CN111566475A - 避免红外反射的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于保护被检查结构免受外部红外发射的方法，包括使用保护片屏蔽被检查结构，以阻挡来自外部红外辐射源的红外发射到达被检查结构；使用至少一个支撑件定位至少一个保护片，以阻挡来自外部辐射源的最大量的辐射；和使用红外摄像机捕获来自被检查结构的红外辐射。
Description
技术领域
本发明涉及使用红外线辐射捕获监测腐蚀，并且特别地，涉及用于保护监测结构免受红外辐射的外部源的系统和方法，从而可以得到由结构发射的红外辐射的准确测量。
背景技术
在石油和天然气工业中，基础设施腐蚀(例如管道腐蚀)是造成大量成本的主要问题。由于管道和容器通常都覆盖有隔绝层或覆盖层，例如铝包层，因此在目视检查中看不到在隔绝层下发生的腐蚀(CUI)，并且需要其他非目视监测方法来确定是否存在腐蚀。红外检查是一种用于监视CUI的有前途的技术，因为与内部温度差异相对应的红外辐射可以穿过隔绝层，并且可以使用红外摄像机进行检测。所获得的温度差异表明了水分积累和CUI。
已发现，尽管基于红外的监视可以准确确定受检结构中是否存在CUI，但是基于红外的监视对被检结构外部的干扰辐射很敏感。例如，大量的辐射干扰可能来自被检查结构区域中受热的物体，例如附近的混凝土和沥青。这些源发出的红外辐射通常会被管道上使用的铝包层反射。与从被检查结构通过铝包层发出的辐射相比，这些反射可能非常显著。这种多余的辐射使其更难以获取显示出CUI的有时细微的温度差异。
因此，需要一种减少这种外来辐射的系统和方法，从而可以更加充分地实现基于红外的CUI检查的益处。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于保护被检查结构免受外部红外发射的方法。该方法包括：使用保护片屏蔽被检查结构，以阻止来自外部红外辐射源的红外发射到达被检查结构；使用至少一个支撑件定位所述保护片，以阻止来自外部辐射源的最大量的辐射；使用红外摄像机捕获来自被检查结构的红外辐射；使用热像仪捕获的图像监测来自外部辐射源的红外辐射量；和重复定位步骤，直到从外部辐射源接收到最小量的红外辐射。
在一些实施方式中，外部辐射源是被检查结构下方的地面，并且保护片位于地面上或上方并在被检查结构下方。
本发明方法的某些实施例还包括设置多个保护片以保护该结构免受地面发射，以及至少一个保护片以保护该结构免受来自该结构附近的另一受热物体的发射。在其他实施例中，该方法还包括设置多个保护片以完全包围被检查结构，除了用于红外摄像机的光圈的小开口之外。
在一些实施方式中，保护片包括被定位成面对红外辐射源的红外反射层、被定位成面对被检查结构的漫射织物层、以及位于红外反射层和漫射织物层之间的隔绝层。红外反射层可以由聚酯薄膜(Mylar)制成。
本发明的实施例也提供了一种用于保护被检查结构免受外部红外发射的系统。该系统包括定位成捕获来自被检查结构的红外辐射的红外摄像机；被定位成阻止来自外部红外辐射源的红外发射到达被检查结构的保护片；以及联接到所述保护片的至少一个支撑件，其中所述支撑件将保护片固定并定向在所述定位，以阻止来自外部辐射源的最大辐射量。在一些实施方式中，多个保护片完全包围被检查结构并且具有用于红外摄像机的光圈的开口。
在一些实施方式中，外部辐射源是被检查结构下方的地面，并且至少一个保护片位于地面上方并在被检查结构下方。可以使用至少一个垫片将保护片悬挂在地面上方。这有助于防止地面和片之间的传导性热传递，从而最大程度地减少片成为红外辐射的重要来源的可能性。
根据本发明的系统还可以包括多个保护片，所述多个保护片设置成保护所述结构免受地面发射，以及至少一个保护片，其设置成保护所述结构免受来自所述结构附近的另一受热物体的发射。该系统可以进一步包括用于保护红外线免受阳光的附加保护片。
在某些实施例中，保护片包括被定位成面对红外辐射源的红外反射层、被定位成面对被检查结构的漫射织物层、以及位于红外反射层和漫射织物层之间的隔绝层。红外反射层可以由聚酯薄膜(Mylar)制成。
可以通过结合附图讨论的本发明的某些实施例的附带描述理解这些和其它特征。
附图说明
图1是根据现有技术的经受来自外部源的红外反射的被检查结构(在所示实例中为管道)的示意性透视图。
图2是与图1所示的结构相似的被检查结构的示意性透视图，根据本发明的实施例，其被保护免受外部红外辐射。
图3是根据本发明的用于保护被检查结构免受外部辐射的系统的布置的侧视图。
图4是根据本发明的用于保护被检查结构免受外部辐射的系统的另一种布置的侧视图。
图5是根据本发明的用于保护被检查结构免受外部辐射的系统的又一布置的侧视图。
图6是根据本发明的用于保护被检查结构免受外部辐射的系统的又一种布置的侧视图。
图7是根据本发明实施例的用于阻挡红外辐射的材料的示意性截面图。
具体实施方式
在现场无损检测隔绝层下腐蚀(CUI)(即，不移除隔绝层或拆解结构)可能具有挑战性。红外热成像技术是一种用于检测CUI的有前途的技术，因为包含腐蚀和/或湿气的结构区域以与周围未腐蚀材料不同的速率响应外部加热。这种加热差异产生温度差异和不同的红外发射图。由于红外辐射可以穿透结构隔绝层和/或包覆层，因此可以使用红外摄像机检测温度差异。但是，由于所述差异可能微小，因此重要的是，红外摄像机捕获的辐射必须准确地仅反映从焦点区域发出的红外辐射，而不是从其他来源接收的多余红外辐射。因此，重要的是保护焦点区域以及可能还有红外摄像机本身免受此类外部红外辐射的影响，以实现准确的CUI检测。
图1示出了被研究的示例性结构，该结构暴露于来自外部源的红外辐射，这会干扰红外成像。结构100，在本案中是中空管，包括成像区域110，该成像区域将通过红外成像装置(图1中未示出，但应理解为在图示视图的前面)进行CUI检查。结构100的表面可以包括铝包层或对于红外辐射具有反射性的另一种材料。结构100通过支撑件122、124悬挂在地面120上方。地面120可以包括即使在环境温度下也发射大量红外辐射的混凝土或类似材料。因此，地面120可以用作红外辐射的源，其一部分被引向结构100并从结构包覆层反射。结构底部的阴影区域130表示这样的区域，即来自地面120的红外辐射从该区域被反射到观察摄像机。从区域130反射的辐射可能压倒从结构发出的CUI有关的辐射，并掩盖了存在的任何CUI。
图2示出了正在研究的类似示例性结构。在该实例中，保护片150位于结构110下方的地面120上方。保护片150由阻止从地面120发出的红外辐射到达结构130的非发射材料制成。如图所示，在结构100的底部上在保护片正上方的部分140没有标阴影，表明该部分没有暴露于来自地面的红外辐射，因此不反射这种辐射。因此，在所示的实例中，保护片150起到去除可能混淆CUI检测的明显外部红外辐射源的作用。在一些实施例中，为了防止保护片由于与地面接触而变热并因此成为红外辐射源，可以在保护片150下方放置垫片152、154以防止在地面和保护片之间直接接触和传导性热传递。图2中所示的保护片150的尺寸仅是说明性的，并且在实际实施例中，保护片可以大到保护结构免受与表面成一定角度辐射的地面辐射(即，与直接或与结构表面成法线角度辐射的辐射不同)所需。
图3是根据本发明的用于保护被检查结构免受外部红外辐射的示例性布置200的侧视图。在布置200中，红外摄像机205被定向以便捕获从结构210发出的红外辐射，该结构在所示实例中是管。一组水平间隔的支撑件222、224、226、228安装在被检查结构210下方的地面220上。第一保护片232在支撑件222和224之间延伸，第二保护片234在支撑件224和226之间延伸，第三保护片236在支撑件226和228之间延伸。如图所示，保护片232、236相对于水平线成一定角度定向，以便更好地保护结构免于以虚线箭头指示的角度从地面朝向结构发射的红外辐射。保护片234水平定向以覆盖结构正下方的整个区域。支撑件222、224、226、228和保护片232、234、236一起完全保护结构免受来自地面源的红外辐射。尽管支撑件被示出为具有线性和/或圆柱形的形状，但是支撑件可以具有其他形状，并且可以包括用于连接材料的扩口和凸缘，而没有限制。支撑件由非红外发射材料制成，例如铝。可以通过诸如夹子、松紧带或其他类似固定装置的抓握件235将例如232的保护片固定到例如222的支撑件上。另外，保护片可以包括索环，以使片可以容易地固定到其他结构。
在某些现场应用中，地面并不是唯一可以向被检查结构发射红外辐射的物体。图4是用于保护被检查结构免受附加红外辐射源的系统的另一布置的侧视图。在布置300中，类似地定向红外摄像机305以捕获从结构310发出的红外。在该实例中，除了地面320之外，太阳和附近的受热物体340(例如墙壁)都是附加红外辐射源。在该布置中，放置了几个支撑件和保护片，以阻止这些源到达摄像机205或结构210。例如，固定红外摄像机相对于结构210的位置的摄像机支撑件321和附加的支撑件322联接到在支撑件之间延伸并成一定角度的保护片331，以保护红外摄像机205和结构210过度暴露于阳光下，这种暴露可能会对红外检测的准确性产生负面影响。从相应的一对支撑件323/324、324/325和325/326延伸的保护片332、333和334以与图3所示类似的构造保护结构免受地面红外发射影响。另一保护片335在支撑件326和327之间延伸，所述支撑件位于摄像机305的最远端。保护片335阻挡从受热物体340发射的红外辐射。
图5示出了另一种布置，其中保护片完全包围被检查结构以进一步确保几乎没有外部红外辐射到达被检查结构。在相关部分中，在布置400中，顶部保护片431在被检查结构上方的最近端和远端支撑件之间延伸。保护片432在摄像机405和顶部保护片431之间延伸，并且另一保护片433在摄像机和下支撑件之间延伸。在这种构造中，阻止了阳光直接到达被检查结构，并且来自包括地面和受热物体的其他红外辐射源的辐射类似地也不能直接到达被检查结构。在所描绘的实施例中，摄像机405的一部分在由保护片包围的内部空间内。在某些情况下，摄像机本身可以是红外辐射源。例如，摄像机的部件可能会变热，而这样的受热区域可能会发出红外辐射，然后反射到传感器上。在图5所示的布置中，使摄像机穿过保护片的穿透最小化，以仅包括开口，该开口能够允许红外辐射进入摄像机镜头，同时防止红外光穿透摄像机镜头。
图6示出了与图5所示的布置类似的另一布置，在图6中被检查结构也被多个保护片包围。在该实施例中，摄像机505完全定位在由保护片界定的空间内。因此，采取额外的步骤，以使由红外摄像机505本身产生的辐射不会到达摄像机的传感器。在所描绘的实施例中，通过附加保护结构507、508提供附加的保护，所述附加保护结构507、508位于红外摄像机的光圈的任一侧上，其阻止外来辐射到达摄像机的红外传感器。
红外摄像机可用于检测保护片的布置何时能够有效阻挡红外反射。在一些实施方式中，随着保护片被迭代地移动到不同位置(例如，手动地)，观察者可以在每次迭代时使用摄像机来监视保护片的当前位置是否充分地阻挡了红外反射并使红外障碍最小化，直到已经实现了将红外反射降低到令人满意的水平的布置。如果发现使用的保护片不能充分最小化红外反射，则可以添加额外的保护片，直到发生充分的最小化。
可以使用多种不同形式实现保护片的组成和结构。保护片可以全部或部分地由红外反射材料(即，不良的红外吸收体和发射体的材料)制成。在简单的实施方式中，保护片可以由铝或其他红外反射金属制成。替代地，保护片可以以金属化的聚酯薄膜“太空毯”(聚酯薄膜是双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯)的方式分层。最优选的是，保护片在外侧是红外反射的以阻止入射的红外辐射，并且在内侧(面向被检查结构)是吸收红外的，以防止红外线朝被检查结构反射。例如，在由金属化的聚酯薄膜片制成的保护片中，可以在面向外部的一侧上使用金属层，而可以在反面使用聚合物材料。
图7是根据本发明的保护片的一个实施例的组成的示意图。该保护片包括金属膜或层702、联接到金属膜的塑料层以及漫射性织物(例如，羊毛状)背衬层706。背衬层706可以具有漫射纹理并且优选地具有低的红外反射率和低的比热，从而几乎没有内部能量来产生红外辐射。背衬层的漫射也降低了任何内部产生的红外辐射的强度并产生了漫反射。保护片还包括一个或多个索环，例如710，以允许将该片方便地附接到其他结构。索环可以将保护片的各个层固定在一起。可替代地，保护片可以形成为整体结构。
增强可以包括添加材料和涂层以最小化发射。也可以增加隔绝层以确保保护片面对被检查结构的表面保持尽可能凉爽。可以提供一种防止红外检查技术发射出特定波长的红外辐射的纳米结构层。或者，可以对材料进行纳米结构化，以将发射限制在对感兴趣的结构进行分析而言低关注的窄带宽；然后可以从图像中滤除此有限的带宽。
在一些实施例中，片的面对要检查的物体的表面可以具有纳米结构的图案或层组，其将黑体辐射的发射朝着可见光或进一步朝着更低波长的光移动，从而使片本身的黑体辐射不明显落在用摄像机测量的红外光谱范围内，因此防止片在片加热时朝物体产生破坏性红外辐射。这些层可以由于在红外光谱中具有高吸收性和在可见光谱或亚红外光谱中具有高发射性而改变发射的波长，从而将某些发射的光从测量的红外光谱中移出。如果确定有利的话，这可以在某些情况下代替漫射织物层。但是，可能遇到一些反射率问题，因此可能最好在片几乎完全包围物体的情况下使用。
应当指出，在部署保护片之后，可建议在收集或分析红外测量值之前包括一个等待时间，以使被检查结构达到热平衡。该时间的量可取决于结构的材料特性、散热路径以及已暴露于其中的IR辐射水平等。可以使用红外摄像机监视结构，以确定何时达到足够的平衡水平。
应当理解，本文公开的任何结构和功能细节不应被解释为限制系统和方法，而是作为代表性实施例和/或布置来提供，用于教导本领域技术人员实施本方法的一种或多种方式。
应当进一步理解，贯穿几个附图，在附图中相同的数字表示相同的元件，并且对于所有实施例或布置不是需要所有的参照附图描述和说明的部件和/或步骤
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所用，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”还意图包括复数形式。将进一步理解，在用于本说明书中时，术语“包含(comprises)”和“包含(comprising)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
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虽然已参考例示性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应了解，在不脱离本发明范围的情况下可以进行不同的改变并且其多种元素可以由多种等效物代替。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，所属领域的技术人员将理解许多修改以使特定仪器、情形或材料适于本发明的教示。因此，不希望本发明限于作为预期用于实施本发明的最佳模式来公开的具体实施例，但本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。
Claims (16)
1.一种用于保护被检查结构免受外部红外发射的方法，其包括：
使用保护片屏蔽所述被检查结构，以阻挡来自外部红外辐射源的红外发射到达所述被检查结构；
使用至少一个支撑件定位所述保护片，以阻挡来自所述外部辐射源的辐射量；和
使用红外摄像机捕获来自被检查结构的红外辐射；
采用使用所述摄像机捕获的图像监测来自所述外部辐射源的红外辐射量；以及
重复定位步骤，直到从所述外部辐射源接收到最少量的红外辐射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述外部辐射源是所述检查结构下方的地面，并且所述保护片位于地面上方并在所述被检查结构下方。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括设置多个保护片以保护所述结构免受地面发射，以及设置保护片以保护所述结构免受来自所述结构附近的另一受热物体的发射。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括设置多个保护片以完全包围所述被检查结构，除了用于所述红外摄像机的光圈的小开口之外。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护片包括被定位成面对所述红外辐射源的红外反射层、被定位成面对所述被检查结构的漫射织物层、以及位于所述红外反射层和所述漫射织物层之间的隔绝层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述红外反射层由双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。
7.一种用于保护被检查结构免受外部红外发射的系统，其包括：
红外摄像机，其被定位成捕获来自被检查结构的红外辐射；
保护片，其被定位成阻挡来自外部红外辐射源的红外发射到达所述被检查结构；和
联接到所述保护片的至少一个支撑件，其中所述支撑件将所述保护片固定并定向在所述定位，以阻止来自所述外部辐射源的最大辐射量。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述外部辐射源是所述检查结构下方的地面，并且所述保护片位于地面上方并在所述被检查结构下方。
9.根据权利要求8所述的系统，其中使用至少一个垫片将所述保护片悬挂在地面上方。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述保护片包括被设置成保护所述结构免受地面发射的保护片层；以及被设置成保护所述结构免受来自所述结构附近的另一受热物体的发射的保护片，其中至少一个片层由与另一片层不同的材料组成。
11.根据权利要求10所述的系统，其还包括用于保护红外线免受阳光的附加保护片。
12.根据权利要求7所述的系统，其中所述保护片包括被定位成面对所述红外辐射源的红外反射层、被定位成面对所述被检查结构的漫射织物层、以及位于所述红外反射层和所述漫射织物层之间的隔绝层。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述红外反射层由双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述保护片的层在一个或多个位置彼此附接，并且其中所述保护片还包括索环，所述索环延伸穿过所述层并附接所述层。
15.根据权利要求7所述的系统，还包括多个保护片，其完全包围所述被检查结构，所述保护片具有用于所述红外摄像机的光圈的开口。
16.根据权利要求7所述的系统，还包括构造成同时接合所述保护片和所述支撑件的抓握件，其中所述抓握件将所述保护片保持在所述定向和所述定位。
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