[发明专利]一种管道阀门角度在线监测装置与方法

说明书

本发明涉及一种管道阀门角度在线监测装置与方法，该装置包括分立的检测模块与环形辅助模块，检测模块固定设置于阀门的手柄，环形辅助模块与阀门的手柄同轴设置、且固定安装于阀门的本体；环形辅助模块上朝向检测模块设有逐级变化的多个台阶面，检测模块上设有多个正对台阶面的第一TOF传感器；检测模块内设有IMU模块和主控模块，IMU模块和第一TOF传感器分别与主控模块通信连接；IMU模块用于检测手柄的第一旋转角度值；第一TOF传感器用于检测检测模块相对于台阶面的距离变化值；主控模块用于将距离变化值换算成第二旋转角度值、通过第二旋转角度值补偿IMU模块检测数据的角度漂移。本发明提升了检测装置的测量精度，且成本较低。

技术领域

本发明涉及监测系统技术领域，具体涉及一种管道阀门角度在线监测装置与方法。

背景技术

目前石油、化工等行业远距离运输线上基本都是使用传统机械阀门来控制开启和关闭，随着与日俱增的需求量，相应的管道阀门数量也是快速增长，管道日常保养、检修时由于人工操作疏忽，没有确认管道阀门处于完全关闭状态而造成的安全事故越来越多。

管道的日常保养、检修时，人工来确认管道阀门是否完全闭合，需要花费较多的时间成本、人力成本，所以对自动监测管道阀门开合角度的装置及系统的需求就变得尤为迫切。

目前已经面世的电磁阀门具有功耗高、成本高、调节精度受限等原因不适合在上述行业大规模推广及改造。此外当前电磁阀门只有开启和关闭两种状态，中间位置无法得知。

TOF(Time of Flight，时间飞行)传感器具有体积小、误差小、性能稳定、成本低、功耗低等优点，另外具有强的抗灰尘和抗强光能力。

MEMS(Micro－Electro－Mechanical System，微机电系统)IMU(InertialMeasurement Unit，惯性传感器)同样具有体积小、重量轻、功耗低、精度高、生产成本低等优点，但具有长期累积漂移的缺点。

本发明旨在不增加太多成本的前提下，通过TOF阵列和MEMS IMU相结合，设计一种管道阀门角度在线监测装置与方法，以解决现有技术中管道阀门角度监测中遇到的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种管道阀门角度在线监测装置与方法，其既能保证整个监测装置的测量精度，又能弥补检测装置长期累积漂移的缺点，从而达到一个成本、装置复杂性、测量性能的平衡，以解决目前石油、化工等行业的痛点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种管道阀门角度在线监测装置，包括分立的检测模块与环形辅助模块，所述检测模块固定设置于阀门的手柄，所述环形辅助模块与阀门的手柄同轴设置、且固定安装于阀门的本体；所述环形辅助模块上朝向检测模块设有逐级变化的多个台阶面，所述检测模块上设有多个正对所述台阶面的第一TOF传感器；所述检测模块内设有IMU模块和主控模块，所述IMU模块和第一TOF传感器分别与主控模块通信连接；

所述IMU模块用于检测手柄的第一旋转角度值；

所述第一TOF传感器用于检测检测模块相对于台阶面的距离变化值；

所述主控模块用于将所述距离变化值换算成第二旋转角度值、通过第二旋转角度值补偿IMU模块检测数据的角度漂移。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选的，所有的台阶面首尾相连共同组成环形台阶，多个第一TOF传感器对准环形台阶呈圆周阵列排布；所述检测模块跟随阀门的手柄同轴旋转时，呈圆周阵列排布的多个第一TOF传感器同步沿环形台阶的周向位移。

优选的，所述台阶面的高度为逐级升/降，除去最高台阶面与最低台阶面之间的高度差之外，其余相邻台阶面的高度差一致。