“DN800管道几何变形测量”数据计算方法.docx

数据计算方法DN-800管道几何变形测量相关技术服务项目负责石 岩报告撰写吴 宪日 期2015年4月20日上位机程序根据其功能的不同，分为两个部分：1、调试程序；2、数据处理、数据显示程序。1调试程序调试程序的主要作用是：1、使用RS232接口和协议，通过上位机，在检测前确认各个传感器的是否正常工作；2、确认下位机控制单元正常工作；3、记录下检测设备在检测杆标定装置的不同管径下的所有读数，计算出每根检测杆的检测曲线。检测曲线的作用在于校正检测杆的磁性编码器，由2.2.1节可知，磁性编码器的基本检测原理为：通过霍尔传感器检测一个非接触的圆形磁铁所产生的磁场分布，实现对磁铁角度的测量。能实现14位的分辨率（即360°/16384的分辨率）、0.05°的测量精度、绝对角度测量（非相对角度）、高采样率和传输速率（10MHz速率SPI接口）的角度测量。因此，当通过测量检测杆相对于底部安装轴的旋转角度来实现对检测杆顶部高度的测量时，就需要对检测杆的与磁铁的初始角度和检测杆受压时的弯曲特性进行测量。绘制出每一根检测杆的“管径（DN600-DN900）—测量值（0-16383）”的对应曲线。考虑到检测杆自身的形变，理论上曲线应该近似为如下形式：（1）H——管道被测量点距离设备中心点的距离，单位为mm；——磁性编码器测量值，无量纲，值域为0-16383（即2^14-1）；——磁铁与测量初始角度差值对应值r——检测杆转动部分的长度a——2次项系数；b——1次项系数；c——常数项。检测杆的曲线必须由多次标定测量得到，因此，设计了2.1.5节中的检测杆标定装置，以及上位机调试程序，以此来得到传感器的测量曲线。调试程序的初版界面如下图所示：图 1 初版调试程序界面从上图可以看出，调试程序的初版主要功能为读取各个传感器的测量值，并将测量结果记录在电脑上，以供之后的传感器测量曲线计算和分析。此调试程序不仅需要在电脑上进行程序编写，还要将通信命令写入下位机，使得下位机能够正常的做上位机命令进行响应。目前已经完成了通信、显示等功能。记录和写文件功能等还未完成。如果要加入自动计算测量曲线功能和显示测量结果等，还需要进一步改善。图 2 Labwindows/CVI 程序编写环境该调试程序使用Labwindows/CVI的ANSIC集成开发环境，适用于以其控制、数据采集、分析和用户界面开发。2 数据处理、数据显示程序数据处理、数据显示程序的主要作用是：1、将已经记录在文档中的2进制数据转化为可以直接查看的测量数据；2、将所有的测量数据与检测杆的检测曲线进行对比，计算出测量角度数据，将检测杆角度、里程轮脉冲数、焊缝脉冲数、姿态传感器姿态值等保存为原始数据文档；3、计算出管道测量设备的检测杆曲线图，将其绘制在数据显示窗口中，得出初步的检测结果；4、计算出检测杆曲线图每个截面的形状，将其保存在数据文档中，当工程人员点击管道曲线的某一点时，则在数据显示窗口中显示出其界面形状；5、计算出每个截面形状的缺陷程度，如果缺陷程度超过阈值，并且缺陷前后连续的长度超过阈值，则在数据显示窗口中表示出缺陷的位置，并计算出缺陷的大小、类型和长度；6、在得出基本检测结果之后，可以选择进行误差修正，综合所有检测数据，利用优化算法改进计算结果，重新得到检测结果。下图是GE-PII公司所使用的配套软件Pipeimage9.1的图形界面，从中可以看出该软件的基本功能以及使用细节。本项目的数据处理、数据显示程序也是以此为目标进行研发。图 3 Pipeimage9.1软件界面截图目前此软件的开发尚未开始，其初步算法在后文中有详细的叙述。正在进行的部分是上位机的调试程序的设计和编写。后续需要进行的是数据处理程序的设计和数据处理修正算法的研究。3 数据处理计算方法数据处理计算方法，指的是将检测设备正常运行后从存储到SD卡内的2进制数据，转换成电脑可识别的文本数据，并将文本数据转换为其相对应的测量量，最后经过一定的修正，得到希望测量物理量的最优估计值。计算分为以下几个部分：1、2进制数据还原；2、剔除重复测量值；3、修正里程误差；4、将测量角度还原为测量高度；5、计算截面点坐标，拟合管道圆；6、设定缺陷阈值、种类，识别缺陷种类、参数。下面将对各个步骤进行详细阐述：1、2进制数据还原在SD卡存储时，为了节省存储空间，缩短存储耗时，所有测量值在SD卡中存储时，均以16位2进制数保存。例如，某根检测杆的测量值为0-16383的十进制数，在测量时得到的实际上是由SPI通信储存在单片机内存中的14位2进制数，存储时则将其直接存储为16位的2进制数，其16位的最高2位固定为0。例如测量值为0Bxx00 0000 0000 0001对应的是十进制数1，其中的高2位因为芯片设计，固定为不可知数，因此在存储时，固定将其定位0，