本發(fā)明涉及一種疏浚鋼管遠(yuǎn)程在線測厚裝置，屬于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近些年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源、交通、石油、化工等基礎(chǔ)設(shè)施的投資持續(xù)增加，對鋼管的需求不斷提升，鋼管壁厚的測量要求也越來越高，鋼管測厚技術(shù)迅猛發(fā)展起來。超聲波測厚技術(shù)以其體積小、便于攜帶且價(jià)格便宜、對空氣水源無污染、不受使用場地環(huán)境局限等優(yōu)點(diǎn)，在鋼管測厚方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

現(xiàn)有的鋼管超聲波測厚技術(shù)已經(jīng)較為成熟，可以對管徑20mm以上，壁厚1mm～300mm的室內(nèi)空置鋼管進(jìn)行較為精確的測量。但是，現(xiàn)有的超聲測量設(shè)備都是手持式測厚儀，在疏浚、廢水廢料輸送、輸煤或粉煤灰渣輸送等海上、水上環(huán)境或人力難以到達(dá)的地方，顯現(xiàn)出眾多的不足，而往往這些工業(yè)領(lǐng)域又需要對鋼管壁厚進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，否則會因磨損嚴(yán)重造成惡劣的后果。

以疏浚領(lǐng)域?yàn)槔?，疏浚鋼管作為挖泥船水力輸送管線的主要組成部分，使用環(huán)境相比其它行業(yè)較為惡劣。一方面，疏浚工程中的高濃度、高壓力、高流速、大流量泥漿會對管道內(nèi)壁產(chǎn)生較大磨損、沖擊和腐蝕等，尤其是輸送巖石、珊瑚礁、硬質(zhì)粘土等堅(jiān)硬物料時(shí)，磨損情況會更加嚴(yán)重；另一方面，大型疏浚工程的管道多敷設(shè)在海水中，易受到海水腐蝕，海洋中波、浪、潮、流對鋼管所產(chǎn)生的低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們代謝產(chǎn)物，使得這種腐蝕速度成倍增加。在內(nèi)部磨損和表面腐蝕的雙重作用下，疏浚鋼管產(chǎn)生疲勞，老化加速，甚至被磨穿，壽命十分有限，通常的疏浚鋼管工作半年到一年就需要更換。磨損嚴(yán)重的鋼管在高壓輸送環(huán)境下，很容易破裂造成爆管事故，使得整個(gè)工程停工，所帶來的損失數(shù)以百萬計(jì)。而由于現(xiàn)有鋼管在線監(jiān)測手段的缺乏，使得爆管情況很難預(yù)測，有時(shí)為了穩(wěn)妥起見，在鋼管遠(yuǎn)未達(dá)到報(bào)廢壽命之前，就將其整個(gè)管線進(jìn)行更換，帶來了材料的極大浪費(fèi)。再者，疏浚鋼管通常都布置在湖泊、河口、近海、外海島礁的水面、水下或上岸陸地等環(huán)境中，要依靠交通艇進(jìn)行巡查測量，耗時(shí)費(fèi)力。因此，急需開發(fā)一套遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線的鋼管測厚裝置。目前僅有美國熱電監(jiān)測分析技術(shù)公司研發(fā)了一種用于地下管道腐蝕情況的在線測量裝置，但該裝置仍采用引出線纜的方式，并未做到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)測量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目的：為了克服以上不足，考慮現(xiàn)實(shí)情況的需求，本發(fā)明提供了一種疏浚鋼管遠(yuǎn)程在線測厚裝置，避免爆管事故，減少材料浪費(fèi)，克服鋼管測厚裝置無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測的缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種疏浚鋼管遠(yuǎn)程在線測厚裝置，包括單片機(jī)控制裝置、人機(jī)交互界面和遠(yuǎn)程通訊裝置，其中，

所述單片機(jī)控制裝置包括單片機(jī)最小系統(tǒng)和信號采集裝置，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)，所述信號采集裝置包括信號采集板，且所述信號采集板的輸出端與單片機(jī)的I/O口相連，將采集到的信號傳輸至單片機(jī)處理；

所述人機(jī)交互界面包括液晶顯示屏和按鍵，所述液晶顯示屏與單片機(jī)的并行通信口相連接，將當(dāng)前使用的探頭編號和測量值顯示在液晶顯示屏上，所述按鍵與單片機(jī)的I/O口相連接，用于設(shè)置測量參數(shù)；

所述的遠(yuǎn)程通訊裝置包括GPRS裝置、GPS裝置、遠(yuǎn)程服務(wù)器和遠(yuǎn)程客戶端，所述GPRS裝置與單片機(jī)的串行通信口相連接，用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸；所述GPS裝置與單片機(jī)的串行通信口相連接，將測試點(diǎn)的經(jīng)緯度以及高度信息實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，便于獲知當(dāng)前鋼管所在具體位置；所述遠(yuǎn)程服務(wù)器端通過固定的IP地址接入互聯(lián)網(wǎng)，用來與GPRS裝置建立網(wǎng)絡(luò)通訊；所述遠(yuǎn)程客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立通訊，用于調(diào)用、分析和處理數(shù)據(jù)庫的測厚數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)還包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和存儲芯片，所述電源電路與單片機(jī)的I/O口相連，用于為硬件電路各部分提供穩(wěn)定電壓；所述時(shí)鐘電路與單片機(jī)的串口相連接，可獲取測量的實(shí)時(shí)時(shí)間；所述復(fù)位電路與單片機(jī)的RESET口相連，通過一個(gè)按鍵用于恢復(fù)電路起始狀態(tài)；所述存儲芯片通過I²C協(xié)議串行連接到單片機(jī)端，將測量的位置、時(shí)間點(diǎn)、鋼管編號以及厚度值存儲，便于后期查詢和動態(tài)分析。

優(yōu)選地，所述信號采集裝置還包括超聲波探頭組、超聲波發(fā)射電路和回波接收調(diào)理電路，各電路均設(shè)置在信號采集板上，其中，

所述超聲波探頭組安裝在待測物上，分別與所述超聲波發(fā)射電路和回波接收調(diào)理電路連接，所述超聲波探頭組集成了發(fā)射和接收功能，由超聲波發(fā)射電路激勵(lì)超聲波探頭組產(chǎn)生超聲波，采集的信號又通過超聲波探頭組傳輸至回波接收調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理;

所述超聲波發(fā)射電路包括信號產(chǎn)生電路和超聲波驅(qū)動電路，所述信號產(chǎn)生電路輸入端與單片機(jī)的I/O口相連；所述信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的低功率功脈沖信號通過超聲波驅(qū)動電路放大得到高功率的窄脈沖正弦波信號，進(jìn)而激勵(lì)超聲波探頭組產(chǎn)生并發(fā)射超聲波；

所述回波接收調(diào)理電路包括三級放大電路、偏置整形電路、檢波電路、門選電路和計(jì)數(shù)電路，所述三級放大電路、偏置整形電路、檢波電路、門選電路和計(jì)數(shù)電路按順序連接，所述計(jì)數(shù)電路通過8位并入串出移位寄存器與單片機(jī)I/O口連接。

優(yōu)選地，所述超聲波探頭組采用一個(gè)及一個(gè)以上的探頭，設(shè)置在待測鋼管的管壁上，便于布置測點(diǎn)位置。

優(yōu)選地，所述超聲波探頭組中所用探頭為輪式探頭或固定密封式探頭。

優(yōu)選地，所述輪式探頭外圈設(shè)有一種干耦合材料，在干耦合材料和超聲探頭之間填充水作為耦合劑，水被密封在干耦合材料中。

優(yōu)選地，所述固定密封式探頭焊死在鋼管外壁，并配鑄鋁防腐蝕電控盒密封，采用聚胺酸材料制成的加強(qiáng)密封圈密封。

有益效果：本發(fā)明提供一種疏浚鋼管遠(yuǎn)程在線測厚裝置，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制裝置和遠(yuǎn)程客戶端的通訊，實(shí)現(xiàn)鋼管磨損量的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測，便于查詢、警報(bào)、分析和預(yù)測，節(jié)省了大量人力，同時(shí)確保了疏浚鋼管更換的時(shí)機(jī)，避免爆管事故，減少材料浪費(fèi)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型單片機(jī)測厚部分硬件電路框架。

圖3是本實(shí)用新型單片機(jī)最小系統(tǒng)的時(shí)鐘電路。

圖4 是本實(shí)用新型單片機(jī)最小系統(tǒng)的存儲電路。

圖5是本實(shí)用新型單片機(jī)最小系統(tǒng)的復(fù)位電路。

圖6是本實(shí)用新型單片機(jī)最小系統(tǒng)的電源電路。

圖7是本實(shí)用新型的超聲波發(fā)射驅(qū)動電路。

圖8是本實(shí)用新型回波接收調(diào)理電路——三級放大電路、偏置整形部分。

圖9是本實(shí)用新型回波接收調(diào)理電路——檢波、門選、計(jì)數(shù)電路部分。

圖10是本實(shí)用新型的一種遠(yuǎn)程監(jiān)測查詢裝置的網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖11 是本實(shí)用新型的一種疏浚鋼管遠(yuǎn)程在線測厚裝置下位機(jī)主程序流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本申請實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

如圖1-11所示，一種疏浚鋼管遠(yuǎn)程在線測厚裝置，包括單片機(jī)控制裝置、人機(jī)交互界面和遠(yuǎn)程通訊裝置，其中，

所述單片機(jī)控制裝置包括單片機(jī)最小系統(tǒng)和信號采集裝置，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)，所述信號采集裝置包括信號采集板，且所述信號采集板的輸出端與單片機(jī)的I/O口相連，將采集到的信號傳輸至單片機(jī)處理；

所述人機(jī)交互界面包括液晶顯示屏和按鍵，所述液晶顯示屏與單片機(jī)的并行通信口相連接，將當(dāng)前使用的探頭編號和測量值顯示在液晶顯示屏上，所述按鍵與單片機(jī)的I/O口相連接，用于設(shè)置測量參數(shù)；

所述的遠(yuǎn)程通訊裝置包括GPRS裝置、GPS裝置、遠(yuǎn)程服務(wù)器和遠(yuǎn)程客戶端，所述GPRS裝置與單片機(jī)的串行通信口相連接，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,所述GPS裝置與單片機(jī)的串行通信口相連接，用于將測試點(diǎn)的經(jīng)緯度以及高度信息實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，便于獲知當(dāng)前鋼管所在具體位置；所述遠(yuǎn)程服務(wù)器上安裝有SOL Server數(shù)據(jù)庫，并通過固定的IP地址接入互聯(lián)網(wǎng)，利用接收程序?qū)⒍嗯_測厚設(shè)備傳送的鋼管厚度值、對應(yīng)的時(shí)間值和設(shè)備編號等數(shù)據(jù)，按規(guī)定的格式存入數(shù)據(jù)庫，并提供用戶接口，供安裝有遠(yuǎn)程客戶端的電腦進(jìn)行查詢、分析、統(tǒng)計(jì)等處理；所述遠(yuǎn)程客戶端可以布置在項(xiàng)目部、鋼管廠或其它需要了解鋼管磨損情況的任意一臺Windows系統(tǒng)電腦中，所述遠(yuǎn)程客戶端采用的客戶端程序采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)或C/S（客戶端/服務(wù)器）模式，用戶安裝瀏覽器或軟件，連入互聯(lián)網(wǎng)后，即可輸入遠(yuǎn)程服務(wù)器的IP地址，調(diào)用數(shù)據(jù)庫的測厚數(shù)據(jù)，以網(wǎng)頁形式對多臺測厚設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看訪問。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)還包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和存儲芯片,如圖3-6所示，所述電源電路與單片機(jī)的I/O口相連，用于為硬件電路各部分提供穩(wěn)定電壓；所述時(shí)鐘電路與單片機(jī)的串口相連接，可獲取測量的實(shí)時(shí)時(shí)間；所述復(fù)位電路與單片機(jī)的RESET口相連，通過一個(gè)按鍵用于恢復(fù)電路起始狀態(tài)；所述存儲芯片通過I²C協(xié)議串行連接到單片機(jī)，將測量的時(shí)間點(diǎn)、鋼管編號以及厚度值存儲，便于后期查詢和動態(tài)分析。

優(yōu)選地，所述信號采集裝置包括超聲波探頭組、超聲波發(fā)射電路和回波接收調(diào)理電路，各電路均設(shè)置在信號采集板上，其中，

所述超聲波探頭設(shè)置在待測物上，分別與超聲波驅(qū)動電路和所述三級放大電路連接，兼具發(fā)射與接收功能，超聲波發(fā)射電路通過探頭激勵(lì)出超聲波，將采集的信號又通過探頭傳輸至回波接收調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理，經(jīng)調(diào)理后的信號經(jīng)計(jì)數(shù)電路送入單片機(jī)處理，計(jì)算出回波時(shí)間，得出鋼管厚度值。

如圖7所示為所述超聲波發(fā)射電路，包括信號產(chǎn)生電路和超聲波驅(qū)動電路，所述信號產(chǎn)生電路信號由單片機(jī)I/O口輸出，經(jīng)74HC74D觸發(fā)器觸發(fā)產(chǎn)生；所述信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的低功率功脈沖信號通過超聲波驅(qū)動電路放大得到高功率的窄脈沖正弦波信號，進(jìn)而激勵(lì)超聲波探頭組產(chǎn)生并發(fā)射超聲波；

所述回波接收調(diào)理電路包括三級放大電路如圖8所示、偏置整形電路、檢波電路、門選電路和計(jì)數(shù)電路如圖9所示，所述三級放大電路、偏置整形電路、檢波電路、門選電路和計(jì)數(shù)電路按順序連接；所述計(jì)數(shù)電路通過8位并入串出移位寄存器74HC165D與單片機(jī)I/O口連接；

優(yōu)選地，所述單片機(jī)控制裝置還具備警報(bào)功能，通過單片機(jī)編程，當(dāng)測試的鋼管厚度超出設(shè)定的警報(bào)臨界值時(shí)進(jìn)行警報(bào)，單片機(jī)將警報(bào)信息發(fā)送給液晶屏和遠(yuǎn)程通訊裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程警報(bào)。

優(yōu)選地，所述超聲波探頭組采用一個(gè)及一個(gè)以上的探頭，設(shè)置在待測鋼管的管壁上。本實(shí)用新型中多探頭可以同時(shí)使用，也可以只連接其中一個(gè)或幾個(gè)探頭。在鋼管內(nèi)壁磨損情況較為復(fù)雜的部位，可以同時(shí)接入多個(gè)探頭，呈多角度，多位置測厚，避免誤測和漏測，方便布置的同時(shí)大大節(jié)省成本。

優(yōu)選地，所述超聲波探頭組中所用探頭為輪式探頭或固定密封式探頭。

優(yōu)選地，所述輪式探頭外圈為一種干耦合材料，在干耦合材料和超聲探頭之間填充水作為耦合劑，水被密封在干耦合材料中不會流出。本實(shí)用新型中采用的干耦合材料為硅膠。

優(yōu)選地，所述固定密封式探頭焊死在鋼管外壁，并配鑄鋁防腐蝕電控盒密封，采用聚胺酸材料制成的加強(qiáng)密封圈密封，高耐腐蝕性，無需每次測量時(shí)人為添加耦合劑。

本實(shí)用新型主程序采用自上而下的設(shè)計(jì)理念，以AVR Atmega128片機(jī)作為主控芯片，采用C語言作為編程語言，以分塊的思想進(jìn)行程序的編寫。如圖11示，本實(shí)用新型的工作流程如下：測厚裝置開機(jī)之后首先進(jìn)行裝置的初始化，尤其是計(jì)數(shù)器的清零初始化，確保后續(xù)計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)準(zhǔn)確無誤，然后在單片機(jī)的控制信號下產(chǎn)生發(fā)射脈沖和控制74HC221D芯片在第一次接收到回波后工作產(chǎn)生閥門脈沖，接著使晶振啟動，最后使計(jì)數(shù)器工作得到計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，從而得到超聲波在被測材料中的往返時(shí)間t,最后由公式計(jì)算得到被測材料的厚度，并在顯示器上顯示。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述描述實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的工作。

本實(shí)用新型中單片機(jī)最小系統(tǒng)采用Atmel公司推出的AVR系列ATmega128型芯片，液晶顯示屏采用12864液晶屏，電源電路采用MAX858CSA+T升壓型穩(wěn)壓芯片，時(shí)鐘電路采用DS1302芯片作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，存儲電路采用MB85RC16V型存儲器芯片，遠(yuǎn)程服務(wù)器為Windows Server操作裝置，并采用SQL Server數(shù)據(jù)庫用于存儲數(shù)據(jù)，所述GPRS裝置采用SIM808芯片，所述GPS裝置亦集成在SIM808芯片中（本實(shí)用新型中GPS裝置可集成在GPRS裝置采用的GPRS芯片上，即該芯片兼具GPRS和GPS功能，例如SIM808芯片；也可以獨(dú)立于GPRS裝置，采用GPS芯片，并通過GPRS裝置將數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，均為常規(guī)技術(shù)手段）。本實(shí)用新型中述及的單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)（ATmega128型芯片）、電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和存儲芯片,各電路與單片機(jī)之間的連接關(guān)系均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)手段，故而未加詳述。

本實(shí)用新型所述回波接收調(diào)理電路包括三級MAX4180放大電路、偏置整形電路、檢波電路、門選電路和計(jì)數(shù)電路，采樣調(diào)理后的信號送入74HC393D計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后送入單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算出回波時(shí)間，再根據(jù)聲速，得出鋼管厚度值。上述技術(shù)均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)手段，故而未加詳述。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。