CN105572211B - 一种应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，属于管路腐蚀检测技术设备领域。包括设置在待测管道（1）上的一个采集矩阵（3），每一个捕捉电极（5）上连接有一条用于引出信号的导线，其特征在于：采集矩阵（3）为多个采集子矩阵组成的复合矩阵，在采集矩阵（3）的外圈设置有多组电流输入机构和电流输出机构，每组电流输入机构和电流输出机构分别形成一个由若干平行的电场线（6）组成的电场，采集矩阵（3）整体位于每组电流输入机构和电流输出机构分时形成的电场中。通过本系统，可以对待测管道上电压采集区内的捕捉电极的各个方向上均实现电压采集，同时克服了两点式电流馈入时电场线分布不均的缺陷，使检测精度更高。

Description

一种应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统

技术领域

一种应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，属于管路腐蚀检测技术设备领域。

背景技术

目前，普遍采用电阻探针法和极化探针法在线监测管道的腐蚀情况，但这些方法只能进行间接均匀腐蚀检测，且对管壁有损伤，同时维修成本以及停车启动成本较高，且对危害性极大的局部腐蚀无能为力。利用电场指纹法进行管道腐蚀的检测，具有测量直接、精度及可靠性高、适应性强的优点，且对管壁无损伤。

电场指纹法的基本原理为：在待测管道的易腐蚀处设置电压采集区，在电压采集区内以阵列的形式焊接若干捕捉电极，捕捉电极焊接完成之后在捕捉电极上引出导线，然后在电压采集区内的两侧分别设置电流馈入点和电流馈出点，并在电流馈入点和电流馈出点之间施加大电流信号。捕捉电极设置的基本要求为：沿电场线方向上相邻两捕捉电极之间的间距相同，因此任意两捕捉电极之间的电阻近似相等。结合向捕捉电极施加的大电流信号，因此在沿电流线方向上相邻两捕捉电极之间的电势差相同。在管道未发生腐蚀时对电压采集区内捕捉电极的输出电压进行采集，并作为该待测管道的参考值。待设备运行一段时间以后，通过捕捉电极测量金属结构电压特征细微变化，将测得的电压特征与无缺陷结构时的参考值进行比较，由此判断因腐蚀引起的金属损失、裂纹或凹槽等缺陷。

在现有技术中利用电场指纹法对管道进行缺损测试时，具有如下缺陷：

（1）经研究和试验发现，在利用电场指纹法时，当管道的缺损的走向与电场线方向成垂直关系时，管道缺损的检测效果较为明显。当管道内缺损的走向与电场线的方向成平行关系时，由于电场线与缺陷的走向平行，因此实际缺陷对电场线分布的影响较小，因此在位于缺陷附近的捕捉电极不易将管道缺陷造成的电势差很好地反映出来，因此管道内缺损的判断往往不够精确。而在现有技术中，由于电流馈入点和电流馈出点一般沿管道轴向设置在捕捉电极的两侧，所以电场线的走向沿管道轴向分布，因此管道的缺损呈轴向走向时，不能很好的对缺损进行检测，因此导致检测效果不够精确，在实际现场使用时，则不能对管道的腐蚀情况作出精确判断，甚至会对生产安全性造成影响。

（2）在现有技术中，如图12所示，由于一般在电压采集区和参考板的外侧选取两点作为电流馈入点7和电流馈出点8。因此当通过两点式对待测管道施加电流信号时，两电流接入点之间的电场线6呈现图11所示的纺锤状，因此在整个电压采集区的电流分布不均匀，导致电场线的实际走向与捕捉电极的排布方向不一致，因此电压采集区上各捕捉电极的电流值不相等，所以在管道无缺陷时电极电压不相等，造成测量基准偏差，接下来分析含缺陷管道电极电压数据时，导致分析结果精度下降。即相邻两捕捉电极之间的电压值不同，因此在测量时会出现测量偏差，导致测量精度下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以对待测管道上电压采集区内的各个方向上均实现电压采集，因此可以精确检测出管道内各个方向的缺损情况，同时克服了两点式电流馈入时电场线分布不均的缺陷，使检测精度更高的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，包括设置在待测管道上的一个由若干捕捉电极组成的采集矩阵，每一个捕捉电极上连接有一条用于引出信号的导线，其特征在于：所述的采集矩阵为多个采集子矩阵组成的复合矩阵，在采集矩阵的外圈设置有多组电流输入机构和电流输出机构，每组电流输入机构和电流输出机构分别形成一个平行电场，任意两组电流输入机构和电流输出机构形成平行电场相交，采集矩阵整体位于每组电流输入机构和电流输出机构分时形成的电场中。

优选的，所述的捕捉电极包括第一捕捉电极和第二捕捉电极，采集矩阵包括一组由多行、多列的第一捕捉电极组成的第一采集子矩阵；在第一采集子矩阵中，任意四个相邻且连线构成矩形的捕捉电极所围成的矩形中心还内嵌有第二捕捉电极，第二捕捉电极形成嵌套在第一采集子矩阵内部的第二采集子矩阵。

优选的，所述的第一采集子矩阵中，行数和列数均大于等于3。

优选的，所述的第一采集子矩阵的行间距等于列间距。

优选的，所述的电流输入机构和电流输出机构设置有四组，分别与采集矩阵的水平边呈0°、45°、90°以及135°。

优选的，所述的电流输入机构和电流输出机构中，与采集矩阵的水平边呈45°和135°的两组设置在与采集矩阵的水平边呈0°和90°的两组的外圈。

优选的，所述的电流输入机构和电流输出机构均为对应设置的两条均流板，且与采集矩阵的水平边呈0°和90°的两组的均流板的长度长于或等于采集矩阵的边长，与采集矩阵的水平边呈45°和135°的两组的均流板的长度长于或等于采集矩阵的对角线长度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统中，由于采用了多个采集子矩阵组成的复合阵列，同时设置了多个方向的电流输入机构和电流输出机构，因此在实际进行电压采集时可实现电压采集区中多个方向的数据采集，杜绝了现有技术中仅设置有一个采集方向时，与电场线走向平行的管道缺陷难以被检测到的缺陷，因此可以实现对管道腐蚀状况的准确掌握，进一步提高了生产的安全性。

2、在每个采集子矩阵的两端均设置有使相应采集子矩阵中形成平行电场的电流输入机构和电流输出机构，因此同时避免了现有技术中两点式的电流施加方式下，电场线容易变形成纺锤状而导致的捕捉电极的走向与电场线的走向无法匹配的弊端，使检测结果更为精确。

3、电压采集矩阵为两组嵌套的复合式矩阵设计，因此在进行电压采集时，无论从何种方向进行电压采集，均会有更多的捕捉电极的输出电压被采集到，因此相比较现有技术中单一的矩阵，参考点更多，更有利于数据的分析，有助于对待测管道的腐蚀程度的判断。

4、由于采用了条状的均流板作为电流输入装置和电流输出装置，且不同角度的均流板与采集矩阵的边长、对角线长度相匹配，因此用于施加电流信号的均流板整条均可看做是电流源，在采集矩阵对角线的方向上的电场线同样为平行设置。

5、由于矩形阵列中，行间距等于列间距，因此在采集矩阵中，相邻四个捕捉电极组成的矩形均为正方形，因此通过设置45°和135°方向上的均流板，在以上两个角度进行采集时，可以采集到更多的有参考价值的捕捉电极，有利于数据的分析。

6、通过将45°方向和135°方向两组均流板套设在0°方向和90°方向两组均流板的外圈，可以使得每组均流板的长度与采集矩阵相对应的边长或对角线长的长度能够匹配的前提下，使四组均流板所占用的面积更小，从而在管道待测表面积有限的条件下，可以布置更多的用于腐蚀检测的捕捉电极。

附图说明

图1为应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统实施例1结构示意图。

图2~5为应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统实施例1循环采集示意图。

图6为应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统实施例2结构示意图。

图7~10为应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统实施例2循环采集示意图。

图11为应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统实施例3结构示意图。

图12为现有技术电场指纹法电场线分布示意图。

其中：1、待测管道 2、电压采集区 3、采集矩阵 4、均流板 5、捕捉电极 501、第一捕捉电极 502、第二捕捉电极 6、电场线 7、电流馈入点 8、电流馈出点。

具体实施方式

图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~11对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，包括待测管道1，在待测管道1易腐蚀部位的外表面上设置有电压采集区2，在电流采集区2中设置有由若干捕捉电极5组成的采集矩阵3。

在本领域中，矩阵表示若干行、若干列捕捉电极5形成的一个矩形的阵列，在本实施例中，采集矩阵3采用两组矩阵组合的复合式矩阵，采用正方形设计。复合式的采集矩阵3包括外圈的一个m*m的正方形矩阵，m为第一捕捉电极501（在图中由白色圆圈表示）的数量，且m为不小于3的自然数。在m*m个第一捕捉电极501组成的矩阵中，可组成正方形的任意相邻四个第一捕捉电极501组成的矩形的中心位置还内嵌有一个第二捕捉电极502（在图中由黑色圆圈表示），所有内嵌的第二捕捉电极502形成嵌套在m*m矩阵内部的另一组（m-1）*（m-1）的正方形矩阵，且两组矩阵中的行间距和列间距均相同。

在采集矩阵3的外部设置有用于向采集矩阵3施加电流的四组共八条均流板4，分别对应采集矩阵3的四个采集方向：0°方向、45°方向、90°方向以及135°方向，其中0°方向为与待测管道1轴向平行的方向。在以上四个方向的四组均流板4中，0°方向和90°方向的两组均流板4的设置方向分别与采集矩阵3的边长的设置方向相配合，且0°方向和90°方向两组均流板4的长度不小于正方形的采集矩阵3的边长；45°方向和135°方向的两组均流板4的设置方向分别与采集矩阵3的对角线的设置方向相配合，45°方向和135°方向两组均流板4的长度不小于正方形的采集矩阵3对角线的长度，且45°方向和135°方向两组均流板4套设在0°方向和90°方向两组均流板4的外圈。通过将45°方向和135°方向两组均流板4套设在0°方向和90°方向两组均流板4的外圈，可以使得每组均流板4的长度与采集矩阵3相对应的边长或对角线长的长度能够匹配的前提下，使四组均流板4所占用的面积更小，四组均流板4也可以以八边形非嵌套的方式设置在采集矩阵3的外部。

每组均流板4中的任意一条用于施加电流信号，由于每组均流板4中的电流走向可任意设置，因此0°方向、45°方向、90°方向以及135°方向的四组均流板4同时满足了180°、225°、270°以及315°四个方向的测量。

由于采集矩阵3中，由于行间距等于列间距，因此在采集矩阵3中，相邻四个捕捉电极5（包括第一捕捉电极501和第二捕捉电极502）组成的矩形同样为正方形，因此通过设置45°和135°方向上的均流板4，在以上两个角度进行采集时，可以采集到更多的有参考价值的捕捉电极5，有利于数据的分析。

具体工作过程及工作原理如下：

在利用本应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统进行电压采集时，需要针对0°方向、45°方向、90°方向以及135°方向四个方向进行分时采集，优选按照顺时针或逆时针顺序进行分时采集。

如图2~5所示，当以0°方向作为起始方向进行逆时针分时采集时，只有与0°方向相配合的一组均流板4工作，此时在两条均流板4之间形成若干条电场线6，在每一组工作的均流板4中，任意一条可作为电流源的正极，另一个作为电流源的负极。由于在本实施例中均流板4的长度与采集矩阵3的长度匹配，所以在两条均流板4之间施加激励电流之后，在两条均流板4之间形成的电场可看作由若干条平行的电场线6组成的电场，即由若干条平行的电场线6流经相应的采集矩阵3，因此避免了现有技术中两点式的电流施加方式下，电场线6容易变形成纺锤状而导致的捕捉电极5的走向与电场线6的走向无法匹配的弊端，使检测结果更为精确。

当0°方向采集结束后，0°方向上的一组均流板4停止工作，45°上一组均流板4开始工作并开始向采集矩阵3中的捕捉电极5施加电流信号，此时在采集矩阵3的45°的对角线上形成若干条电场线6。由于在45°的角度下，均流板4的长度与采集矩阵3对角线的长度匹配，因此用于施加电流信号的均流板4整条均可看做是电流源，在采集矩阵3对角线的方向上的电场线6同样为平行设置。在将所有捕捉电极5的电压进行采集之后，上位机挑取其中可进行管道缺陷计算的捕捉电极5输出的数据，然后上位机进行待测管道1在45°方向上的电压采集数据分析。

当45°方向采集结束后，45°方向上的一组均流板4停止工作，并依次进行90°和135°方向上的检测，检测过程及原理分别与0°和45°相同，在此不再赘述。

在本实施例中，如图6所示，将采集矩阵3设置为矩形，在进行45°方向上的采集时，虽然采集矩阵3中左上角和右下角的捕捉电极5所在的电场线6中仅有一个捕捉电极5，在实际计算时没有计算参考价值，但是在进行其他三个方向的采集时，设置在采集矩阵3四角处的采集矩阵5均可使得在其所在的电场线6中有更多数量的捕捉电极5被采集到，因此提高了待测管道1缺陷计算时的参考意义。在进行135°方向的采集时，原理相同。

由上述可知，在本实施例中，同样实现了可实现电压采集区2中多个方向的数据采集，因此可以对待测管道1上电压采集区2对应的位置的多个方向的管道缺陷进行检测。杜绝了现有技术中仅设置有一个采集方向时，与电场线6走向平行的管道缺陷难以被检测到的缺陷，因此可以实现对管道腐蚀状况的准确掌握，进一步提高了生产的安全性。

同时在本实施例中，由于采集矩阵3采用了两组复合式矩阵的设计，因此在进行电压采集时，会有更多的捕捉电极5的输出电压被采集到，因此相比较现有技术中单一的矩阵，参考点更多，更有利于数据的分析，有助于对待测管道1的腐蚀程度的判断。

实施例2：

在本实施例的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统中，包括待测管道1，在待测管道1易腐蚀部位的外表面上设置有电压采集区2，在电流采集区2中设置有采集矩阵3，采集矩阵3同样采用两组矩阵组合的复合式矩阵。

本实施例与实施例1的区别在于：如图6所示，在本实施例中，采集矩阵3采用长方形设计。采集矩阵3包括外圈的一个m*n的长方形矩阵，m、n均为第一捕捉电极501的数量，m、n均为不小于3的自然数，且m≠n，在该长方形矩阵中，长边和宽边的第一捕捉电极501的数量不同但长边中相邻两第一捕捉电极501之间的间距相同且等于宽边中相邻两第一捕捉电极501之间的间距，即m*n的长方形矩阵中，长边的阵列间距与宽边的阵列间距相同。

在m*n矩阵中，可组成长方形的任意相邻四个第一捕捉电极501围成的矩形的中心位置还设置有一个第二捕捉电极502，形成嵌套在m*m矩阵内部的另一组（m-1）*（n-1）的正方形矩阵，且两组矩阵中任意相邻两个第二捕捉电极502之间的间距相同。

在本实施例中，采集矩阵3的外部同样设置有用于向采集矩阵3施加电流的四组共八条均流板4，分别对应采集矩阵3的四个采集方向：0°方向、45°方向、90°方向以及135°方向，其中0°方向为与待测管道1轴向平行的方向。在以上四个方向的四组均流板4中，0°方向和90°方向的两组均流板4的设置方向分别与采集矩阵3的长边和宽边的设置方向相配合，且0°方向和90°方向两组均流板4的长度不小于长方形的采集矩阵3的长边（或宽边）以及宽边（或长边）的长度；45°方向和135°方向的两组均流板 8的长度不小于长方形的采集矩阵3对角线的长度，且45°方向和135°方向两组均流板4套设在0°方向和90°方向两组均流板4的外圈。

在本实施例的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统中，其工作过程与工作原理与实施例3相同，在此不再赘述，且本实施例取得了与实施例1相同的技术效果：同样实现了可实现电压采集区2中多个方向的数据采集；避免了现有技术中两点式的电流施加方式下，电场线6容易变形成纺锤状而导致的捕捉电极5的走向与电场线6的走向无法匹配的弊端；同时通过复合式矩阵的设计，因此在进行电压采集时，会有更多的捕捉电极5的输出电压被采集到，更有利于数据的分析，有助于对待测管道1的腐蚀程度的判断。

实施例5：

如图11所示，本实施例与实施例3的区别在于：在本实施例中，将采集矩阵3四角处的捕捉电极5取消，同时将四组均流板8以八边形且非嵌套的形式设置在采集矩阵3的外圈。

在本实施例中，将采集矩阵3四角处的捕捉电极5取消之后，可以保证在每个采集方向中，每条电场线7中不存在没有计算参考价值的捕捉电极，即所有的捕捉电极5在每个电流采集方向上均具有计算采集价值。在本实施例中，具体的工作过程及工作原理与实施例3相同，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，包括设置在待测管道（1）上的一个由若干捕捉电极（5）组成的采集矩阵（3），每一个捕捉电极（5）上连接有一条用于引出信号的导线，其特征在于：所述的采集矩阵（3）为多个采集子矩阵组成的复合矩阵，在采集矩阵（3）的外圈设置有多组电流输入机构和电流输出机构，每组电流输入机构和电流输出机构分别形成一个平行电场，任意两组电流输入机构和电流输出机构形成平行电场相交，采集矩阵（3）整体位于每组电流输入机构和电流输出机构分时形成的电场中；

所述的捕捉电极（5）包括第一捕捉电极（501）和第二捕捉电极（502），采集矩阵（3）包括一组由多行、多列的第一捕捉电极（501）组成的第一采集子矩阵；在第一采集子矩阵中，任意四个相邻且连线构成矩形的捕捉电极（501）所围成的矩形中心还内嵌有第二捕捉电极（502），第二捕捉电极（502）形成嵌套在第一采集子矩阵内部的第二采集子矩阵；

所述的第一采集子矩阵中，行数和列数均大于等于3。

2.根据权利要求1所述的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，其特征在于：所述的第一采集子矩阵的行间距等于列间距。

3.根据权利要求1所述的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，其特征在于：所述的电流输入机构和电流输出机构设置有四组，分别与采集矩阵（3）的水平边呈0°、45°、90°以及135°。

4.根据权利要求3所述的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，其特征在于：所述的电流输入机构和电流输出机构中，与采集矩阵（3）的水平边呈45°和135°的两组设置在与采集矩阵（3）的水平边呈0°和90°的两组的外圈。

5.根据权利要求3或4所述的应用于电场指纹法管道检测的多方向电流采集系统，其特征在于：所述的电流输入机构和电流输出机构均为对应设置的两条均流板（4），且与采集矩阵（3）的水平边呈0°和90°的两组的均流板（4）的长度长于或等于采集矩阵（3）的边长，与采集矩阵（3）的水平边呈45°和135°的两组的均流板（4）的长度长于或等于采集矩阵（3）的对角线长度。