管道内裂痕检测及清洁消毒系统

韦佳乐 刘 杨 苏航民 莫宗彬 符少怡 李政林

（广西科技大学，广西 南宁530000）

为防止工业管道泄露所引起的爆炸、中毒、资源浪费，细菌病毒滋生传播等危害，以及克服现有技术因产品生产成本高，体积过大，对管道内部的受损锈蚀情况难以做出直观的展示等问题。该项目集，体积轻小、多功能精准定位检测、清洁消毒管道内壁等多功能于一体，填补了传统检测装置功能单一，不能实时直观展示管道内部环境和无清洁消毒功能的空缺，保证了检测过程安全、快速、准确有效地进行，为管道修复和维护提供了更清晰直观的依据，为管道运输安全稳定。

1 项目背景

《石油天然气管道保护条例》和《埋地输气干线至各类建构筑物最小安全距离、防火距离》就对管道安全监测做了明确要求。

管道是指用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。在我们的日常生活中随处可见，目前的社会也离不开管道的运用，由此可见，管道的安全检测成为了必要。

管道主要运用在以下几个方面：

在众多管道中，最容易发生事故的是石油和天然气管道，一旦发生泄漏，就会在立刻迅速发生蔓延，很容易中毒，可能还会引起爆炸、火灾等恶性事件，也会直接威胁到环境，甚至给居民的生命财产还有社会经济等都造成巨大的损失。

在城市的地下管道、生活污水排放管常有细菌病毒的滋生和传播路径，为此我国在现有的技术当中无法对管道进行消毒，不能无死角的进入管道内部进行消毒，而本产品的小车附带一个喷头，体积小的小车可以方便进入管道内，既可以对污垢类的进行清除，耶可以对细菌病毒进行杀菌消毒，具有消毒功能，从而缓解对管道的伤害以及会让人们被传染。

本项目可以进行管道裂痕检测，直观的反映管道内部情况，影响对管道修复维护工作的判断，在利用管道方面，确保管道安全极其重要。对大限度对管道进行维修与保护，尽可能去减少管道产生的事件发生的概率与伤亡。

2 项目介绍

2.1 概述

管道内缺陷检测及清洁消毒系统，集体积轻小、多功能精准定位检测、清洁消毒管道内壁等多功能于一体，填补了传统检测装置功能单一，不能实时直观展示管道内部环境和无清洁功能的空缺，保证了检测过程安全、快速、准确有效地进行，为管道修复和维护提供了更清晰直观的依据，为管道运输安全稳定。

管道内缺陷检测及清洁消毒系统，主要用于检测各类管道因受到环境的影响导致管道内壁产生的裂痕，以及对管道进行清洁消毒，目前主要运用于检测天然气石油管道。

项目用于内容：检测直径在50cm 的各类管道内壁裂痕，以及对管道进行清洁消毒，目前主要运用于检测天然气石油管道。

2.2 产品结构

（1）信息采集模块：包括MQ-5 天然气浓度检测模块、超声波传感器、GPS 定位模块、OpenMV 裂缝检测模块。用于采集管道内部的环境信息和小车的位置信息，并将采集的数值传输至服务器模块。（2）清洁、消毒：车内装有酸溶液、消毒液的储液瓶，车顶部装有泵体，两边装有毛刷。第一传动装置带动使用齿轮传动的车体在管道内前进，第二传动装置则带动毛刷，结合酸溶液、消毒液喷射对管壁进行清理、消毒。（3）数据通信模块：是为了将信息以利于传输和接收的形式发送，给其他模块传递信息。（4）客户端模块：包括数据显示终端与手机终端，数据显示终端是利用显示信息采集模块所采集的数据，通过手机终端再控制小车在管道内部前进、清洁、消毒和不定时的显示管道内部情况。

2.3 产品功能

管道内裂痕检测及清洁消毒系统功能：（1）检测天然气浓度。（2）GPS 定位。（3）超声波裂痕检测。（4）管道清洁、消毒。（5）OpenMV 裂缝检测。

功能介绍：MQ-5 天然气体浓度传感器：主要用来检测天然气的浓度，可检测天然气浓度，根据天然气浓度的变化来判断管道是否发生裂缝。

GPS 定位：全球定位系统Global Positioning System 的缩写版。GPS 是一种在卫星定位系统的基础上，一般用于地理位置信息的获取以及通用协调时间,因此可用于探测本装置在管道内的位置。

超声波传感器：超声可以透过金属深处并反射，当检测到缺陷时，探伤仪可将反射波显示出来，然后在荧光屏形成脉冲波形。也可以利用波形判断缺陷位置和大小。之后的超声探伤可以准确检测管道内壁的细微裂纹。

清洁、消毒：车内装有酸溶液、消毒液的储液瓶，车顶部装有泵体，两边装有毛刷。第一传动装置带动使用齿轮传动的车体在管道内前进，第二传动装置则带动毛刷，结合酸溶液、消毒液喷射对管壁进行清理、消毒。

OpenMV 裂缝检测：这是一个开源，成本费用低，功能很强大的机器视觉模块。包括寻找色块，眼球的追踪，边缘检测，标志跟踪等，因此可通过摄像头的拍摄，对管道内壁的锈蚀和裂缝进行捕捉。

3 项目技术分析

3.1 项目技术目标

（1）对各种管道进行裂痕检测、清洁、消毒。（2）解决城市生活管道泄漏、细菌、病毒传播问题。（3）解决农业输水管因管道发生裂痕导致水资源的浪费问题。（4）解决天然气管道，因天然气泄漏导致资源浪费、爆炸等问题。（5）解决工业管道因管道发生裂痕导致资源浪费、污染环境、爆炸等问题。

3.2 项目技术内容

超声波检测技术：采用超声波探伤原理实现对裂痕的检测。

小车、裂痕定位技术：采用GPS 定位实现对小车、裂痕定位。

裂痕捕捉技术：采用OpenMV 实现对裂缝进行捕捉拍摄。

管道清洁、消毒技术：通过电机带动水泵实现对管道进行清洁消毒。

天然气浓度检测裂痕技术：采用MQ-5 传感器对浓度进行检测，通过浓度的变化来检测裂痕。

3.3 项目总体构想

（1）使用着使用内容：使用者可以通过手机控制小车，小车实现在管道穿梭、对管道进裂痕检测、清洁、消毒，小车通过手机显示管道内实时情况，对管道进行勘察以及报警消毒。（2）裂痕检测报警：管道内裂痕检测及清洁消毒系统通过，天然气浓变化、超声波检测异常、拍摄捕捉到异常，向手机发出裂痕检测报警。

3.4 项目技术优势

（1）与国内外技术对比。通过收集大量国内外现有的管道机器人，发现目前我国的管道机器人功能单一、设备笨重、操作负责等问题，管道机器人还有很大的提升空间。在调查的过程中不难发现，国内外现有的管道机器人存在以下几点问题：①功能单一。目前市场上的管道机器人功能较为单一，没有能实现把对管道的勘察、裂痕检测、清洁、消毒集为一体。②管道裂痕检测精确度低。在对管道进行裂痕检测时，多数采用超声波、霍尔传感器、视频拍摄捕捉，来进行单一检测，精确度低。③设备庞大。有的管道机器人，操作设备复杂、管道机器人笨重庞大，无法对小型管道进行勘察和检测。④采用轮系作为机器人爬行。大多数管道机器人采用轮系作在管道进行作业，无法对各种复杂的管道进行很好的爬行。⑤操作设备复杂。大多数使用者对管道机器人进行作业时，操作设备往往是一台电脑或者专门自制的设备，无法实现大众控制操作。（2）技术优势。①体积小。以履带式小车为载体，体积小，可以在各种环境的管道穿梭。②功能齐全。集成管道裂痕检测、清洁、消毒。③精度高。结合超声波、视频捕捉、浓度变化三种来进行高精度检测裂痕。④操作简单。通过手机实现对小车控制，信息的采集，实时勘察检测。