BR112017024913B1 - Sistema e método para medição remota em tempo real de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento, através de ondas sonoras - Google Patents

Sistema e método para medição remota em tempo real de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento, através de ondas sonoras Download PDF

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Abstract

SISTEMA E METÓDO PARA MEDIÇÃO REMOTA EM TEMPO REAL DE PARÂMETROS GEOMÉTRICOS DE UM DUTO NA ETAPA DE LANÇAMENTO ATRAVÉS DE ONDAS SONORAS. A presente invenção refere-se a um sistema (100) para medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, de parâmetros geométricos de um duto 2 na etapa de lançamento. O sistema (100) compreende uma unidade transceptora acústica que pode ser posicionada no duto (2), e uma unidade de controle. A unidade transceptora acústica 1 compreende uma unidade de transmissão acústica (4) configurada para emitir um sinal acústico de entrada (sa1) no duto (2), com base em um sinal piloto elétrico (sp); e compreende ainda uma unidade de recepção acústica (5), distinta da unidade de transmissão acústica (4), configurada para detectar o sinal acústico de entrada (sa1) e gerar um primeiro sinal de medição elétrica (se1), dependente do sinal acústico de entrada (sa1). A unidade de recepção acústica (5) é ainda configurada para receber um sinal de retorno de entrada (sa2), gerado no duto (2) e dependente do sinal acústico de entrada (sa1) e nos parâmetros geométricos do tubo (2) e gerar um segundo sinal de medição elétrica (se2) com base no sinal acústico de retorno (sa2). A unidade de controle (3) está configurada para gerar o sinal piloto elétrico (sp) e está operativamente conectada à unidade transceptora acústica (1) para prover o sinal piloto elétrico sp e para receber o primeiro sinal de medição elétrica (se1) e o segundo sinal de medição elétrica (se2). Além disso, a unidade de controle (3) é configurada para medir os parâmetros geométricos do duto (2) com base nos primeiro e segundo sinais de medição elétrica (se1, se2). Um método de medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, de parâmetros geométricos de um duto (2) na etapa de lançamento, é descrito adicionalmente, que pode ser realizado pelo sistema (100) acima mencionado.

Description

Campo de aplicação.
[0001] A presente invenção refere-se a um sistema e método correspondente para medição remota em tempo real de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento, através de ondas sonoras.
Estado da técnica.
[0002] Durante a etapa de lançamento dos dutos para canais subaquáticos, por meio de um navio de colocação de duto 200 (como mostrado de modo diagramático na figura 7), a integridade do próprio duto 2 deve ser assegurada a partir do manuseio no navio 200 até o arranjo final no fundo do mar.
[0003] No entanto, vários fatores, incluindo as operações de soldagem no navio 200, a passagem nas instalações de trânsito de suporte dos dutos a bordo do navio 200, a curvatura do duto na etapa de lançamento, o contato com o fundo do mar, e assim por diante, podem causar deformações locais dos dutos 2, que podem resultar em maiores danos, por exemplo, abas locais ou deformações, com possíveis consequências críticas durante e após as etapas de instalação.
[0004] Por esse motivo, monitorar os parâmetros geométricos de um duto, por meio de medição em tempo real, na etapa de lançamento é um aspecto muito importante para o diagnóstico oportuno de quaisquer anomalias.
[0005] A detecção de tais anomalias pode ativar a implementação de ações corretivas durante a própria campanha de colocação com vantagens aparentes.
[0006] A detecção ou falha não confiável para detectar tais anomalias pode provocar incidentes dispendiosos durante a colocação e quando a linha está em serviço, tal como, por exemplo, a interrupção do fornecimento de hidrocarbonetos ou a deterioração ambiental.
[0007] Atualmente, um instrumento de medição que normalmente é usado para identificar a presença de defeitos, tais como dentes ou deformações, molas ou deformações excessivas, relacionados ao lançamento de um duto, é o chamado "detector de deformação" BK, ou seja, um instrumento mecânico que consiste em um calibre circular montado em um carro conectado ao navio por meio de um cabo de metal 201 e de uma célula de carga adaptada para monitorar a tensão do cabo de metal.
[0008] O carro é mantido em uma posição de extensão apropriada de modo a monitorar as zonas críticas sujeitas à maior tensão, o que mostra as maiores anomalias ou deformações de geometria.
[0009] O carro se move em relação ao duto no seu lançamento e provê um alarme sobre a presença de deformações que podem obstruir a viagem para a frente e que são detectadas como a tensão aumentada do cabo de metal.
[0010] Em tais soluções conhecidas, a escolha do tamanho do medidor é indicada nos padrões, em função do diâmetro interno do duto a ser monitorado, ou nas especificações do projeto. Alguns defeitos de produção típicos do duto, como a ovalização, desalinhamento ou a variabilidade do diâmetro interno, são fatores que influenciam a confiabilidade de monitoramento.
[0011] O uso de um instrumento mecânico, como o "detector de deformação" BK, é invasivo e implica dificuldades operacionais, riscos e outras desvantagens.
[0012] Em primeiro lugar, tal instrumento mecânico é muito pesado, dada a presença do cabo de metal, do carro e da célula de carga; além disso, ele deve estar sempre presente no duto e constantemente monitorado e gerenciado durante as operações de colocação.
[0013] Além disso, o cabo de metal para a conexão contínua entre o navio 200 e o "detector de deformação" BK pode alcançar um comprimento de até centenas de metros com a possibilidade de quebra devido ao deslizamento dentro do duto.
[0014] Isso influencia a precisão e a confiabilidade da medição.
[0015] Além disso, as operações de lançamento, recuperação e manutenção do "detector de deformações" BK (a última operação sendo necessária devido ao desgaste mecânico causado pela operação contínua) são muito demoradas.
[0016] Além disso, do ponto de vista operacional, o "detector de deformação" BK pode detectar uma única anomalia em um único ponto com um baixo nível de precisão e capacidade de repetição da medição, com os riscos de alarmes faltados ou falsos.
[0017] Novamente, o uso de um "detector de deformação" BK pode ser arriscado porque o seguinte pode ocorrer durante a operação de colocação de um duto: quebra do cabo de metal; bloqueio do "detector de deformação" BK durante o movimento; um ou mais danos ao revestimento interno do duto principalmente causados pela passagem do cabo de metal. À luz dessas desvantagens, os desenvolvimentos técnicos tendem a preferir, sempre que possível, a comutação de uma abordagem invasiva (com o uso de "detector de deformações" BK) para uma abordagem não invasiva.
[0018] Nesse sentido, alguns sistemas são conhecidos em nível experimental que detectam anomalias em um duto por meio da transmissão não intrusiva de ondas eletromagnéticas de radiofrequência (RF) no próprio duto (que funciona como um guia de ondas eletromagnéticas).
[0019] As ondas eletromagnéticas de radiofrequência (RF) são transmitidas por uma fonte de lançamento em uma extremidade aberta do duto e as ondas eletromagnéticas de radiofrequência (RF) refletidas pelas paredes internas dos dutos são adquiridas por uma unidade de processamento. Ao implementar algoritmos de processamento do sinal, a unidade de processamento estima a presença de anomalias no duto com base na comparação da energia do sinal emitido e da energia do sinal refletido.
[0020] Essa solução é usada para obter medições com níveis aceitáveis de precisão, mas tem uma faixa de aplicabilidade limitada em termos de distância (por causa da atenuação a que as ondas eletromagnéticas são submetidas), ou seja, tem limites no comprimento do alongamento do duto que pode ser monitorado. Esses limites podem ser muito penalizados em algumas situações.
[0021] Além disso, em algumas situações em que as ondas eletromagnéticas estão no campo de micro-ondas, as ondas refletidas podem ser recebidas derivadas de uma pluralidade de defeitos de tamanho muito pequeno, que são insignificantes para fins de monitoramento, mas que geram um resultado cumulativo não negligenciável na onda total refletida e pode até causar uma espécie de "autointerferência" do receptor eletromagnético.
[0022] A necessidade é, portanto, sentida para prover sistemas de monitoramento e medição não-invasivos capazes de garantir uma precisão adequada na detecção de defeitos e anomalias (evitando os fenômenos de autointerferência acima mencionados ao mesmo tempo) em longas distâncias (capaz de monitorar longos trechos de duto), e também capaz de determinar a posição, a forma e os parâmetros geométricos de cada defeito detectado com grande precisão.
[0023] Em particular, é sentida a necessidade de identificar defeitos e anomalias relacionadas a algumas zonas relevantes do duto, por exemplo, com referência a i) zona de contato do duto com o fundo do mar (TDP - Touch Down Point- (ponto de contato)); ii) zonas da extensão do duto com maior curvatura; iii) zona de saída do duto do navio, isto é, da estrutura de suporte dedicada ("stinger" “esporão”)); iv) zonas de contato entre o duto e os suportes (por exemplo, leitos de rolos) dispostos no navio ou ao longo do "esporão". As zonas relevantes podem estar a distâncias na ordem de centenas de metros a quilômetros da cabeça do duto.
[0024] Exemplos de soluções conhecidas no estado da técnica se encontram descritos nos documentos US 4092868, US 2013/286778, US 5995447 e US 6751560.
[0025] Além disso, no campo de referência técnica, a necessidade é fortemente sentida para detectar até obstáculos macroscópicos possivelmente presentes no duto e / ou frentes de onda progressivas que podem ser executadas dos dutos, de modo a intervir mais prontamente do que atualmente possível.
Sumário da Invenção
[0026] O objetivo da presente invenção é prover um sistema de medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, isto é, por meio de ondas de pressão que se propagam no fluido dentro do duto, de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento que permite superar pelo menos parcialmente, as desvantagens descritas acima com referência à técnica anterior, e para atender às necessidades acima mencionadas particularmente sentidas no campo técnico considerado.
[0027] É um outro objetivo da presente invenção um método de medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, isto é, através de ondas de pressão que se propagam no fluido dentro do duto, de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento, cujo método pode ser realizado pelo sistema acima mencionado.
[0028] Tal objetivo é alcançado por um sistema como definido na reivindicação 1.
[0029] Outras modalidades de tal sistema são definidas nas reivindicações 2 a 22.
[0030] Um método de acordo com a invenção é definido na reivindicação 23.
[0031] Outras modalidades de tal método são definidas nas reivindicações 24 a 32.
Breve descrição dos Desenhos.
[0032] Outras características e vantagens do sistema e o método correspondente para a medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, ou seja, por meio de ondas de pressão que se propagam no fluido dentro do duto, de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento de acordo com a presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição das modalidades preferidas ilustradas a título de exemplo não limitativo com referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 mostra um gráfico de blocos funcionais do sistema de acordo com uma modalidade da invenção; - a figura 2 mostra um gráfico de blocos funcionais de uma outra modalidade do sistema; - a figura 3 mostra alguns modos de propagação acústica possíveis em um tubo cilíndrico; - as figuras 4A e 4B mostram uma conformação mecânica / estrutural de uma outra modalidade do sistema; - a figura 5 mostra esquematicamente uma parte do sistema e uma seção transversal de um duto cujos defeitos podem ser detectados pelo próprio sistema; - a figura 6 mostra um diagrama simplificado de um modelo de propagação e reflexão acústica utilizado em uma modalidade do método de acordo com a invenção; - a figura 7 mostra esquematicamente uma técnica de medição pertencente à técnica anterior, no contexto do lançamento de um duto no fundo do mar, usando um navio; e - as figuras 8a a 8e mostram de modo diagramático exemplos de arranjos de elementos de transmissão acústica e elementos de recepção acústica providos em várias modalidades do sistema.
Descrição detalhada
[0033] Um sistema de medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento a seguir, simplesmente denominado sistema, indicado como um todo pelo número de referência 100, será descrito abaixo com referência à figura 1. Além disso, exemplos detalhados dos parâmetros geométricos acima mencionados serão descritos abaixo.
[0034] Para os propósitos da presente descrição, vale a pena notar que as ondas acústicas significam ondas de pressão que se propagam no fluido dentro do duto, por exemplo, com uma frequência mínima de alguns Hz e uma frequência máxima dependendo, por exemplo, do diâmetro do duto. Por exemplo, para um diâmetro de 4" (polegadas), ou seja, cerca de 10 cm, a frequência de propagação máxima de uma onda acústica no fluido do duto é de cerca de 1.500 Hz, enquanto que para um diâmetro de 60" (polegadas), ou seja, em torno de 150 cm, a frequência de propagação máxima de uma onda acústica no fluido do duto é de cerca de 100 Hz.
[0035] O sistema 100 compreende uma unidade transceptora acústica 1, que pode ser posicionada em um duto 2 (uma parte da qual é mostrada de modo diagramático na figura 1) e uma unidade de controle 3.
[0036] A unidade transceptora acústica 1 compreende uma unidade de transmissão acústica 4, configurada para emitir um sinal acústico de entrada sa1 para o duto 2, com base em um sinal piloto elétrico sp.
[0037] A unidade transceptora acústica 1 compreende ainda uma unidade de recepção acústica 5, distinta da unidade de transmissão acústica 4, configurada para detectar o sinal acústico de entrada sa1 e para gerar um primeiro sinal de medição elétrica se1, dependente do sinal acústico de entrada sa1.
[0038] A unidade de recepção acústica 5 é ainda configurada para receber um sinal de retorno de entrada sa2, gerado no duto 2 e dependente do sinal acústico de entrada sa1 e nos parâmetros geométricos do duto, e para gerar um segundo sinal de medição elétrica se2 com base no sinal acústico de retorno sa2.
[0039] A unidade de controle 3 está configurada para gerar o sinal piloto elétrico sp e está operativamente conectada à unidade transceptora acústica 1 para prover o sinal piloto elétrico sp e para receber o primeiro sinal de medição elétrica se1 e o segundo sinal de medição elétrica se2.
[0040] Além disso, a unidade de controle 3 está configurada para medir os parâmetros geométricos do duto 2 com base no primeiro sinal de medição elétrica se1 e no segundo sinal de medição elétrica se2.
[0041] Vale ressaltar que, no sistema descrito acima 100, a unidade de transmissão acústica 4 e a unidade de recepção acústica 5 podem funcionar de forma independente.
[0042] Além disso, a unidade de controle 3 pode medir os parâmetros geométricos do duto 2, levando em consideração o sinal acústico de retorno sa2 (por exemplo, gerado por reflexões / ecos no duto 2), bem como o sinal acústico de entrada sa1 atual, que é medido com precisão pela própria unidade de recepção acústica 5 em vez de ser aproximadamente estimada.
[0043] Por outras palavras, a unidade de recepção acústica 5 mede tanto o sinal de entrada acústico sa1 emitido pela unidade de transmissão acústica 4 como o sinal acústico de retorno sa2.
[0044] O Requerente descobriu que, por meio de experiências, o conhecimento exato do sinal de entrada acústico sa1 é um fator muito importante durante a etapa de processamento dos ecos, a fim de obter uma estimativa quantitativa precisa dos defeitos.
[0045] Vale ressaltar que, em vários exemplos de aplicação, os parâmetros geométricos do duto 2 que podem ser medidos pelo sistema 100 incluem a seção e / ou a forma do duto 2 (ao longo do desenvolvimento longitudinal do comprimento do duto 2), por exemplo, o diâmetro do duto que pode ser de cerca de 4" (cerca de 10 cm) a cerca de 60" (cerca de 150 cm), e / ou defeitos ou anomalias (por exemplo, dentes ou deformações) presentes ao longo do duto 2, em qualquer posição.
[0046] No caso de defeitos ou anomalias, os parâmetros geométricos que podem ser medidos com o presente sistema 100 compreendem a posição, a forma e o tamanho de cada defeito ou anomalia detectada.
[0047] No que diz respeito ao posicionamento da unidade transceptora acústica 1, vale ressaltar que ela possa ser inserida em qualquer ponto dentro do duto 2, mas de preferência no primeiro trecho do duto 2, ainda disposto no navio de colocação de duto 200, e mais preferencialmente na cabeça do próprio duto 2, onde a cabeça do duto 2 significa a terminação do duto 2 no lado do navio de colocação de duto 200.
[0048] De acordo com uma modalidade particular do sistema, mostrada na figura 2, a unidade de transmissão acústica 4 compreende pelo menos dois elementos de transmissão acústica 6, 6' configurados para emitir um sinal acústico de entrada sa1 compreendendo pelo menos um modo de propagação acústica.
[0049] Em tal caso, a unidade de controle 3 é configurada para gerar um sinal piloto elétrico sp que compreende um ou mais sinais piloto elétricos sp', sp" adaptados para controlar cada um dos pelo menos dois elementos de transmissão acústica 6, 6'.
[0050] Por outro lado, a unidade de recepção acústica 5 compreende pelo menos dois elementos de recepção acústica 7, 7' configurados para receber um sinal acústico sa2 compreendendo o referido modo de propagação acústica acima mencionado.
[0051] De acordo com uma modalidade opcional, os elementos de transmissão acústica 6, 6' acima mencionados estão configurados para emitir um sinal acústico de entrada sal que compreende o modo fundamental de propagação acústica e pelo menos um outro modo de propagação acústica.
[0052] Além disso, em tal caso, os elementos de recepção acústica 7, 7' acima mencionados estão configurados para receber um sinal acústico sa2 compreendendo pelo menos o modo fundamental de propagação acústica e pelo menos um outro modo de propagação acústica.
[0053] Vantajosamente, em tal opção de implementação, uma multiplicidade de modos de propagação pode ser gerada, registrada e identificada (por exemplo, tais como os mostrados na figura 3), cada um dos quais pode ser sensível a vários parâmetros geométricos dos possíveis defeitos do duto 2 (por exemplo, dentes), permitindo assim uma maior robustez e uma maior precisão na identificação e reconstrução do tipo de anomalia.
[0054] Por exemplo, o modo acústico fundamental (0,0) é simétrico para o eixo do duto 2 e é sensível às mudanças de seção, enquanto o modo (1,0) é antissimétrico e, portanto, capaz de localizar a posição de um possível dentada ao longo da circunferência do duto 2; e assim por diante.
[0055] De acordo com uma outra modalidade opcional, o referido pelo menos dois elementos de transmissão acústica 6, 6' estão configurados para emitir um primeiro sinal acústico transmitido sal' e um segundo sinal acústico transmitido sal", que se combinam de forma acústica para formar o sinal acústico de entrada sal.
[0056] De acordo com uma modalidade variante, os dois elementos de transmissão acústica 6, 6' podem ser controlados independentemente uns dos outros, de modo que o primeiro sinal acústico transmitido sal' e o segundo sinal acústico transmitido sal" sejam diferentes uns dos outros, para determinar uma pluralidade de possíveis sinais acústicos de entrada.
[0057] Por conseguinte, existem vários graus de liberdade para gerar os sinais de entrada acústica em forma e / ou modulado nas formas mais diversas, e adaptados para os fins pretendidos.
[0058] Por exemplo, podem ser geradas batidas que modulam o sinal acústico de entrada sal.
[0059] De acordo com uma modalidade do sistema, mostrada na figura 2, cada uma das unidades de transmissão acústica 4 mencionadas acima ou elemento de transmissão acústica 6, 6' e cada uma das unidades de recepção acústicas 5 ou elemento de recepção acústica 7, 7' acima referido, compreende um transdutor eletroacústico, de tipo conhecido per se.
[0060] Além disso, a unidade de controle 3 compreende uma unidade de aquisição 8 do primeiro sinal de medição elétrica sel e do segundo sinal de medição elétrica se2, uma unidade de geração de sinal piloto elétrico 9 e um processador 10.
[0061] O processador 10 está configurado para executar um processamento destinado a medir os parâmetros geométricos do duto 2, com base no primeiro sinal de medição elétrica sel e no segundo sinal de medição elétrica se2, e também para controlar a unidade geradora de sinal piloto elétrico 9.
[0062] A unidade de geração de sinal piloto elétrico 9, em uma modalidade típica, compreende um gerador de sinal elétrico 11, um modulador (implicitamente incluído no bloco 11) e um amplificador 12.
[0063] Como também será descrito abaixo, o gerador de sinal elétrico 11 pode ser configurado para gerar uma grande variedade de diferentes sinais e formas de onda: por exemplo, formas de onda com "chilro" (em particular, chilro não linear), ou ondas de Ricker, ou ondas de Ormsby, ou ondas de Klauder, e assim por diante.
[0064] De acordo com uma modalidade do sistema 100, a unidade de transmissão acústica 4 compreende uma matriz de alto-falantes, dispostos em posições predeterminadas como os elementos de transmissão acústica 6, 6'; a unidade de recepção acústica 5 compreende uma matriz de microfones, dispostos em posições predeterminadas como elementos de recepção acústica 7, 7'.
[0065] De acordo com diferentes variantes da modalidade, o número, o arranjo geométrico, a posição, as distâncias recíprocas dos elementos de transmissão acústica e dos elementos de recepção acústica podem ser os mais diferentes, de acordo com os requisitos de transmissão e de recepção acústica desejados específicos e os requisitos relativos os modos de propagação a serem reproduzidos (por exemplo, daqueles mostrados na figura 3).
[0066] Diferentes exemplos de arranjo de elementos de transmissão acústica 6, 6' e de elementos de recepção acústica 7, 7', providos em diferentes opções de modalidades do sistema, são mostrados nas figuras 8a a 8e.
[0067] Conforme demonstrado anteriormente, os graus de liberdade oferecidos pela presença de múltiplos receptores e emissores acústicos determinam vantajosamente a possibilidade de gerenciar sinais acústicos que compreendem uma multiplicidade de modos de propagação de acordo com o desejado para otimizar a precisão e eficácia da medição do parâmetro geométrico do duto.
[0068] Além disso, a matriz de elementos de transmissão permite uma gestão mais eficaz das potências emitidas e também a possibilidade de gerar formas de onda complexas através da emissão de sinais diferentes de cada elemento de transmissão (por exemplo, para gerar batidas).
[0069] De acordo com uma modalidade do sistema (que também pode ser provida de forma autônoma em relação às outras modalidades descritas nesta descrição), a unidade de controle 3 é configurada para executar as seguintes operações: definir uma forma de onda de análise e gerar o sinal piloto elétrico sp, então que o sinal acústico de entrada sal seja modulado por meio da forma de onda de análise definida; definindo ainda um modelo de propagação esperado; assim, estimando um sinal acústico de retorno ideal, com base na forma de onda de análise e no modelo de propagação esperado; em seguida, realizando uma comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno detectado sa2 com base no segundo sinal de medição elétrica se2, dentro de uma janela de tempo correspondente; finalmente, obtendo os parâmetros geométricos do duto 2, com base na comparação acima mencionada.
[0070] Os parâmetros geométricos assim obtidos são representativos de uma forma atualmente detectada do duto 2 e de anomalias e / ou defeitos encontrados.
[0071] Vale ressaltar que a unidade de controle 3 está configurada para estimar o sinal de retorno ideal e para detectar o sinal acústico de retorno sa2 com base nos primeiros e segundos sinais de medição elétrica sei, se2 acima mencionados.
[0072] De acordo com uma opção de implementação, a unidade de controle 3 é configurada para definir a forma de onda de análise com base em uma faixa de distâncias desejada para detectar defeitos e / ou com base em um tipo de defeitos a serem detectados e / ou com base em um defeito esperado.
[0073] De acordo com outra modalidade opcional, o sistema compreende ainda meios para detectar ruído de fundo; em tal caso, a unidade de controle 3 é configurada para definir a forma de onda de análise levando em consideração o ruído de fundo detectado. Esse ruído de fundo pode ser um ruído ambiente presente no duto ou um ruído de ambiente externo (por exemplo, proveniente de maquinaria externa) que entra no duto 2. A este respeito, são providas várias variantes. Para o ruído de ambiente interno, o próprio sistema 100 pode ser ativado antecipadamente em relação à emissão do sinal acústico de entrada sai, de modo a registrar inicial mente o ruído de fundo; supondo que esse ruído seja estacionário, a emissão de som é moldada em frequência para assegurar uma relação de sinal de ruído apropriada em toda a banda em questão.
[0074] Para o ruído de ambiente externo, os meios para detectar os ruídos de fundo são o sensor de som do tipo conhecido, dispostos fora do duto 2 (possivelmente perto de fontes de ruído ambiente) e configurados para registrar esse ruído externo durante toda a etapa operacional. Durante a etapa de processamento de dados, são utilizadas técnicas adaptativas de redução de ruído, que minimizam a correlação entre a medição externa e aquela dentro do duto.
[0075] De acordo com diferentes variantes de modalidades, a unidade de controle 3 é configurada para gerar a forma de onda de análise como uma forma de onda sinusoidal modulada em frequência por meio de "chilro" e / ou modulada em amplitude; ou, em outras variantes, como uma onda do tipo Ricker ou uma onda do tipo Klauder ou uma onda do tipo Ormsby.
[0076] De acordo com uma modalidade opcional, a unidade de controle está configurada para definir o modelo de propagação esperado com base em parâmetros geométricos de um modelo geométrico do duto na ausência de anomalias de colocação.
[0077] De acordo com uma outra modalidade opcional, a unidade de controle 3 é configurada para definir o modelo de propagação esperado, também levando em consideração os parâmetros termodinâmicos do fluido (por exemplo, ar) contidos no duto, conforme será descrito abaixo.
[0078] De acordo com uma modalidade, a unidade de controle 3 está configurada para realizar a referida comparação por meio de uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo, e o sinal acústico de retorno sa2 detectado, dentro de uma janela de tempo correspondente.
[0079] De acordo com uma modalidade opcional, a unidade de controle 3, para obter os parâmetros geométricos do duto 2, é configurada para realizar as seguintes operações: determinar uma função de reflexão espacial do duto, representativa das reduções de diâmetro do duto como uma função da distância com base na comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado e o sinal acústico de retorno detectado sa2; então, identificando a presença e a posição espacial dos defeitos (por exemplo 20 na figura 5) com base na função de reflexão espacial acima mencionada; então, definindo um modelo geométrico atual estimado do duto, possuindo um defeito estimado na posição de defeito identificada; além disso, calculando um sinal acústico de retorno esperado, com base no modelo geométrico atual estimado do duto; em seguida, modificando os parâmetros geométricos do modelo geométrico atual estimado do duto 2, com base em uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno esperado e o sinal acústico de retorno detectado sa2, dentro de uma janela de tempo correspondente à posição em torno do defeito identificado; finalmente, repetindo o processo de modificação acima mencionado até que haja uma convergência dos parâmetros geométricos acima mencionados, para obter um modelo geométrico atual do duto 2 representativo da forma detectada do duto 2 e das anomalias encontradas.
[0080] Mais detalhes sobre a funcionalidade de processamento da unidade de controle 3 serão descritos a seguir, descrevendo um método de acordo com a invenção.
[0081] De acordo com uma modalidade, o sistema 100 compreende ainda meios para detectar a pressão ambiente configurada para fornecer a unidade de controle 3 com informação representativa da pressão ambiente detectada.
[0082] De acordo com uma outra modalidade opcional, a unidade de controle 3 está configurada para armazenar informação de temperatura e / ou perfis de temperatura presentes ou esperados ao longo do duto 2.
[0083] A unidade de controle 3 é configurada para definir o modelo de propagação esperado e / ou estimar o sinal acústico de retorno ideal levando em consideração a referida informação de pressão ambiente e / ou de temperatura.
[0084] Nesses casos, a informação que se refere às variações de pressão e temperatura ao longo do duto 2 estão incluídas na propagação e as simulações de estimativa de sinal acústico de retorno. Uma vez que tais variações de pressão e temperatura influenciam a velocidade de propagação da onda e a atenuação da onda, a possibilidade de levá-las em consideração permite atingir uma maior precisão no posicionamento e quantificação dos defeitos, respectivamente.
[0085] De acordo com uma modalidade opcional, a unidade de controle 3 é configurada para armazenar uma pluralidade de medidas de parâmetros geométricos e para estimar uma evolução espaço-temporal de uma ou mais seções do duto 2 com base na referida pluralidade de medições.
[0086] De acordo com outra opção de implementação, o sistema 100 compreende ainda meios para estimar a forma do duto 2 na etapa de lançamento configurada para medir as seções transversais de partes do duto na etapa de lançamento enquanto ainda está a bordo dos meios de lançamento e prover informações representativas da forma do duto 2, na etapa de lançamento e antes da colocação, para a unidade de controle 3, com base nas seções transversais progressivamente medidas.
[0087] Nesse caso, a unidade de controle 3 está configurada para medir os parâmetros geométricos do duto, levando também em consideração as informações acima mencionadas, representativas da forma do duto 2 na etapa de lançamento e ainda a bordo de uma embarcação naval de colocação de duto 200.
[0088] De acordo com uma modalidade do sistema (mostrada nas figuras 4A e 4B), a unidade transceptora acústica 1 pode ser mecanicamente integrada em um único módulo 30 a ser aplicado ao grampo interno adaptado para gerir o acoplamento e a soldagem de partes do duto 2 em a etapa de lançamento e geralmente conhecido como ILUC (Internal Line Up Clamp); a unidade de controle 3 pode ser integrada no mesmo módulo 30.
[0089] Em uma modalidade variante, a unidade de controle 3 pode ser disposta remotamente em relação à unidade transceptora acústica 1 e o sistema compreende ainda meios de comunicação eletrônica entre a unidade transceptora acústica 1 e a unidade de controle 3.
[0090] Daqui em diante um método será descrito para medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, ou seja, ondas de pressão que se propagam no fluido no duto (conforme definido anteriormente), de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento. Tal método pode ser executado por meio de um sistema 100 tal como o descrito anteriormente.
[0091] O método compreende as etapas de emitir, no duto 2, um sinal acústico de entrada sa1, com base em um sinal piloto elétrico sp, por meio de uma unidade de transmissão acústica 4; em seguida, detectar o sinal acústico de entrada acima mencionado, por meio de uma unidade de recepção acústica 5, distinta da unidade de transmissão acústica 4, e gerar um primeiro sinal de medição elétrica se1, dependente do sinal acústico de entrada sa1. O método provê ainda receber, por meio da unidade de recepção acústica 5, um sinal acústico de retorno sa2, gerado no duto 2 e dependente do sinal acústico de entrada sa1 e dos parâmetros geométricos do duto 2, e gerar um segundo sinal de medição elétrica se2 com base no sinal acústico de retorno sa2; finalmente, a etapa de medir os parâmetros geométricos do duto 2, por meio de uma unidade de controle 3, com base nos primeiro e segundo sinais de medição elétrica (se1, se2, respectivamente).
[0092] De acordo com uma modalidade do método, a etapa de emitir um sinal acústico de entrada sa1 compreende a emissão de um primeiro sinal acústico transmitido sa1', por meio de um primeiro elemento 6 da unidade de transmissão acústica 4 e um segundo sinal acústico transmitido sa1" por meio de um segundo elemento 6' da unidade de transmissão acústica 5, respectivamente, no qual o primeiro sinal acústico transmitido sa1' e o segundo sinal acústico transmitido sa1" se combinam para formar o sinal acústico de entrada sa1.
[0093] De acordo com uma modalidade opcional, o método compreende as etapas adicionais de definir uma forma de onda de análise e gerar o sinal piloto elétrico sp de modo que o sinal acústico de entrada sa1 seja modulado por meio da forma de onda de análise definida; definindo ainda um modelo de propagação esperado; em seguida, estimar um sinal acústico de retorno ideal, com base na forma de onda de análise e no modelo de propagação esperado; em seguida, realizar uma comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno sa2 detectado com base no segundo sinal de medição elétrica se2, dentro de uma janela de tempo correspondente, finalmente, obter os parâmetros geométricos do duto 2, com base na comparação acima mencionada, em que os parâmetros geométricos obtidos são representativos de uma forma atualmente detectada do duto 2 e de anomalias e / ou defeitos 20 encontrados.
[0094] De acordo com uma modalidade opcional, a etapa de definir a forma de onda de análise compreende a definição da forma de onda de análise com base em uma faixa desejada de distâncias dentro das quais se detecta os defeitos e / ou com base em um tipo de defeitos a serem detectados e / ou com base em um defeito esperado.
[0095] De acordo com uma modalidade, o método compreende ainda as etapas de detectar ruído de fundo e definir a forma de onda de análise levando em consideração o ruído de fundo detectado.
[0096] De acordo com uma variante da modalidade, a etapa de gerar a forma de onda de análise compreende gerar uma forma de onda sinusoidal modulada em frequência por meio de "chilro" e / ou modulada em amplitude e / ou como uma onda do tipo Ricker ou uma onda do tipo Klauder ou uma onda do tipo Ormsby.
[0097] De acordo com outra modalidade do método, a etapa de definir o modelo de propagação esperado compreende definir o modelo de propagação esperado com base em parâmetros geométricos de um modelo geométrico do duto sem anomalias de colocação e / ou com base em parâmetros termodinâmicos do fluido contidos no duto.
[0098] De acordo com outra modalidade do método, a etapa de realizar uma comparação compreende a realização de uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno sa2 detectado, dentro de uma janela de tempo correspondente.
[0099] De acordo com uma modalidade opcional do método, a etapa de obtenção dos parâmetros geométricos do duto 2 compreende: determinar, com base na comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado e o sinal acústico de retorno detectado sa2, uma função de reflexão espacial do duto 2, representativa de reduções de diâmetro do duto em função da distância; em seguida, identificar a presença e posição espacial dos defeitos 20 com base na função de reflexão espacial acima mencionada; além disso, definir um modelo geométrico atual estimado do duto 2, com um defeito estimado na posição de defeito identificada; em seguida, calcular um sinal acústico de retorno esperado, com base no modelo geométrico atual estimado do duto; em seguida, modificar os parâmetros geométricos do modelo geométrico atual estimado do duto, com base em uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno esperado e o sinal acústico de retorno detectado sa2, dentro de uma janela de tempo correspondente à posição em torno do defeito identificado; finalmente, repetir o processo de modificação acima mencionado até haver uma convergência dos parâmetros geométricos, para se obter um modelo geométrico atual do duto representativo da forma detectada do duto 2 e das anomalias encontradas.
[0100] De acordo com as várias opções de modalidades, o método é adaptado para medir os parâmetros relativos a qualquer combinação das seguintes anomalias: defeitos geométricos; dentes; variações no diâmetro da seção; variações na forma de seção; bloqueios e/ou obstáculos presentes no duto; descontinuidades significativas das propriedades do fluido contidas no duto; deslocamento de objetos e / ou defeitos no duto entre as medições sucessivas; presença de água no duto.
[0101] Em uma modalidade da presente invenção, com referência novamente aos algoritmos de estimativa e medição dos parâmetros geométricos do duto, vale a pena notar que uma técnica de reconhecimento do sinal acústico refletido por uma anomalia geométrica do duto (por exemplo, um dente 20) pode ser explorada. Vantajosamente, neste caso, o sinal acústico de entrada é provido de modo a "interagir" com a anomalia geométrica do tubo, de modo a determinar um sinal refletido que contenha, em sua forma / amplitude como um todo, bem como sua energia, a informação necessária e suficiente para reconstruir os parâmetros geométricos relevantes do dente em si. Nesse caso, a disponibilidade de uma matriz ou arranjo de elementos 6, 6', na unidade de transmissão acústica 5, conectada a um gerador de sinal piloto elétrico arbitrário 11, assegura uma ampla gama de flexibilidade. A este respeito, por exemplo, as fórmulas conhecidas na literatura (vide, por exemplo: S. Del Giudice, G. Bernasconi, "Acoustic response of a sinusoidally perturbed hard walled duct, Mathematical Problems in Engineering Volume 2013, Artigo ID 267291) são usadas, cujas fórmulas, com um formalismo semelhante ao usado para descrever o efeito de Bragg, representam o vínculo entre a forma de um dente (quebrada como soma de dentes sinusoidais ao longo do eixo do tubo) e o conteúdo de amplitude e frequência do sinal acústico refletido. Ao combinar tais fórmulas com aquelas que descrevem a atenuação de um sinal acústico que se propaga em um tubo (também conhecido), é possível obter a definição de uma forma de onda emitida ideal (a "forma de onda de análise"), ou seja, uma forma de onda capaz de atingir uma determinada distância (de modo que a atenuação total permaneça sobre um determinado limite, por exemplo, sobre a sensibilidade do receptor) e para obter informações sobre a reflexão causada por um possível dente, em um caso dado que pode ser definido a priori (por exemplo, em uma família de dentes definida pelo usuário), em todos os componentes sinusoidais espaciais, frequência por frequência.
[0102] Assim, a relação que liga o dente ao sinal acústico refletido pode ser "invertida", para obter os parâmetros geométricos reais do dente sem ambiguidade do sinal acústico de retorno (isto é, do segundo sinal de medição elétrica). Por exemplo, essa "inversão" pode ser realizada por meio de uma inversão Bayesiana de acordo com o chamado "método de Tarantola". O algoritmo de inversão é armazenado e executado pelo processador 10 da unidade de controle 3.
[0103] Em tal modalidade, o método utiliza as medições dos parâmetros observados para adaptar os parâmetros do modelo físico. Além disso, o algoritmo de inversão usa uma característica probabilística do modelo de propagação acústica de ondas planas para tubos cilíndricos, com calibração de temperatura ao longo do comprimento do duto para melhorar a precisão (levando em consideração a velocidade atual de propagação de som). O "modelo de espaço" representa o modelo físico preditivo e é caracterizado pelos parâmetros m = {m1, m2, ..., mM}; o "espaço de dados" representa variáveis mensuráveis e é caracterizado por parâmetros d = {d1, d2, ..., dMi}. Ambos os vetores de parâmetros acima mencionados são conhecidos com uma margem de incerteza.
[0104] O método pode começar a processar a partir dos parâmetros e dados do modelo, conhecidos a priori com uma densidade de probabilidade p (d, m) = PD (d) PM (m), que são usados por um modelo teórico θ (d, m).
[0105] Os dados o são obtidos a posteriori como uma função do dado a priori p, do estado do modelo θ e da sua distribuição homogênea μ: Equação 1
Figure img0001
e a densidade de probabilidade a posteriori do modelo, integrada no espaço de dados, pode ser escrita como:Equação 2
Figure img0002
a fórmula sendo aplicada ao modelo acústico para permitir uma convergência particularmente efetiva, geralmente limitada a alguns ciclos de iteração. O Requerente descobriu que esta fórmula permite obter um método que pode ser executado por um sistema de hardware relativamente simples e, por outro lado, é compatível com os requisitos de precisão exigidos no cálculo e com os processos de produção das operações de lançamento.
[0106] As etapas do método listado acima estão indicadas abaixo em maior detalhe. Na modalidade aqui mostrada, o algoritmo de detecção de anomalia, em primeiro lugar, provê escolher a faixa de distâncias a serem analisadas; em seguida, definir a forma de onda de análise (fonte) e registrar ainda o ruído ambiente usado para uma possível moldagem do sinal acústico de entrada a ser emitido. O método então provê a emissão de uma forma de onda de análise e, simultaneamente, registra-la e, assim, registrar os ecos (sinal acústico de retorno) do duto. Assim, a próxima etapa do método provê identificar os defeitos, o que é conseguido por meio das etapas adicionais a seguir.
[0107] A propagação da forma de onda de análise é determinada teoricamente de acordo com o modelo teórico (as características de sistema do duto / fluido sendo conhecidas, como diâmetro, propriedades termodinâmicas do ar e assim por diante) em distâncias crescentes ao longo de toda a faixa de distâncias de análise. Em seguida, a forma de onda teoricamente propagada é comparada, por meio de correlação cruzada, com o sinal acústico de retorno (isto é, de acordo com o segundo sinal de medição elétrica) registrado na janela de tempo correspondente à mesma distância. O resultado dessa correlação cruzada é um índice de reflexão ao longo do duto com uma amplitude proporcional a uma possível redução de seção; um critério de limiar identifica assim a presença e a posição dos defeitos.
[0108] De acordo com o acima, uma parte de tempo do sinal acústico de retorno é extraída contendo a onda refletida pelo defeito, isto é, o ponto de referência observado, em um contorno das posições de defeito identificadas. Assim, é ativado um procedimento de inversão iterativa que compara os dados observados com os dados calculados em um modelo de duto com um defeito hipotetizado: o resíduo entre os dados e a estimativa das variações de dados estimadas em relação aos parâmetros de defeito (jacobiano) orienta a atualização do modelo e a iteração do procedimento até a convergência. O modelo estimado na última etapa de iteração exibe os parâmetros geométricos do defeito atual.
[0109] Vale ressaltar que o método acima descrito, em todas as modalidades descritas, permite identificar / localizar e quantificar os defeitos geométricos em uma determinada família de defeitos definidos a priori e também identificar novas anomalias com alta precisão.
[0110] De fato, em uma modalidade, o método também pode identificar e localizar obstruções e / ou obstáculos no duto, tais como objetos caídos durante o lançamento, obstruções totais ou obstruções parciais do duto.
[0111] De acordo com outro exemplo de aplicação, o método pode reconhecer descontinuidades significativas das propriedades do líquido contido (por exemplo, a superfície de contato ar / água).
[0112] De acordo com uma outra modalidade adicional, o método provê a execução repetida do procedimento de localização de defeitos e obstruções, em tempos sucessivos conhecidos, e o consequente cálculo de possíveis "movimentos" dos defeitos entre medições sucessivas, compreendendo a velocidade de tais movimentos. Assim, o método permite rastrear o movimento de obstáculos no duto e a detecção de uma fonte de água e dos movimentos correspondentes, possivelmente presentes dentro do duto.
[0113] Daqui em diante, com referência à figura 6, alguns detalhes são mostrados, todos conhecidos per se, da modelagem do canal de propagação, no qual se baseia a etapa de definir teoricamente a propagação da onda acústica.
[0114] A propagação da onda de pressão P (x, t) no duto gerada pelo sinal acústico de entrada pode ser representada pela fórmula:Equação 3
Figure img0003
onde x é a distância da unidade de transmissão acústica; α é o coeficiente de atenuação, que também pode ser expresso como: Equação 4
Figure img0004
cf é a velocidade de fase, que também pode ser expressa como Equação 5
Figure img0005
μ é a viscosidade; p é a densidade; Pr é o número de Prandtl, ou seja
Figure img0006
Cp é o calor específico; k é a condutividade térmica; Y é a proporção dos cálculos específicos; "Velocidade do som" é a velocidade do som; "Raio do tubo" é o raio do tubo.
[0115] Considerando que uma anomalia geométrica produz a reflexão parcial do sinal incidente, a amplitude da parte refletida pode ser expressa como: Equação 6
Figure img0007
enquanto a amplitude da onda acústica transmitida que continua a se propagar além da anomalia pode ser expressa como: Equação 7
Figure img0008
onde S1 é a área da seção do tubo e S2 é a área da seção na anomalia geométrica.
[0116] Na figura 6, o sinal acústico de entrada sa1 é indicado como uma onda de pressão P; o sinal acústico de retorno sa2 é indicado como uma onda de pressão P2; as ondas de pressão transmitidas ou refletidas, nas várias seções do duto, são indicadas pelas referências P1, P3, P4, P5, P6.
[0117] Agora, considerando uma discretização das seções de duto cilíndricas 1, i-1, i, ... n, e considerando uma fonte equivalente que gera uma onda monocromática na seção i, cada seção sucessiva gera uma onda transmitida ("d", para a direita) e uma onda refletida (para cima "u", para a esquerda), cada uma das quais é caracterizada por diferentes coeficientes de reflexão
Figure img0009
. Os coeficientes de reflexão podem ser calculados de acordo com a soma das ondas individuais determinadas na seção individual.
[0118] Como pode ser observado, os objetivos da invenção são conseguidos pelo sistema e pelo método descritos acima em virtude das características mostradas acima.
[0119] De fato, o sistema acima descrito permite usar técnicas não invasivas, que solucionam na raiz todas as desvantagens mencionadas anteriormente com referência às técnicas invasivas (por exemplo, com base em "detectores de deformação").
[0120] Além disso, a escolha do uso de ondas acústicas ao invés de ondas eletromagnéticas (explorando o fato de que um duto pode ser um guia de onda também para ondas acústicas) permite realizar medições de monitoramento em grandes distâncias, adaptadas para cobrir os trechos do duto durante a colocação na maioria das possíveis situações reais.
[0121] Ao mesmo tempo, as características estruturais e funcionais do sistema permitem usar as ondas acústicas (sinais acústicos de entrada e de retorno) de modo a obter uma precisão considerável, que seja apropriada ao tipo de uso.
[0122] Em particular, a presença de uma unidade de transmissão acústica e de uma unidade de recepção acústica que são mutuamente distintas permite monitorar com precisão tanto o sinal acústico de retorno como o sinal acústico de entrada atual, o que, por sua vez, permite obter medições de precisão adaptadas às necessidades.
[0123] Vale ressaltar que o processamento do sinal realizado pelo presente sistema descrito acima permite, vantajosamente, satisfazer as necessidades adicionais de detectar a presença e também o tipo e a posição dos defeitos com grande precisão. De fato, como descrito acima, o sistema pode executar algoritmos com base em um processamento de todo o sinal acústico de retorno (e em particular de todos os seus componentes de espectro) e não apenas uma medida da energia de tal sinal.
[0124] Finalmente, em virtude de suas características estruturais e funcionais, o sistema pode detectar defeitos "geométricos" do duto e, como descrito acima, também a presença de possíveis obstáculos no duto, o movimento de tais obstáculos e a presença de possível água no duto.
[0125] Vantagens semelhantes podem ser identificadas com referência aos métodos acima descritos que empregam o sistema acima.
[0126] Além disso, o campo de aplicação da presente invenção compreende ainda a técnica de lançamento em "bobina" além das técnicas de "colocação em S" e de "colocação em J". [0127] Os versados na técnica podem fazer mudanças e adaptações às modalidades do sistema acima descrito para medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, de parâmetros geométricos de um duto na etapa de lançamento e também podem substituir elementos com outros que são funcionalmente equivalentes para atender às necessidades contingentes sem se afastar do escopo de proteção das reivindicações a seguir. Todas as características descritas acima como pertencentes a uma possível modalidade podem ser implementadas independentemente das outras modalidades descritas.

Claims (28)

1. Sistema (100) para medição remota em tempo real, através de ondas sonoras, de parâmetros geométricos de um duto (2) na etapa de lançamento, caracterizado por compreender uma unidade transceptora acústica (1), capaz de ser posicionada no duto (2), e uma unidade de controle (3), em que a unidade transceptora acústica (1) compreende: - uma unidade de transmissão acústica (4) configurada para emitir um sinal acústico de entrada (sa1) para o duto (2), com base em um sinal piloto elétrico (sp), em que o referido sinal acústico de entrada (sa1) compreende pelo menos uma onda de pressão acústica que se propaga longitudinalmente em um fluido ao longo do duto; - uma unidade de recepção acústica (5), distinta da unidade de transmissão acústica (4), configurada para detectar e medir o sinal acústico de entrada (sa1) e gerar um primeiro sinal de medição elétrica (se1), dependente do sinal acústico de entrada (sa1) detectado e medido, a unidade de recepção acústica (4) também sendo configurada para receber um sinal acústico de retorno (sa2), gerado no duto (2) e dependente do sinal acústico de entrada (sa1) e dos parâmetros geométricos do duto (2), e para gerar um segundo sinal de medição elétrica (se2) com base no sinal acústico de retorno (sa2); e em que a unidade de controle (3) está configurada para gerar o sinal piloto elétrico (sp) e está operativamente conectada à unidade transceptora acústica (1) para prover o sinal piloto elétrico (sp) e para receber o primeiro sinal de medição elétrica (se1) e o segundo sinal de medição elétrica (se2), a unidade de controle (3) também sendo configurada para medir os parâmetros geométricos do duto (2) com base no primeiro sinal de medição elétrica (se1) e no segundo sinal de medição elétrica (se2).
2. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - a unidade de transmissão acústica (4) compreender pelo menos dois elementos de transmissão acústica (6, 6') configurados para emitir um sinal acústico de entrada (sa1) compreendendo pelo menos um modo de propagação acústica; - a unidade de recepção acústica (5) compreender pelo menos dois elementos de recepção acústica (7, 7') configurados para receber um sinal acústico que compreende o referido pelo menos um modo de propagação acústica; - a unidade de controle (3) estar configurada para gerar um sinal piloto elétrico (sp) que compreende um ou mais sinais piloto elétricos (sp', sp") adequados para controlar cada um dos pelo menos dois elementos de transmissão acústica (6, 6').
3. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por: - os referidos pelo menos dois elementos de transmissão acústica (6, 6') estarem configurados para emitir um sinal acústico de entrada (sa1) compreendendo o modo fundamental de propagação acústica e pelo menos um outro modo de propagação acústica; - os referidos pelo menos dois elementos de recepção acústica (7, 7') estarem configurados para receber um sinal acústico compreendendo pelo menos o referido modo fundamental de propagação acústica e pelo menos um outro modo de propagação acústica.
4. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por os referidos pelo menos dois elementos de transmissão acústica (6, 6') estarem configurados para emitir respectivamente um primeiro sinal acústico transmitido (sa1') e um segundo sinal acústico transmitido (sa1"), o referido primeiro (sa1') e segundo sinais acústicos que se combinam de forma acústica para formar o sinal acústico de entrada (sa1).
5. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por dois elementos de transmissão acústica (6, 6') poderem ser controlados independentemente um do outro, de modo que o primeiro sinal acústico transmitido (sa1') e o segundo sinal acústico transmitido (sa1") sejam diferentes um do outro, para determinar uma pluralidade de possíveis sinais acústicos de entrada (sa1).
6. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por: - cada uma das referidas unidades de transmissão acústica (4) ou elemento de transmissão acústica (6, 6') e cada uma das referidas unidades de recepção acústica (5) ou elemento de recepção acústica (7, 7') compreender um transdutor eletroacústico, e em que a unidade de controle (3) compreende: - uma unidade de aquisição (8) do primeiro sinal de medição elétrica (se1) e do segundo sinal de medição elétrica (se2); - uma unidade de geração de sinal piloto elétrico (9); - um processador (10), configurado para realizar um processamento destinado a medir os parâmetros geométricos do duto (2), com base no primeiro (se1) e segundo (se1) sinais de medição elétrica e também para controlar a unidade de geração de sinal piloto elétrico (9).
7. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado por: - o referido pelo menos dois elementos de transmissão acústica (6, 6') compreender uma matriz de alto-falantes (6, 6'), dispostos em posições predeterminadas; - o referido pelo menos dois elementos de recepção acústica (7, 7') compreender uma matriz de microfones (7, 7') dispostos em posições predeterminadas.
8. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a unidade de controle (3) estar configurada para: - definir uma forma de onda de análise e gerar o sinal piloto elétrico (sp) de modo que o sinal acústico de entrada (sa1) seja modulado através da forma de onda de análise definida; - definir um modelo de propagação esperado; - estimar um sinal acústico de retorno ideal, com base na forma de onda de análise e no modelo de propagação esperado; - realizar uma comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno (sa2) detectado com base no segundo sinal de medição elétrica (se2), dentro de uma janela de tempo correspondente; - obter os parâmetros geométricos do duto (2), com base na referida comparação, os parâmetros geométricos obtidos sendo representativos de uma forma atualmente detectada do duto (2) e de anomalias e / ou defeitos (20) encontrados.
9. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a unidade de controle (3) estar configurada para definir a forma de onda de análise com base em uma faixa desejada de distâncias dentro das quais se detecta defeitos e / ou com base em um tipo de defeitos a serem detectados e / ou com base em um defeito esperado.
10. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por compreender também meios para detectar ruído de fundo, e em que a unidade de controle (3) está configurada para definir a forma de onda de análise levando em consideração o ruído de fundo detectado.
11. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a unidade de controle (3) ser configurada para definir o modelo de propagação esperado com base em parâmetros geométricos de um modelo geométrico do duto na ausência de anomalias de colocação, a unidade de controle (3) sendo configurada para definir o modelo de propagação esperado, levando também em consideração os parâmetros termodinâmicos do fluido contido no duto (2).
12. Sistema (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a unidade de controle (3) ser configurada para estimar o sinal acústico de retorno ideal e para detectar o sinal acústico de retorno (sa2) com base nos referidos primeiros (se1) e segundo sinais de medição elétrica (se2).
13. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado por a unidade de controle (3) ser configurada para realizar a referida comparação através de uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno detectado (sa2), dentro de uma janela de tempo correspondente.
14. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 13, caracterizado por a unidade de controle (3), a fim de obter os parâmetros geométricos do duto (2), ser configurada para realizar as seguintes operações: - determinar, com base na comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado e o sinal acústico de retorno detectado (sa2), uma função de reflexão espacial do duto, representativa das reduções no diâmetro do duto (2) em função da distância; - identificar a presença e a posição espacial dos defeitos (20) com base na referida função de reflexão espacial; - definir um modelo geométrico atual estimado do duto, possuindo um defeito estimado na posição de defeito identificada; - calcular um sinal acústico de retorno esperado, com base no modelo geométrico atual estimado do duto; - modificar os parâmetros geométricos do modelo geométrico atual estimado do duto, com base em uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno esperado e o sinal acústico de retorno detectado (sa2), dentro de uma janela de tempo correspondente à posição em torno do defeito identificado; - repetir o referido processo de modificação até haver uma convergência dos parâmetros geométricos, para se obter um modelo geométrico atual do duto representativo da forma detectada do duto e das anomalias encontradas.
15. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender também meios para detectar a pressão ambiente configurada para fornecer a unidade de controle (3) com informações representativas da pressão ambiente detectada.
16. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a unidade de controle (3) ser configurada para armazenar informações de temperatura e / ou perfis de temperatura presentes ou esperados ao longo do duto (2).
17. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8, 15 ou 16, caracterizado por a unidade de controle (3) ser configurada para definir o modelo de propagação esperado levando em consideração a referida informação de pressão ambiente e / ou temperatura.
18. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a unidade de controle (3) ser configurada para armazenar uma pluralidade de medições de parâmetros geométricos e estimar, com base na referida pluralidade de medidas, uma evolução espacial-temporal de uma ou mais seções do duto (2).
19. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender também meios para estimar a forma do duto na etapa de lançamento e antes da colocação, configurado para medir as seções transversais de partes do duto na etapa de lançamento e para prover a unidade de controle (3) com informações representativas da forma do duto na etapa de lançamento e antes da colocação, com base nas seções transversais medidas progressivamente, e em que a unidade de controle (3) está configurada para medir os parâmetros geométricos do duto (2), também levando em consideração as referidas informações representativas da forma do duto na etapa de lançamento e ainda a bordo de uma embarcação naval (200) de lançamento de duto.
20. Sistema (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por: - a unidade transceptora acústica (1) poder ser mecanicamente integrada em um grampo interno (30) de um aparelho de colocação adaptado para gerir o acoplamento e a soldagem de partes do tubo na etapa de lançamento; - a unidade de controle (3) poder ser disposta remotamente em relação à unidade transceptora acústica (1), o sistema (100) também compreendendo meios de comunicação entre a unidade transceptora acústica (1) e a unidade de controle (3).
21. Método para medição remota em tempo real conforme definido na reivindicação 1, através de ondas sonoras, de parâmetros geométricos de um duto (2) na etapa de lançamento, caracterizado por compreender as seguintes etapas de: - emitir para o duto (2), por meio de uma unidade de transmissão acústica (4), um sinal acústico de entrada (sa1), com base em um sinal piloto elétrico (sp), em que o referido sinal acústico de entrada (sa1) compreende pelo menos uma onda de pressão acústica que se propaga longitudinalmente em um fluido ao longo do duto; - detectar e medir o referido sinal acústico de entrada (sa1), por meio de uma unidade de recepção acústica (5), distinta da unidade de transmissão acústica (4), e gerar um primeiro sinal de medição elétrica (se1), dependente do sinal acústico de entrada (sa1) detectado e medido; - receber, por meio da unidade de recepção acústica (5), um sinal acústico de retorno (sa2), gerado no duto e dependente do sinal acústico de entrada (sa1) e dos parâmetros geométricos do duto (2) e gerar um segundo sinal de medição elétrica (se2) com base no sinal acústico de retorno (sa2); - medir os parâmetros geométricos do duto (2), por meio de uma unidade de controle (3), com base no primeiro (se1) e no segundo sinais de medição elétrica (se2).
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por a etapa de emissão de um sinal acústico de entrada (sa1) compreender, respectivamente, emitir um primeiro sinal acústico transmitido (sa1'), por meio de um primeiro elemento (6) da unidade de transmissão acústica (4) e um segundo sinal acústico transmitido (sa1"), por meio de um segundo elemento (6') da unidade de transmissão acústica (4), em que o primeiro sinal acústico transmitido (sa1') e o segundo sinal acústico transmitido (sa1") se combinam para formar o sinal acústico de entrada (sa1).
23. Método, de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado por compreender as etapas adicionais de: - definir uma forma de onda de análise e gerar o sinal piloto elétrico (sp) para que o sinal acústico de entrada (sa1) seja modulado através da forma de onda de análise definida; - definir um modelo de propagação esperado; - estimar um sinal acústico de retorno ideal, com base na forma de onda de análise e no modelo de propagação esperado; - realizar uma comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno (sa2) detectado com base no segundo sinal de medição elétrica (se2), dentro de uma janela de tempo correspondente, - obter os parâmetros geométricos do duto (2), com base na referida comparação, os parâmetros geométricos obtidos sendo representativos de uma forma atualmente detectada do duto e de anomalias e / ou defeitos encontrados.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por a etapa de definição da forma de onda de análise compreender a definição da forma de onda de análise com base em uma gama desejada de distâncias dentro das quais se detecta defeitos e / ou com base em um tipo de defeitos a serem detectados e / ou baseados em um defeito esperado.
25. Método, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado por também compreender as etapas de: - detectar ruídos de fundo; - definir a forma de onda de análise levando em consideração o ruído de fundo detectado.
26. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por a etapa de definir o modelo de propagação esperado ser baseada em parâmetros geométricos de um modelo geométrico do duto sem anomalias de colocação e / ou em parâmetros termodinâmicos do fluido contidos no duto (2).
27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 26, caracterizado por a etapa de realizar uma comparação compreender a realização de uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno ideal estimado, dentro de uma janela de tempo e o sinal acústico de retorno detectado (sa2), dentro de uma janela de tempo correspondente.
28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 27, caracterizado por a etapa de obtenção dos parâmetros geométricos do duto compreender: - determinar, com base na comparação entre o sinal acústico de retorno ideal estimado e o sinal acústico de retorno detectado (sa2), uma função de reflexão espacial do duto, representativa das reduções de diâmetro do duto (2) em função da distância; - identificar a presença e a posição espacial dos defeitos (20) com base na referida função de reflexão espacial; - definir um modelo geométrico atual estimado do duto, possuindo um defeito estimado na posição de defeito identificada; - calcular um sinal acústico de retorno esperado, com base no modelo geométrico atual estimado do duto; - modificar os parâmetros geométricos do modelo geométrico atual estimado do duto, com base em uma correlação cruzada entre o sinal acústico de retorno esperado e o sinal acústico de retorno detectado (sa2), dentro de uma janela de tempo correspondente à posição em torno do defeito identificado; - repetir o referido processo de modificação até haver uma convergência dos parâmetros geométricos, para obter um modelo geométrico atual do duto representativo da forma detectada do duto e das anomalias encontradas.
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