DE4231882C2

DE4231882C2 - Process for the detection of a defective pipe

Info

Publication number: DE4231882C2
Application number: DE19924231882
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Fuchs; Don J R Prof Dr Stock; Hubert Dipl Ing Trogus; Reynir Dr Vilhjalmsson
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Fuchs Ulrich Dr 88451 Dettingen De Vilhjalmss
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2012-09-25
Also published as: DE4231882A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entdeckung eines fehlerhaften Rohres nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to a method for discovering a defective tube according to the preamble of the patent saying 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Entdeckung von Fehlern an sogenannten nicht begehbaren Kanalisationsroh ren, z. B. mit einem Innendurchmesser in einem Bereich von 0,2 m bis 1 m. Derartige Rohre sind von innen optisch prüfbar. Dazu wird z. B. eine Film- oder Fernsehkamera durch das zu prüfende Rohr bewegt und damit die Wandung des Rohres auf optisch sichtbare Fehlstellen überprüft. Durch den Ort der Kamera, der z. B. anhand der Länge eines zur elektrischen Versorgung der Kamera abgespulten Kabels bestimmt wird, ist auch der Ort der Fehlstelle feststell bar. Weiterhin kann ein Rohrabschnitt, z. B. einige hun dert Meter, dadurch auf Dichtigkeit geprüft werden, daß in dem Rohrabschnitt mit Druckluft ein pneumatischer Über druck erzeugt und ein anschließender möglicher außerge wöhnlicher Druckabfall detektiert wird.The invention particularly relates to the discovery of Errors in so-called non-accessible sewer pipes ren, e.g. B. with an inner diameter in a range of 0.2 m to 1 m. Such pipes are optical from the inside testable. For this, z. B. a film or television camera moved through the pipe to be tested and thus the wall of the tube checked for visible defects. By the location of the camera, the z. B. based on the length of a for the electrical supply of the unwound cable the location of the fault is also determined bar. Furthermore, a pipe section, e.g. B. some hun different meters, be checked for leaks in that a pneumatic over the pipe section with compressed air pressure generated and a possible subsequent usual pressure drop is detected.

Derartige Verfahren haben insbesondere den Nachteil, daß mögliche Hinterspülungen und/oder Hohlräume in unmittelba rer Nähe des Rohres nicht feststellbar sind. Derartige Fehler können zu einem Rohrbruch führen, der einen großen Schaden verursacht.Such methods have the particular disadvantage that possible backwashing and / or cavities in immediate cannot be determined near the pipe. Such Errors can lead to a pipe break that is a big one Caused damage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge mäßes Verfahren anzugeben, mit welchem in kostengünstiger und zuverlässiger Weise schon vorhandene und wahrschein lich auftretende Fehlstellen detektiert werden können und mit welchem der Umfang eines bereits aufgetretenen Scha dens festgestellt werden kann.The invention has for its object a genus to indicate moderate procedure with which in less expensive and reliably existing and probable occurring defects can be detected and with which the extent of an already occurring Scha dens can be determined.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a method with the characteristic features of claim 1.

Vorteil hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.Advantage sticky refinements and / or further training are the Removable subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels nä her erläutert. Dabei wird angenommen, daß ein Teil des so genannten nicht begehbaren Kanalisationsnetzes, insbeson dere Kanalisationsrohre, mit einem Innendurchmesser von 0,2 m bis 1 m, überprüft werden soll. Derartige Rohre ha ben im allgemeinen eine Wandung aus gebranntem Ton oder Keramik oder Beton und befinden sich im Erdreich in einem Tiefenbereich von ungefähr 2 m bis 8 m unterhalb von durch Kraftfahrzeugen befahrenen Straßen oder Wegen.The invention is based on an example ago explained. It is assumed that part of the so non-accessible sewer network, in particular sewer pipes, with an inside diameter of 0.2 m to 1 m, should be checked. Such pipes ha ben generally a wall of fired clay or Ceramic or concrete and are in the ground in one Depth range from approximately 2 m to 8 m below through Roads or paths used by motor vehicles.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß derartige Materialien mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung detek tier- und unterscheidbar sind, da die Materialien unter schiedliche elektrische Leitfähigkeiten besitzen.The invention is based on the knowledge that such Detect materials with the help of electromagnetic radiation animal and distinguishable, because the materials are under have different electrical conductivities.

Die Überprüfung solcher Rohre erfolgt nun vorteilhafter weise dadurch, daß zunächst eine erste Antennenanordnung, bestehend aus einer Sende- und einer Empfangsantenne, für eine erste elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz aus einem Frequenzbereich von ungefähr 50 MHz bis 300 MHz, verwendet wird. Dabei wird die Frequenz in Abhängigkeit von der Art des Erdreiches (Sand, Kies usw.) sowie der Art des Straßen- und/oder Wegebelages gewählt und ist z. B. experimentell bestimmbar. Die Sende- und Empfangsantennen haben an sich bekannte Bauformen, z. B. Monopole, Dipole oder logarithmisch periodische Gestalt und sind auf die verwendete Frequenz abgestimmt.Such pipes are now checked more advantageously wise in that first a first antenna arrangement, consisting of a transmitting and a receiving antenna, for a first electromagnetic radiation with a frequency from a frequency range of approximately 50 MHz to 300 MHz, is used. The frequency becomes dependent on the type of soil (sand, gravel, etc.) and the type of the road and / or path surface chosen and is z. B. experimentally determinable. The transmit and receive antennas have known designs, z. B. monopolies, dipoles or logarithmic periodic shape and are based on the used frequency tuned.

Eine solche erste Antennenanordnung wird nun möglichst dicht, z. B. in einem Abstand von ungefähr 0,05 m, ober halb der Straßen- oder Wegoberfläche bewegt. Dazu wird die erste Antennenanordnung vorteilhafterweise an einer beweg lichen Halterung befestigt, die wiederum an einem mög lichst geländegängigen Kraftfahrzeug befestigt ist. Das Kraftfahrzeug bewegt sich nun langsam, z. B. mit einer Ge schwindigkeit größer 0,12 km/h, in Längsrichtung über das zu prüfende Rohr, dessen ungefähre Lage im allgemeinen be kannt ist, z. B. aus einem sogenannten Kanalisationska taster. Während dieser Längsbewegung wird nun die erste Antennenanordnung senkrecht dazu, parallel zur Erdoberflä che bewegt mit Hilfe der beweglichen Halterung. Diese ho rizontale Bewegung beträgt z. B. ± 1 m, so daß dabei die Breite des Kraftfahrzeugs allenfalls geringfügig über schritten wird. Während dieser mechanischen Bewegung wird nun die erwähnte erste elektromagnetische Strahlung von der Sendeantenne fortlaufend in das Erdreich gesandt und zwar vorteilhafterweise in einer Art, die auch bei einem Puls-Basis-Radar verwendet wird. Es werden z. B. soge nannte Monocycle-Pulse mit einem Abtastintervall von 400 ps, einer Puls-Spitzenleistung von 200 W sowie einer variablen maximalen Puls-Wiederholfrequenz von maximal 500 kHz ausgesandt. Diese Pulse werden nun zum Teil von dem über dem Rohr liegenden Erdreich reflektiert, aber insbesondere von dem zu überprüfenden Rohr. Besitzt dieses nun eine Fehlstelle, z. B. eine Undichtigkeit, so tritt aus dieser Flüssigkeit, z. B. im wesentlichen Wasser, aus und bewirkt eine überdurchschnittliche Befeuchtung des die Fehlstelle umgebenden Erdreiches (Materials) oder sogar eine sogenannte Hinterspülung, die zu einem Hohlraum an der Fehlstelle führen kann. Dadurch wird in dem Erdreich eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit verursacht. Diese bewirkt eine Änderung des Reflexionsfaktors für die Pulse, so daß derartige Fehlstellen erkannt und detektiert werden können und zwar mit einer räumlichen Auflösung von ungefähr 0,3 m bis 0,5 m. Diese Detektion erfolgt dadurch, daß die an dem Rohr und/oder einer Fehlstelle (nassem Erd reich oder Hohlraum) reflektierten Pulse von der Empfangs antenne empfangen und vorteilhafterweise sofort, d. h. ohne Speicherung ("on line"), ausgewertet werden. Diese Auswertung erfolgt mit aus der Radartechnik an sich be kannten Technologien und vorteilhafterweise mit Hilfe ei ner digital arbeitenden Datenverarbeitungsanlage, z. B. einer sogenannten Workstation oder einem Personal Computer (PC), die in dem Kraftfahrzeug installiert ist. Mit dieser On-Line-Auswertung ist es z. B. möglich, das Kraftfahrzeug genau oberhalb des Rohres zu führen und/oder eine Fehl stelle mehrmals abzutasten. Mit einer solchen Datenverar beitungsanlage und einem daran angeschlossenen Datensicht gerät (Monitor) sind verschiedene Darstellungsarten mög lich. Besonders vorteilhaft ist eine zwei- oder dreidimen sionale Darstellung des abgetasteten Rohres und/oder des dieses umgebenden Erdreiches (Materials), denn diese Dar stellungsart ist einfach verständlich insbesondere für eine geologisch nicht vorgebildete Person, z. B. einen Tiefbauarbeiter.Such a first antenna arrangement is now possible tight, e.g. B. at a distance of about 0.05 m, upper moved half of the road or path surface. For this, the first antenna arrangement advantageously on a moving Lichen bracket attached, which in turn on a poss Lich off-road motor vehicle is attached. The Motor vehicle now moves slowly, e.g. B. with a Ge Speed greater than 0.12 km / h, in the longitudinal direction over the pipe to be tested, its approximate location in general be is known, e.g. B. from a so-called sewer button. During this longitudinal movement, the first becomes Antenna arrangement perpendicular to it, parallel to the surface of the earth che moves using the movable bracket. This ho zizontal movement is z. B. ± 1 m, so that the Width of the motor vehicle at most slightly over is taken. During this mechanical movement now the mentioned first electromagnetic radiation from the transmitting antenna is continuously sent into the ground and admittedly advantageously in a way that also applies to one Pulse-based radar is used. There are e.g. B. so-called called monocycle pulses with a sampling interval of 400 ps, a pulse peak power of 200 W and one variable maximum pulse repetition rate of maximum 500 kHz transmitted. These pulses now become part of reflects the soil above the pipe, but especially of the pipe to be checked. Has this now a missing part, e.g. B. a leak, occurs from this liquid, e.g. B. essentially water and causes an above average humidification of the Defect surrounding soil (materials) or even a so-called backwash that leads to a cavity the fault can lead. This will in the ground causes a change in electrical conductivity. This causes a change in the reflection factor for the Pulses, so that such imperfections are recognized and detected can be with a spatial resolution of about 0.3 m to 0.5 m. This detection is done by that the on the pipe and / or a defect (wet earth rich or cavity) reflected pulses from the reception receive antenna and advantageously immediately, d. H. without storage ("on line"). This Evaluation takes place with the radar technology itself knew technologies and advantageously with the help of egg ner digitally working data processing system, e.g. B. a so-called workstation or a personal computer (PC) installed in the motor vehicle. With this On-line evaluation is e.g. B. possible the motor vehicle to run just above the pipe and / or a fault place to scan several times. With such data processing processing system and a data view connected to it different display types are possible Lich. A two or three dimen is particularly advantageous sional representation of the scanned tube and / or of this surrounding earth (material), because this Dar position is easy to understand, especially for a person not geologically trained, e.g. B. one Civil engineering.

Die Ortsbestimmung eines derart ermittelten Rohres, Rohr netzes und/oder einer Fehlstelle kann mit Hilfe verschie dener an sich bekannter geodätischer Verfahren erfolgen. Besonders vorteilhaft ist das differentielle Satellitenna vigationsverfahren DGPS ("differential global positioning system"), da dieses eine räumliche Auflösung von ungefähr 0,1 m und eine Anschlußmöglichkeit an die bereits erwähnte Datenverarbeitungsanlage des Kraftfahrzeuges ermöglicht.The location of a pipe determined in this way, pipe network and / or a fault can be moved with the help whose geodetic methods are known. The differential satellite ana is particularly advantageous navigation method DGPS ("differential global positioning system "), since this has a spatial resolution of approximately 0.1 m and a connection possibility to the already mentioned Data processing system of the motor vehicle enables.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist eine schnelle und ko stengünstige Überprüfung eines Kanalisationsnetzes mög lich. Wurde dabei mindestens eine Fehlstelle oder eine möglicherweise vorhandene Fehlstelle entdeckt, so ist es zweckmäßig, den entsprechenden Rohrabschnitt genauer zu untersuchen. Dazu wird bei einem sogenannten Kontroll schacht, welcher der Fehlstelle am nächsten liegt, ein so genannter Fahrwagen, der auch Molch genannt wird, in das zu überprüfende Rohr gesetzt und in Richtung der Fehl stelle bewegt, z. B. mit Hilfe eines Elektroantriebs über ein elektrisches Kabel, das mit dem Kraftfahrzeug verbun den ist. Der Ort des Molches innerhalb des Rohres ist dann mit Hilfe der abgespulten Kabellänge bestimmbar. Der Fahr wagen (Molch) besitzt an seinem vorderen Ende eine zweite Antennenanordnung, bestehend aus einer Sende- und einer Empfangsantenne, für eine zweite elektromagnetische Strah lung, z. B. für eine Frequenz aus einem Frequenzbereich von 2 GHz bis 4 GHz. Diese zweite Antennenanordnung wird vorteilhafterweise durch ein Radom gegen störende Umwelt einflüsse, z. B. Feuchtigkeit, geschützt. Die zweite An tennenanordnung kann um eine zur Längsachse des Rohres im wesentlichen parallele Achse rotieren. Es ist vorteilhaft, diese zweite Antennenanordnung mit einem aus der Radar technik an sich bekannten kontinuierlichen Frequenzmodula tionsverfahren, das in der englischsprachigen Literatur auch CWFM ("continous wave frequency modulation")-Verfah ren genannt wird, zu betreiben. Dieses CWFM-Verfahren ar beitet in dem erwähnten Frequenzbereich z. B. mit einer Rampendauer von 12,8 ms, einer Sendeleistung von 30 mW so wie einer Abtastfrequenz von 7 kHz. Damit ist eine sehr genaue und vielseitige Untersuchung der Wandung des Rohres sowie des das Rohr umgebenden Erdreiches in einem Bereich bis zu ungefähr 1 m möglich. Es ist z. B. möglich, optisch nicht sichtbare Fehlstellen, z. B. eine poröse Stelle, eine an der Rohraußenwand vorhandene Korrosionsstelle so wie eine Hinterspülung oder einen Hohlraum, bezüglich der Art sowie des Ortes genau, z. B. mit einer Auflösung von einigen Zentimetern, zu bestimmen. Es ist vorteilhaft, die Auswertung der von der Empfangsantenne empfangenen Signale mit einem aus der Radartechnik bekannten Verfahren und mit Hilfe der erwähnten Datenverarbeitungsanlage vorzunehmen und die Fehlstelle ebenfalls in räumlich zwei- oder drei dimensionaler Form darzustellen.With the method described is a quick and knockout cost-effective inspection of a sewer network possible Lich. If there was at least one defect or one if there is a possible defect, it is so expedient to the corresponding pipe section more precisely examine. This is done with a so-called control shaft, which is closest to the fault, such a called trolley, which is also called newt, in the pipe to be checked set and towards the miss place moved, e.g. B. with the help of an electric drive an electrical cable that is connected to the motor vehicle that is. The location of the newt within the pipe is then can be determined using the uncoiled cable length. The ride wagon (newt) has a second one at its front end Antenna arrangement consisting of a transmitting and a Receiving antenna, for a second electromagnetic beam lung, e.g. B. for a frequency from a frequency range from 2 GHz to 4 GHz. This second antenna arrangement will advantageously by means of a radome against a disturbing environment influences, e.g. B. moisture, protected. The second type tennenanordnung can about a to the longitudinal axis of the tube in rotate substantially parallel axis. It is beneficial this second antenna arrangement with one from the radar technology known per se continuous frequency modules tion procedure that is in the English language literature also CWFM ("continuous wave frequency modulation") process ren is to operate. This CWFM procedure ar works in the frequency range mentioned z. B. with a Ramp duration of 12.8 ms, a transmission power of 30 mW so like a sampling frequency of 7 kHz. So that's a very precise and versatile examination of the wall of the pipe and the soil surrounding the pipe in one area up to about 1 m possible. It is Z. B. possible, optically imperceptible imperfections, e.g. B. a porous site, a corrosion point on the outer wall of the pipe like a backwash or cavity, with respect to the Type and location exactly, z. B. with a resolution of a few centimeters. It is beneficial that Evaluation of the signals received by the receiving antenna with a method known from radar technology and with To help with the aforementioned data processing system and the missing part also in two or three rooms to represent dimensional shape.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an wendbar. Beispielsweise ist es möglich, bei der ersten An tennenanordnung leidiglich eine bewegte Sendeantenne und eine oder mehrere räumlich davon getrennte Empfangsanten nen zu verwenden. Mit solchen Anordnungen sind auch schwierige Rohrabschnitte, z. B. Abzweigungen, Kreuzungen, Absperrventile, überprüf- und darstellbar.The invention is not based on the embodiment described examples limited, but analogously to others reversible. For example, it is possible for the first time antenna arrangement tolerably a moving transmission antenna and one or more receivers spatially separated from it to use. With such arrangements, too difficult pipe sections, e.g. B. branches, crossings, Shut-off valves, can be checked and displayed.

Weiterhin ist es möglich, die zweite Antennenanordnung als durch eine Person tragbare Anordnung auszubilden. Dann ist z. B. eine Überprüfung der Wandung eines begehbaren (Kana lisations-) Rohres möglich.Furthermore, it is possible to use the second antenna arrangement as to form a portable arrangement by a person. Then e.g. B. a review of the wall of a walk-in (Cana pipe) possible.

Claims

1. A method for the detection of a defective pipe, in particular a sewer pipe, which is laid visually invisibly in an optically absorbing material surrounding the pipe and which contains a liquid, characterized in that

that a first movable antenna arrangement is used for transmitting and receiving a first electromagnetic radiation,
that the first antenna arrangement is guided along the surface of the material,
a first electromagnetic radiation, which at least partially penetrates the material and which is reflected by the tube and / or the liquid, is transmitted and received by the first antenna arrangement,
that the signal received by the first antenna arrangement is evaluated with regard to a fault location at which liquid from the tube has penetrated into the material surrounding it,
that a second movable antenna arrangement for transmitting and receiving a second electromagnetic radiation is introduced in the event of a discovered possible fault location in the tube,
that a second electromagnetic radiation, which at least partially penetrates the wall of the tube, is used by the second antenna arrangement,
that the second electromagnetic radiation reflects on the material surrounding the tube and is received by the second antenna arrangement,
that the received signal is evaluated with respect to a faulty wall,
- That a location of the second antenna arrangement is carried out and
- That the exact location of the fault location is determined from the location.

2. The method according to claim 1, characterized in that the first electromagnetic radiation in pulsed form in a frequency range from 50 MHz to 300 MHz is transmitted and received.

3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized ge indicates that the second electromagnetic radiation continuously in a frequency range of 2 GHz up to 4 GHz is transmitted and received.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the evaluation of the first and / or the signals received by the second antenna arrangement and the location of at least one antenna are correlated and that the evaluation takes place in a period in which at least one antenna is available at a predefinable location is.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the evaluation using a digital working data processing system and that too at least one defect in at least two dimensions sional form is displayed on a data display device.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that a non-accessible sewer pipe is checked for a possible fault.