(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111485035.5 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 刘金海　徐行　姜琳　刘佳睿　 张化光　汪刚　马大中　卢森骧　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 李在川 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G07C 1/20(2006.01) H04L 9/30(2006.01) G06F 30/20(2020.01)G06T 17/00(2006.01) G06F 113/14(2020.01) (54)发明名称 一种复杂工况管道在线全息外检测系统及 方法 (57)摘要 本发明提供一种复杂工况管道在线全息外 检测系统及方法， 属于管道在线外检测技术领 域， 所述系统包括巡检机器人、 传感器单元、 信号 预处理单元、 控制单元、 信号传输单元、 供电单 元、 监督单元， 对管道进行在 线外检测， 得到 管道 的全息数据； 所述方法首先形成人工标定传感器 队列， 对所有传感器进行ID的分配， 然后构建信 号传输通道模 型和信号传输模型， 接着对数据进 行采集、 预处理、 打包与加密， 最后服务器对数据 解密、 存储和可视化， 通过上位机显示对管道情 况进行监督； 本发明通过数据实时传输和可视化 方法实现管道的远程监测， 直观反映出管道的运 行状态和健康状况， 为管道的维护提供了有力技 术支持， 具有很高的理论研究价值和实际应用价 值。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 114136378 A 2022.03.04 CN 114136378 A 1.一种复杂工况管道在线全息外检测系统， 其特征在于， 包括巡检机器人、 传感器单 元、 信号预 处理单元、 控制单元、 信号传输单元、 供电单元、 监督单元； 传感器单元、 信号预 处 理单元、 控制单 元、 信号传输单 元、 供电单 元安装在巡检机器人 上； 所述巡检机器人用于根据地图数据对待检测管道进行检测； 所述传感器单 元用于采集管道的状态数据， 并传输给信号预处 理单元； 所述信号预处理单元用于对接收到的信号进行放大、 滤波和模数转换处理， 并将数字 量信号传输给控制单 元； 所述控制单 元用于对接收到的数字量信号打包后传输给监 督单元； 所述信号传输单 元用于传输无线信号； 所述监督单元用于对接收到的信号进行 数据预处 理以及可视化显示。 2.根据权利要求1所述的一种复杂工况管道在线全息外检测系统， 其特征在于， 所述传 感器单元包括温度传感器、 湿度传感器、 漏磁传感器、 涡流传感器、 超声传感器、 应力传感 器、 速度传感器； 所述 温度传感器、 湿度传感器、 漏磁传感器、 涡 流传感器、 超声传感器、 应力 传感器安装在巡检机器人 的机械臂终端， 并封装在圆形检测探头内， 各个传感器在探头内 成60度均匀分布， 为了防止信号干扰， 各个传感器之间采用屏蔽罩进 行隔离； 所述速度传感 器安装在巡检机器人的履带轴上。 3.一种复杂 工况管道在线全息外检测方法， 基于权利要求1～2任意一项所述的一种复 杂工况管道在线全息 外检测系统实现， 其特 征在于， 所述方法包括： 步骤1： 建立信号传输模型， 将采集到的管道状态数据传输 至监督单元； 步骤2： 通过监 督单元对接收到的数据进行解密与解耦； 步骤3： 对解耦后的全部状态数据进行 数据预处 理以及可视化显示。 4.根据权利要求3所述的一种复杂工况管道在线全息外检测方法， 其特征在于， 所述步 骤1包括： 步骤1.1： 对传感器单元中的各个传感器进行参数初始化， 并赋予各个传感器不同的 ID； 步骤1.2： 建立 监督单元与控制单 元之间的信号传输通道模型为： C＝ λH 式中， C表示信号响应； H表示初始信号； λ为信号传输损耗补偿系数； 步骤1.3： 建立信号传输模型为： C1＝ λ1H1+ μ 式中， λa为空气损耗补 偿系数； λfe为铁损耗补 偿系数； 为传输距离损耗补 偿系数； μ为 信号传输过程中的扰动； 步骤1.4： 将传感器单元采集到的状态数据经信号放大、 滤波、 模数转换后传输给控制 单元； 步骤1.5： 通过控制单 元对数据构建参数矩阵， 并进行打包后传输给信号传输单 元； 步骤1.6： 通过信号传输单元对接收到的数据采用RSA分段算法进行加密， 将加密后的 数据传输给监 督单元。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114136378 A 25.根据权利要求3所述的一种复杂工况管道在线全息外检测方法， 其特征在于， 所述步 骤2包括： 步骤2.1： 将打包加密好的数据传输 至监督单元， 监督单元对收到的数据进行解密； 步骤2.2： 采用状态空间方法对解密后的漏磁信号、 涡流信号和超声信号进行解耦； 步骤2.3： 对解耦后的全部状态数据分别进行实时存 储。 6.根据权利要求3所述的一种复杂工况管道在线全息外检测方法， 其特征在于， 所述步 骤3包括： 步骤3.1： 对解耦后的全部状态数据进行数据预处理， 包括异常信号检测、 异常信号去 除、 信号插值以及缺陷反演； 步骤3.2： 根据预处 理得到的数据建立管道的3D仿真模型； 步骤3.3： 采用伪彩色方法对3D仿真模型进行 可视化显示。 7.根据权利要求6所述的一种复杂工况管道在线全息外检测方法， 其特征在于， 所述步 骤3.2包括： 步骤3.2.1： 建立模型的坐标系， 将管道的轴向、 径向、 周向分别作为坐标系的Z轴、 Y轴、 X轴； 步骤3.2.2： 将预处 理得到的数据转 化到所建坐标系中构建管道的3D仿真模型。 8.根据权利要求6所述的一种复杂工况管道在线全息外检测方法， 其特征在于， 所述步 骤3.3包括： 步骤3.3.1： 将数据映射到 0～255， 映射公式为： 式中， d”(t)为映射后的数据； d'(t)为映射前的数据； d'(t)max为映射前数据的最大值； d'(t)min映射前数据的最小值； 步骤3.3.2： 采用分段映射 函数得到数据d ”(t)在R、 G、 B上的分量： 其中， R(x,y,z)为颜色R所对应的占比分量； G(x,y,z)为颜色G所对应的占比分量； B(x,权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114136378 A 3