RU2018817C1

RU2018817C1 - Apparatus for ultrasonic testing of pipelines

Info

Publication number: RU2018817C1
Authority: RU
Inventors: В.Т. Власов; Ю.А. Коровкин; Б.Н. Марин; Е.С. Юрчук
Original assignee: Чургель Анатолий Олегович
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: acoustic non- destruction flaw detection methods. SUBSTANCE: apparatus allows to enhance reliability of testing due to mounting piezoelectric transducers in each acoustic unit in such a way, that one of piezoelectric transducers is shifted relative to the others, and due to provision of each acoustic unit by an additional circuit for automatic gain control, allowing to compensate attenuation in a deposit layer on an inner surface of the pipeline. EFFECT: increased accuracy. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано при обследовании нефте- и других продуктопроводов. The invention relates to acoustic non-destructive testing methods and can be used in the examination of oil and other product pipelines.

Известна установка для ультразвукового контроля трубопроводов, содержащая транспортный модуль, несущий систему пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), устройства возбуждения ПЭП, приема, усиления, обработки сигналов, блок определения местоположения контроля и кабель для передачи информации в накопительное устройство, расположенное вне трубопровода [1]. A known installation for ultrasonic monitoring of pipelines, containing a transport module carrying a system of piezoelectric transducers (PEP), a device for exciting PEP, receiving, amplifying, processing signals, a unit for determining the location of control and a cable for transmitting information to a storage device located outside the pipeline [1].

Недостатком этой установки является низкая достоверность результатов контроля из-за наличия во многих местах на внутренних стенках трубопровода слоя парафина и смолистых веществ различной толщины и протяженности, приводящего к поглощению ультразвуковых колебаний и изменению затухания ультразвуковых колебаний в больших пределах и непредсказуемым образом, что приводит к пропуску опасных дефектов. The disadvantage of this installation is the low reliability of the control results due to the presence in many places on the inner walls of the pipeline of a layer of paraffin and resinous substances of various thicknesses and lengths, leading to the absorption of ultrasonic vibrations and a change in the attenuation of ultrasonic vibrations within large limits and in an unpredictable way, which leads to skipping dangerous defects.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля дефектов металла трубопроводов, принятое за прототип, содержащее акустическую приемоизлучающую систему, состоящую из блоков пьезопреобразователей, закрепленных на корпусе, и размещенные в нем, последовательно соединенные синхронизатор, генератор возбуждающих импульсов, коммутатор и многоканальный приемоусилительный тракт с регулятором усиления, блок первичной обработки информации, блоки определения местоположения зоны контроля, накопления информации и энергообеспечения [2]. Closest to the proposed is a device for monitoring defects in metal pipelines, adopted as a prototype, containing an acoustic transceiver system consisting of piezoelectric transducer blocks mounted on the housing and placed in it, serially connected synchronizer, excitation pulse generator, switch and a multi-channel receiving amplifier circuit with a regulator amplification, primary information processing unit, blocks for determining the location of the control zone, information storage and energy supply section [2].

Зеркальный сигнал и сигнал от возможного дефекта проходят один и то же путь в продукте и осадке и меняются по одному закону и одинаковое количество раз. Значит, меняя коэффициент приемоусилительного тракта в обратной зависимости от величины зеркального сигнала, можно полностью компенсировать меняющееся затухание УЗ колебаний в осадке и продукте. The mirror signal and the signal from a possible defect go the same way in the product and sediment and change according to the same law and the same number of times. This means that by changing the coefficient of the receiving amplifier path inversely with the magnitude of the mirror signal, it is possible to completely compensate for the attenuation of ultrasonic vibrations in the sediment and product.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов контроля за счет компенсации затухания в слое осадка с одновременным устранением возникающей зеркальной помехи от расположенных в общей плоскости падения ультразвуковых колебаний ПЭП. The purpose of the invention is to increase the reliability of the control results by compensating for the attenuation in the sediment layer while eliminating the occurring mirror noise from the ultrasonic probes located in the common plane of incidence.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - расположение ПЭП в акустическом блоке. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in FIG. 2 - the location of the probe in the acoustic unit.

Устройство содержит акустическую приемоизлучающую систему, состоящую из синхронизатора 1, генератора 2 возбуждающих импульсов, коммутатора 3, пьезоэлектрических приемоизлучающих преобразователей 4, скомпонованных в акустические блоки 5, многоканального приемоусилительного тракта 6 с регуляторами 7 усиления и дополнительными блоками 8 автоматической регулировки, состоящими из схем 9 выделения зеркального сигнала и формирователей 10 управляющего напряжения, блоков 11 первичной обработки информации, блока 12 определения местонахождения зоны контроля, блока 13 накопления информации и блока 14 энергообеспечения. The device comprises an acoustic transceiver system consisting of a synchronizer 1, a generator 2 of exciting pulses, a switch 3, piezoelectric transceiver transducers 4, arranged in acoustic blocks 5, a multi-channel transceiver path 6 with gain controllers 7 and additional automatic adjustment blocks 8, consisting of allocation circuits 9 mirror signal and control voltage shapers 10, primary information processing units 11, s control unit 13 information storage unit 14 and power supply.

Пьезоэлектрические приемоизлучающие преобразователи 4 имеют центральное относительно их излучающей поверхности расположение акустических осей 15, где центры 16 являются точками выхода этих осей, лежащих на окружности центров 17. Центры 16 равноудалены от фокусов блока 18, которые расположены на окружности 19, диаметр которой равен внутреннему диаметру трубопровода 20. Позицией 21 показан слой парафиноподобных и других осаждающихся веществ на внутренней поверхности трубопровода 20. The piezoelectric transceiving transducers 4 have a central location of the acoustic axes 15 relative to their radiating surface, where the centers 16 are the exit points of these axes lying on the circumference of the centers 17. The centers 16 are equidistant from the foci of the block 18, which are located on a circle 19, the diameter of which is equal to the inner diameter of the pipeline 20. Position 21 shows a layer of paraffin-like and other precipitating substances on the inner surface of the pipeline 20.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В процессе перемещения перекачиваемым продуктом транспортного модуля (не показан), размещенного в трубопроводе 20, синхронизатор 1, определяя ритм работы акустической приемоизлучающей системы, выдает последовательность ультразвуковых импульсов, поступающих на генератор 2, который возбуждает через коммутатор 3 пьезоэлектрические преобразователи 4. Пьезоэлектрические преобразователи 4, работающие одновременно в совмещенном режиме излучения и приема, образуют на внутренней поверхности трубопровода 20 сплошное кольцо, состоящее из "пятен", перекрывающих друг друга. Излученные ультразвуковые импульсы распространяются вдоль акустических осей 15, пересекающихся в одной точке - фокусе блока 18, образуя на внутренней поверхности трубопровода 20 пятно падающих импульсов. Излученный импульс, пройдя через продукт и слой 21 осадка, на поверхности трубопровода 20 преломляется и отражается от границы раздела среда-металл, при этом на преобразователе 4 появляется зеркальный сигнал, вторично прошедший через осадок. Импульс преломленной волны, войдя в металл и дойдя до дефекта, отражается от него и возвращается на ПЭП 4, проходит вторично границу раздела и слой осадка и затем поступает на соответствующий приемоусилительный тракт 6. Таким образом, амплитуды зеркального сигнала и сигнала от дефекта меняются в зависимости от затухания в слое 21 осадка и продукте совершенно одинаково: ослабляются по одному закону и в одинаковое количество раз. Это дает возможность управлять коэффициентом усиления каждого приемоусилительного тракта 6 в соответствии с изменением амплитуды своего зеркального сигнала, увеличивая его при уменьшении амплитуды сигнала и наоборот. In the process of moving the transported product (not shown) by the pumped product located in the pipeline 20, the synchronizer 1, determining the rhythm of the acoustic receiving-emitting system, gives a sequence of ultrasonic pulses arriving at the generator 2, which excites the piezoelectric transducers 4 through the commutator 3. Piezoelectric transducers 4, operating simultaneously in the combined mode of radiation and reception, form on the inner surface of the pipeline 20 a continuous ring consisting of "spots", overlapping each other. The emitted ultrasonic pulses propagate along the acoustic axes 15, intersecting at one point - the focus of the block 18, forming a spot of incident pulses on the inner surface of the pipeline 20. The emitted pulse, passing through the product and the sediment layer 21, is refracted and reflected from the medium-metal interface on the surface of the pipeline 20, while a mirror signal appears on the transducer 4, which has passed through the sediment a second time. The impulse of the refracted wave, entering the metal and reaching the defect, is reflected from it and returned to PEP 4, passes the interface and the sediment layer a second time, and then enters the corresponding receiving amplifier path 6. Thus, the amplitudes of the mirror signal and the signal from the defect vary depending from attenuation in sediment layer 21 and the product is exactly the same: weaken according to one law and the same number of times. This makes it possible to control the gain of each receiving amplifier path 6 in accordance with a change in the amplitude of its mirror signal, increasing it with decreasing signal amplitude and vice versa.

Реализуется это следующим образом. Все сигналы с выходов блоков 5 (преобразователей 4), поступая на входы каналов многоканального приемоусилительного тракта 6, одновременно попадают на входы схем 9 выделения зеркального сигнала дополнительных блоков 8 автоматической регулировки усиления, где из всех сигналов выделяются по временному признаку (времени прихода) и усиливаются только зеркальные сигналы. Далее усиленные зеркальные сигналы с выхода схем 9 поступают на формирователи 10 управляющего напряжения, где импульсные зеркальные сигналы преобразуются в постоянное напряжение, величина которого обратно пропорциональна амплитуде импульса зеркального сигнала. С выхода формирователей 10, постоянное управляющее напряжение поступает на регулятор 7 усиления, который меняет величину коэффициента усиления в зависимости от величины управляющего напряжения. Причем регулятор 7 усиления, охваченный обратной связью, каждый со своим каналом тракта 6 продолжает выполнять и другие регулировочные функции, например компенсации температурной нестабильности усиления, временная регулировка усиления и др. It is implemented as follows. All the signals from the outputs of units 5 (converters 4), arriving at the inputs of the channels of the multi-channel receive amplifier path 6, simultaneously go to the inputs of the schemes 9 for extracting the mirror signal of additional units 8 for automatic gain control, where all signals are allocated according to the time attribute (arrival time) and amplified only mirror signals. Further, the amplified mirror signals from the output of the circuits 9 are supplied to control voltage shapers 10, where the pulse mirror signals are converted to a constant voltage, the magnitude of which is inversely proportional to the amplitude of the pulse of the mirror signal. From the output of the shapers 10, a constant control voltage is supplied to the gain controller 7, which changes the magnitude of the gain depending on the magnitude of the control voltage. Moreover, the gain controller 7, covered by feedback, each with its own channel of the path 6 continues to perform other regulatory functions, for example, compensation of temperature instability of the gain, temporary gain control, etc.

Таким образом, посредством регулировки усиления тракта 6 по величине амплитуды зеркального сигнала происходит компенсация неизвестного заранее и меняющегося по величине затухания в слое 21 осадка, а следовательно, выравнивание чувствительности к дефектам. При этом из-за смещения одного из ПЭП 4 из плоскости расположения остальных пьезоэлектрических преобразователей вдоль своей акустической оси происходит временной сдвиг зеркального сигнала от противолежащего ПЭП 4 относительно зоны приема ожидаемых сигналов от дефектов и сигнал от дефекта регистрируется с высокой достоверностью. Далее сигнал попадает в блок 11 первичной обработки информации, затем в блок 13 накопления информации, куда одновременно поступает сигнал из блока 12 определения местонахождения зоны контроля. Thus, by adjusting the gain of the path 6 according to the magnitude of the amplitude of the mirror signal, compensation is made for a previously unknown and varying in magnitude attenuation in the sediment layer 21, and therefore equalization of sensitivity to defects. Moreover, due to the displacement of one of the probes 4 from the plane of the remaining piezoelectric transducers along its acoustic axis, a temporary shift of the mirror signal from the opposing probes 4 relative to the reception area of the expected signals from defects occurs and the signal from the defect is recorded with high reliability. Next, the signal falls into the block 11 of the primary information processing, then into the block 13 of the accumulation of information, which simultaneously receives the signal from the block 12 determining the location of the control zone.

Дополнительно следует отметить, что так как скорости УК в продукте и осадке близки, массы практически равны, то коэффициент отражения от границы продукт-осадок будет мал и не превысит 0,05. In addition, it should be noted that since the velocities of the UK in the product and sediment are close and the masses are almost equal, the reflection coefficient from the product – precipitate boundary will be small and will not exceed 0.05.

Поэтому этой поправкой можно пренебречь по сравнению с коэффициентом отражения от границы продукт-металл. Therefore, this correction can be neglected in comparison with the reflection coefficient from the product-metal interface.

Claims

DEVICE FOR ULTRASONIC PIPELINE MONITORING, comprising a synchronizer, an excitation pulse generator and a switch, a data storage device and a unit for primary information processing and a unit for determining the location of the control zone and N channels connected to it, each of which contains a block of M piezoelectric piezoelectric transducers, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the switch, and an amplifier with a gain control connected between the outputs of the piezoelectric transducers lei and the input of the information processing unit, characterized in that each of the N channels is equipped with a serially connected temporary selector of the mirror signal, the input of which is connected to the outputs of the piezoelectric transducers, and a driver of the control voltage, the output of which is connected to the input of the gain control, in each block M - 1 piezoelectric transducers are located around a circle with the intersection of their acoustic axes at one point, which is equidistant from the specified M - 1 piezoelectric transducers, and the Mth The piezoelectric transducer is placed outside the plane of the indicated circle with the location of its acoustic axis, the center of this circle and the acoustic axis of one of the M - 1 piezoelectric transducers in one plane.