本文依托天津大港油田工程建设有限责任公司科技部下发的《铺管船管道曲率应力姿态检测系统研制》项目要求,由我校开发一套用于在线监测铺管船进行铺管作业时海底管道的三维姿态信息的轴线轨迹检测装置。随着海上油田的陆续开发利用,海底输油管道铺设时的轴线轨迹自动检测工作越来越受到业内人士的广泛关注。然而,我国目前关于海底管道轴线轨迹自动检测的技术仍不成熟,为此我们设计研发了这套具有前瞻性的海底管道的轴线轨迹自动在线检测装置。轴线轨迹自动检测装置是一个跨学科多领域的课题,涉及到机械、电子等多个学科的内容。本课题是基于陀螺仪多维检测技术并与PIC单片机相结合的轴线轨迹检测装置,课题采用3轴陀螺仪采集管道的三维姿态信息,并以PIC单片机作为核心控制器,并结合倾角传感器对管道的轴线轨迹进行检测。我们采用Delphi7.0对轴线轨迹检测装置的监控界面进行开发设计,并结合SQL Server2000进行数据的存储和管理。在上位机系统中,对三维姿态传感器采集到的数据进行数据处理,采用卡尔曼滤波对采集到的数据进行误差校正,并采用四元数法对陀螺仪进行姿态解算,实现管道的轴线轨迹的在线显示。本文分析了当前国内外在管道铺设时对管道三维姿态信息监测技术的发展现状和应用情况,自主设计检测装置的机械结构与传动机构,实现了铺管工作时对管道信息的实时采集与在线显示。本文先对检测装置硬件的各模块电路进行设计,主要有串口通信模块,A/D转换模块及时钟模块。本课题中设计的三维姿态传感器对管道信息进行采集,分析倾角传感器和陀螺仪的误差并完成对其进行误差校正工作。开发上位监控系统对采集信息进行处理及显示,以便工人对管道铺设工作进行及时调整,防止管道变形与断裂。本装置在天津大港油田实验平台上对轴线轨迹检测装置进行现场试验,验证了海底输油管道轴线轨迹检测装置在工程中应用的可行性。