一种组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统的制作方法

本技术涉及管道测量，尤其涉及一种组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统。

背景技术：

1、现在管道测量常用的设备包括探地雷达、管线仪、管线陀螺仪，其中管线陀螺仪由于其对测量环境的限制小、测量精度高、测量步骤更为便捷逐渐成为现在主要的管道测量方法。

2、管线陀螺仪的核心部件是搭载在机械外壳中的惯性导航系统和轮式里程计，通过它们在管道内的运动轨迹解算出管道的三维姿态位置信息。管线陀螺仪解算管道位姿信息的原理是惯性导航推算，其中的主要部件是惯性传感器，包括陀螺仪和加速度计，分别采集管线陀螺仪的姿态和运动信息：角速度和比力。将惯性传感器采集的比力和角速度进行坐标变换，转换为导航坐标系，解算出管线陀螺仪的位置、速度和姿态序列。再以里程计采集的位移信息作为参考，以起点和终点的坐标为基础进行数据融合和误差补偿，得到管线陀螺仪的三维运动轨迹，进而求得管道的平面位置及埋深。

3、现有的管线陀螺仪的核心构成通常是惯导和轮式里程计，由于地下管线环境的复杂和限制，使用轮式里程计来测量地下管线存在许多问题：

4、1.管道环境多变：地下管道的类型很多，包括城市供水、排水、燃气(煤气、天然气、液化石油气)、热力、电力(动力电缆、照明电缆、输配电力电缆)、电信(电话、广播、光缆)和工业管道(重油、柴油、工业排渣)。不同的管道特征不一样，比如管道粗细、长度、内部环境。有的管道内部环境比较恶劣，存在很多积水、泥污、油污。这些障碍物会影响轮式里程计的测量，导致不准确的数据，更严重的，会导致里程计无法进行测量，而受到管道环境湿度、液体腐蚀、有害气体等因素的影响，轮式里程计的性能和寿命都会大打折扣。

5、2.地下管线材料：地下管线采用了不同类型的材料，包括金属、塑料、混凝土等，这些材料对轮式里程计的测量产生不同的影响，因此需要考虑材料的不同性质。比如塑料管道都是通过热熔焊的方式焊接起来的，一条完整的管道存在很多的焊接口，轮式里程计在测量到接口处的时候会产生颠簸，这将对后续的解算带来较大的误差；而金属管道在低温天气下容易产生冷凝水导致里程计轮打滑，这将导致里程计采集错误、读数失败；混凝土管道内的摩擦阻力较大，长期的工作导致里程计轮磨损，带来很大的计数误差，而更换管线陀螺仪中的里程计会产生更多的经济损失，而且操作复杂。

技术实现思路

1、鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，以解决现有测量方式测量精度较低、环境适应性较差的技术问题。

2、为解决上述问题，本实用新型提供的一种组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统采用如下技术方案：

3、组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，包括物理测量单元、惯性测量单元、数据采集单元和数据处理单元；

4、所述物理测量单元设有两个，分别设置在待测管道的起点和终点，每个物理测量单元均包括底座和设置在底座上的拉线编码器，拉线编码器包括减速电机、绕线盘、传动机构和编码器本体，所述绕线盘上缠绕有钢丝绳，所述传动机构连接在减速电机的输出端与绕线盘之间，以在减速电机的驱动下驱动绕线盘旋转，钢丝绳绕过编码器本体；

5、所述惯性测量单元包括外壳和设置在外壳内的由加速度计和管线陀螺仪组成的惯性传感器，两个绕线盘上钢丝绳的活动端绕过对应的编码器本体并分别连接在外壳的两端；

6、所述数据采集单元与编码器本体和惯性传感器通讯连接，以采集物理测量单元和惯性测量单元生成的数据；

7、所述数据处理单元与所述数据采集单元通讯连接，用于接收并处理所述数据。

8、本实用新型的有益效果是：本实用新型将拉线编码器与惯性测量单元组合使用，能够克服拉线编码器和惯性测量单元各自的局限性，拉线编码器能够提供更高的测量精度，尤其是在需要长距离测量的情况下，可以帮助提高管道测量的准确性；并且使用拉线编码器可以直接测量位移，而不涉及速度和时间的积累，进而可以避免出现累积误差。另外，使用拉线编码器不需要精确的地面参考标记或者特殊的地面标志，能够降低测量成本。综合使用拉线编码器和惯性测量单元能够达到精度更高、环境适应性更强、设计成本更低的使用效果。

9、进一步的，两个物理测量单元相对布置，且两个编码器本体靠近待测管道布置，两个减速电机远离待测管道布置，绕线盘布置在编码器本体与减速电机之间。

10、有益效果：钢丝绳的活动端在绕过编码器本体后能够直接与惯性测量单元的外壳连接，无需回绕。

11、进一步的，所述钢丝绳的长度大于一百米。

12、有益效果：能够实现拉线编码器更大的测量量程，能够测量大范围的位移，适用性更好。

13、进一步的，所述传动机构为皮带传动机构，包括主动带轮、从动带轮和传动皮带，主动带轮转动装配在底座上，从动带轮固定在绕线盘的盘轴上，主动带轮的轮径小于从动带轮的轮径。

14、有益效果：结构简单，运转平稳，采用小轮径的主动带轮，能避免绕线盘转动过快，实现惯性测量单元在待测管道内的低速匀速运行。

15、进一步的，所述编码器本体包括码盘、设置在码盘径向两侧的拉簧以及连接在两个拉簧顶部的夹紧件，所述钢丝绳绕过码盘，夹紧件位于码盘的上方，在拉簧的弹力作用下夹紧钢丝绳以使钢丝绳的移动带着码盘转动进行计数。

16、有益效果：有利于保证钢丝绳与码盘之间的紧密性，从而使编码器本体能测出更准确的数据。

17、进一步的，所述外壳上设有用于与待测管道内壁导向配合的行走导向轮，以使惯性测量单元沿待测管道的中轴线方向移动。

18、有益效果：有利于保证测量数据的精确。

技术特征：

1.组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其特征在于，包括物理测量单元、惯性测量单元、数据采集单元和数据处理单元；

2.根据权利要求1所述的组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其特征在于，两个物理测量单元相对布置，且两个编码器本体靠近待测管道布置，两个减速电机远离待测管道布置，绕线盘布置在编码器本体与减速电机之间。

3.根据权利要求1所述的组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其特征在于，所述钢丝绳的长度大于一百米。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其特征在于，所述传动机构为皮带传动机构，包括主动带轮、从动带轮和传动皮带，主动带轮转动装配在底座上，从动带轮固定在绕线盘的盘轴上，主动带轮的轮径小于从动带轮的轮径。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其特征在于，所述编码器本体包括码盘、设置在码盘径向两侧的拉簧以及连接在两个拉簧顶部的夹紧件，所述钢丝绳绕过码盘，夹紧件位于码盘的上方，在拉簧的弹力作用下夹紧钢丝绳以使钢丝绳的移动带着码盘转动进行计数。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其特征在于，所述外壳上设有用于与待测管道内壁导向配合的行走导向轮，以使惯性测量单元沿待测管道的中轴线方向移动。

技术总结
本技术涉及管道测量技术领域，尤其涉及一种组合拉线编码器和管线陀螺仪的测量系统，其包括物理测量单元、惯性测量单元、数据采集单元和数据处理单元；物理测量单元设有两个，分别设在待测管道的起点和终点，包括底座和设置在底座上的拉线编码器，拉线编码器包括减速电机、绕线盘、传动机构和编码器本体，绕线盘上缠绕有钢丝绳；惯性测量单元包括外壳和设置在外壳内的由加速度计和管线陀螺仪组成的惯性传感器，两个绕线盘上钢丝绳的活动端绕过对应的编码器本体并连接外壳的两端。本申请利用测量精度高、没有累积误差的拉线编码器，与惯性导航组合测量地下管道，达到精度更高、环境适应性更强、设计成本更低的使用效果。

技术研发人员：易凯,鲍亮亮,胡嫣然,徐宛,程龙
受保护的技术使用者：武汉迈普时空导航科技有限公司
技术研发日：20231124
技术公布日：2024/6/5