NO316822B1

NO316822B1 - Device and method for inspecting the inner wall of a cylindrical pipeline by means of an optical imaging system

Info

Publication number: NO316822B1
Application number: NO19954881A
Authority: NO
Inventors: Tycho Jaeger
Original assignee: Norsk Elektro Optikk As
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 2004-05-04
Also published as: NO954881L; NO954881D0

Abstract

Oppfinnelse vedrører anordning og fremgangsmåte for inspeksjon av innervegg i sylindriske rørledninger (1) f.eks. i olje- og gassindustrien, med tanke på deteksjon og analyse av avvik fra normal rørvegg ved f.eks. korrosjon, mekaniske skader eller tilstedeværelse av væsker.Anordningen består av et system som utfører optisk avbildning av rørets innside for å detekterer og analyserer korrosjon, mekaniske skader og væskeansamlinger. Systemet er uavhengig av kontakt med omverdenen da det inneholder programmerbar styringselektronikk (6) som styrer avbildningen, lagringsmedium, og komponenter som er miniatyrisert for å kunne drives av medbrakte batterier. Anordningen fungerer ved at lys fra lyskilder (4) reflekteres av rørveggene (1), registreres av linjekameraene (3) og lagres på medbrakt lagringsmedium (8). Anordningen kan monteres på en standard rensepigg (2).Ved bruk av lasere som lyskilder (4) kan disse bølgelengdetilpasses for å øke kontrasten mellomnormal rørvegg og avvik som nevnt over. En spektroskopisk avbildning gjennomføres og resultatene analyseres ved bruk av absorpsjons-og transmisjonsspektra for aktuelle kjemiske sammensetninger.The invention relates to a device and method for inspecting an inner wall in cylindrical pipelines (1), e.g. in the oil and gas industry, with a view to detection and analysis of deviations from normal pipe wall by e.g. corrosion, mechanical damage or the presence of liquids. The device consists of a system that performs optical imaging of the inside of the pipe to detect and analyze corrosion, mechanical damage and fluid accumulation. The system is independent of contact with the outside world as it contains programmable control electronics (6) that control the imaging, storage medium, and components that are miniaturized to be powered by batteries. The device works in that light from light sources (4) is reflected by the tube walls (1), detected by the line cameras (3) and stored on the storage medium (8) brought along. The device can be mounted on a standard cleaning spike (2). When using lasers as light sources (4), these can be adjusted in wavelength to increase the contrast between normal pipe wall and deviations as mentioned above. A spectroscopic imaging is performed and the results are analyzed using absorption and transmission spectra for relevant chemical compositions.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og fremgangsmåte for inspeksjon av innerveggen til en sylindrisk rørledning ved hjelp av et optisk avbildningssystem. The present invention relates to a device and method for inspecting the inner wall of a cylindrical pipeline using an optical imaging system.

I takt med en stadig utbygging av olje- og gassindustrien i verden øker behovet for inspeksjon av transportrørene. Eventuelle olje- og gasslekkasjer vil forurense miljøet samt påføre bedriftene store økonomiske tap som følge av tapt fortjeneste. Det er- derfor viktig å oppdage eventuelle skader på rørveggen tidligst mulig. Moderne gassrørledninger er konstruert av stål som er belagt med epoksylakk på innsiden. Denne er imidlertid brutt for hver skjøt. Idet den primære hensikt med indre kontroll og overvåkning av gassrørledningene er å kontrollere, evt. Måle korrosjon, er det avgjørende at den avbildning man utfører realiseres slik at korrosjonen så vel som de korroderende væskefilmene fremkommer av bildematerialet. Derfor er spektroskopiske teknikker knyttet til avbildning helt vesentlig for å kunne skille de ulike væsker som kan tenkes å korrodere. Man antar at kullsyre (C02 og vann) og organiske syrer som maursyre etc. kan være en hovedsak til mulig korrosjon. In line with the steady development of the oil and gas industry in the world, the need for inspection of the transport pipes is increasing. Any oil and gas leaks will pollute the environment and cause the companies large financial losses as a result of lost profits. It is therefore important to detect any damage to the pipe wall as early as possible. Modern gas pipelines are constructed of steel that is coated with epoxy paint on the inside. However, this is broken for each joint. As the primary purpose of internal control and monitoring of the gas pipelines is to check, possibly measure corrosion, it is crucial that the imaging carried out is realized so that the corrosion as well as the corroding liquid films appear from the image material. Therefore, spectroscopic techniques linked to imaging are absolutely essential to be able to distinguish the various liquids that can be thought to corrode. It is assumed that carbonic acid (C02 and water) and organic acids such as formic acid etc. can be a main cause of possible corrosion.

Inspeksjon av rørledninger må utføres under drift siden en leveransestopp er svært kostbar. Rørledningene installeres ofte hvor det er vanskelig adgang, f.eks..under jorden eller under vann, slik at fremgangsmåter ved innvendig inspeksjon foretrekkes. Inspection of pipelines must be carried out during operation as a supply stoppage is very costly. The pipelines are often installed where access is difficult, e.g. underground or underwater, so internal inspection procedures are preferred.

Sensorteknologien som brukes for inspeksjon av innervegger i spesielt gassrør er i dag primært basert på teknikker som bruk av virvelstrøm og magnetiske felter, fjærbelastede sonder eller ultralyd. Slike sensorpigger kan detektere metalltap som følge av korrosjon og mekaniske skader, men ikke eventuelle væskeansamlinger eller filmer av væske på rørveggen. Usikkerheten er imidlertid betydelig, ikke alle typer skader kan oppdages, og man får ikke uten videre et enkelt interpreterbart bilde av eventuelle korrosjonsskader eller andre avvik fra normaltilstanden for. røret. The sensor technology used for the inspection of the inner walls of gas pipes in particular is today primarily based on techniques such as the use of eddy currents and magnetic fields, spring-loaded probes or ultrasound. Such sensor spikes can detect metal loss as a result of corrosion and mechanical damage, but not possible liquid accumulations or films of liquid on the pipe wall. However, the uncertainty is considerable, not all types of damage can be detected, and you do not immediately get an easily interpretable picture of any corrosion damage or other deviations from the normal state for. the pipe.

Det er også utviklet inspeksjonspigger og -vogner med TV-kamera til bruk i f.eks. avløpsrør, rørledninger i tankskip (norsk utlegningsskrift nr. 162357) og olje-/gassrør. Disse er som oftest avhengige av kabelkontakt med utsettingsstasjonen for billedoverføring, styring og kraftforsyning. Piggens/vognas funksjonsavstand er kort på grunn av kabelens begrensede lengde og vansker med kabelhåndteringen. Disse piggene/vognene kan ikke være anvendelige i kortere rør som f.eks. Stigeledninger og borehull, men ikke i transportledninger som er relativt mye lengre. Det finnes i tillegg noen batteribaserte pigger/vogner med videoapparat eller fotografiapparat (US 3,667,359 og US 5,287,133), men konvensjonelle kamera, lyskilder og lagringsmedia er relativt effektkrevende, og den totale avbildningslengden begrenses raskt av batterikapasiteten. 50 miles er oppgitt som maksimum i US 3,667,359. Inspection spikes and trolleys with TV cameras have also been developed for use in e.g. drainage pipes, pipelines in tankers (Norwegian design document no. 162357) and oil/gas pipes. These are usually dependent on cable contact with the launching station for image transmission, control and power supply. The functional distance of the spike/carriage is short due to the cable's limited length and difficulties with cable handling. These spikes/carriages cannot be used in shorter pipes such as e.g. Risers and boreholes, but not in transport lines which are relatively much longer. There are also some battery-based spikes/carriages with video apparatus or photography apparatus (US 3,667,359 and US 5,287,133), but conventional cameras, light sources and storage media are relatively power-intensive, and the total imaging length is quickly limited by the battery capacity. 50 miles is stated as the maximum in US 3,667,359.

For å forbedre billedkvaliteten og redusere volum og effektbehov er det i JP-3-103753 beskrevet et system som benytter seg av 3 LEDer i de tre primærfargene som lyskilder. Denne teknologien er spesielt egnet for bruk for eksempel i avløpsrør, der diameteren er relativt liten og behovet for avbildet rørlengde er atskillig kortere enn for eksempel i transportrør for olje og gass. In order to improve image quality and reduce volume and power requirements, JP-3-103753 describes a system that uses 3 LEDs in the three primary colors as light sources. This technology is particularly suitable for use, for example, in drainage pipes, where the diameter is relatively small and the need for the depicted pipe length is considerably shorter than, for example, in transport pipes for oil and gas.

Tidligere patenterte inspeksjonspigger med CCD-kamera er enten styrt via kabel eller radio (US 4,855,838, EP-Al-0 405 881), eller de får kraftforsyning fra ekstern kilde (GB 2.210.530). Dette gir de samme kabelproblemene som nevnt i avsnittet over. Det er ikke oppgitt i patentsøknadene at disse piggene har mulighet for å detektere transparente væskefilmer eller væskeansamlinger. Både de piggene/vognene som er basert på videokamera og de som er basert på CCD-kamera bruker bare ett kamera som gjennom vidvinkellinse avbilder røret eller deler av det. Dette gir stor redundans i bildene siden hvert punkt på rørveggen avbildes mange ganger. I tillegg blir perspektivet og skarpheten dårligere enn når Previously patented inspection spikes with a CCD camera are either controlled via cable or radio (US 4,855,838, EP-Al-0 405 881), or they receive power from an external source (GB 2,210,530). This causes the same cable problems as mentioned in the section above. It is not stated in the patent applications that these spikes have the ability to detect transparent liquid films or liquid accumulations. Both the spikes/carriages based on a video camera and those based on a CCD camera only use one camera which, through a wide-angle lens, images the pipe or parts of it. This provides great redundancy in the images since each point on the pipe wall is imaged many times. In addition, the perspective and sharpness are worse than before

kameraets synsfelt er normalt på rørveggen. Andre ulemper med mange konvensjonelle pigger/vogner er at de bare kan brukes i the camera's field of view is normally on the pipe wall. Other disadvantages of many conventional spikes/carriages are that they can only be used in

rørledninger som er rette eller har en svært ubetydelig krumning, i tillegg til at rørene ofte må være tomme, dvs. ute av ordinær drift. pipelines that are straight or have a very insignificant curvature, in addition to the fact that the pipes often have to be empty, i.e. out of ordinary operation.

Ytterligere er det kjent fra JP-1-054235 a en pigg også kan ha et medbrakt lagringsmedium i form av en videobåndopptaker for lagring av billedopptakene. Furthermore, it is known from JP-1-054235 that a spike can also have an accompanying storage medium in the form of a video tape recorder for storing the image recordings.

Med den foreliggende oppfinnelsen har en kommet frem til et inspeksjonssystem som i tillegg til å avbilde hele overflaten av røret med stor nøyaktighet, er spesielt rettet mot deteksjon og identifikasjon av eventuelle væskeansamlinger i røret som kan gi grobunn for korrosjon. Oppfinnelsen er basert på kjente teknologier som linjekamera, lasere, spektroskopi, batteri og standard algoritmer for billedbehandling, men en del av komponentene er videreutviklet og miniatyrisert. Delene er dessuten satt sammen med utviklet styringselektronikk for å kunne fungere uten kontakt med omverdenen utenfor røret. Dette øker mulig avbildningslengde betraktelig i forhold til dagens systemer. With the present invention, an inspection system has been arrived at which, in addition to imaging the entire surface of the pipe with great accuracy, is particularly aimed at the detection and identification of any liquid accumulations in the pipe which can provide a breeding ground for corrosion. The invention is based on known technologies such as line cameras, lasers, spectroscopy, batteries and standard algorithms for image processing, but some of the components have been further developed and miniaturized. The parts are also put together with developed control electronics to be able to function without contact with the outside world outside the tube. This increases the possible imaging length considerably compared to current systems.

I følge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning for inspeksjon av innerveggen til en sylindrisk rørledning omfattende et optisk avbildningssystem for deteksjon og analyse av korrosjon og tilstedeværelse av væsker og andre stoffer på veggens overflate. Anordningen er montert på en pigg og inneholder billedsensorer og lyskilder for å belyse nevnte innervegg, samt billedbehandlingselektronikk for å behandle og lagre billeddata fra nevnte billedsensorer. Anordningen har også et lagringsmedium for lagring av nevnte billeddata, og medbrakte batterier slik at systemet er uavhengig av kontakt med omverdenen. Anordningen er kjennetegnet ved et flertall faste linjekameraer som utgjør nevnte billedsensorer og som er arrangert for avbildning av en i hovedsak sammenhengende ring av den belyste delen av rørets innervegg, og en programmerbar styringselektronikk som styrer en fortløpende avbildning av nevnte innervegg ved hjelp av nevnte billedsensorer etter hvert som piggen driver gjennom rørledningen. According to the invention, there is provided a device for inspecting the inner wall of a cylindrical pipeline comprising an optical imaging system for the detection and analysis of corrosion and the presence of liquids and other substances on the surface of the wall. The device is mounted on a spike and contains image sensors and light sources to illuminate said inner wall, as well as image processing electronics to process and store image data from said image sensors. The device also has a storage medium for storing said image data, and brought batteries so that the system is independent of contact with the outside world. The device is characterized by a plurality of fixed line cameras which make up said image sensors and which are arranged for imaging an essentially continuous ring of the illuminated part of the tube's inner wall, and a programmable control electronics which controls a continuous imaging of said inner wall by means of said image sensors according to as the spike drifts through the pipeline.

Ytterligere foretrukne utførelsesformer av inspeksjonsanordningen er gitt av de uselvstendige patentkravene 2-10. Further preferred embodiments of the inspection device are given by the independent patent claims 2-10.

I følge et annet aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt en fremgangsmåte for inspeksjon av innerveggen til en sylindrisk rørledning ved hjelp av inspeksjonsanordningen ifølge ett av kravene 1-10, der lyskildene belyser innerveggen av rørveggen og billedbehandlingselektronikken behandler og lagrer de resulterende billeddata i lagringsmediet. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at et flertall faste linjekameraer som er arrangert for avbildning av en i hovedsak sammenhengende ring av rørets belyste innervegg, detekterer lyset som reflekteres fra nevnte sammenhengende ring, og ved at en programmerbar styringselektronikk styrer en fortløpende avbildning av nevnte innervegg ved hjelp av nevnte billedsensorer etter hvert som piggen driver gjennom rørledningen. According to another aspect of the invention, a method has been developed for inspecting the inner wall of a cylindrical pipeline using the inspection device according to one of claims 1-10, where the light sources illuminate the inner wall of the pipe wall and the image processing electronics process and store the resulting image data in the storage medium. The method is characterized by the fact that a plurality of fixed line cameras, which are arranged for imaging an essentially continuous ring of the illuminated inner wall of the tube, detect the light reflected from said continuous ring, and by the fact that a programmable control electronics controls a continuous imaging of said inner wall by means of said image sensors as the spike drifts through the pipeline.

En ytterligere foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er gitt i det uselvstendige patentkrav 12. A further preferred embodiment of the method according to the invention is given in independent patent claim 12.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedlagte tegninger, der The invention will be described in more detail with reference to the attached drawings, there

FIG. 1 viser anordningen montert på en rensepigg inne i et FIG. 1 shows the device mounted on a cleaning spike inside a

sylindrisk rør cylindrical tube

FIG. 2 viser et tverrsnitt av den delen av anordningen der FIG. 2 shows a cross-section of that part of the device there

1injekameraene og lyskildene er plassert The 1-inje cameras and light sources are located

FIG. 3 viser anordningen innkapslet i en sylinder og FIG. 3 shows the device enclosed in a cylinder and

montert på en rensepigg mounted on a cleaning spike

FIG. 4 viser et blokkdiagram over de viktigste FIG. 4 shows a block diagram of the most important ones

bestanddelene the components

FIG. 5 viser anordningen montert på en vogn FIG. 5 shows the device mounted on a carriage

FIG. 6 viser et blokkskjema for et miniatyrkamera, og FIG. 6 shows a block diagram of a miniature camera, and

FIG. 7 viser et eksempel på refleksjonsspektra for to typiske stoffer. Figur 1 viser hvordan anordningen montert på en pigg (2) vil være plassert inne i et rør (1). Linjekameraene (3) og lyskildene (4) er plassert på en sylinder (10) rundt rørets akse og er rettet normalt på rørveggen. Kontrollseksjon med styringselektronikk (6), billedbehandlingselektronikk (7), batteripakke (5) og lagringsmedium (8) er kapslet inn og plassert i piggens sylinder (9). Piggen følger med strømmen av for eksempel olje- og gass inne i røret. Pilen på figuren viser hvilken veg strømmen beveger seg. FIG. 7 shows an example of reflection spectra for two typical substances. Figure 1 shows how the device mounted on a spike (2) will be placed inside a pipe (1). The line cameras (3) and light sources (4) are placed on a cylinder (10) around the axis of the pipe and are directed normally to the pipe wall. Control section with control electronics (6), image processing electronics (7), battery pack (5) and storage medium (8) is encapsulated and placed in the spike's cylinder (9). The spike follows the flow of, for example, oil and gas inside the pipe. The arrow in the figure shows which way the current moves.

Som vist i Figur 1 og 2 plasseres lyskildene (4) og 1injekameraene (3) på en sylinder (10) eller tilsvarende rundt rørets akse. Lys sendes ut, reflekteres av rørveggen (1) og fanges opp av kameraene (3) som for eksempel er av typen rekkedetektorer eller Charge-Coupled-Device (CCD). Hvert kamera har minst en lyskilde som bruker optikk (17), for eksempel en sylinderlinse, til å samle lyset på det området kameraene fokuserer, se figur 2. Optikken plasseres foran lyskildene. As shown in Figures 1 and 2, the light sources (4) and 1-inj cameras (3) are placed on a cylinder (10) or equivalent around the tube's axis. Light is emitted, reflected by the pipe wall (1) and captured by the cameras (3), which are, for example, array detectors or Charge-Coupled-Device (CCD). Each camera has at least one light source that uses optics (17), for example a cylinder lens, to collect the light on the area the cameras focus on, see figure 2. The optics are placed in front of the light sources.

Lyskildene (4), 1injekameraene (3), lagringsmedium (8), kontrollseksjon (6) og billedbehandlingselektronikk (7) mottar kraftforsyning fra batteriet (5) gjennom kabler (14) som vist i Figur 4. Lyskildene (4) og 1injekameraene (3) har i tillegg kabler (16) for signalering fra kontrollseksjonen (6) . Billeddata fra kameraene (3) blir overført via fiberoptiske kabler (15) til billedbehandlingselektronikken (7) og derfra videre til lagringsmediet (8). Ved fullført inspeksjon hentes piggen ut fra en sluse i enden av røret. De lagrede data kan hentes fram fra lagringsmediet og vises på en eller flere dataskjermer. The light sources (4), 1-line cameras (3), storage medium (8), control section (6) and image processing electronics (7) receive power supply from the battery (5) through cables (14) as shown in Figure 4. The light sources (4) and 1-line cameras (3) ) also has cables (16) for signaling from the control section (6) . Image data from the cameras (3) is transmitted via fiber optic cables (15) to the image processing electronics (7) and from there to the storage medium (8). When the inspection is complete, the spike is retrieved from a lock at the end of the pipe. The stored data can be retrieved from the storage medium and displayed on one or more computer screens.

Anordningen er tilpasset de operative omgivelses-betingelsene i olje- og gassrør med tanke på trykk, temperatur og mekaniske vibrasjoner. Som vist på figur 3 er lyskildene (4) og kameraene (3) innkapslet i en sylinder (12) av trykkbestandig materiale. Utsendt og reflektert lys passerer gjennom vinduer (13) som er festet med bolter (18) i sylinderen (12). De andre enhetene er kapslet inn i en flaskeformet trykktank som er plassert i piggens sylinder. The device is adapted to the operational ambient conditions in oil and gas pipes with regard to pressure, temperature and mechanical vibrations. As shown in Figure 3, the light sources (4) and cameras (3) are enclosed in a cylinder (12) of pressure-resistant material. Emitted and reflected light passes through windows (13) which are fixed with bolts (18) in the cylinder (12). The other units are encapsulated in a bottle-shaped pressure tank which is placed in the spike's cylinder.

Maksimal avbildningslengde for inspeksjonspigger/-vogner avgrenses av batterikapasiteten dersom piggen/vogna er et selvstendig system uten kontakt ut av røret, og av hvor lang kabel som er praktisk mulig å håndtere dersom piggen/vogna har kontakt ut av røret. Den foreslåtte oppfinnelsen skal kunne brukes til inspeksjon av rør som er flere hundre kilometer lange med avbildningslengde på opptil 400 km, så kabelkontakt er derfor ikke mulig. Med konvensjonell kamerateknologi vil heller ikke en batteridreven anordning være utviklingsmessig gjennomførbar eller håndterlig da kameraenes effektforbruk krever for mye batterikapasitet. Oppfinnelsen tar derfor utgangspunkt i kamera (3) og lyskilder (4) som er miniatyriserte og utviklet med tanke på lavest mulig effektforbruk uten reduksjon i bildekvaliteten. Blokkskjema for kameraene er vist i Figur 6 og er beskrevet nærmere i avsnittet under. Anordningen inneholder også en batteripakke (5), lagringsmedium (8), kontrollseksjon (6) og billedbehandlingselektronikk (7) som fjerner behovet for kabelkontakt med omverdenen. Kontrollseksjonen (6) inneholder styringselektronikk og sørger for å avpasse kameraenes (3) linjefrekvens etter piggens (2) hastighet. Dette er nødvendig for å få en sann avbildning av rørveggen der dimensjonene på bildet stemmer overens med hverandre og med virkeligheten. Er linjefrekvensen for lav, blir bildet komprimert og er den for høy, strekkes bildet ut. Dersom det er ønskelig å avbilde bare deler av røret, programmeres styringselektronikken - (6) til å starte og stoppe avfotograferingen til ønskede tidspunkt. Riktige tidspunkt kan for eksempel finnes ved tidsmåling, dvs. en integrering av hastigheten, eller ved nummergjenkjenning dersom røret er nummerert ved skjøtene. The maximum imaging length for inspection spikes/carriages is limited by the battery capacity if the spike/carriage is an independent system without contact out of the pipe, and by how long the cable is practically possible to handle if the spike/carriage has contact out of the pipe. The proposed invention should be able to be used for the inspection of pipes that are several hundred kilometers long with an imaging length of up to 400 km, so cable contact is therefore not possible. With conventional camera technology, a battery-powered device will also not be developmentally feasible or manageable, as the cameras' power consumption requires too much battery capacity. The invention is therefore based on a camera (3) and light sources (4) which are miniaturized and developed with the lowest possible power consumption in mind without reducing image quality. The block diagram for the cameras is shown in Figure 6 and is described in more detail in the section below. The device also contains a battery pack (5), storage medium (8), control section (6) and image processing electronics (7) which removes the need for cable contact with the outside world. The control section (6) contains control electronics and ensures that the line frequency of the cameras (3) is adapted to the speed of the spike (2). This is necessary to obtain a true representation of the pipe wall where the dimensions in the image agree with each other and with reality. If the line frequency is too low, the image is compressed and if it is too high, the image is stretched. If it is desired to image only parts of the pipe, the control electronics - (6) are programmed to start and stop the imaging at the desired time. Correct times can be found, for example, by time measurement, i.e. an integration of the speed, or by number recognition if the pipe is numbered at the joints.

Figur 6 viser blokkskjema for de miniatyriserte kameraene (3). CCD-sensoren (20) fanger opp reflektert lys og sender signal til forforsterkerne (21) gjennom utgangene (28). Styrelinja (27) fra kontrollseksjonen (6) gjør det mulig med digital styring av analog offset- og forsterkningskorreksjon. A/D-omformerne (22) omformer de analoge signalene som kommer fra forforsterkerseksjonen (21) om til digitale verdier. A/D-omformerens effektforbruk henger sammen med hastigheten og oppløsningen til bildedataene og en avveining mellom disse faktorene må foretas ved valg av type omformer. Klokkedriveren (25). sørger for transport ay; ladning gjennom skiftregisteret til CCD'en og ut til utgangene (28). Klokkesignalet styres fra kontrollseksjonen (6). Siden klokkeinngangene til CCD'en (20) er rene kapasitive laster, er det valgt en løsning der kretsen er realisert som en svingekrets basert på denne inngangskapasitansen. CCD-sensoren (20) krever en del spenningsreferanser i tillegg til spenningsforsyning. Dette genereres i spenningsreferansen (26). Kontrollseksjonen (6) er realisert med digital logikk. Miniatyriseringskravet gjør at en løsning med standard komponenter er uaktuell og den' høye datagjennomstrømningen fører til at en signalprosessor heller ikke kan brukes. Seksjonen er derfor realisert med en programmerbar krets. For å redusere kameraets størrelse mest mulig er det brukt overflatemonterte pakker for alle komponentene utenom CCD-sensoren. Komponentene er montert på et fleksibelt kretskort som kan brettes sammen etter montasje. Figure 6 shows a block diagram for the miniaturized cameras (3). The CCD sensor (20) captures reflected light and sends a signal to the preamplifiers (21) through the outputs (28). The control line (27) from the control section (6) enables digital control of analogue offset and gain correction. The A/D converters (22) convert the analogue signals coming from the preamplifier section (21) into digital values. The A/D converter's power consumption is related to the speed and resolution of the image data, and a trade-off between these factors must be made when choosing the type of converter. The clock driver (25). provides transportation ay; charge through the shift register of the CCD and out to the outputs (28). The clock signal is controlled from the control section (6). Since the clock inputs of the CCD (20) are purely capacitive loads, a solution has been chosen where the circuit is realized as a swing circuit based on this input capacitance. The CCD sensor (20) requires a number of voltage references in addition to a voltage supply. This is generated in the voltage reference (26). The control section (6) is realized with digital logic. The miniaturization requirement means that a solution with standard components is irrelevant and the high data throughput means that a signal processor cannot be used either. The section is therefore realized with a programmable circuit. In order to reduce the camera's size as much as possible, surface-mounted packages have been used for all the components except the CCD sensor. The components are mounted on a flexible circuit board that can be folded after assembly.

Ved bruk av linjekamera bestemmes pppløsningen og størrelsen på avbildet sirkelsektor av kameraets antall billedelement og avstanden mellom rørvegg og kamera. Høyden av bildelinjen i rørets lengderetning avhenger av linjefrekvensen, dvs. lukkertiden, og hastigheten kameraet har relativt til rørveggen. Når bildelinjene legges etter hverandre, dannes en.sammenhengende avbildning av røret i hele dets lengde, eventuelt av de del-lengdene man ønsket avfotografert. Linjekameraene avbilder et punkt på rørveggen bare én gang, mens et konvensjonelt videokamera avbilder punktet like mange ganger som det er linjer i høyden av videobildet, dvs. i rørveggens lengderetning. De sirkelsektorene 1injekameraene avbilder vil i noen grad overlappe hverandre, men redundansen i bildet vil likevel bli drastisk redusert i forhold til videobildene. Datamengden reduseres dermed tilsvarende og det blir behov for færre lagringsenheter. Dette er nødvendig for å redusere volumet og vekta til anordningen og for å spare effektbehovet og dermed antall batteri, noe som ytterligere reduserer volum/vekt. Volumet er en særlig viktig parameter ved avbildning av rør med liten diameter da plassen inne i piggens sylinder naturlig nok er svært begrenset. Data som lastes ut fra kameraene kan eventuelt gjennomgå en fortløpende komprimering og/eller billedbehandling før lagring for å redusere datamengden ytterligere. Til kompresjon benyttes en standard algoritme, for eksempel JPEG (Joint Photographic Experts Group). When using a line camera, the ppp resolution and the size of the imaged circular sector are determined by the camera's number of image elements and the distance between the pipe wall and the camera. The height of the image line in the pipe's longitudinal direction depends on the line frequency, i.e. the shutter speed, and the speed of the camera relative to the pipe wall. When the image lines are placed one after the other, a coherent image of the pipe is formed in its entire length, possibly of the sub-lengths that were desired to be photographed. The line cameras image a point on the pipe wall only once, while a conventional video camera images the point as many times as there are lines in the height of the video image, i.e. in the longitudinal direction of the pipe wall. The circular sectors 1inje cameras image will overlap to some extent, but the redundancy in the image will still be drastically reduced compared to the video images. The amount of data is thus reduced accordingly and fewer storage devices are needed. This is necessary to reduce the volume and weight of the device and to save the power requirement and thus the number of batteries, which further reduces volume/weight. The volume is a particularly important parameter when imaging pipes with a small diameter, as the space inside the spike's cylinder is naturally very limited. Data that is downloaded from the cameras may possibly undergo ongoing compression and/or image processing before storage to further reduce the amount of data. A standard algorithm is used for compression, for example JPEG (Joint Photographic Experts Group).

Perspektivet blir også betraktelig bedre ved bruk av linjekamera enn ved bruk av videokamera siden 1injekameraene ser rett ned på rørveggen og får hele bildelinja i fokus, mens videokameraene ser innover i eller utover av røret og bare har en liten del av bildet i fokus. Linjekameraene gir i tillegg en direkte digital avbildning og man slipper analog til digital omforming før billebehandling og lagring, noe som er nødvendig med videokamera. Dette reduserer støyen og øker bildekvaliteten. I figur 2 og 4 er det vist et eksempel med 7 kamera som hver har en åpningsvinkel på 90°. For å oppnå dette må vidvinkellinser (19) plasseres foran objektivene. . Overflatespektroskopi er i de senere årene utviklet med betydelig suksess når det gjelder å kvantifisere de ulike stoffer som en overflate består av. I hovedsak realiseres slik spektroskopi i bølgelengdeområdet fra'synlig lys (450 nm) til 2500-3000 nm, som kalles den nære infrarøde del av det elektromagnetiske spektrum. I hele dette bølgelengde-området er det kommersielt tilgjengelig endimensjonale CCD-. sensorer med et stort antall sensor elementer. Med basis i kjennskap til det diffuse refleksjonsspekteret av et stoff vil man kunne gjennomføre den spektroskopiske avbildningen ved å tilpasse ulike monokromatiske laserlyskilder til dette spektret for derved å oppnå maksimal kontrast. Likeledes kan det benyttes inkoherente lyskilder med spektralfordeling av lyset tilpasset stoffenes refleksjonsspektra. Dette realiseres ved hjelp av optiske spektrale filtre. Slik tilpasset optisk filterteknikk vil også kunne knyttes til CCD-sensoren. En videre utvikling av teknikken vil omfatte bruk av fluorescens spektroskopi i tilknytning til avbildningsteknikk hvor den samme belysnings- og optisk filterteknologi som nevnt ovenfor vil bli benyttet. Til forskjell fra refleksjonsspektroskopi måler en i dette tilfellet det karakteristiske fluorescensspektret fra;. stoffene en ønsker å detektere. The perspective is also considerably better when using a line camera than when using a video camera since the 1-line cameras look straight down on the pipe wall and get the entire image line in focus, while the video cameras look into or out of the pipe and only have a small part of the image in focus. In addition, the line cameras provide a direct digital image and there is no need for analogue to digital conversion before beetle processing and storage, which is necessary with a video camera. This reduces the noise and increases the image quality. Figures 2 and 4 show an example with 7 cameras, each of which has an opening angle of 90°. To achieve this, wide-angle lenses (19) must be placed in front of the objectives. . In recent years, surface spectroscopy has been developed with considerable success when it comes to quantifying the various substances that a surface is made of. In the main, such spectroscopy is realized in the wavelength range from visible light (450 nm) to 2500-3000 nm, which is called the near infrared part of the electromagnetic spectrum. In this entire wavelength range, one-dimensional CCDs are commercially available. sensors with a large number of sensor elements. Based on knowledge of the diffuse reflection spectrum of a substance, it will be possible to carry out the spectroscopic imaging by adapting various monochromatic laser light sources to this spectrum in order to thereby achieve maximum contrast. Likewise, incoherent light sources can be used with a spectral distribution of the light adapted to the reflection spectra of the substances. This is realized using optical spectral filters. Such adapted optical filter technology will also be able to be linked to the CCD sensor. A further development of the technique will include the use of fluorescence spectroscopy in connection with imaging techniques where the same lighting and optical filter technology as mentioned above will be used. In contrast to reflection spectroscopy, in this case one measures the characteristic fluorescence spectrum from;. the substances you want to detect.

Karakteristisk for fluorescensspektroskopi er at en belyser stoffet med lys ved en bølgelengde (eller bølgelengdeområder) mens den spektrale emisjonen skjer ved en annen bølgelengde, og denne bølgelengden er karakteristisk A characteristic of fluorescence spectroscopy is that one illuminates the substance with light at one wavelength (or wavelength ranges) while the spectral emission occurs at another wavelength, and this wavelength is characteristic

•for det stoffet en ønsker å detektere. •for the substance you want to detect.

Den spektrale utstrålingen fra de ulike stoffene vil i hovedsak være båndspektra, og signalbehandlingen av denne spektrale informasjonen vil kunne gi ■informasjon om hvilke stoffer som er målt, og mengden av hvert stoff. The spectral radiation from the various substances will mainly be band spectra, and the signal processing of this spectral information will be able to provide information about which substances have been measured and the amount of each substance.

Prinsippet som kan benyttes for en slik identifikasjon og kvantitativ analyse er beskrevet nedenfor. The principle that can be used for such identification and quantitative analysis is described below.

En kjenner hvilke stoffer som vil kunne befinne seg i røret. Dette vil bl.a. være organiske syrer, vann og glykol. One knows which substances will be able to be in the pipe. This will, among other things, be organic acids, water and glycol.

Refleksjonsspektraene for alle disse stoffene er målt og lagret i en database. Deteksjon og identifikasjon av spesifikke stoffer skjer ved at en velger bølgelengden for to eller flere monokromatiske belysningskilder, som for eksempel kan være lasere, slik at kontrasten (forskjellen i reflektansen) fra de ulike forventede stoffene blir størst mulig. Ved å korrelere den målte refleksjonsverdien med den spektrale informasjonen i databasen vil en kunne identifisere og kvantifisere stoffet. Dette er illustrert i Figur 7 hvor refleksjonsspekteret for to stoffer, i dette tilfellet maursyrer og vann, er vist. Reflektansen ved bølgelengden for de to stoffene er henholdsvis <R>^aursyre og <Rl>vsnn'°9 tilsvarende verdier ved bølgelengden 7^ er R"^^^ og R11,,^. Forholdet mello The reflection spectra for all these substances have been measured and stored in a database. Detection and identification of specific substances occurs by choosing the wavelength for two or more monochromatic lighting sources, which can for example be lasers, so that the contrast (difference in reflectance) from the various expected substances is as large as possible. By correlating the measured reflectance value with the spectral information in the database, it will be possible to identify and quantify the substance. This is illustrated in Figure 7, where the reflection spectrum for two substances, in this case formic acids and water, is shown. The reflectance at the wavelength for the two substances is respectively <R>^auric acid and <Rl>vsnn'°9 corresponding values at the wavelength 7^ are R"^^^ and R11,,^. The ratio between

m reflektansene ved bølgelengdene ^ og X,a er basis for å bestemme hvilke stoffer som detekteres og hvor stor tykkelsen av stoffene er. For tilfeller der det er mulighet for flere stoffer til stede samtidig vil det kunne være behov for å måle ved tre eller flere bølgelengder. m the reflectances at the wavelengths ^ and X,a are the basis for determining which substances are detected and how large the thickness of the substances is. For cases where it is possible for several substances to be present at the same time, it may be necessary to measure at three or more wavelengths.

Enkel billedbehandling som for eksempel derivering av bildet i lengde- og/eller bredderetning vil ytterligere kunne øke kontrasten mellom normal rørvegg og avvik fra denne og føre .til at avvikene enkelt kan detekteres ved gjennomsyn av det lagrede bildematerialet. Kontrastøkningene vil også lette en eventuell automatisk deteksjon av abnormaliteter for eksempel dersom bilder fra to påfølgende inspeksjoner sammenlignes av en datamaskin. Simple image processing, such as derivation of the image in length and/or width direction, will be able to further increase the contrast between the normal pipe wall and deviations from this and lead to the deviations being easily detected by reviewing the stored image material. The contrast increases will also facilitate any automatic detection of abnormalities, for example if images from two subsequent inspections are compared by a computer.

Det har vært et problem ved inspeksjonspigger at de blir for lange til å kunne passere krappe kurver i rørledningene. Løsningen har som regel vært å dele piggene opp i flere deler som er leddet sammen. Den foreslåtte oppfinnelsen er miniatyrisert og kan om ønskelig monteres på en standard rensepigg (2) som vist i fig. 1 og 3. Disse piggene er designet for å kunne følge strømmen i et rør gjennom hele rørets lengde og leddingsproblemet blir dermed eliminert. I tillegg kan rensepigger benyttes rutinemessig av alle operatører. Dette redusere både produksjons- og brukskostnadene. There has been a problem with inspection spikes that they become too long to be able to pass sharp curves in the pipelines. The solution has usually been to divide the spikes into several parts that are joined together. The proposed invention is miniaturized and can, if desired, be mounted on a standard cleaning spike (2) as shown in fig. 1 and 3. These spikes are designed to be able to follow the current in a pipe through the entire length of the pipe and the wiring problem is thus eliminated. In addition, cleaning spikes can be used routinely by all operators. This reduces both production and usage costs.

Det vil forstås at utførelseseksemplene vist på tegningene kun er skjematiske og at forskjellige bestanddeler ' kan varieres eller modifiseres av fagkyndige uten å avvike fra oppfinnelsens idé og rammen av de påfølgende krav. Således behøver ikke anordningen å monteres på en pigg) den kan om ønskelig monteres på ei vogn (20) istedenfor som vist i figur 5. Dette er særlig med tanke på bruk i rørledninger i industribedrifter eller avløpsrør. Siden disse rørene ofte er relativt korte, er det også mulig å ha deler av systemet utenfor røret, da de tidligere nevnte problemene ved bruk av kabel forutsatte lange rør som inspeksjonsobjekt. Det kan for eksempel Være ønskelig å foreta styringen etter hvert som vogna beveges eg istedenfor å programmere'den på forhånd, eller vogna er så tung at det er mest hensiktsmessig med ekstern kraftforsyning. Vogna kan rygges tilbake dersom det er uhensiktsmessig å ta den ut av røret der inspeksjonen slutter. It will be understood that the embodiments shown in the drawings are only schematic and that various components can be varied or modified by experts without deviating from the idea of the invention and the scope of the subsequent claims. Thus, the device does not need to be mounted on a spike) it can, if desired, be mounted on a cart (20) instead as shown in figure 5. This is especially with regard to use in pipelines in industrial companies or drainage pipes. Since these pipes are often relatively short, it is also possible to have parts of the system outside the pipe, as the previously mentioned problems with the use of cable required long pipes as the object of inspection. It may, for example, be desirable to carry out the steering as the cart moves instead of programming it in advance, or the cart is so heavy that it is most appropriate to use an external power supply. The trolley can be reversed if it is inappropriate to take it out of the pipe where the inspection ends.

Claims

1. Device for inspecting the inner wall of a cylindrical pipeline (1) comprising an optical imaging system for the detection and analysis of corrosion and the presence of liquids and other substances on the surface of the wall, mounted on a spike (2) and containing image sensors (3), light sources (4) to illuminate said inner wall, image processing electronics (7) to process and store image data from said image sensors (3), a storage medium (8) for storing said image data, and brought batteries (5) so that the system is independent of contact with the outside world, characterized by a plurality of fixed line cameras which make up said image sensors and which are arranged for imaging an essentially continuous ring of the illuminated part of the tube's inner wall, and a programmable control electronics (6) which controls a continuous imaging of said inner wall by means of said image sensors (3) as the spike (2) moves through the pipeline (1).

2. Device according to claim 1, where the light sources (4) are arranged to illuminate said inner wall, which may have a coating of substances of a known type that are in the pipe, with selected frequencies, so that based on knowledge of the spectroscopic properties of the substances and the stored image data, a spectroscopic analysis can be carried out of the reflected light from the wall's surface to determine which substances are on the surface.

3. Device according to claim 2, where the light sources (4) emit light with frequencies in the NIR (Near Infra Red) range.

4. Device according to claim 2, where the light sources (4) are one or more lasers with different wavelengths.

5. Device according to claim 2, where the light sources (4) are one or more incoherent light sources combined with optical filters. in

6. Device according to claim 2, where each image sensor is a CCD line camera.

7. Device according to claim 2, where the image processing electronics (7) are arranged to compress image data before storage.

8. Device according to claim 2, where the size and shape are adapted for mounting on a spike (2) of standard type for cleaning the pipeline (1).

9. Device according to claim 2, where it is designed for mounting on a standard cleaning spike (2) and to satisfy requirements for operational ambient conditions such as pressure, temperature and mechanical vibrations.

10. Device according to claim 2, where it is mounted on a carriage (20) instead of a spike.

11. Method for inspecting the inner wall of a cylindrical pipeline (1) using a device according to claims 1-10, where the light sources (4) illuminate the inner wall of the pipe wall and the image processing electronics (7) process and store the resulting image data in the storage medium (8) , characterized by that a plurality of fixed line cameras which are arranged to image a substantially continuous ring of the illuminated inner wall of the tube, detect the light reflected from said continuous ring, and that a programmable control electronics (6) controls a continuous image of said inner wall with the help of said image sensors (3) as the spike (2) drives through the pipeline (1).

12. Method according to claim 11, where said inner wall, which may be coated with substances of a known type that are in the pipe, is illuminated by the light sources (4) with selected frequencies, so that based on knowledge of the spectroscopic properties of the substances and the stored image data, a spectroscopic analysis of the reflected the light from the surface of the wall and thereby determines which substances are on the surface of the inner wall of the pipeline.