论文摘要
为了保证石油天然气管道安全,需要对其定期进行检测,我国每年均要在油气管道检测上花费大量人力物力。我国从上世纪90年代初开始对管道漏磁检测技术进行研究,1999年国产首台漏磁管道腐蚀检测器问世,2005年大口径高清晰度管道漏磁检测器研发成功,标志着我国在管道检测器研发方面已接近国际先进水平。但现有国产高清晰度管道漏磁检测器在工作过程中时常会出现数据丢失或乱码的问题,反映出其内部的数据采集及其控制系统有待改进。本文的主要研究内容为设计研发一套用于国产高清晰度管道漏磁检测器的海量数据高速采集及控制系统。本系统以DSP芯片为控制核心,利用DSP的快速处理与高速运算能力提高系统的反应速度,利用DSP的脉冲捕捉和AD转换功能完成里程轮信号检测和温度、压差、加速度等非磁传感器的数据采集。系统中设计有一个独立计时器。该定时器与地面上主定时器严格同步,用于精确定位管道缺陷位置,为保证计时器不间断供电,特设计了不间断供电的电源电路。检测器工作过程中可以对自身的运行状态变化做相应记录,生成运行事件日志,日志数据被保存于非易失性存储器flash中。使用FPGA实现数据采集控制,完成1200路霍尔传感器信号的分时采集及数据流组织。为了避免数据传输过程中可能出现的串扰问题,提高数据传输速度,使用了SATA传输协议。采集到的数据变换为所需的格式后存储到存储介质中。数据存储介质选用电子硬盘,以适应检测器恶劣的工作环境,提高数据存储的安全性能。用户可通过PC机的配置界面完成对系统的测试和配置,该配置界面使用LabVIEW编写而成,使用异步串行通讯方式实现与DSP的通讯。系统电源选用高品质的DC/DC模块完成电压变换,并辅助以一定的抗电磁干扰和抑制噪声的设计。经实验验证,本文所设计的高清晰油气管道检测器海量数据高速采集存储及控制系统性能优越,工作可靠;在检测器最高设计运行速度6.6m/s条件下,能够实现每3.3毫米对1200路传感器采样并存储数据,数据最高存储流量高达32MBit/s;能够按照设计要求对检测器的各种工作状态进行监测和控制;灵活的配置选项,使得其可运用于多种口径的管道检测器。
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摘要Abstract第1章 引言1.1 选题的背景与意义1.2 文献综述1.2.1 管道检测器的整体进展1.2.2 数据采集技术的整体进展1.3 本文的主要工作与内容1.4 本文的结构安排第2章 管道漏磁检测与数据采集2.1 管道检测技术2.1.1 管道内检测技术的分类和特点2.1.2 各种管道内腐蚀检测技术的比较2.1.3 漏磁检测技术的基本理论2.1.4 管道漏磁检测器2.2 数据采集的基本理论2.3 管道漏磁检测中的数据采集2.3.1 系统设计需求2.3.2 AD9223 简介2.3.3 数据采集系统设计2.3.4 FPGA 的特点及其运用2.3.5 多路选通开关地址发生器2.3.6 延时控制及AD 启动脉冲发生器第3章 主控系统3.1 电子包总体设计3.2 以DSP 为核心的主控制系统设计3.2.1 TMS320F2812 简介3.2.2 主控系统设计3.2.3 控制系统主要程序流程图3.3 里程轮脉冲检测3.3.1 脉冲捕捉3.3.2 里程轮优选程序3.4 非磁数据采集3.4.1 非磁数据采集电路设计3.4.2 非磁数据采集程序3.5 独立计时电路设计3.5.1 设计要求3.5.2 实现电路3.5.3 独立计时器程序设计3.6 flash 日志存储器的设计3.6.1 设计需求及其实现3.6.2 日志读写程序3.7 同步串行接口3.8 电子包与测绘系统及电池包之间的通讯3.8.1 设计要求3.8.2 实现方案3.8.3 程序设计第4章 数据的组织与存储4.1 数据存储格式4.2 数据流的组织4.3 数据的高速存储4.3.1 SATA 标准介绍4.3.2 数据存储电路4.3.3 存储介质的选择4.3.4 SATA 转ATA 桥接电路的设计4.3.5 以DSP 为核心的控制电路设计4.3.6 SATA 转USB 桥接电路的设计4.3.7 数据存储系统软件设计4.4 FPGA 与主控DSP 之间的接口设计第5章 配置界面设计5.1 设计需求5.2 DSP 异步串行通讯5.3 通讯协议5.4 上位机配置界面设计第6章 系统电源设计6.1 主电源设计6.1.1 电路设计6.1.2 抑制电源噪声6.1.3 电源散热设计6.2 独立计时器不间断电源设计第7章 总结参考文献致谢个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
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