2010年第12期
仅表技术与传感威器 InstrumentTechniqueandSensor
基于LVDS的石油管道检测系统
装朝，李华，胡爱民
（1.北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;2.北京自动测试技术研究所，北京100088）
2010 No. 12
摘要：石油管道检测系统在运行中需要对大量传感器进行数据采集和实时传输，传统总线接口速度往往不能满足要求。提出了一种利用低压差分信号技术LVDS传输传感器输出信号和采用FPGA作为高速数据缓存的方法，使数据传输速率可达几十Mbit/s.LVDS信号低摆幅和低电流驱动输出的特性也使系统具有低功耗和低误码率，从而保证了检测结果的精确性和有效性。
关键词：LVDS；石油管道检测;FPGA；高途数据传输
中图分类号：TP274
文献标识码：A
文章编号：10021841(2010)12004403
DesignandImplementationofOilPipelineDetectingSystemBasedonLVDS
PEI Zhao' ,LI Hua' , HU Ai-min"
(1. School of Physics and Nuclear Energy Engineering , Beihang University,Beijing 100191,China :
2. Beijing Institute of Auto-Testing Technology, Beijing 100088, China)
Abstract : Because oil pipeline detecting system needs to collect and transmit a large number of sensors'data in real-time, the traditional bus interface's speed does not meet the requirements, This paper, by used low voltage differential signaling ( LVDS) technology to transmit sensors'signals and used FPFA as high speed buffer, data transferring speed was improved to some tens of Mbps. With the features of small oscillation range and undercurrent driver output, LVDS helps to reduce power consumption and BER, which guarantees the accuracy and efficiency of the detecting results.
Key words:LVDS; oil pipeline detecting system; FPGA; high-speed data transmission
0引言
石油输送管道在使用过程中，管壁由于长时间受到腐蚀性原油的冲剧，会逐渐变薄并产生各种类型的缺陷，主要有管壁腐蚀、裂纹及孔洞等。缺陷对石油管道有极大的危害，严重时会引发管道破裂或石油泄滞事故，造成巨大的经济损失。因此，有必要研究石油管道检测装置，定期获得管壁的损伤状态，从而能够及时采取有效措施预防石油泄漏事故的发生。
石油管道中传感器的数量和对传感器输出信号的采样速度和传输速度直接影响到检测结果的精确性和有效性。目前石油管道中的微型检测传感器往往超过上百路，而机械装置在管道中的运行速度极快，因此大量的数据包需要在短时间内完成采集和传输，普通的数据总线速度往往不能达到要求。文中采用低压差分信号技术LVDS传输传感器的输出信号，速率可达几十Mbit/s，其低摆幅和低电流驱动输出的特性也使其具有低功耗和低误码率，从而保证了检测结果的精确性和有效性。基本原理与系统构成
石油管道检测设备的前端需要由上百个磁传感器探头来完成漏磁检测。若管道是完好的，铁磁性管道的磁力线会均匀分布在管联内；若管体存在缺陷，磁力线会在缺陷处发生酬变，部分磁力线泄漏出管道表面，形成漏磁场。磁场被覆盖在管道表面的磁传感器拾取转化为电信号，形成漏磁信号。从传感器输出的漏磁信号经过放大和滤波处理后，通过A/D采样转化
收稿日期：2010=04=19
收修改稿日期：2010-08-21
为数字信号，再由计算机进一步处理，最终实现缺陷信号的图形显示和对缺陷类型的判别。
石油管道检测系统主要由磁传感器、采样输出电路、LVDS 数据传输电路、数据集中器等部分组成，其系统总体结构如图1 所示。石油管道检测系统主要完成的功能包括：
(1)磁传感器探头的数据处理。对192个磁传感器进行数据采集和打包。
(2)数据传输。将大量的探头采样数据通过LVDS技术传输到信号集中器。
(3)数据存盘。在运行状态下，信号集中器实时将管道检测结果以约定格式文档的形式存储在非易失性存储器中，方便以后随时查询和打印。
设计方案 2
2.1传感器采样输出电路的设计
传感器采样输出电路的主体结构包括：12路霍尔传感器 HAL815：采样率1MSPS的12位A/D转换器AD7265；小型高速单片机XC886。
HAL815是霍尔类型的磁传感器，对漏磁进行检测输出，输出电压范国是0~5V.传感器输出的模拟信号经AD7265转化为数字信号。AD7265是12位双核高速逐次近式ADC，可实现两个通道的同时采样和转换，每个通道的采样时间最高可达875 ns.在每个探头上，通过编程让AD7265的两个通道工作在6路单端输入模式，完成对12路磁传感器的模数转换过程。两个道的转换结果可通过独立的数据线同时输人单片机XC886。