CN102588746A - 主动电场液体输送管道内检测装置 - Google Patents

Abstract

主动电场液体输送管道内检测装置，属管道检测技术领域。本装置由主动电场发射装置(1)，电场变化检测装置(2)，数据采样装置(3)，数据处理器(4)及探头支架(5)五部分组成。所说的主动电场发射装置由信号发生器(1-1)和发射电极(1-2)组成。所说的电场变化检测装置由接受电极(2-1)和接受电路(2-2)组成。数据采样器3通过计算机总线和数据处理器4互联。本装置有以下优点：1、结构简单，应用广泛，适用原油、污水或者包含污染物的导电媒介等液体输送管道的内检测上；2、该装置克服了传统内检测对介质和管道材料特性敏感性等问题且探测距离较宽；3该装置硬件系统较电磁超声内检测简单，易于进行微型化。

Description

主动电场液体输送管道内检测装置

技术领域

本发明涉及一种流体输送管道的内检测装置。特别是涉及对液体输送管道在使用过程中会因为腐蚀、污堵、制造缺陷、机械损坏、恶劣天气以及自然灾害等原因而产生泄漏及污堵损坏进行内检测的装置，属于管道检测技术领域。

背景技术

管道运输是继铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输的五大运输方式之一，成为原油、成品油、燃气、蒸气和工业用危险介质的最主要运输方式。液体输送管道是石油化工中原油、成品油和工业用危险液体介质的最主要运输方式。在流体传动系统中，管道是传输流体动力必不可少的元件。液体输送管道在使用过程中会因为腐蚀、污堵、制造缺陷、机械损坏、恶劣天气以及自然灾害等原因而被损坏。在临床医学诊断中，如冠状动脉硬化和冠心病其血管会发生变化，及时对血管特性变化进行检测具有重要的医学诊断价值。液体输送管道损坏所造成的泄漏已经成为重大环境安全和安全生产的危险源。管体污堵及腐蚀监测、泄漏监测技术是管道完整性管理流程中六大核心技术之一。所以，及时对液体输送管道的损坏(如泄漏、腐蚀和污堵等情况)进行检测和泄漏点的定位，防止泄漏和污堵情况事故的进一步扩大，具有重要的经济意义和社会效益。液体输送管道内检测是维护管道安全运行的重要手段之一，目前液体输送管道内检测方法主要有机械内检测，光学成像内检测，漏磁内检测，涡流内检测，超声内检测，电磁超声内检测以及声发射技术内检测等。虽然存在众多的液体输送管道内检测方法，但是这些检测方法并不是普遍适用的。如机械内检测精度不够而且存在有管道的接触，远远不能满足需求；漏磁内检测需要将管道磁化，实际局限了被探测管道的材料，而且对传输介质的磁学特性也有要求；电涡流检测由于其原理限制，检测的速度慢和相应的硬件系统也较为复杂；超声内检测存在传输介质和管道材料耦合问题，使其对传输介质敏感；电磁超声内检测虽然较好的解决了超声内检测对介质的敏感性问题，但是该方法要求离检测管道1mm范围内才有效，大大限制了其应用，而且由于该系统通过发射/接收超声波来检测管道损坏情况，使系统硬件和软件都比较复杂；光学成像内检测，在石油的浑浊液体中基本无法使用，而且也存在需要光源和硬件系统复杂的问题。上述传统管道内检测方法普遍存在硬件复杂、功耗大以及对检测对象敏感等问题，已经严重制约了在线、长距离、小型化的内检测装置(自动内检测机器人)的发展。发展新型内检测方法以克服上述方法的问题，降低管道内检测技术软硬件开销和功耗，发展易于微型化的管道内检测技术已经成为现今液体管道内检测技术迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在之不足，提供一种能够高效地对液体输送管道的泄漏、污堵和腐蚀情况进行内检测的主动电场液体输送管道内检测方法。

本发明技术问题解决的方案是：一种液体管道内检测方法，该方法由主动电场发射装置(1)，电场变化检测装置(2)，数据采样装置(3)，数据处理器(4)及探头支架(5)五部分组成。所说的主动电场发射装置由信号发生器(1-1)和发射电极(1-2)组成；所说的主动电场发射装置的信号发生器(1-1)用于产生直流激励或2000HZ以内的正弦或方波信号，作为主动电场发射装置的发射电极的激励源；所说的发射电极(1-2)是放入输送液体7中金属钛电极。电场变化检测装置由一对接收电极(2-1)和接收电路(2-2)组成；所说的接收电极是放入输送液体7中2个高导电率的金属钛电极；所说的接收电路安装在接收电极输出端，接收电路将这对接收电极接收到的微弱电流信号通过转换放大后变成可以进行处理的电压信号。发射电极(1-2)和接受电极(2-1)安装在探头支架(5)上并经过防水密封处理，防止液体进入支架内引起电路故障；发射电极(1-2)将信号发生器(1-1)产生的电场变化输入到输送流体中以建立探测电场，接受电极(2-1)将流体输送管道6的物理特性变化引起的电场变化收集到接收电路(2-2)上。数据采样装置3是用于将发射装置的输入模拟电压信号和从接收电路输出的模拟电压信号转换为数字信号以便于计算机进行处理，所说的数据采样装置是对2路发射电极和2路接受电极并行采样的数据采样卡，以便于进行信号的幅度和相位分析，数据采样装置3通过计算机外部总线和数据处理器4互联。数据处理器4用于对输入信号进行滤波并分析接收电极阵列输出的电压变化从而对管道的污堵和泄漏进行检测，所说的数据处理器4是具有高速运算功能的计算机。本装置通过发射器在装置附近建立低频探测电场，并由接收器感知由于管道6物理变化引起的电场变化，最后通过数据处理器推演出管道的泄漏或污堵情况。

该内检测装置通过主动电场发射装置1的发射电极1-2和电场变化检测装置2的接收电极2-1输送液体7中。发射电极1-2被信号发生器1-1驱动在输送液体7中产生探测电场，发射电极的电压变化输入数据采样装置3，采样装置3将转换后的数字信号输入数据处理器4以便于和输出信号进行分析对比；接收电极2-1由一对电极组成，应布置在发射器1的发射电极1-2的上发射电极1-2-1和下发射电极1-2-2之间或上发射电极1-2-1的上侧或下发射电极1-2-2的下侧，接收电极的电流变化被接收电路2-2转换放大后输入数据采样装置3，数据采样装置3将转换后的数字信号输入数据处理器4进行分析处理。

本发明的工作过程如下：主动电场发射装置1的发射电极1-2和接收电极2-1被放入充满输送液体7的液体输送管道6中，以用于对管道的物理变化进行检测。主动电场发射装置1的信号发生器1-1产生的直流或低频(小于2000HZ)正弦或方波信号作为激励源，输入发射电极1-2。两个发射电极1-2-1、1-2-2，除了电荷或电压的变化，硬件结构是完全相同的。其中一个发射电极获得的电荷量为Q或电压为V。而另一个被认为是“地”，因此电荷量或电压为0。这两个电极在分析区域内共同形成了一个有规律变化的电场。发射电极的电压变化输入数据采样装置3，采样装置3将转换后的数字信号输入数据处理器4以便于和输出信号进行相位分析对比；同时，接收电极2-1接收到这个电场变化信号后，将会产生相应的电流信号输出，此信号通过接收电路2-2进行转换放大后转换成电压信号，然后通过数据采样装置3将模拟的电压信号转换为数字信号进入数据处理器4进行处理。

一旦接收电极2-1与发射电极1-2的相对位置被固定，当电场中管道无物理特性变化时，接收电极的电流输出将和发射电极的电压和相位不会发生变化规律。当电场中管道物理特性发生时，接收电极的电流变化幅度或相位将发生变化，电流变化的幅度或相位将随管道的物理特性变化发生有规律的变化，这样可通过检测接受电极的幅度与相位的变化来推测管道物理特性的。

本发明的有益效果是：

1、该方法应用广泛，特别适用于恶劣的工作环境中如原油、成品油、工业用危险液体、污水或者包含污染物的导电媒介等液体输送管道的内检测上。

2、该方法克服了传统内检测方法硬件和能量开销过大的问题，其主动电场定位原理使其结构简单，易于进行微型化，十分有利于发展小型化的内检测装置(自动内检测机器人)。

3、故该方法具有对介质不敏感，对管道特性无特殊要求，检测距离宽等优点，其电场定位原理克服了超声内检测对介质的敏感性问题，漏磁内检测的对检测管道磁学特性敏感的问题，而且其检测距离比电磁超声内检测更宽。

附图说明

图1是本发明水下定位装置的结构示意图

图2是本发明的实施例1(管道堵塞检测工作状态)示意图

图3是本发明的实施例2(管道腐蚀检测工作状态)示意图

图4是本发明的实施例3(管道裂缝泄漏检测工作状态)示意图

图5是本发明的单个接收电极转换放大电路的电路图

图中：信号发生器1-1，发射电极1-2，接收电极2-1，接收电路2-2。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示，在液体输送管道6的输送液体7中，发射电极1-2和接收电极2-1的固定安装在探头支架5上。探头支架5带动发射电极1-2和接收电极2-1在输送液体7中相对运动。信号产生器1-1产生直流或低频(小于2000HZ)正弦或方波信号作为激励源，输入发射电极1-2在介质中形成了一个规律变化的电场，发射电极1-2的电压变化输入数据采样装置3，采样装置3将转换后的数字信号输入数据处理器4以便于和输出信号进行分析对比。当接受电极2-1运动到管道堵塞处8上方时，接收电极2-1接收到的电流幅度和相位将发生相应变化，此信号通过接收电路2-2进行变换，放大后转换成模拟电压信号，最后通过数据采样器3转换为数字信号进入数据处理器4进行处理。当探测电场中的管道有堵塞情况时，堵塞8的几何特征和电阻特性将引起接收电极的电流幅度变化，电流变化的幅度将随堵塞8几何特征和电阻特性变化相应发生有规律的变化，这样可通过探测电场的电流变化的幅度来得到堵塞8的几何特征和电阻特性信息。当探测电场中的管道有堵塞情况时，堵塞8的电容特性将引起接收电极的电流相位变化，电流变化的相位将随堵塞8电容特性变化相应发生有规律的变化，这样可通过探测电场的电流变化的相位来得到堵塞8的电容特性信息。

实施例2：

如图3所示，在液体输送管道6的输送液体7中，发射电极1-2和接收电极2-1的固定安装在探头支架5上。探头支架5带动发射电极1-2和接收电极2-1在输送液体7中相对运动。信号产生器1-1产生直流或低频(小于2000HZ)正弦或方波信号作为激励源，输入发射电极1-2在介质中形成了一个规律变化的电场，发射电极1-2的电压变化输入数据采样装置3，采样装置3将转换后的数字信号输入数据处理器4以便于和输出信号进行分析对比。当接受电极2-1运动到管道腐蚀处8上方时，接收电极2-1接收到的电流幅度将发生相应变化，此信号通过接收电路2-2进行变换，放大后转换成模拟电压信号，最后通过数据采样器3转换为数字信号进入数据处理器4进行处理。当探测电场中的管道有腐蚀情况时，腐蚀8的几何特征和电阻特性将引起接收电极的电流幅度变化，电流变化的幅度将随腐蚀8几何特征和电阻特性变化相应发生有规律的变化，这样可通过探测电场的电流变化的幅度来得到腐蚀8的几何特征和电阻特性信息。当探测电场中的管道有腐蚀情况时，腐蚀8的电容特性将引起接收电极的电流相位变化，电流变化的相位将随腐蚀8电容特性变化相应发生有规律的变化，这样可通过探测电场的电流变化的相位来得到腐蚀8的电容特性信息。综合上述幅度和相位信息，可以推测出管道6的腐蚀的程度和腐蚀的原因。

实施例3：

如图4所示，在液体输送管道6的输送液体7中，发射电极1-2和接收电极2-1的固定安装在探头支架5上。探头支架5带动发射电极1-2和接收电极2-1在输送液体7中相对运动。信号产生器1-1产生直流或低频(小于2000HZ)正弦或方波信号作为激励源，输入发射电极1-2在介质中形成了一个规律变化的电场，发射电极1-2的电压变化输入数据采样装置3，采样装置3将转换后的数字信号输入数据处理器4以便于和输出信号进行分析对比。当接受电极2-1运动到管道裂缝泄漏处8上方时，接收电极2-1接收到的电流幅度将发生相应变化，此信号通过接收电路2-2进行变换，放大后转换成模拟电压信号，最后通过数据采样器3转换为数字信号进入数据处理器4进行处理。当探测电场中的管道有管道裂缝泄漏情况时，管道裂缝泄漏8的泄漏程度特性将引起接收电极的电流幅度变化，电流变化的幅度将随管道裂缝泄漏8泄漏程度特性变化相应发生有规律的变化，这样可通过探测电场的电流变化的幅度来得到管道裂缝泄漏8泄漏程度特性信息。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权利要求的范围内不需要创造性的劳动就能作出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (6)

1.主动电场液体输送管道内检测装置，本装置由主动电场发射装置(1)，电场变化检测装置(2)，数据采样装置(3)，数据处理器(4)及探头支架(5)五部分组成，其特征在于：所说的主动电场发射装置由信号发生器(1-1)和一对发射电极(1-2)组成；所说的信号发生器(1-1)用于产生直流激励或2000HZ以内的正弦或方波信号，作为主动电场发射装置的发射电极的激励源；所说的发射电极(1-2)是放入输送液体7中金属钛电极；所说的电场变化检测装置由一对接收电极(2-1)和接收电路(2-2)组成；所说的接收电极是放入输送液体7中2个高导电率的金属钛电极；所说的接收电路安装在接收电极输出端，接收电路将这对接收电极接收到的微弱电流信号通过转换放大后变成可以进行处理的电压信号；所说的探头支架(5)用于安装固定发射电极(1-2)和接受电极(2-1)；所说的数据采样装置3是用于将发射电极的模拟电压变化和从接收电路输出的模拟电压信号转换为数字信号以便于计算机进行处理，所说的数据采样装置是对2路发射电极和2路接受电极并行采样的数据采样卡，数据采样装置3通过计算机外部总线和数据处理器4互联；所说的数据处理器4用于对输入信号进行滤波并分析接收电极输出的电压变化从而对管道的污堵和泄漏进行检测，所说的数据处理器4是具有高速运算功能的计算机。

2.根据权利要求1所述的主动电场液体输送管道内检测装置，其特征是所述的主动电场发射装置(1)的信号发生器1-1发射的信号为电压幅度为1～10V的直流或小于2000HZ的正弦或方波信号。

3.根据权利要求1所述的主动电场液体输送管道内检测装置，其特征是所述的主动电场发射装置(1)的发射电极1-2的上发射电极1-2-1和下发射电极1-2-2间的相互距离L在10～1000mm之间。

4.根据权利要求1所述的主动电场液体输送管道内检测装置，其特征是所述的电场变化检测装置(2)的接收电极2-1应布置在发射器1的发射电极1-2的上发射电极1-2-1和下发射电极1-2-2之间或上发射电极1-2-1的上侧或下发射电极1-2-2的下侧。

5.根据权利要求1所述的主动电场液体输送管道内检测装置，其特征是所述的接收器(2)的接收电极2-1由两个单立的电极组成。两个单立的接收电极之间的距离1～500mm之间。

6.根据权利要求4所述的主动电场液体输送管道内检测装置的电场变化检测装置(2)接收电极2，其特征是所述的接收电极2-1由两个单立电极组成，接收电极2-1的两个单立电极两个发射电极位于同一平面并排列在一条直线上。发射电极和接收电极最小水平距离M是在1～100mm之间。

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