[发明专利]一种管道漏磁内检测数据实时处理装置及方法

权利要求书

1.一种管道漏磁内检测数据实时处理装置，其特征在于，安装在管道内检测器上，其包括：漏磁传感器单元、信号调理模块、A/D转换模块和中央处理单元；

所述漏磁传感器单元包括多个漏磁传感器，所述多个漏磁传感器沿管道截面圆周方向均匀布置在管道内检测器上，所述漏磁传感器单元中的各个漏磁传感器均用于检测管道漏磁信号并输出电信号至信号调理模块；

所述信号调理模块用于对接收到的电信号进行滤波和放大处理，并将滤波和放大处理后的电信号并送至A/D转换模块；

所述A/D转换模块用于对从信号调理模块接收到的电信号进行模数转换并将转换后的数字信号传送至中央处理单元；

所述中央处理单元，包括时序控制模块、缺陷数据判别模块、缺陷数据特征提取模块和数据存储模块；

所述时序控制模块用于控制A/D转换模块的各通路的转换顺序；

所述缺陷数据判别模块用于接收A/D转换模块传来的数字信号，并对其中的异常数据及异常数据的有效性进行判别；确定各个有效异常数据在接收的实时数据中的排序数；将判别出的有效异常数据发送至缺陷数据特征提取模块，将有效异常数据对应的排序数发送至数据存储模块；

所述缺陷数据特征提取模块用于对接收的有效异常数据提取特征，并将提取出的有效异常数据的特征发送至数据存储模块；

所述数据存储模块用于对接收的有效异常数据特征及其排序数进行存储及输出。

2.采用权利要求1所述的管道漏磁内检测数据实时处理装置进行管道漏磁内检测数据实时处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取实时管道内检测漏磁数据和正常管段的内检测历史漏磁数据；

检测多段正常管段的漏磁信号，并建立正常管段的内检测历史漏磁数据记录；正常管段指的是没有缺陷发生的管段；

步骤2：根据正常管段的内检测历史漏磁数据，确定异常数据阈值；

步骤3：根据异常数据阈值，分离出实时管道内检测漏磁数据中的异常数据，并对异常数据及其轴向位置进行记录；轴向指的是管道长度方向；

步骤4：利用相关性分析方法，通过异常数据与其相邻数据的比较，判别异常数据的有效性；相邻数据指的是与检测到异常数据的传感器相邻的传感器在相同轴向位置检测的数据；

采用计算异常数据与其相邻数据的协方差的方法，来衡量异常数据与其相邻数据间的相关性；协方差系数r的计算公式如下,则大于协方差系数r的阈值的协方差系数所对应的异常数据即为有效的异常数据；协方差系数r的阈值由实验确定；

r=Σi=1n1(xi-x‾)(yi-y‾)Σi=1n1(xi-x‾)2(yi-y‾)2=n1Σi=1n1xiyi-Σi=1n1xi·Σi=1n1yin1Σi=1n1xi2-(Σi=1n1xi)2·n1Σi=1n1yi2-(Σi=1n1yi)2,i=1,2,···,n1]]>

式中，x_i为有效异常数据点；为x_i的平均值；y_i为x_i的相邻数据点；为x_i的平均值；n₁为异常数据点数量；

步骤5：利用三次样条插值法，分别对各传感器实时测得的有效的异常数据进行三次样条插值，分别得到各传感器实时测得的有效异常数据的三次样条插值拟合曲线，简称各条曲线；

所述各条曲线的纵坐标为异常数据值，横坐标为异常数据的轴向检测位置；

步骤6：分别根据各条曲线，求取各传感器实时测得的有效异常数据的特征值；

步骤6.1：求取有效异常数据的轴向特征值；

步骤6.1.1：确定各条曲线的峰值和谷值，并计算各条曲线的峰谷值；峰谷值指的是峰值与谷值之差；即，确定各传感器实时测得的有效异常数据的最大值、最小值及最大值与最小值之差；峰谷值的大小与管道缺陷的深度有关；

步骤6.1.2：确定各条曲线的最低谷点的横坐标值与次低谷点的横坐标值，并计算各条曲线的谷谷值；谷谷值指的是最低谷点的横坐标值与次低谷点的横坐标值之差；即，确定各传感器实时测得的有效异常数据的最小值的轴向位置及次最小值的轴向位置，及所述最小值的轴向位置与次最小值的轴向位置之差；谷谷值的大小与缺陷腐蚀的长度有关；

步骤6.1.3：分别计算各条曲线的面积；

各条曲线面积的计算公式为:

S=Σi=1N{xi(t)-min[xi(t)]}]]>

式中，S为曲线面积，x_i(t)为异常数据点，min[x_i(t)]为最小异常数据；

步骤6.1.4：计算各条曲线能量；

各条曲线能量的计算公式为:其中，S_e为曲线能量；

步骤6.1.5：利用小波变换的方法，求取各条曲线上的拐点间距；

方法：由于所要求取的拐点位置分别在波峰和两个波谷之间，因此只分别对各条曲线的最低谷点和次低谷点之间的部分进行小波变换，选取的小波基为平滑函数的二阶导数；经连续小波变换后的曲线的零点，即为原曲线的拐点；

步骤6.1.6：求取各条曲线的峰谷值与谷谷值的比值、面积与峰谷值的比值、面积与谷谷值的比值；

步骤6.2：求取有效异常数据的周向特征值；周向指的是管道截面圆周方向；

步骤6.2.1：确定周向异常数据阈值；

方法流程为：以当前传感器测得的有效异常数据的峰值为基点，在该峰值对应的轴向位置附近，首先对当前传感器左侧或右侧紧邻的传感器测得的有效异常数据的峰值进行判断，若其大于或等于当前传感器测得的有效异常数据的峰值，则将该峰值作为最大峰值，按照同样的方法，继续沿着该方向依次对后续相邻传感器测得的有效异常数据的峰值进行判断，直到后一传感器测得的有效异常数据的峰值小于前一传感器测得的有效异常数据的峰值为止，得到最终的最大峰值，并对该最大峰值和该最大峰值所对应的传感器进行记录；若其小于当前传感器测得的有效异常数据的峰值，则对当前传感器右侧或左侧紧邻的传感器测得的有效异常数据的峰值进行判断，若其大于或等于当前传感器测得的有效异常数据的峰值，则将该峰值作为最大峰值，按照同样的方法，继续沿着该方向依次对后续相邻传感器测得的有效异常数据的峰值进行判断，直到后一传感器测得的有效异常数据的峰值小于前一传感器测得的有效异常数据的峰值为止，得到最终的最大峰值，并对该最大峰值和该最大峰值所对应的传感器进行记录；若当前传感器的左、右两个方向的相邻传感器测得的有效异常数据的峰值均小于当前传感器测得的有效异常数据的峰值，则将当前传感器测得的有效异常数据的峰值作为最终的最大峰值，并对该最大峰值和当前传感器进行记录；将最终的最大峰值的半值作为周向异常数据阈值；

步骤6.2.2：确定周向异常数据；

方法为：所述最大峰值所属传感器的左右两个方向相邻的传感器测得的有效异常数据的峰值大于周向异常数据阈值的视为周向异常数据及其对应的传感器视为在管段缺陷覆盖范围内，得到周向异常数据和管段缺陷覆盖的传感器数量；

并对管段缺陷覆盖的传感器测得的异常数据的峰值处的轴向位置进行记录，基于传感器位置差别与检测误差，每个峰值所处的轴向位置有差别，利用最小二乘法确定相对误差最小的位置，作为周向异常数据峰值的轴向位置；

步骤6.2.3：利用三次样条插值法，分别对周向异常数据进行三次样条插值，得到周向异常数据的三次样条插值拟合曲线，简称周向曲线；

步骤6.2.4：根据步骤6.1.3的结果，计算管段缺陷覆盖的多条传感器实时测得的有效异常数据的三次样条插值拟合曲线的面积和；

步骤6.2.5：采取与步骤6.1.1至步骤6.1.6相同的方法，重复执行步骤6.1.1至步骤6.1.6，得到周向曲线的特征，包括：峰谷值、谷谷值、面积、能量、拐点间距、峰谷值与谷谷值的比值、面积与峰谷值的比值、面积与谷谷值的比值；

步骤7：输出步骤6所得的有效异常数据的特征值。