CN1447902A

CN1447902A - 用于测量导电体的壁厚的方法

Info

Publication number: CN1447902A
Application number: CN01814484.5A
Authority: CN
Inventors: 保陆斯·卡洛陆斯·尼克拉斯·科劳森; 马克·西奥多尔·陆易杰尔; 约翰·范·德·斯蒂恩
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-10-08
Also published as: US6593737B2; ATE433092T1; CA2420309A1; US20020149359A1; EP1311800A1; AU2001287701A1; NO20030814L; NO20030814D0; DE60138891D1; WO2002016863A1; RU2260172C2; EP1311800B1; JP2004507721A

Abstract

一种用探测器(4)测量导电体(2)的壁厚的方法，其中的探测器(4)包括一个发射器线圈(6)，一个第一接收器(8)和一个第二接收器(10)，该方法包括：将探测器(4)配置在物体(2)附近；在物体(2)内感应出瞬时涡流电流并记录接收器随时间变化的信号；根据两信号中之一的特征来测量壁厚；结合V_l(t)和V_u(t)来计算特征值Φ；利用对于探测器(4)与物体(2)邻近该探测器(4)的表面之间距离的不同值而预定的壁厚与特征值之间的关系，对于探测器(4)与物体(2)间的距离来校正被测量出的壁厚。

Description

用于测量导电体的壁厚的方法

技术领域

本发明涉及对由导电材料构成的物体的电磁检测的方法。在该电磁检测方法中使用一种探测器，该探测器包括一个用于在物体中感应出涡流电流的发射器线圈，和一个用于提供表示由该涡流电流产生的电磁场强度或该电磁场强度的变化的信号的接收器系统。特别地，本发明涉及测量壁的厚度及对于提升距离(lift-off)中未知的变化对测量出的壁厚进行校正。提升距离是指探测器到物体邻近该探测器的表面之间的距离，相对在物体反面的远离该探测器的表面来说，该邻近表面离探测器最近。

背景技术

适合利用根据本发明的方法来探测的物体的例子有金属片或诸如管道，导管或容器的容器装置的壁，这些物体的曲率半径大于其厚度。导电材料可以是例如碳钢或不锈钢的任何导电材料。根据本发明的方法的进一步的应用是对绝缘层的厚度的测量。

发明内容

本发明的一个目的就是为了更精确地测量物体的厚度。为此，本发明提供一种用探测器测量导电体的壁厚的方法，该探测器包括一个用于在物体中感应出涡流电流的发射器线圈，和一个用于提供表示由该涡流电流产生的电磁场强度或该电磁场强度的变化的信号的接收器系统，其中该接收器系统包括第一接收器和与第一接收器分隔开的第二接收器，该方法包括以下步骤：

(a)将探测器配置在物体附近并与物体邻近该探测器的表面有一定距离之处；

(b)通过激活发射器在物体内感应出瞬时涡流电流并记录接收器随时间变化的信号，其中V_l(t)为第一接收器随时间(t)变化的信号而V_u(t)为第二接收器随时间(t)变化的信号；

(c)根据两信号中之一的特征来测量壁厚；

(d)结合V_l(t)和V_u(t)计算特征值Φ；和

(e)利用对于探测器与邻近表面之间距离的不同值而预定的壁厚与特征值之间的关系，对于探测器与物体的邻近该探测器的表面间的距离来校正被测量出的壁厚。

附图说明

下面将以例举方式，参考附图更详细地说明本发明，其中：

图1显示本发明的第一实施例；

图2显示对于提升距离校正测量出的壁厚的各图形。

具体实施方式

现在参照图1进行说明。由导电材料构成的物体用标号2来表示，探测器用标号4来表示。该探测器4包括一个用于在物体2中感应出涡流电流的发射器线圈6，和一个用于提供表示由该涡流电流产生的电磁场强度或该电磁场强度的变化的信号的接收器系统，其中该接收器系统包括第一接收器8和与第一接收器分隔开的第二接收器10。发射器线圈6与一个用于激励该发射器线圈的设备(图中未示出)相连，该接收器系统与一个用于记录来自该接收器系统的信号的设备(图中未示出)相连。探测器4与邻近表面12间的距离用l来表示，探测器4与物体2之间的空间例如充满覆盖该邻近探测器的表面12的一个绝缘层(图中未示出)。接收器8和10之间的距离是距离l的倍数，适宜是为距离l的0.1到0.9倍。

在正常操作过程中，探测器4配置在物体2的上方并接近该物体2的邻近该探测器的表面12。

通过激励发射器线圈6(激励和突然去激励)在物体2内感应出瞬时涡流电流。随时间的变化记录下接收器8和10的信号。第一接收器8随时间(t)变化的信号用V_l(t)表示，第二接收器10随时间(t)变化的信号用V_u(t)表示。V_l(t)和V_u(t)表示磁场的强度或磁场强度的变化。在图1所示的实施例中，接收器是线圈8和10，被记录的信号指示磁场强度的变化，且接收器线圈的直径是距离l的倍数，适宜是为距离l的0.1到0.9倍。

然而，当接收器是霍尔效应变换器，或当对来自线圈的信号积分时，该信号指示磁场的强度。

用信号V_l(t)和V_u(t)中之一来确定物体的厚度，并应用信号V_l(t)和V_u(t)两者来计算特征值Φ。为完整起见，我们加入声明，对于本发明，V_l(t)是不是来自接收器8的信号和V_u(t)是不是来自接收器10的信号，或者相反地，V_l(t)是不是来自接收器10的信号和V_u(t)是不是来自接收器8的信号，这些都是无关紧要的。

本申请人已经发现，如要进行校正，只需同时确定特征值Φ_m和壁的厚度WT_m即可。

利用涡流电流测量导电体的壁的厚度的现有技术，例如参见国际专利申请公开WO 98/02 714号和欧洲专利说明书第321112号。当测量一个未知的壁厚时，有三种壁的厚度：(1)实际的壁厚或真实的壁厚，(2)被测量出的壁厚(在校正前)和(3)已校正过的壁厚。校正被测量出的壁厚是为了获得比校正前的被测量出的壁厚更接近于实际壁厚的壁的厚度。

在实践中，被测量出的壁厚随提升距离而变化。假如能够利用距离L上的信息来校正被测量出的壁厚，则可使壁厚的测量更精确。本申请人已经发现了一种校正方法，其中不必知道该距离或提升距离。

为了测量壁的厚度，将探测器4配置在物体2的附近并与需要确定厚度的物体2的邻近该探测器的表面12相距L之处。

在正常操作过程中，通过激励发射器在物体2内感应出涡流电流，并且随时间(t)的变化记录下第一接收器8的信号V_l(t)和第二接收器10的信号V_u(t)。

根据信号V_l(t)和V_u(t)中至少之一的特征，利用已知方法来确定物体的壁厚WT_m。这能够确定信号在某一特定时刻的幅度，并将该幅度同为厚度已知的试验物体在该时刻所确定的幅度进行比较。可替换地，可以利用所谓的临界时刻，该临界时刻是指中断对发射器的激励后物体内产生的涡流电流到达物体远离探测器的表面的时间。另一种方法包括计算信号在两个预定时间之间的积分并根据计算值来获得有关厚度的信息。又一种方法是确定信号从第一数值衰变至第二数值所需的时间并根据壁厚与时间之间的关系来获得厚度。

结合使用信号V_l(t)和V_u(t)可计算特征值Φm。

然后，利用对于探测器与邻近探测器的表面间距离的不同值而预定的壁厚与特征值之间的关系，对于探测器4与物体2的邻近探测器的表面间的未知距离L来校正测量出的壁厚WT_m。这种关系在同一物体或有类似电磁特性的物体的某一点上确定。请注意，未知距离L可能沿着物体随位置而变化。

下面参考图2进行说明。图2显示了一种能够对提升距离校正被测量出的壁厚的方法。

从具有已知壁厚WT_k的物体出发，测量出信号V_l(t)和V_u(t)。然后通过该信号可确定壁厚WT_m和特征值Φ。在同一地点为若干不同的提升距离重复上述步骤。图2A绘出了壁厚和特征值，其中横坐标轴为提升距离L，纵坐标轴为壁的厚度WT和特征值Φ。实线是被测量出的壁厚作为提升距离的函数，虚线是特征值作为提升距离的函数。点a，b，c，d，e，f和g是被测量出的值。校正就是在点c测量出的壁厚WT_m(c)等于已知壁厚WT_k。

然后从图2A可以得出图2B。图2B显示被测量出的壁厚作为特征值的函数。

校正因子CF可从图2B确定并在图2C中绘出。校正因子CF为已知壁厚除以被测出的壁厚，对Φc校正因子等于1，对Φ＜Φc校正因子大于1，对Φ＞Φc校正因子小于1。为了获得校正因子作为特征值的连续函数，将这些点连成一条曲线。

要校正同一物体(或有类似电磁特性的物体)对未知的提升距离测量出的壁厚，用特征值Φm来校正该被测量出的壁厚WT_m。该被校正的壁厚WT_m是Wt_corr＝WT_m·CF(Φm)。

可替换地，被测量出的壁厚与特征值之间的关系(如图2B)大约呈线性。该线性关系的斜率等于壁厚的变分δWT_l除以特征值的变分δΦ_l的商。被校正的壁厚是Wt_corr＝WT_m+(Φ₂-Φ₀)(δWT_l/δΦ_l)，其中Φ₂是关于未知壁厚的特征值，Φ₀是校正因子等于1时的特征值(在图2C中为Φ_c)。

适宜地，对于物体的被测出的温度再次校准被校正的壁厚。这通过在校准温度T₀处确定被测出的壁厚的变分δWT除以温度的变分δT的商来完成；并用如下公式：Wt_corr2＝Wt_corr+(T-T₀)(δWT/δT)来计算被校准的壁厚。

适宜地，通过结合V_l(t)和V_u(t)来计算特征值Φ，这包括用如下公式确定特征值：

Φ = \frac{Σ_{i = 1}^{n} Vu (t_{0} + (i - 1) Δ)}{Σ_{i = 1}^{n} V_{l} (t_{0} + (i - 1) Δ)}

其中t₀是起始时间，Δ为取样间隔，n为包括在求和中的取样的数量。

在如图1所示的探测器4的实施例中，接收器8和10在垂直方向(垂直于物体2的邻近探测器的表面12)中一个位于另一个上方。在一个可替换的实施例(未显示出)中，接收器天线装置在水平方向(平行于邻近探测器的表面12)相互隔开。当使用开口端朝向物体的一个U形铁心时，此结构特别有用。U形铁心在两端包括一个发射器线圈和一个接收器线圈，而第二接收器线圈装配在该U形铁心旁边。

绝缘层下的腐蚀发生在涂有绝缘材料的管道。绝缘材料通常用一个金属包层来防雨。该金属包层被称为“护套”。该护套通常由铝或钢制成且大约厚0.7mm。护套以分段的形式进行应用，每段的典型长度为1m。通过将两个护套段部分地交迭来阻止水的进入。在利用涡流电流进行检测的技术中，护套不需要去除。在一级近似的程度上，护套的影响为对接收信号的一个Δt的延迟：如果没有护套时信号为s(t)，那么在有护套时信号大约为s(t-Δt)。沿着护套段Δt的大小变化如下：相对于护套段的中间，靠近护套段交迭处的Δt更大。延迟Δt的变化对常规的脉冲型涡流电流方法影响如下：Δt的变化表现为被测量的钢的厚度的虚假的变化。本申请人已经发现，由于使用两个接收器，因此根据本发明的方法对金属护套的存在更不灵敏。一个原因为，在实验中发现，特征值Φ几乎不依赖于时间t：Φ(t)≈Φ(t-Δt)，

其中：

Φ (τ) = \frac{Σ_{i = 1}^{n} Vu (τ + (i - 1) Δ)}{Σ_{i = 1}^{n} V_{l} (τ + (i - 1) Δ)}

在后一个等式中τ＝t或τ＝t-Δt。

Claims

1、一种用探测器测量导电体的壁厚的方法，其中该探测器包括一个用于在物体中感应出涡流电流的发射器线圈，和一个用于提供表示由该涡流电流产生的电磁场强度或该电磁场强度的变化的信号的接收器系统，其中该接收器系统包括第一接收器和与该第一接收器分隔开的第二接收器，该方法包括以下步骤：

(a)将探测器配置在物体附近并与该物体邻近该探测器的表面有一定距离处；

(b)通过激励发射器在物体内感应出瞬时涡流电流并记录接收器随时间变化的信号，其中V_l(t)为第一接收器随时间(t)变化的信号而V_u(t)为第二接收器随时间(t)变化的信号；

(c)根据两信号中之一的一个特征来测量壁厚；

(d)结合V_l(t)和V_u(t)来计算特征值Φ；和

(e)利用对于探测器与邻近该探测器的表面之间距离的不同值而预定的壁厚与特征值之间的关系，对于探测器与物体的邻近该探测器的表面间的距离来校正被测量出的壁厚。

2、如权利要求1所述的方法，其中校正被测量出的壁厚包括测量壁厚和对于不同的提升距离数值为具有已知壁厚的物体确定特征值；得出被测量出的壁厚与特征值之间的关系，并从该关系中获取校正因子；通过用关于该特征值的校正因子乘以被测量出的壁厚来确定被校正的壁厚。

3、如权利要求2所述的方法，其中校正被测量出的壁厚WT_m包括：确定校正因子等于1时的特征值Φ₀；从被测量出的壁厚与特征值之间的关系得出壁厚的变分δWT_l除以特征值的变分δΦ_l的商；对于未知的提升距离校正已被测量出的壁的厚度为Wt_corr＝WT_m+(Φ₂-Φ₀)(δWT_l/δΦ_l)，其中Φ₂是与壁厚WT_m一起被测量的特征值。

4、如权利要求1-3中的任一项权利要求所述的方法，进一步包括测量物体的温度并对于该温度校正已被校正的壁厚。

5、如权利要求4所述的方法，其中对于该温度校正已被校正的壁厚包括：在校准温度T₀处确定被测出的壁厚的变分δWT除以温度的变分δT的商；并用如下公式：Wt_corr2＝Wt_corr+(T-T₀)(δWT/δT)来计算被校准的壁厚。

6、如权利要求1-5中的任一项权利要求所述的方法，其中通过结合V_l(t)和V_u(t)来计算特征值Φ包括用如下公式确定特征值：

Φ = \frac{Σ_{i = 1}^{n} Vu (t_{0} + (i - 1) Δ)}{Σ_{i = 1}^{n} V_{l} (t_{0} + (i - 1) Δ)}

7、如权利要求1-6中的任一项权利要求所述的方法，其中接收器系统包括一个第一接收器线圈和一个与该第一接收器线圈相互隔开的第二接收器线圈，并且其中的信号表示涡流电流的变化，其中的V_l和V_u分别是第一和第二接收器线圈终端的电压。