一种基于超声波无损检测的管道监测系统技术领域
本发明涉及超声波无损检测技术领域，尤其涉及一种基于超声波无损检测的管道
监测系统。
背景技术
现有技术中的超声波无损检测，换能率相对低，EMAT和不可避免的环境温度和现
场噪音的影响导致接收到的超声波信号信噪比低，实际波形和理论波形误差大，需要得到
正确的超声波反馈能量和传播时间。
目前EAMT管道检测系统需要专业技术人员配合操作人员在现场工作；技术人员根
据管道检测实际情况选取合适探头并确定超声波模式。
因此需要技术人员在控制中心观测检测结果，向在移动监测小车旁的操作人员提
供信息，在发现腐蚀的轴向位置做标记。
鉴于上述缺陷，本发明创造者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于超声波无损
检测的管道监测系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于超声波无损检测的管
道监测系统,
包括多段管道，设置在管道外侧壁的一侧的管道，设置在管道上的至少两个移动
监测小车，与移动监测小车连接的信号监测单元，控制移动监测小车移动的指令单元，还包
括与信号监控单元连接的信号处理单元，信号处理单元的输出端与报警系统连接；
所述的移动监测小车内设置多种检测传感器，分别通过超声波对监测区间内的图
像、音频、生物信息和环境信息进行采集；包括CCD相机、声音传感器、湿度和温度传感器、气
敏传感器和位置传感器；
所述的信号监测单元包括图像信号采集单元、音频信号采集单元、生物信号采集
单元和环境信号采集单元，分别对监测区间内的图像、音频、生物信息和环境信息进行采集
并传输至设置在移动监测小车内的初级信号处理单元中，将采集的信号转化为既定格式的
数字信号；
还包括驱动移动监测小车的驱动装置及电源装置，驱动装置及电源装置设置在移
动监测小车内；
移动监测小车的监测线路的距离采取的标准为每一管道的长度d，设定标准的移
动监测小车的预设距离D，当管道的长度d<预设距离D时，在该管道的区域只需设置一个移
动监测小车；
当管道的长度d>预设距离D时，一个移动监测小车在预设的行走周期内不能满足
对全距离的监测，设置至少两个移动监测小车，各个移动监测小车分别在相应的区域内移
动；具体数量为在每个距离d的区域内设置一个移动监测小车。
进一步地，当管道的长度d>预设距离D时，完成全程监测的时间为t,预设时间T1和
T2,并且，满足T1>T2；当t>T1时，表示管路处于停歇时间，此时，移动监控小车处于自检过程
中，停止在管道上运行，仅在停靠点的信息进行监测，对监测区间内的图像、音频、生物信息
和环境信息进行采集。
进一步地，相邻两管道之间相邻的移动监测小车的时间间隔t,当t<T2时，表示车
辆处于忙碌状态，此时，若移动监测小车的移动监测周期T<T2,则移动监测小车能够完成区
间内的检测；若移动监测小车的移动监测周期T>T2,则移动监测小车能够完成区间内的检
测；因此，在管道上设置的移动监测小车的数量与移动监测周期T成反比。
N＝N0×a×b×(D-d)×(T-T2)/Td (1)
示中，N0表示根据管道的长度d与预设距离D确定的移动监测小车的数量；T表示移
动监测周期；T2为预设的时间；a表示信号处理的复杂程度系数，a的取值范围为1.0-1.5；b
表示监测区间复杂程度系数，b的取值范围为1.1-1.2；通过上述得出的移动监测小车的数
量最终经过取整得出。
进一步地，所述的次级信号处理系统对每种信号的多种采集数据进行判定，确定
是否超出阈值范围；在其内设置一比较模块，具体为比较器，分别采集各个传感器采集的电
压和电流值；其对所有信号处理单元内存储的电流和电压采集信号进行运算处理，并按照
下述公式计算某一种采样数值的多组电流和电压信号中第二传感器对第一传感器采集数
值的重合度P21，
式中，P21(u1,i1)表示每组电流和电压信号的重合度，u1和i1分别表示第一传感器
采集的电压信号、电流信号，u2和i2分别表示所述第二传感器采集的电压信号、电流信号，T
表示均方差运算，I和I'表示积分运算。
与现有相比本发明的有益效果在于：本发明通过超声波监测方式，在移动过程中
对管道的各种潜在因素进行监测、排查，包括管道的区间和周边环境，及时完成对管道的清
理及维护；整个管道的监测机动、全面。
本发明中的超声波无损检测能够排除环境温度和现场噪音的影响导致接收到的
超声波信号信噪比低，实际波形和理论波形误差大的缺点；比人员、摄像机监测更机动、更
灵活；全时监测覆盖；高智能化；信息处理智能化，风险排除智能化。
附图说明
图1为本发明的基于超声波无损检测的管道监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1所示，本发明基于超声波无损检测的管道监测系统，包括多段管道1，设
置在管道1外侧壁2的一侧的管道3，设置在管道3上的至少两个移动监测小车3，与移动监测
小车3连接的信号监测单元，控制移动监测小车3移动的指令单元，还包括与信号监控单元
连接的信号处理单元，信号处理单元的输出端与报警系统连接。
其中，所述的移动监测小车根据管道1的距离、信号处理的复杂程度、监测区间复
杂程度可设置第一移动监测小车、第N移动监测小车；设置数量至少两个。
本发明实施例的移动监测小车内设置多种检测传感器，分别对监测区间内的图
像、音频、生物信息和环境信息进行采集；包括CCD相机、声音传感器、湿度和温度传感器、气
敏传感器和位置传感器，为了保证检测的精度，各种传感器均成组设置。
本发明实施例的信号监测单元包括图像信号采集单元、音频信号采集单元、生物
信号采集单元和环境信号采集单元，分别通过超声波对监测区间内的图像、音频、生物信息
和环境信息进行采集并传输至设置在移动监测小车内的初级信号处理单元中，将采集的信
号转化为既定格式的数字信号。
所述的初级信号处理单元将转换后的数字信号传输至次级信号处理单元内进行
处理、过滤，每一个移动监测小车附有一个次级信号处理系统，固定设于车站或区间内。经
次级信号处理单元处理的信号上传至信号处理系统内，对各个移动监测小车的信号进行汇
总，并对异常情况做出处理。
本发明实施例的信号处理系统由上述三级构成。
所述的移动监测小车设置在管道3上，所述的管道3固定在管路外侧，本实施例中，
采用固定的方式连接。
还包括驱动移动监测小车4的驱动装置及电源装置，驱动装置及电源装置设置在
移动监测小车4内，电源装置为移动监测小车4内的各种传感器供电。
本发明实施例的移动监测小车在初始设置后，对管道完成完整的移动监测过程；
移动监测小车的监测线路的距离采取的标准为每一管道的长度d，设定标准的移动监测小
车的预设距离D，当管道的长度d<预设距离D时，在该管道的区域只需设置一个移动监测小
车。
当管道的长度d>预设距离D时，一个移动监测小车在预设的行走周期内不能满足
对全距离的监测，设置至少两个移动监测小车，各个移动监测小车分别在相应的区域内移
动；具体数量为在每个距离d的区域内设置一个移动监测小车。
当管道的长度d>预设距离D时，完成全程监测的时间为t,预设时间T1和T2,并且，满
足T1>T2；当t>T1时，表示管路处于停歇时间，此时，移动监控小车处于自检过程中，停止在管
道上运行，仅在停靠点的信息进行监测，对监测区间内的图像、音频、生物信息和环境信息
进行采集。
本实施例中，设置一预留时间T3，在移动监测小车初始运行时刻T0之前的预留时间
T3内，站台区间内的所有移动监测小车开始运行，并在预留时间T3小于移动监测小车的移动
监测周期T。
相邻两管道之间相邻的移动监测小车的时间间隔t,当T2<t<T1时，表示该管道上的
车辆处于非忙碌状态，此时，移动监测小车在该间隔内完成至少一次移动监控过程。
相邻两管道之间相邻的移动监测小车的时间间隔t,当t<T2时，表示车辆处于忙碌
状态，此时，若移动监测小车的移动监测周期T<T2,则移动监测小车能够完成区间内的检
测；若移动监测小车的移动监测周期T>T2,则移动监测小车能够完成区间内的检测；因此，
在管道上设置的移动监测小车的数量与移动监测周期T成反比。
N＝N0×a×b×(D-d)×(T-T2)/Td (1)
示中，N0表示根据管道的长度d与预设距离D确定的移动监测小车的数量；T表示移
动监测周期；T2为预设的时间；a表示信号处理的复杂程度系数，a的取值范围为1.0-1.5；b
表示监测区间复杂程度系数，b的取值范围为1.1-1.2；通过上述得出的移动监测小车的数
量最终经过取整得出。在本发明实施例中，区间复杂程度系数与信号处理的复杂程度系数
均为经验值，区间复杂程度系数受管道的曲线程度、管道维修时间等系数影响，当曲线程度
的曲率半径较小时，管道维修时间较长时，系数的数值较大。
在本发明实施例中，在移动监测小车上设置有多种检测传感器，分别对监测区间
内的图像、音频、生物信息和环境信息进行采集；包括CCD相机、声音传感器、湿度和温度传
感器、气敏传感器和位置传感器，为了保证检测的精度，各种传感器均成组设置。
所述的次级信号处理系统对每种信号的多种采集数据进行判定，确定是否超出阈
值范围；在其内设置一比较模块，具体为比较器，分别采集各个传感器采集的电压和电流
值；其对所有信号处理单元内存储的电流和电压采集信号进行运算处理，并按照下述公式
计算某一种采样数值的多组电流和电压信号中第二传感器对第一传感器采集数值的重合
度P21，
式中，P21(u1,i1)表示每组电流和电压信号的重合度，u1和i1分别表示第一传感器
采集的电压信号、电流信号，u2和i2分别表示所述第二传感器采集的电压信号、电流信号，T
表示均方差运算，I和I'表示积分运算；
所述第二传感器对第一传感器的信号重合度P21按照下述公式进行计算；
式中，M表示取样组数，j表示序列数，P1j(u1,i1)表示每组信号中所述第二传感器
对第一传感器的信号重合度。
所述比较单元计算第二传感器对第传感器的信号重合度P21，第三传感器对第一传
感器的信号重合度P31，第三传感器对第二传感器的信号重合度P32，并将其上传至信号处理
系统。
在所述的信号处理系统包括数据处理单元和数据存储器，数据处理单元包括MCU
处理器，其从数据存储器中获取重合度阈值P0，所述MCU处理器将所述计算所得的重合度值
与重合度阈值P0进行比对，若所述重合度值大于阈值，则断定某一监测指标超出预期，存在
故障。
同时，数据处理单元通过位置传感器获取该处的位置信息，通过即时处理系统进
行即时处理。
在本发明实施例中，所述的数据存储器中存储有各个监测指标的阈值以及对应的
故障类型及解决方案的数据库；通过监测信息的类型确定实际的解决方案。
所述的供电系统由不间断电源供电滑道等组成，与次级信号处理系统设于相同位
置，用于为系统内所有设备设施提供动力能源。
所述的报警系统，包括采用声光等措施，异常情况发生时，在通过轨道系统发出信
号的同时，直接向轨道管道沿线发出警示，以便最快的速度采取措施，避免险情。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。