专利名称：用于管道内检测的信号传输装置及管道内检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及管道内检测技术，更具体的，涉及一种用于管道内检测的信 号传输装置以及管道内检测装置和方法。
背景技术：
油气管道输送已经成为国内外能源输送的主要手段，管道内检测已成为 公认的管道检测手段。现有的管道内检测装置包括腔体、位于腔体中的数据 处理装置、与该数据处理装置通过信号传输装置电连接的多个探头和沿着该 腔体的轴向固定在该腔体的外圆周上的至少两个皮碗。其中每个探头都包括 多个传感器，用于检测管道内壁，多个传感器将检测到的多路检测信号通过 连接在探头上的引线输入到数据处理装置中，所述数据处理装置用于将接收 到的多路检测信号转换成检测数据并存储所述检测数据。现有技术中的信号 传输装置是通过单探头单引线的方式利用信号接插件将检测信号传入到数 据处理装置中。
随着管道内检测的发展，提高管道内检测的分辨率已经成为本领域的主 要发展目标，也就是说在单位长度上分布的探头的个数越多，检测的分辨率 也就越高。目前，分辨率已经有了几倍乃至几十倍的提升，探头数量也在不 断增多，这样采用单探头单引线的方式进行信号传输，将会造成需要使用数 百条信号电缆以及数百个信号接插件。而将这样大量的电缆和接插件安置在 管道内检测设备的腔体中是十分困难的，这一技术瓶颈严重影响了清晰度和 技术性能的提高
发明内容
本发明针对现有技术中用于管道内检测的信号传输使用线缆、接插件过 多、不利于安装的缺点，提供一种使用线缆相对较少、结构简单的用于管道 内检测的信号传输装置以及管道内检测装置和方法。
本发明的发明人针对上述现有技术中存在的不足，想到如果能使用通信 领域中多路复用技术，使得多路检测信号能通过一条线路传出，将会很好的 解决线缆过多的问题。多路复用技术包括时分复用、频分复用、码分复用等
等，其中时分复用(TDMA)技术是通信领域使用比较广泛的一种通信方式， 其原理是将不同的信号分配在不同的时间段内沿着同一个信道传输，这种技 术可以在同一个信道上传输多路信号。本发明的发明人既是借鉴了通信领域 中的这种时分复用技术，将其应用到管道内检测中的信号传输方面。
本发明提供一种用于管道内检测的信号传输装置，其中该装置包括多个 切换级，每个切换级包括至少一个切换开关和与每个切换开关连接的至少一 个控制电路，相邻的两个切换级中前一个切换级中的切换开关的输出端与后 一个切换级中的切换开关的输入端连接，每个切换级所包括的切换开关和控 制电路的个数从第一个切换级开始逐级递减，第一个切换级包括多个切换开 关和多个控制电路，所述第一个切换级中的每个切换开关用于同时接收来自 每个探头中的多个传感器的多路检测信号，其余切换级中的切换开关用于同 时接收来自前一个切换级的多路检测信号，每个控制电路用于控制与该控制 电路连接的切换开关的输出，以使得该切换开关接收到的多路检测信号以时 分复用的方式依次输出。
本发明还提供一种管道内检测装置，该装置包括腔体、多个探头、至少 两个皮碗、信号传输装置和数据处理装置，所述至少两个皮碗沿着该腔体的 轴向固定在该腔体的外圆周上，所述多个探头位于腔体外，所述数据处理装 置位于所述腔体中，所述多个探头通过所述信号传输装置与所述数据处理装 置连接，每个探头包括多个传感器，用于检测管道内壁，多个传感器将检测到的多路检测信号通过信号传输装置传输到数据处理装置中，所述数据处理
装置用于将接收到的检测信号转换成检测数据并存储所述检测数据；其中， 所述信号传输装置为本发明提供的用于管道内检测的信号传输装置，其中第 一个切换级中的每个切换开关分别与每个探头中的多个传感器连接，最后一 个切换级中的切换开关连接到所述数据处理装置的输入端。
本发明又提供一种管道内检测方法，该方法包括以下步骤 使用多个探头中的多个传感器检测管道内壁，多个传感器输出用于表征
管道内壁特性的多路检测信号；
以多级时分复用的方式切换多路检测信号，使得多路检测信号依次输出 到数据处理装置；以及
数据处理装置将接收到的时分复用后的检测信号转换成检测数据并存 储所述检测数据。
本发明提供的用于管道内检测的信号传输装置利用第一个切换级完成 一个探头中多个传感器的多路检测信号的时分复用切换，然后利用其他至少 一个切换级完成多个探头输出的多路检测信号的时分复用切换，这样通过多 级时分复用的方式充分利用了时分复用通过一路线缆就可以输出多路信号 的特点，从而大大减少了线缆的使用量。如利用本发明提供的用于管道内检 测的信号传输装置，上百个探头只需使用较少输出线缆就能完成现有技术中 上百条输出线缆的功能，突破了现有技术中的技术瓶颈，可以使得分辨率进 一步大幅提高。同样，本发明提供的管道内检测装置由于使用了这样的信号 传输装置，管道内检测方法由于采用了多级时分复用方式，使得连接到数据 处理装置的信号线缆量大大减小，便于在腔体中的安装。
图1为本发明提供的用于管道内检测的信号传输装置的电路连接框图；图2为本发明提供的管道内检测装置的结构图3为本发明提供的管道内检测装置的电路连接框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明提供的用于管道内检测的信号传输装置包括多个切换 级10，每个切换级10包括至少一个切换开关1和与每个切换开关1连接的 至少一个控制电路2，相邻的两个切换级10中前一个切换级10中的切换开 关1的输出端与后一个切换级10中的切换开关1的输入端连接，每个切换 级IO所包括的切换开关1和控制电路2的个数从第一个切换级IO开始逐级 递减，第一个切换级IO包括多个切换开关1和多个控制电路2，所述第一个 切换级10中的每个切换开关1用于接收来自每个探头中的多个传感器的多 路检测信号，其余切换级10中的切换开关1用于接收来自前一个切换级10 的多路检测信号，每个控制电路2用于控制与该控制电路2连接的切换开关 1的输出，以使得该切换开关1接收到的多路检测信号以时分复用的方式依 次输出。
本发明中提到的时分复用均为同步时分复用。对于时分复用的方式，本 发明没有特别限定，可以采用现有技术中普通使用的时分复用方式。
多个切换级IO被设置为第一个切换级IO用于切换一个探头内多个传 感器输出的多路检测信号，而其余切换级10用于切换多个探头输出的多路 检测信号。 一般情况下，切换级10的个数为两个即可以满足要求。而当探 头数量过多时，可以将探头划分成多个组，此时可以选择两个以上的切换级 10，例如三个切换级IO，这时第一个切换级10的功能不变，第二个切换级 10则用于切换一组探头内多个探头输出的多路检测信号，而第三个切换级 IO则用于切换多组探头输出的多路检测信号，这样一级一级进行切换，可以大量减少线缆的使用量。
由于采用多级切换的方式，切换开关1和控制电路2的个数从第一个切 换级10开始逐级递减，第一个切换级10中包含的切换开关1和控制电路2 的个数等于传感器的个数，最后一个切换级10中包含一个切换开关和一个 控制电路。
所述切换开关1可以为CMOS模拟集成开关，控制电路2可以控制 CMOS模拟集成开关的控制端的电平高低来控制CMOS模拟集成开关的通 断。其中，为了平滑切换时电压的变换，第一个切换级中的多个切换开关的 相邻输入端之间接有滤波电容。
所述控制电路2可以为任何可以控制切换开关1进行时分复用切换的电 路，例如DSP控制电路、FPGA控制电路、单片机等等，优选为FPGA控制 电路，通过FPGA编程来控制相应的切换开关1，使得切换开关l以时分复 用的方式进行切换。由于大量切换开关1的使用会造成信号干扰，使用FPGA 控制电路可以在其中设计高抗干扰抑制程序构造锁相环来抑制干扰。
其中，所述控制电路2采用A/D转换结束脉冲信号作为切换定位标记信 号。所述A/D转换结束脉冲信号来自与该信号传输装置连接的数据处理装置 中的A/D转换器。该A/D转换结束脉冲信号是便于控制电路2确定一轮切 换完成重新开始新一轮切换。
另外，前一个切换级10中的控制电路2还与后一个切换级10中的切换 开关1连接，这样连接后，多个切换级10中的控制电路2可以彼此通信以 保持同步。
参见图2，本发明提供的管道内检测装置包括腔体40、多个探头20、至 少两个皮碗50、信号传输装置(未图示)和数据处理装置30，所述至少两 个皮碗50沿着该腔体40的轴向固定在该腔体40的外圆周上，所述多个探 头20位于腔体40外，所述数据处理装置30位于所述腔体40中，所述多个探头20通过所述信号传输装置与所述数据处理装置30连接，每个探头20 包括多个传感器(未图示)，用于检测管道内壁，多个传感器将检测到的多 路检测信号通过信号传输装置传输到数据处理装置30中，所述数据处理装 置30用于将接收到的检测信号转换成检测数据并存储所述检测数据；其中， 所述信号传输装置为上述用于管道内检测的信号传输装置，参见图3，其中 第一个切换级10中的每个切换开关1分别与每个探头20中的多个传感器连 接，最后一个切换级10中的切换开关1连接到所述数据处理装置30的输入 端。
为了避免大量线缆进入腔体40中，优选情况下，最后一个切换级10位 于所述腔体40中，其余切换级10位于所述腔体40外，并与所述多个探头 20 —起构成组合探头。
其中所述传感器可以为例如用于检测变径的角度传感器、用于检测内壁 裂纹、腐蚀等等其他缺陷的磁敏传感器等等，可以根据需要选择。
所述皮碗50可以包括支撑皮碗和驱动皮碗，支撑皮碗主要起到支撑作 用，驱动皮碗主要用于通过管道内的液体或者气体的压力差而驱动管道内检 测装置在管道内行进。
所述数据处理装置30包括A/D转换器和存储器，A/D转换器分别与最 后一个切换级10中的切换开关1、控制电路2以及所述存储器连接，A/D转 换器接收最后一个切换级10中的切换开关1时分复用后的检测信号，将该 检测信号进行A/D转换成检测数据并存储到存储器中以待分析。如前所述， A/D转换器还将A/D转换结束脉冲信号作为切换定位标记信号提供给控制 电路2。
本发明对所述腔体40、皮碗50没有特别限定，可以采用各种适用的腔 体和皮碗，并不影响达到本发明的目的。
本发明提供的管道内检测方法包括以下步骤使用多个探头20中的多个传感器检测管道内壁，多个传感器输出用于 表征管道内壁特性的多路检测信号；
以多级时分复用的方式切换多路检测信号，使得多路检测信号依次输出 到数据处理装置30;以及
数据处理装置30将接收到的时分复用后的检测信号转换成检测数据并 存储所述检测数据。
其中所谓多级时分复用是指将多路检测信号逐级通过多个采用时分复 用方式的切换级，使得多路检测信号最后能在较少(例如一条)信号线缆上 时分复用地输出，从而达到本发明的发明目的，减少线缆的使用量。优选为 两级时分复用。其中第一级时分复用是将一个探头20中的多个传感器输出 的多路检测信号以时分复用的方式作为探头输出的检测信号依次输出，第二 级时分复用是将多个探头20输出的多路检测信号以时分复用的方式输出到 数据处理装置30。
如前所述，在切换多路检测信号的过程中，可以采用A/D转换结束脉冲 信号作为切换定位标记信号，以用于确定何时开始新一轮切换。
本发明提供的方法可以使用上述用于管道内检测的信号传输装置实施， 但并不排除本领域技术人员可以根据该方法的描述想到的其他信号传输装 置的实施方式。
本发明中提到的检测信号可以为各种表征管道内壁特性的检测信号，例 如可以为检测管道内壁变径的角度检测信号或检测管道内壁缺陷(裂纹、腐 蚀等等)的漏磁检测信号，但不限于此。
权利要求
1.一种用于管道内检测的信号传输装置，其中该装置包括多个切换级(10)，每个切换级(10)包括至少一个切换开关(1)和与每个切换开关(1)连接的至少一个控制电路(2)，相邻的两个切换级(10)中前一个切换级(10)中的切换开关(1)的输出端与后一个切换级(10)中的切换开关(1)的输入端连接，每个切换级(10)所包括的切换开关(1)和控制电路(2)的个数从第一个切换级(10)开始逐级递减，第一个切换级(10)包括多个切换开关(1)和多个控制电路(2)，所述第一个切换级(10)中的每个切换开关(1)用于同时接收来自每个探头中的多个传感器的多路检测信号，其余切换级(10)中的切换开关(1)用于同时接收来自前一个切换级(10)的多路检测信号，每个控制电路(2)用于控制与该控制电路(2)连接的切换开关(1)的输出，以使得该切换开关(1)接收到的多路检测信号以时分复用的方式依次输出。
2. 根据权利要求1所述信号传输装置，其中所述多个切换级(10)的 个数为两个，最后一个切换级(10)包括一个切换开关(1)和一个控制电 路(2)。
3. 根据权利要求1所述的信号传输装置，其中所述控制电路(2)采用 A/D转换结束脉冲信号作为切换定位标记信号。
4. 根据权利要求3所述的信号传输装置，其中前一个切换级(10)中 的控制电路(2)还与后一个切换级(10)中的切换开关(1)连接，以使得 多个切换级(10)中的控制电路(2)保持同步。
5. 根据权利要求1所述的信号传输装置，其中所述切换开关(O为CMOS模拟集成开关。
6. 根据权利要求l所述的信号传输装置，其中所述第一个切换级(10) 中的多个切换开关(1)的相邻输入端之间接有滤波电容。
7. 根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的信号传输装置，其中所 述控制电路(2)为FPGA控制电路。
8. —种管道内检测装置，该装置包括腔体(40)、多个探头(20)、至 少两个皮碗(50)、信号传输装置和数据处理装置(30)，所述至少两个皮碗(50)沿着该腔体(40)的轴向固定在该腔体(40)的外圆周上，所述多个 探头(20)位于腔体(40)外，所述数据处理装置(30)位于所述腔体(40) 中，所述多个探头(20)通过所述信号传输装置与所述数据处理装置(30) 连接，每个探头(20)包括多个传感器，用于检测管道内壁，多个传感器将 检测到的多路检测信号通过信号传输装置传输到数据处理装置(30)中，所 述数据处理装置(30)用于将接收到的检测信号转换成检测数据并存储所述 检测数据，，其中，所述信号传输装置为根据权利要求1-7中任一项权利要求 所述的用于管道内检测的信号传输装置，其中第一个切换级(10)中的每个 切换开关(1)分别与每个探头(20)中的多个传感器连接，最启一个切换 级(10)中的切换开关(1)连接到所述数据处理装置(30)的输入端。
9. 根据权利要求8所述的管道内检测装置，其中最后一个切换级(10) 位于所述腔体(40)中，其余切换级(10)位于所述腔体(40)夕卜，并与所 述多个探头(20) —起构成组合探头。
10. 根据权利要求8所述的管道内检测装置，其中所述数据处理装置(30)包括A/D转换器和存储器，A/D转换器分别与最后一个切换级(10)中的切 换开关(1)、控制电路(2)以及所述存储器连接，A/D转换器用于接收最 后一个切换级(10)中的切换开关(1)时分复用后的检测信号，将该检测 信号进行A/D转换成检测数据并存储到存储器中，所述A/D转换器还将A/D 转换结束脉冲信号作为切换定位标记信号提供给控制电路(2)。
11. 一种管道内检测方法，该方法包括以下步骤使用多个探头中的多个传感器检测管道内壁，多个传感器输出用于表征 管道内壁特性的多路检测信号；以多级时分复用的方式切换多路检测信号，使得多路检测信号依次输出 到数据处理装置；以及数据处理装置将接收到的时分复用后的检测信号转换成检测数据并存 储所述检测数据。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中多级时分复用为两级时分复用。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中第一级时分复用是将一个探头 中的多个传感器输出的多路检测信号以时分复用的方式作为探头输出的检 测信号依次输出，第二级时分复用是将多个探头输出的多路检测信号以时分 复用的方式输出到数据处理装置。
14. 根据权利要求ll所述的方法，其中在切换多路检测信号的过程中， 采用A/D转换结束脉冲信号作为切换定位标记信号。
15. 根据权利要求ll所述的方法，其中多级时分复用为同步时分复用。
16.根据权利要求10-15中任一项权利要求所述的方法，其中所述检测信号为检测管道内壁变径的角度检测信号或检测管道内壁缺陷的漏磁检测 信号。
全文摘要
本发明提供一种用于管道内检测的信号传输装置及管道内检测装置和方法，其中所述信号传输装置包括多个切换级，每个切换级包括至少一个切换开关和至少一个控制电路，第一个切换级中的每个切换开关用于同时接收来自每个探头中的多个传感器的多路检测信号，其余切换级中的切换开关用于同时接收来自前一个切换级的多路检测信号，每个控制电路用于控制与该控制电路连接的切换开关的输出，以使得该切换开关接收到的多路检测信号以时分复用的方式依次输出。本发明通过多级时分复用的方式大大减少了线缆的使用量，上百个探头只需使用较少输出线缆就能完成现有技术中上百条输出线缆的功能，突破了现有技术中的技术瓶颈，可以使得分辨率进一步大幅提高。
文档编号F17D5/06GK101684892SQ20081016883
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者冯伟章, 刑燕好, 刘保余, 强 张, 张惠民, 杨文新, 杨理践, 范传宝, 许志军, 马云修, 高安东, 高松魏 申请人:中国石油化工股份有限公司