其采集外部定磁铁产生的漏磁场的信息，从而可以通过信息的变化判断出内部检测器与定磁铁的位置的变化，实现定位。该方法，具有低成本、易成功的优点，但是由于管道的管壁通常比较厚，其对磁场信号构成较强的屏蔽作用，所以通常管道内的漏磁场强十分微弱，这个对信号采集构成了较大的困难，因此，该方法不仅要求磁铁要有强磁性，还要求位于管道内的霍尔传感器具有十分高的灵敏度。天津大学的科研团队对这项技术进行了创新，其开发的设备时间精度达到了毫秒级别，但是其系统构成复杂，维护保养成本较高。

1.4GPS导航定位

目前，GPS导航系统定位技术在众多的管道内检测定位手段中算是比较成熟的，采用最多的，其精度通常能达到厘米的级别。其技术原理第一步运用GPS卫星对内检测设备的位置进行确定，第二步对管道沿线的每个位置进行测定。若内检测设备在管道内运行，惯性检测设备就会检测三个方面的速度变化，但是因为管道内的复杂环境使得在其内运行的内检测器测取的数据存在误差，同时这种误差随着时间的延长而不断的累积。当内检测设备通过GPS的标志点时，就可以修正内检测器的位置信息，从而提高了准确度。不过该技术的经济成本比较高，不利于广泛的运用。

1.5压力波法

该方法通过检测管道两端的压力，判断管理泄露的位置。其工作原理就是在内检测设备的两端都安装压力波检测设备。内检测设备工作时，压力波发生器就产生两个一致的波形，沿着管道的方向进行传播，然后在管道的首末两端的两个传感器收集压力值，依据压力值之间的时间差、管长、波速，可以十分精确地计算出内检测设备在管道中的位置信息。实现压力波的定位虽然操作简便，但是存在较大的误差，无法进行十分准确的定位。所以，压力波法适用于粗定或者应用于实时跟踪内检测设备。

1.6电磁波法

电磁波定位法通常利用低频（23 Hz）的电磁波对金属和大地具有较大的穿透能力的特性进行工作。沈阳工业大学的专家团队曾经开发了低频电磁波磁偶极子的模型，该模型的原理是利用低频电磁波会产生磁场，并对其磁场特点进行记录，同时根据磁偶极子的磁场分布，可以实现电磁波定位。具体来说，该方法先运用基于GPS的定位系统查询安装在地面上的接受装置。内检测设备所携带的低频电磁波产生装置工作时会发射交变的电磁波。当地面上的接收装置接收到电磁信号后，对该信息的准确分析结果就会判明何时内检测设备通过了该地面接收装置的正下方。然后，地面接收装置会发射另一信号，从而促使管理内的内检测设备重新进行定位。周而复始，保证了定位成功开启。此方法不仅定位准确度高，而且使用的范围也十分广泛。但是在实际运用中，由于电磁波受到外界的影响比较多，所以应用的范围也受到了限制，同时，该技术的系统成本高，功耗大，不能够大面积布置。

1.7其他方法

其他的方法主要有测力定位和声学定位两种。

测力定位的基本原理就是运动力学和牛顿力学，利用该原理对管道内检测设备进行定位的方法，该方法不易受到管道内部环境的影响，同时定位的准确度高。但是该方法也具有局限性，不能用于长距离定位。

依据声学的定位方式是通过标记内检测设备与管道相撞击、摩擦等发出的声音来实现定位。该方法应用广泛，但是一旦出现卡堵问题就无法发出声音信号。与此同时，声音信号抵抗干扰的能力弱。

2应用情况

依据实际应用场景的不同，采用不同的定位技术来实现管道内检测设备的位置是当前的主流做法。比如，对于短距离的管道进行检测时多应用测力定位法，长距离管道的检测定位通常是综合利用磁场定位法和里程轮定位法，而声学定位法等定位手段由于传感设备尚在发展或者受环境要求高等因素尚在研究阶段，实际应用中的价值不高。

3结束语

伴随着科学技术的高速发展，管道检测技术也得到了长足的发展，相关的定位技术也得到了丰富和完善，但是也面临着巨大的挑战。当今社会，在应用管道时，传感器技术不仅占据着主要的地位，而且也发挥着重要的作用，传感器的效用比、性价比极大的影响、制约或促进了内检测设备的发展。

另外，通常一种技术的检测结果的精度难以满足实际的需要，这时可并用两种甚至多种检测手段，取长补短，从而提高检测的精度和准确性。所以，实际运用中，多种方法的综合运用才是未来内检测设备定位的大发展趋势。