RU2089896C1 - Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation - Google Patents
Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2089896C1 RU2089896C1 RU94019575A RU94019575A RU2089896C1 RU 2089896 C1 RU2089896 C1 RU 2089896C1 RU 94019575 A RU94019575 A RU 94019575A RU 94019575 A RU94019575 A RU 94019575A RU 2089896 C1 RU2089896 C1 RU 2089896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- input
- output
- defects
- parameters
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к техническим средствам внутритрубной дефектоскопии трубопроводов, в частности газопроводов. The invention relates to technical means of in-line inspection of pipelines, in particular gas pipelines.
Определение наличия и характеристик дефектов является сложной и актуальной задачей, решение которой должно обеспечить повышение безопасности, снижение стоимости эксплуатации трубопроводов и охрану окружающей среды. Поэтому данной проблеме уделяется достаточное внимание. Determining the presence and characteristics of defects is a complex and urgent task, the solution of which should provide increased safety, reduced cost of operation of pipelines and environmental protection. Therefore, sufficient attention is paid to this problem.
Первоначально и преимущественно до настоящего времени для диагностики трубопроводов использовались магнитные способы контроля, однако они надежно обнаруживают и измеряют только коррозионные дефекты с резкими границами стальных труб. К другим видам немагнитных материалов, коррозии и дефектам они малоэффективны. Поэтому эти способы имеют ограниченную область применения, низкую надежность обнаружения большинства реальных дефектов и предотвращения аварий. Initially and mainly to date, magnetic control methods have been used to diagnose pipelines, but they reliably detect and measure only corrosion defects with sharp boundaries of steel pipes. For other types of non-magnetic materials, corrosion and defects, they are ineffective. Therefore, these methods have a limited scope, low reliability of detecting most real defects and preventing accidents.
Известен способ ультразвукового контроля физико-механических свойств материалов по авт.св.N 845080.Однако данный способ не может дать достаточной надежности при измерениях дефектов труб с быстро перемещающегося устройства, т. к. он использует отношение амплитуд, прошедших через материал двух типов ультразвуковых волн. There is a method of ultrasonic control of the physicomechanical properties of materials according to Autoswitch N 845080. However, this method cannot provide sufficient reliability for measuring pipe defects from a rapidly moving device, because it uses the ratio of amplitudes transmitted through the material of two types of ultrasonic waves .
Для получения информации о наличии и характеристиках дефектов трубопроводов необходимо ввести в исследуемую среду акустическую энергию, а затем принять и проанализировать эхосигналы от дефектов. Так как устройство дефектоскопии движется в среде, для ввода акустическое энергии возможны два способа. Один из них для ввода колебаний в металл трубы использует водную среду, при этом устройство дефектоскопии движется в водной пробке между двумя поршнями; во втором способе неподвижные акустические преобразователи располагаются внутри полого колеса с жидкостью катящегося по внутренней поверхности трубопровода. To obtain information on the presence and characteristics of pipeline defects, it is necessary to introduce acoustic energy into the medium under study, and then receive and analyze the echo signals from the defects. Since the flaw detector moves in the medium, two methods are possible for introducing acoustic energy. One of them uses an aqueous medium to introduce vibrations into the pipe metal, while the flaw detector moves in a water plug between two pistons; in the second method, stationary acoustic transducers are located inside a hollow wheel with fluid rolling along the inner surface of the pipeline.
Первый вариант реализован в устройстве "Ultrascan" фирмы "Pipetronix GmbH" /Германия/ описан в книге "Современные достижения в области диагностики трубопроводов в СССР и за рубежом". Доклады, Ялта, 1991г. стр.210. Технические решения защищены заявка ФРГ N 3638936, с приоритетом 14.11.86г. "Способ и устройство быстрого обнаружения коррозионных дефектов",эхосигналы от дефектов труб принимаются акустическими преобразователями, расположенными на устройстве дефектоскопии по всей окружности трубы, и затем по амплитуде и времени запаздывания эхосигнала судят о наличии и характеристиках дефектов. Обработка информации в основном осуществляется в базовых условиях. Данный способ не позволяет обнаруживать все возможные дефекты трубопроводов, отсутствует накопление информациии от дефектов, что снижает достоверность контроля, отсутствует информация о характеристиках внешней среды, окружающей трубопровод. Допустимая рабочая скорость снижает производительность трубопровода, а формирование водной пробки занимает 10-15 ч. The first option is implemented in the Ultrascan device of the company Pipetronix GmbH / Germany / is described in the book "Modern advances in the field of pipeline diagnostics in the USSR and abroad." Reports, Yalta, 1991 p. 210. Technical solutions are protected by the application of Germany N 3638936, with a priority of 11/14/86. "Method and device for the rapid detection of corrosion defects", echo signals from pipe defects are received by acoustic transducers located on the flaw detector along the entire circumference of the pipe, and then the presence and characteristics of defects are judged by the amplitude and time delay of the echo signal. Information processing is mainly carried out in basic conditions. This method does not allow to detect all possible defects of pipelines, there is no accumulation of information from defects, which reduces the reliability of control, there is no information about the characteristics of the external environment surrounding the pipeline. Permissible operating speed reduces the productivity of the pipeline, and the formation of a water plug takes 10-15 hours.
Известен также способ для сбора и обработки данных о дефектах труб по Европейскому патенту N 471223 с приоритетом 13.08.90г. В данном способе принимаются аналоговые сигналы от контролируемой трубы, выбираются максимальные и минимальные, которые затем записываются для анализа оператором. Недостатки данного способа такие же, как в предыдущем случае. There is also a method for collecting and processing data on pipe defects according to European patent N 471223 with a priority of 13.08.90. In this method, analog signals are received from the controlled pipe, the maximum and minimum are selected, which are then recorded for analysis by the operator. The disadvantages of this method are the same as in the previous case.
Основные аналоги заявляемого устройства исследования дефектов трубопровода следующие. The main analogues of the claimed device for the study of pipeline defects are as follows.
Ультразвуковые устройства с неконтактными датчиками описаны в патенте США N 4641529, приоритет от 12.04.84г. и заявке ФРГ N 3638936. Ultrasonic devices with non-contact sensors are described in US patent N 4641529, priority from 04/12/84. and the application of Germany N 3638936.
Устройство для контроля трубопровода по патенту США N 4641529 содержит носитель, который передвигается по трубопроводу. Некоторые ультразвуковые преобразователи, установленные на носителе, служат для излучения и приема ультразвуковых колебаний. Данное устройство может обнаруживать коррозионные дефекты только на внутренней поверхности трубы. The device for monitoring the pipeline according to US patent N 4641529 contains a carrier that moves through the pipeline. Some ultrasound transducers mounted on a carrier serve to emit and receive ultrasonic vibrations. This device can detect corrosion defects only on the inner surface of the pipe.
Устройство, описанное в заявке ФРГ N 3638936, содержит ультразвуковые преобразователи, установленные по окружности носителя и зондирующие трубопровод через водную среду. В канале обработки выделяется амплитудная составляющая сигнала, которая затем регистрируется. Недостатки устройства вытекают из недостатков способа, которые обсуждались выше. The device described in the application of Germany N 3638936, contains ultrasonic transducers mounted around the circumference of the carrier and probing the pipeline through an aqueous medium. In the processing channel, the amplitude component of the signal is extracted, which is then recorded. The disadvantages of the device result from the disadvantages of the method, which were discussed above.
Среди устройств, использующих контактные ультразвуковые датчики, можно отметить следующие. Among the devices using contact ultrasonic sensors, the following can be noted.
Устройство по патенту США N 5024093 с приоритетом 02.03.90г. для определения трещин и разрывов содержит датчик, который может передвигаться по поверхности. Ультразвуковой преобразователь датчика состоит из отдельных элементов, благодаря чему формируется сканирующий ультразвуковой луч. Для определения трещин производится амплитудная обработка сигналов, причем отображение на экране дисплея осуществляется после обработки эхо-сигналов в цифровом процессоре. The device according to US patent N 5024093 with priority 02.03.90g. to detect cracks and tears contains a sensor that can move on the surface. The ultrasonic transducer of the sensor consists of individual elements, due to which a scanning ultrasound beam is formed. To determine the cracks, amplitude signal processing is performed, and display on the display screen is carried out after processing the echo signals in a digital processor.
Использованный в устройстве датчик по своей конструкции не предназначен для работы внутри трубопровода. Кроме того, обработка предназначена для определения разрывов амплитудным методом, что не позволяет обеспечить стабильность контроля прибором в условиях неровных стенок трубопровода. The sensor used in the device is not designed to work inside the pipeline. In addition, the processing is designed to determine gaps by the amplitude method, which does not allow to ensure the stability of control by the device in the conditions of uneven walls of the pipeline.
Известно устройство, позволяющее проводить измерения дефектов трубопроводов с помощью ультразвуковых датчиков, перемещающихся путем качения по внутренней стенке трубы /заявка Великобритании N 2048496, приоритет 28.02.79г. /. Ультразвуковой преобразователь установлен неподвижно внутри полого колеса датчика, заполненного жидкостью. В заявке рассматриваются механизмы установки датчиков и не приводятся сведения об устройстве обработки сигналов. A device is known that allows measurements of pipeline defects using ultrasonic sensors moving by rolling along the inner wall of the pipe / UK application N 2048496, priority 02.28.79. /. The ultrasonic transducer is fixedly mounted inside the hollow wheel of the sensor filled with liquid. The application discusses the mechanisms for installing sensors and does not provide information about the signal processing device.
Наиболее близкие технические решения для способа и устройства описаны в рекламном материале фирмы "British Gas". The closest technical solutions for the method and device are described in the advertising material of the company "British Gas".
Способ исследования дефектов трубопровода основан на перемещении внутри трубопровода под давлением газа прибора с измерительной и регистрирующей аппаратурой. A method for studying pipeline defects is based on moving a device inside the pipeline under gas pressure with measuring and recording equipment.
Излучение звуковых колебаний и прием эхо-сигналов производятся ультразвуковым преобразователем, установленным неподвижно на оси полого колеса, заполненного жидкостью. Ультразвуковые колебания распространяются от каждого датчика по окружности трубы по часовой стрелки. Обработка эхо-сигнала от дефектов производится в реальном времени, до оптимального набора параметров, которые регистрируются ботовым магнитофоном. Sound waves and echo signals are produced by an ultrasonic transducer mounted motionless on the axis of a hollow wheel filled with liquid. Ultrasonic vibrations propagate from each sensor around the circumference of the pipe clockwise. Processing of the echo signal from defects is carried out in real time, up to the optimal set of parameters that are recorded by the bot recorder.
Устройство по способу содержит носитель с установленными на нем колесными датчиками. Каждый датчик содержит ультразвуковые преобразователи, установленные неподвижно внутри колеса, катящегося по внутренней стенке трубопровода. Преобразователи направлены в разные стороны по окружности. На носителе установлена измерительная и регистрирующая аппаратура. The device according to the method comprises a carrier with wheel sensors mounted on it. Each sensor contains ultrasonic transducers mounted motionless inside a wheel rolling along the inner wall of the pipeline. The transducers are directed in different directions around the circumference. Measuring and recording equipment is installed on the carrier.
К недостаткам как способа, так и устройства можно отнести следующее:
нет возможности измерять глубину залегания трубопровода и характеристику окружающей трубопровод среды;
не измеряются геометрические параметры трубопровода;
так как эхо-сигналы от дефекта регистрируются только за один цикл измерения, без накопления;
при применении амплитудных методов обработки в измерения вносятся искажения из-за неравномерности контакта датчиков с внутренней поверхностью трубопровода.The disadvantages of both the method and the device include the following:
there is no way to measure the depth of the pipeline and the characteristics of the environment surrounding the pipeline;
the geometric parameters of the pipeline are not measured;
since the echo signals from the defect are recorded only in one measurement cycle, without accumulation;
when applying amplitude processing methods, distortions are introduced into the measurements due to the uneven contact of the sensors with the inner surface of the pipeline.
Предлагаемый способ и устройство свободны от вышеуказанных недостатков. The proposed method and device are free from the above disadvantages.
Способ имеет следующие общие с прототипом признаки. Внутри трубы трубопровода перемещают прибор за счет давления газа. В материале трубы возбуждают ультразвуковые колебания с помощью преобразователей, расположенных внутри колесных датчиков, которые катятся по внутренней поверхности трубы при движении прибора. Затем проводят первичную обработку эхо-сигналов от дефектных участков трубы и регистрируют полученные параметры. The method has the following features common with the prototype. Inside the pipe, the device is moved due to gas pressure. Ultrasonic vibrations are excited in the pipe material by means of transducers located inside the wheel sensors, which roll along the inner surface of the pipe when the device moves. Then, primary processing of echo signals from defective pipe sections is carried out and the obtained parameters are recorded.
По изобретению в способе дополнительно параллельно измеряют следующие параметры: первичные параметры признаков дефектов материала трубы трубопровода; глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды; дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности трубы трубопровода. According to the invention, in the method, the following parameters are additionally measured in parallel: primary parameters of signs of defects in the material of the pipeline pipe; the depth of the pipeline and the type of environment adjacent to it; defects in the geometric characteristics of the inner surface of the pipeline pipe.
Определяя пройденный путь и скорость движения прибора в трубопроводе, формируют систему пространственно-временных координат, связанную с положением прибора в определенные моменты времени. Determining the distance traveled and the speed of movement of the device in the pipeline, form a system of spatio-temporal coordinates associated with the position of the device at certain points in time.
Первичные параметры признаков дефектов материала трубы трубопровода определяют, возбуждая цилиндрическую оболочку трубы импульсными ультразвуковыми полигармоническими колебаниями с помощью преобразователей, расположенных внутри контактирующих с внутренней поверхностью трубы колесными датчиками. Принимают эхо-сигналы от дефектных участков в частотных диапазонах, которые соответствуют различным зонам по толщине трубы. Это происходит потому, что волны различных частот в цилиндрической оболочке трубы распространяются на различную глубину материала трубы. При этом возбуждаются волны Рэлея и Лэмба, что позволяет определять первичные признаки дефектов как по толщине трубы, так и в приповерхностном слое. The primary parameters of the signs of defects in the material of the pipeline pipe are determined by exciting the cylindrical shell of the pipe by pulsed ultrasonic polyharmonic vibrations using transducers located inside the wheel sensors in contact with the inner surface of the pipe. Receive echoes from defective sections in the frequency ranges that correspond to different zones along the thickness of the pipe. This is because waves of different frequencies in the cylindrical shell of the pipe propagate to different depths of the pipe material. In this case, Rayleigh and Lamb waves are excited, which makes it possible to determine the primary signs of defects both in the thickness of the pipe and in the surface layer.
При определении признаков дефектов материала трубы принятые эхо-сигналы нормируют, т. е. отстраиваются от амплитудных характеристик. Эта операция в сочетании с последующим определением их частотных и фазовых характеристик позволяет исключить погрешности измерения, связанные с неравномерностью контакта колесных датчиков с внутренней поверхностью трубы при движении, что приводит к паразитной амплитудной модуляции. В частотные и фазовые параметры неравномерность контакта вносит меньшие погрешности. Дефекты материала, определяемые таким способом /трещины, различные виды коррозии, разрывы/, определяются с накоплением по зонам, что позволяет судить о глубине проникновения дефекта. When determining the signs of defects in the material of the pipe, the received echo signals are normalized, i.e., they are detuned from the amplitude characteristics. This operation, combined with the subsequent determination of their frequency and phase characteristics, eliminates the measurement errors associated with the uneven contact of the wheel sensors with the inner surface of the pipe during movement, which leads to spurious amplitude modulation. In the frequency and phase parameters, the non-uniformity of the contact introduces smaller errors. Material defects determined in this way / cracks, various types of corrosion, tears / are determined with accumulation by zones, which allows one to judge the penetration depth of the defect.
При определении параметров глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды зондируют трубопровод с помощью контактного преобразователя, который возбуждает волны, распространяющиеся по нормали к цилиндрической образующей трубы и проникающие в среду, окружающую трубопровод. При этом используют частотно-модулированные звуковые колебания. Сравнивая фазы излучаемого и принимаемого сигналов на разных частотах при определении импедансных характеристик нагрузки преобразователя, определяют первичные параметры, которые позволяют при вторичной обработке судить о глубине заложения трубопровода, и типе среды, которая находится снаружи трубопровода. When determining the parameters of the depth of the pipeline and the type of environment adjacent to it, the pipeline is probed using a contact transducer, which excites waves propagating along the normal to the cylindrical generatrix of the pipe and penetrating into the environment surrounding the pipeline. In this case, frequency-modulated sound vibrations are used. By comparing the phases of the emitted and received signals at different frequencies when determining the impedance characteristics of the converter load, the primary parameters are determined that allow for the secondary processing to judge the depth of the pipeline, and the type of medium that is outside the pipeline.
Для определения параметров геометрических характеристик внутренней поверхности трубы сканируют по кругу через газовую среду по крайней мере одним ультразвуковым направленным импульсным лучом от преобразователя,находящегося на оси прибора. По времени прихода эхо-сигналов от внутренней поверхности трубы определяют расстояние. Искажение геометрических характеристик может быть вызвано вмятинами, изломом трубопровода, осадкой окружающей породы и т. д. To determine the parameters of the geometric characteristics of the inner surface of the pipe, they are scanned in a circle through the gas medium by at least one ultrasonic directional pulsed beam from the transducer located on the axis of the device. From the time of arrival of the echo signals from the inner surface of the pipe determine the distance. Distortion of geometric characteristics can be caused by dents, a fracture in the pipeline, sediment of the surrounding rock, etc.
Регистрация параметров состояния трубопровода и окружающей трубопровод среды в одних пространственно-временных координатах позволяет определять состояние трубопровода комплексно, не только выявляя дефекты, но и устанавливая в некоторых случаях их причины. Registration of the parameters of the state of the pipeline and the environment surrounding the pipeline in the same spatio-temporal coordinates makes it possible to determine the state of the pipeline in a comprehensive manner, not only identifying defects, but also establishing their causes in some cases.
Частные случаи выполнения способа заключаются в следующем. При измерении первичных параметров признаков дефектов материала трубы оболочку возбуждают вдоль образующей и по окружности. Для определения произвольно ориентированных дефектов прием эхо-сигналов ведут также с направлений по образующей и по окружности. Данные признаки позволяют получать первичные признаки от дефектов вне зависимости от их ориентации. Special cases of the method are as follows. When measuring the primary parameters of the signs of defects in the material of the pipe, the shell is excited along the generatrix and around the circumference. To determine randomly oriented defects, echo signals are also received from directions along the generatrix and around the circumference. These signs make it possible to obtain primary signs from defects, regardless of their orientation.
Кроме того, для локализации дефектов материалов по толщине стенки трубы используют /после нормирования эхо-сигналов/ амплитудно-частотные характеристики. Для определения /идентификации/ характера дефектов используют фазовые характеристики совокупности гармонических составляющих эхо-сигналов для различных зон по длине и толщине трубы. In addition, to localize material defects along the wall thickness of the pipe use / after normalization of the echo signals / amplitude-frequency characteristics. To determine / identify / the nature of the defects, the phase characteristics of the set of harmonic components of the echo signals for various zones along the length and thickness of the pipe are used.
При определении глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды возбуждают линейно-частотно-модулированные колебания в диапазоне 200500 Гц. When determining the depth of the pipeline and the type of environment adjacent to it, linear-frequency-modulated oscillations in the range of 200500 Hz are excited.
Излучение полигармонических сигналов позволяет оценить характеристики внутренней поверхности трубы путем измерения фазовых характеристик. Эти измерения способствуют обнаружению различных отложений внутри трубы типа газовых гидратов. Radiation of polyharmonic signals makes it possible to evaluate the characteristics of the inner surface of a pipe by measuring the phase characteristics. These measurements facilitate the detection of various deposits inside a pipe such as gas hydrates.
Систему пространственно-временных координат обнаруженных признаков дефектов формируют путем измерения пройденного пути и скорости движения прибора, последующего формирования зон разрешения по длине и окружности трубопровода и прилегающей к нему среды и соотнесения временного прихода эхо-сигналов с пространственными зонами разрешения. The system of spatio-temporal coordinates of the detected signs of defects is formed by measuring the distance traveled and the speed of the device, the subsequent formation of resolution zones along the length and circumference of the pipeline and the surrounding medium, and correlating the temporal arrival of echo signals with spatial resolution zones.
Зоны разрешения по толщине трубы формируют путем соотнесения измеренных частот эхо-сигналов с зонами распространения колебаний соответствующих частот. Resolution zones along the thickness of the pipe are formed by correlating the measured frequencies of the echo signals with the propagation zones of the oscillations of the corresponding frequencies.
При этом соотнесение полученных в результате измерений параметров с системой координат производят путем записи измеренных параметров с одновременным указанием времени прихода эхо-сигналов и координат соответствующих пространственных зон разрешения. In this case, the correlation of the parameters obtained as a result of measurements with the coordinate system is made by recording the measured parameters while indicating the time of arrival of the echo signals and the coordinates of the corresponding spatial resolution zones.
Кроме этого, отнесение параметров дефектов материала трубы к определенным пространственным зонам разрешения и соответствующую запись осуществляют после усреднения по нескольким измерениям, полученным в процессе перемещения прибора. Усреднение по нескольким измерениям возможно, так как оболочку трубы возбуждают не только по окружности, но и по образующей, что позволяет от одного и того же дефекта получать эхо-сигналы в течение нескольких циклов излучения. Такое усреднение позволяет повысить достоверность измерений и классификации типов дефектов. In addition, the assignment of the parameters of defects in the material of the pipe to certain spatial resolution zones and the corresponding recording is carried out after averaging over several measurements obtained in the process of moving the device. Averaging over several measurements is possible, since the pipe shell is excited not only around the circumference, but also along the generatrix, which allows echo signals to be received from the same defect for several radiation cycles. Such averaging makes it possible to increase the reliability of measurements and classification of types of defects.
Все признаки способа направлены на повышение надежности обнаружения аварийно-опасных видов изменения состояния трубопровода от различных видов коррозии, трещин произвольной ориентации, нарушений изоляции, оголения трубопровода и его деформации и т.д. All the signs of the method are aimed at improving the reliability of detection of hazardous types of changes in the state of the pipeline from various types of corrosion, cracks of arbitrary orientation, insulation failures, exposure of the pipeline and its deformation, etc.
Одновременное измерение первичных параметров признаков дефектов материалов трубы в различных зонах по толщине, дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности и глубины заложения трубопровода, типа прилегающей к нему среды и регистрация измеренных параметров в одной системе координат позволяют при вторичной обработке:
установить большее по сравнению с прототипом число дефектов как собственно трубы, так и изоляции;
оценить состояние и тип окружающей трубопровод среды;
определить причины возникновения тех или иных аварийно-опасных дефектов состояния трубы за счет использования информации об окружающей трубопровод среде.Simultaneous measurement of the primary parameters of signs of defects in pipe materials in various zones by thickness, defects in the geometric characteristics of the inner surface and the depth of the pipeline, the type of adjoining medium, and registration of the measured parameters in one coordinate system allows for secondary processing:
to establish a larger number of defects in the pipe as well as in insulation compared to the prototype;
assess the condition and type of the environment surrounding the pipeline;
determine the causes of various accidentally dangerous defects in the state of the pipe through the use of information about the environment surrounding the pipeline.
При осуществлении данного способа удовлетворяются противоречивые, но необходимые для диагностики трубопровода требования. When implementing this method, conflicting, but necessary for the diagnosis of the pipeline requirements are satisfied.
С одной стороны, увеличение числа измеряемых параметров способствует повышению надежности диагностирования. С другой стороны, тем большие требования предъявляются к объему памяти регистратора. On the one hand, an increase in the number of measured parameters helps to increase the reliability of diagnosis. On the other hand, the greater demands are placed on the memory capacity of the recorder.
Данное противоречие в значительной мере разрешается в данном способе, так как регистрируются только первичные параметры дефектов, регистрация ложных срабатываний из-за различных помех, в том числе и неравномерности прилегания датчиков снижаются за счет нормировки сигналов по амплитуде и применения при текущей обработке сигналов операций усреднения в виде поциклового накопления. This contradiction is largely resolved in this method, since only the primary parameters of defects are recorded, registration of false alarms due to various interferences, including unevenness of the sensors' fit, is reduced due to normalization of signals by amplitude and application of averaging operations in the current signal processing form of loop accumulation.
Новые свойства, которыми обладает способ измерения и регистрации данных для определения дефектов трубопровода, сводятся к сследующему:
при измерении основных параметров используются неамплитудные характеристики эхо-сигналов, что позволяет снизить влияние на результаты измерений неравномерностей внутренней поверхности трубопровода при движении датчиков;
применение полигармонических сигналов в сочетании с селективным приемом эхо-сигналов в частотных диапазонах позволяет осуществить локализацию дефектов по толщине трубы;
возбуждение оболочки трубы вдоль образующей и по окружности позволяет более достоверно обнаруживать произвольно ориетированные трещины, разрывы, коррозионные участки и другие дефекты;
за счет возбуждения оболочки трубы вдоль образующей возможно получение эхо-сигналов от дефекта в нескольких циклах излучения с последующим усреднением полученных параметров, что позволяет повысить достоверность из счет повышения помехоустойчивости;
измерение параметров окружающей трубопровод среды, геометрических характеристик позволяют оценить причины дефектов трубы в единых координатах, позволяют оценить причины возникновения того или иного аварийно-опасного состояния трубопровода.New properties possessed by the method of measuring and recording data for determining pipeline defects are as follows:
when measuring the main parameters, the non-amplitude characteristics of the echo signals are used, which allows to reduce the influence on the measurement results of the irregularities of the internal surface of the pipeline when the sensors move;
the use of polyharmonic signals in combination with selective reception of echo signals in the frequency ranges allows the localization of defects along the thickness of the pipe;
the excitation of the pipe shell along the generatrix and around the circumference allows more reliable detection of randomly oriented cracks, gaps, corrosion sections and other defects;
due to the excitation of the pipe shell along the generatrix, it is possible to obtain echo signals from the defect in several radiation cycles, followed by averaging of the obtained parameters, which allows to increase reliability by increasing the noise immunity;
measuring the parameters of the environment surrounding the pipeline, geometric characteristics allow us to assess the causes of pipe defects in common coordinates, allow us to assess the causes of a particular dangerous condition of the pipeline.
Можно утверждать, что способ обладает новизной и соответствует критерию "изобретательский уровень". It can be argued that the method has novelty and meets the criterion of "inventive step".
Устройство измерения и сбора данных для определения дефектов трубопровода имеет следующие с прототипом признаки. The device for measuring and collecting data for determining pipeline defects has the following features with the prototype.
Устройство содержит носитель с возможностью перемещения под давлением газа внутри трубопровода в продольном направлении, установленные на нем датчики, измерительную и регистрирующую аппаратуру. Каждый датчик содержит ультразвуковой преобразователь, установленный неподвижно внутри звукопрозрачного колеса с жидкостью, способного катится вдоль внутренней поверхности трубы. The device contains a carrier with the ability to move under gas pressure inside the pipeline in the longitudinal direction, sensors installed on it, measuring and recording equipment. Each sensor contains an ultrasonic transducer mounted motionless inside a translucent wheel with liquid, capable of rolling along the inner surface of the pipe.
Устройство от прототипа отличается следующими признаками. The device from the prototype differs in the following features.
Устройство включает канал первичных параметров признаков дефектов материала трубы; канал первичных параметров глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды; канал первичных параметров дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности трубы и канал измерения текущей скорости и продольных координат. Выходы каждого канала подсоединены к регистратору. Блок управления обеспечивает синхронную работу всего устройства. The device includes a channel of primary parameters of signs of defects in the material of the pipe; the channel of the primary parameters of the depth of the pipeline and the type of environment adjacent to it; a channel for the primary parameters of defects in the geometric characteristics of the inner surface of the pipe; and a channel for measuring the current speed and longitudinal coordinates. The outputs of each channel are connected to the recorder. The control unit provides synchronous operation of the entire device.
Канал первичных параметров признаков дефектов материалов трубы содержит ультразвуковые преобразователи колесных датчиков, подключенные к входам коммутатора. Передающий второй выход коммутатора через усилитель мощности соединен с блоком формирования сигнала, а первый выход коммутатора подключен к выходу усилителя- ограничителя. Выход усилителя-ограничителя через блок частотных фильтров подключен к блоку амплитудного детектирования и блоку ограничителей, выход первого непосредственно, а выход второго через первых блок фазовой обработки подключены к соответствующим входам блоков поциклового накопления фазовых и частотных параметров, выходы которых подключены к соответствующим входам первого оперативного запоминающего устройства /ОЗУ/. The channel of primary parameters of signs of defects in pipe materials contains ultrasonic transducers of wheel sensors connected to the inputs of the switch. The transmitting second output of the switch through the power amplifier is connected to the signal conditioning unit, and the first output of the switch is connected to the output of the limiter amplifier. The output of the amplifier-limiter through the block of frequency filters is connected to the block of amplitude detection and the block of limiters, the output of the first is directly, and the output of the second through the first block of phase processing is connected to the corresponding inputs of the blocks of cyclic accumulation of phase and frequency parameters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first random access memory devices / RAM /.
С помощью колесных датчиков этого канала возбуждаю цилиндрическую оболочку трубы ультразвуковыми полигармоническими импульсными колебаниями. Using the wheel sensors of this channel, I excite the cylindrical shell of the pipe with ultrasonic polyharmonic pulsed oscillations.
Затем усиленные и ограниченные по амплитуде сигналы разделяются по частотным диапазонам, соответствующих различным зонам по толщине трубы. Сигналы каждой зоны в одном канале детектируют и обрабатывают в блоке поциклового накопления. В другом канале сигналы каждой зоны ограничивают и подвергают фазовой обработке, чтобы затем также обработать в другом блоке поциклового накопления. Результаты накопления после сравнения с порогом записываются в первом ОЗУ с указанием кода соответствующего частотного канала. Then, amplified and limited in amplitude signals are divided into frequency ranges corresponding to different zones along the thickness of the pipe. The signals of each zone in one channel are detected and processed in a loop accumulation block. In another channel, the signals of each zone are limited and subjected to phase processing, so that they can also be processed in another block of cyclic accumulation. The results of accumulation after comparison with the threshold are recorded in the first RAM with the code of the corresponding frequency channel.
Канал первичных параметров глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды содержит датчик звуковых колебаний, установленный на носителе с возможностью контакта с внутренней поверхностью трубы трубопровода. Датчик подcоединен своим входом к выходу генератора частотно-модулированного сигнала, а выходом к одному входу измерителя фазы, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора частотно-модулированного сигнала, а выходом к одному входу измерителя фазы. Второй вход измерителя фазы соединен с вторым входом генератора частотно-модулированного сигнала и входом преобразователя периода сигнала в код. Выход измерителя фазы подсоединен через блок управления записью к управляющему входу второго ОЗУ, выход преобразователя периода сигнала в код подключены к входу второго ОЗУ. The channel of the primary parameters of the depth of the pipeline and the type of medium adjacent to it contains a sound vibration sensor mounted on the carrier with the possibility of contact with the inner surface of the pipe. The sensor is connected by its input to the output of the frequency-modulated signal generator, and by the output to one input of the phase meter, the second input of which is connected to the second output of the frequency-modulated signal generator, and by the output to one input of the phase meter. The second input of the phase meter is connected to the second input of the frequency-modulated signal generator and the input of the signal period to code converter. The output of the phase meter is connected through the recording control unit to the control input of the second RAM, the output of the signal period to code converter is connected to the input of the second RAM.
В данном канале звуковой контактный датчик зондирует трубопровод частотно-модулированными звуковыми колебаниями. В измерителе фазы сравнивается фаза излучаемого и принимаемого сигналов, данные о частоте сигнала в момент изменения фазы и значение разности фаз регистрируются во втором ОЗУ с помощью блока управления. Эти данные при вторичной обработке позволяют судить о глубине заложения трубопровода и типе прилегающей к нему среды. In this channel, an audio contact sensor probes the pipeline with frequency-modulated sound vibrations. The phase meter compares the phase of the emitted and received signals, data on the frequency of the signal at the moment of phase change and the value of the phase difference are recorded in the second RAM using the control unit. These data during secondary processing make it possible to judge the depth of the pipeline and the type of environment adjacent to it.
Канал первичных параметров дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности трубы содержит акустическую антенну, установленную на оси носителя, с устройством сканирования луча, направленного на внутреннюю поверхность трубы. The channel of primary parameters of defects in the geometric characteristics of the inner surface of the pipe contains an acoustic antenna mounted on the axis of the carrier, with a scanning device for a beam directed to the inner surface of the pipe.
Вход антенны для возбуждения ультразвуковых колебаний подключен через усилитель мощности к блоку формирования сигнала. Выход антенны через усилитель подсоединен к входу блока амплитудного детектирования. Выход второго блока амплитудного детектирования через измеритель времени запаздывания аналого-цифрового преобразователя /АЦП/ подключен к входу третьего ОЗУ. The antenna input for exciting ultrasonic vibrations is connected through a power amplifier to the signal conditioning unit. The output of the antenna through an amplifier is connected to the input of the amplitude detection unit. The output of the second amplitude detection unit through a delay meter of the analog-to-digital converter / ADC / is connected to the input of the third RAM.
С помощью антенны, находящейся на оси прибора, сканируют узким лучом по окружности через газовую среду по внутренней поверхности трубы. Принятые эхо-сигналы усиливают, определяют время их запаздывания относительно посылки, преобразуют в цифровую форму и записывают в четвертое ОЗУ с указанием кода текущих угловых координат. Using an antenna located on the axis of the device, a narrow beam is scanned around the circumference through the gas medium along the inner surface of the pipe. The received echo signals are amplified, their delay time relative to the package is determined, converted to digital form and recorded in the fourth RAM with the current angular coordinates code.
Канал измерения текущей скорости и продольных координат содержит датчик скорости, выход которого подключен к входу четвертого ОЗУ и первому входу блока вычисления координат. Выход блока вычисления координат соединен с входом пятого ОЗУ. The channel for measuring the current speed and longitudinal coordinates contains a speed sensor, the output of which is connected to the input of the fourth RAM and the first input of the coordinate calculation unit. The output of the coordinate calculation unit is connected to the input of the fifth RAM.
Датчик скорости измеряет текущее значение скорости движения прибора, которое непосредственно записывается в четвертое ОЗУ для дальнейшей регистрации и также обрабатывается в блоке вычисления координат совместно со значениями времени для определения координат движения прибора. Затем эти значения записываются в пятое ОЗУ. The speed sensor measures the current value of the speed of the device, which is directly recorded in the fourth RAM for further registration and is also processed in the coordinate calculation unit together with the time values to determine the coordinates of the movement of the device. Then these values are written to the fifth RAM.
Выходы первого, второго, третьего и пятого ОЗУ каналов подсоединены к регистратору для записи значений измеренных параметров в процессе движения прибора. Эти параметры используются во вторичной обработке для обнаружения аварийно-опасных видов изменения состояния трубопровода. The outputs of the first, second, third and fifth RAM channels are connected to the recorder to record the values of the measured parameters during the movement of the device. These parameters are used in secondary processing to detect hazardous types of changes in the state of the pipeline.
Управление устройством осуществляется блоком управления, причем выход четвертого ОЗУ соединен с входом блока управления, выходы которого подсоединены к шине управления. К этой шине подсоединены управляющие входы всех блоков формирования сигнала, блоков поциклового и ОЗУ, а также генератора частотно-модулированного сигнала, блока управления записью, сканирующей антенны, измерителя, АЦП, блока вычисления координат. The device is controlled by the control unit, and the output of the fourth RAM is connected to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the control bus. Connected to this bus are the control inputs of all the signal conditioning blocks, the cyclic and RAM blocks, as well as the frequency-modulated signal generator, recording control unit, scanning antenna, meter, ADC, and coordinate calculation unit.
Устройство, осуществляющее вышерассмотренный способ, также повышает надежность обнаружения аварийно-опасных видов изменения состояния трубопровода. The device that implements the above method also improves the reliability of detection of hazardous types of changes in the state of the pipeline.
Этот технический результат достигается, с одной стороны, за счет измерения новых, не применявшихся раньше для исследования трубопроводов, параметров, с другой стороны, записи этих параметров в одной системе координат. Свойства устройства аналогичны вышерассмотренным свойствам способа, что позволяет утверждать, что он обладает новизной и соответствует критерию "изобретательский уровень". This technical result is achieved, on the one hand, by measuring new parameters that were not previously used to study pipelines, and, on the other hand, recording these parameters in one coordinate system. The properties of the device are similar to the above properties of the method, which suggests that it has novelty and meets the criterion of "inventive step".
Частные случаи выполнения устройства заключаются в следующем. Каждый блок фазовой обработки состоит из отдельных каналов. Каждый канал содержит блок выделения разностной частоты, имеющий два входа. Первый подключен к первому входу фазового детектора. Выход блока выделения разностной частоты через умножитель подключен к второму входу фазового детектора. Входы блока выделения разностной частоты являются входами блока фазовой обработки. Выход фазового детектора является выходом блока. Special cases of the device are as follows. Each phase processing unit consists of separate channels. Each channel contains a differential frequency allocation unit having two inputs. The first is connected to the first input of the phase detector. The output of the differential frequency allocation block through the multiplier is connected to the second input of the phase detector. The inputs of the differential frequency allocation block are the inputs of the phase processing block. The output of the phase detector is the output of the block.
Блок поциклового накопления содержит блок стробирования, вход которого является входом блока. Выходы блока стробирования через АЦП подключены к входам мультиплексора. Выходы мультиплесора подключены к входам вычислителя, выходы которого связаны через блок пороговых устройств с входами схемы ИЛИ. Входы вычислителя и схема ИЛИ являются выходами блока. The loop accumulation block contains a gating block, the input of which is the input of the block. The outputs of the gating block through the ADC are connected to the inputs of the multiplexer. The outputs of the multiplesor are connected to the inputs of the calculator, the outputs of which are connected through the block of threshold devices with the inputs of the OR circuit. The inputs of the calculator and the OR circuit are the outputs of the block.
Вычислитель содержит стековый регистр, вход которого является входом вычислителя. Выход стекового регистра подключен к второму входу блока разности, первый вход которого подключен к входу стекового регистра. Выход блока разности соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через регистр задержки соединен с выходом сумматора. Сумматор также подключен к входу порогового устройства, выходы которого являются выходами блока поциклового накопления. The calculator contains a stack register, the input of which is the input of the calculator. The output of the stack register is connected to the second input of the difference block, the first input of which is connected to the input of the stack register. The output of the difference block is connected to the first input of the adder, the second input of which through the delay register is connected to the output of the adder. The adder is also connected to the input of the threshold device, the outputs of which are the outputs of the loop accumulation unit.
При применении полигармонических сигналов в канале первичных параметров дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности трубы между предварительным усилителем и блоком амплитудного детектирования включен блок частотных фильтров. К выходу последнего подключены также последовательно соединенные дополнительные блоки ограничения, блок фазовой обработки, АЦП и ОЗУ, выход которого соединен с дополнительным входом регистратора. Управляющие входы АЦП и ОЗУ подключены к шине управления. When using polyharmonic signals in the channel of primary parameters of defects in the geometric characteristics of the inner surface of the pipe, a block of frequency filters is included between the pre-amplifier and the amplitude detection unit. The output of the latter is also connected in series with additional blocks of restriction, phase processing unit, ADC and RAM, the output of which is connected to an additional input of the recorder. The control inputs of the ADC and RAM are connected to the control bus.
Введение дополнительного фазового канала в сочетании с полигармоническими сигналами позволяет также определять отложения в трубе, отличая их от вмятин трубы. The introduction of an additional phase channel in combination with polyharmonic signals also makes it possible to determine deposits in the pipe, distinguishing them from dents in the pipe.
Блок управления записью содержит два пороговых устройства, входы которых объединены и являются входом блока, а выходы подсоединены к S входам соответствующих RS-триггеров. Выходы каждого из триггеров подсоединены к входам схемы. R-входы триггеров подсоединены к портам шины управления. The recording control unit contains two threshold devices, the inputs of which are combined and are the input of the unit, and the outputs are connected to the S inputs of the corresponding RS-flip-flops. The outputs of each of the triggers are connected to the inputs of the circuit. Trigger R inputs are connected to control bus ports.
Блок управления содержит первый и второй вычислители. Первый вход первого вычислителя подсоединен к выходу преобразователя периода в код и к первому входу второго вычислителя. Второй вход первого вычислителя подсоединен к выходу первого запоминающего устройства, вход которого является входом блока управления. Третий вход вычислителя подсоединен к выходу счетчика. Выход первого вычислителя подсоединен к второму входу второго вычислителя выход которого связан с входом второго ОЗУ и входом компаратора Выход компаратора соединен с установочным входом счетчика. Выход блока синхронизации связан с управляющим входом первого запоминающего устройства, счетным входом счетчика. Выходы второго вычислителя, второго ОЗУ и блока синхронизации подсоединены к шине управления. The control unit contains the first and second calculators. The first input of the first calculator is connected to the output of the period to code converter and to the first input of the second calculator. The second input of the first computer is connected to the output of the first storage device, the input of which is the input of the control unit. The third input of the calculator is connected to the output of the counter. The output of the first computer is connected to the second input of the second computer, the output of which is connected to the input of the second RAM and the input of the comparator. The output of the comparator is connected to the installation input of the counter. The output of the synchronization unit is associated with the control input of the first storage device, the counting input of the counter. The outputs of the second computer, the second RAM and the synchronization unit are connected to the control bus.
На фиг. 1 представлена схема общей компоновки устройства; на фиг. 2 - обобщенная структурная схема; на фиг. 3 структурная схема устройства; на фиг. 4 структурная схема канала текущей скорости и продольных координат; на фиг. 5 схема блока поциклового накопления; на фиг. 6 блок вычислителя; на фиг. 7 вариант выполнения канала первичных параметров дефектов геометрических характеристик трубы; на фиг. 8 блок фазовой обработки; на фиг. 9 раскрыт блок управления записью; на фиг. 10 блок управления; на фиг. 11 -схема возбуждения оболочки трубы; на фиг. 12 временная диаграмма принципа формирования системы координат; на фиг. 13 схема формирования частотного блока синхронизации. In FIG. 1 is a diagram of a general arrangement of a device; in FIG. 2 - a generalized structural diagram; in FIG. 3 block diagram of the device; in FIG. 4 block diagram of the channel of the current speed and longitudinal coordinates; in FIG. 5 diagram of a loop accumulation block; in FIG. 6 block calculator; in FIG. 7 embodiment of the channel of the primary parameters of the defects of the geometric characteristics of the pipe; in FIG. 8 phase processing unit; in FIG. 9, a recording control unit is disclosed; in FIG. 10 control unit; in FIG. 11 is a diagram of the excitation of the shell of the pipe; in FIG. 12 is a timing diagram of the principle of forming a coordinate system; in FIG. 13 a circuit for generating a frequency synchronization block.
Устройство /фиг.1/ содержит носители аппаратуры 1 и 2, соединенные между собой и перемещающиеся внутри трубопровода 3 под давлением транспортируемого продукта, в частности газа. На одном из носителей 2 установлены колесные датчики 4 и 5, содержащие ультразвуковые 4 и звуковой 5 преобразователи. На одном из носителей 1 по его оси установлена цилиндрическая акустическая антенна 6. Колесные датчики 4 и 5 катятся по внутренней поверхности трубопровода 3 и контактируют с ней, антенна 6 трубы не касается. The device / Fig. 1/ contains
Устройство /фиг. 2/ состоит из канала 7 первичных параметров признаков дефектов материала трубы, канала 8 первичных параметров глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему внешней среды, канала 9 параметров дефектов геометрической формы внутренней поверхности трубопровода /фиг.3/, канала 10 /фиг. 4/ измерения текущей скорости устройства и определения координат дефектов, регистратора 11 блока управления 12 /фиг.10/. Device / FIG. 2 / consists of
В канале 7 первичных параметров признаков дефектов материала трубы /фиг. 3/ ультразвуковые преобразователи колесных датчиков /КДУ/ 4 подключены к входам коммутатора /К/13, который через усилитель-ограничитель /УО/ 14 соединен по выходу с блоком частотных фильтров /ЧФ/ 15. Второй выход коммутатора 13 через усилитель мощности 16 соединен с блоком формирования сигнала /БФС/17, управляемый от блока управления 12. Выход блока частотных фильтров 15 подключен к первому блоку амплитудного детектирования /АД/18 и блоку ограничения /О/19. Первый блок амплитудного детектирования 18 подключен к блоку поциклового накопления частотных параметров /НЧП/20. Блок ограничения 19 через блок фазовой обработки /БФО/21 подключен к блоку поциклового накопления фазовых параметров /НФП/ 22. Выходы блоков 20 и 22 подключены к первому ОЗУ1 23. Блоки 20, 22 и 23 управляются блоком управления 12, а выход ОЗУ1 23 подключен к регистратору 11.In the
Канал 8 первичных параметров глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды /фиг. 3/ содержит колесный датчик звуковых колебаний /КДЗ/ 5, подсоединенный входом к выходу генератора частотно-модулированного сигнала /ЧМС/24, а выходом к одному входу измерителя фазы 25. Второй вход измерителя фазы 25 связан со вторым выходом генератора частотно-модулированного сигнала 24, который подключен также к входу преобразователя периода сигнала в код /ППС/26. Измеритель фазы 25 через блок управления записью /БУЗ/27 подключен к управляющему входу второго ОЗУ2 28. Выход преобразователя 26 подключен к входу ОЗУ2 28. Выход 28 подключен к регистратору 11.
Канал 9 параметров дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности трубы /фиг. 3/ содержит цилиндрическую сканирующую узконаправленную акустическую антенну /АА/ 6, вход которой подключен к усилителю мощности /УМ/29, а последний к блоку формирования сигнала /БФС/ 30. Выход антенны 6 через усилитель /У/ 31 подсоединен последовательно к второму блоку амплитудного детектирования /АД/32, измерителю времени запаздывания /ИВЗ/33, аналого-цифровому преобразователю /АЦП/34 и третьему оперативно-запоминающему устройству /ОЗУ3/ 35. Выходы всех вышеперечисленных ОЗУ подсоединены к соответствующим входам регистратора 11, к особому входу подключен также выходам регистратора 11, к особому входу подключен также выход сигналов текущего углового положения дефектов.
Канал 10 измерения текущей скорости и продольных координат /фиг. 4/ содержит датчик скорости /ДС/36 /акустический или механический/, подключенный к входу четвертого ОЗУ4 37 и входу блока вычисления координат /БВК/38, выходом подключенного к входу пятого ОЗУ5 также подключен к регистратору 11. Выход ОЗУ4 37 соединен с блоком управления 12. Выходы блока управления 12 через шину управления соединены с управляющими входами блоков формирования сигнала 17, 30 генератора чистотно-модулированного сигнала 24, преобразователя периода сигнала в код 26, блоков поциклового накопления 20, 22, ОЗУ 23, 28, 35, 37, 39, блока управления записью 27, акустической антенны 6, измерителя 33, АЦП 34, блока вычисления координат 38.
Блоки поциклового накопления 20, 22 /фиг. 5/ содержат блок стробирования 40, который подключен через многоканальный АЦП 41 к мультиплексору 42, выходы которого соединены со входами вычислителя 43. Выходы вычислителя 43 соединены через блок пороговых устройств 44 с входами схемы ИЛИ 45. Вычислитель 43 /фиг. 6/ состоит из стекового регистра /СР/46, подключенного к блоку разности 47. Выход блока разности /БР/ 46, в котором вычисляется разность S-m, где m среднее значение суммарного содержимого регистра 46, 
В частном варианте выполнения канала 9 /фиг. 7/ между усилителем 31 и вторым блоком амплитудного детектирования 32 введен блок частотных фильтров 50, к выходу которого подключен второй блок амплитудного детектирования 32, а также последовательно соединенные блок ограничения 51, блок фазовой обработки 52, АЦП 53 и шестого ОЗУ 54, которое связано с регистратором 11. In a private embodiment of the
Блок фазовой обработки 21, 52 /фиг. 8/ содержит блоки выделения разностной частоты /ВРЧ/ 55, умножитель/У/ 56 и фазовый детектор /ФД/57. The
Блок управления записью 27 /фиг. 9/ содержит два пороговых устройства /ПУ/ 58, 59, их выходы подсоединены к триггерам /Тр/ 60, 61, а выходы последних подключены к логической схеме И 62. The
Блок управления 12 /фиг. 9/ содержит преобразователь 69 периода Тц в код первый 63 /в t*/ и второй 64 /В/ Тц t*/ Δ / вычислители. Первый вычислитель 63 подключен к первому запоминающему устройству 65 /регистр скорости V/ и входу второго вычислителя 64. Другой вход вычислителя 63 соединен со счетчиком числа тактов /периодов Тц/ 66. Вычислитель 63 выполняет операцию 
Способ исследования дефектов трубопровода осуществляется ледующим образом. A method for studying pipeline defects is carried out in the following manner.
Прибор перемещается внутри трубы 3 /фиг. 1 / под давлением газа. На одном носителе 2 колесные датчики 4 перемещаются вдоль внутренней поверхности трубы 3. Датчики 4 канала 7 первичных параметров признаков дефектов материала трубы /фиг. 3/ возбуждают цилиндрическую оболочку трубы 3 импульсными полигармоническими сигналами, формируемые блоком 17 и усилителем мощности 16. Возбуждение оболочки происходит на нескольких частотах. Возникающие в оболочке волны Рэлея Лэмба различной длины волны распространяются в приповерхностном слое и глубинных слоях, причем слой распространения колебаний зависит от длины волны. The device moves inside the pipe 3 / Fig. 1 / under gas pressure. On one
Принимаемые импульсные эхо-сигналы датчиками 4, входы которых подключаются коммутатором 13, усиливаются и ограничиваются по амплитуде усилителем-ограничителем 14 и разделяются блоком частотных фильтров 15 на сигналы от дефектных участков трубы различных частотных диапазонов. Такое разделение обеспечивает селекцию признаков дефектов материала по различным зонам по толщине трубы. При этом отстройка от амплитуды эхо-сигналов путем ограничения позволяет снизить влияние неравномерности движения датчиков по трубе, избежать ложных отметок о дефектах. Received pulsed echo signals by
Далее обработка эхо-сигналов производится в различных частотных диапазонах параллельными каналами. Further processing of the echo signals is performed in different frequency ranges by parallel channels.
В канале определения частотных характеристик в первом блоке амплитудного детектирования 18 выделяют огибающие эхо-сигналов и затем усредняют по нескольким измерениям в блоке поциклового накопления 20. In the channel for determining the frequency characteristics in the first
В канале определения фазовых характеристик сигналы проходят ограничение в блоке ограничения 19, а затем в блоке фазовой обработки 21 определяют фазовые характеристики. Известно, что на двух гармониках кратных частот, например ω и 2ω на пути от точки отражения эхо-сигнала к датчику 4 фазовые набеги соответственно равны 2L / c1ω и 2L/ c22ω где L путь прохождения эхо-сигналов, с скорость распространения ультразвуковых колебаний.In the channel for determining the phase characteristics, the signals pass the restriction in the
В блоке фазовой обработки 21 определяется разность фаз двух сигналов путем удвоения меньшей кратной /разностной/ частоты полигармонического сигнала
Так как значения с1 и с2 будут различные, когда изменяется состояние материала трубы, отслоение изоляции и т.д. по величине ΔΦ определяется наличие указанного дефекта.In the phase processing unit 21, the phase difference of the two signals is determined by doubling the smaller multiple / difference / frequency of the polyharmonic signal
Since the values from 1 and 2 will be different when the state of the pipe material changes, delamination of the insulation, etc. ΔΦ determines the presence of the specified defect.
Для выполнения этих операций в блоке фазовой обработки 21 выделяют разностную частоту 55, умножают ее на показатель n в умножителе 56 и определяют фазу фазовым детектором 57. To perform these operations, a
Отличительной способностью данного способа является то, что от позволяет возбуждать оболочку вдоль по образующей и по окружности /фиг. 10/. При таком способе возбуждения образуются зоны A, B и C. A distinctive ability of this method is that it allows to excite the shell along along the generatrix and around the circumference / Fig. 10/. With this method of excitation, zones A, B, and C are formed.
В зоне А волны распространяются по направлению нормали к образующей трубы и проходят однократно расстояние, равное 2Пr, где r радиус трубы. In zone A, the waves propagate in the direction normal to the generatrix of the pipe and once pass a distance equal to 2Pr, where r is the radius of the pipe.
В зоне В волны распространяются вдоль оболочки. В зоне С для этих волн выполняется условие z≥2Пr, за счет чего эхо-сигналы, поступающие из зоны С по времени прихода можно отличить от эхо-сигналов их зоны А. При перемещении прибора внутри трубы, вдоль оси z, от одного и того же дефекта трубы может быть получено несколько эхо-сигналов, что позволяет организовать оценку частотных и фазовых характеристик через обработку в блоках поциклового накопления 20, 22. В блоке 20 производится числовое интегрирование амплитуды эхо-сигналов от дефектов, находящихся в определенных зонах по образующей и зонах по толщине трубы за несколько циклов излучения с последующим сравнением с порогом. Интегрирование за несколько циклов позволяет избежать регистрации ложных сигналов и повысить помехоустойчивость. In zone B, the waves propagate along the shell. In zone C, the condition z≥2Pr is fulfilled for these waves, due to which the echo signals coming from zone C in terms of arrival time can be distinguished from the echo signals of their zone A. When moving the device inside the pipe along the z axis, from the same However, several echo signals can be obtained from the pipe defect, which allows one to organize the estimation of frequency and phase characteristics through processing in the
В блоке 22 проводится интегрирование разности фаз эхо-сигналов от дефектов, также находящихся в определенных зонах по образующей и зонах по толщине трубы. In
В блоках поциклового накопления 20, 22 /фиг. 5/ сигналы через блоки стробирования 40 передаются в многоканальный аналого-цифровой преобразователь 41. С помощью мультиплексора 42 происходит распределение значений эхо-сигналов в те или иные ячейки памяти вычислителя 43. Память вычислителя 43, выполненная в виде стекового регистра 46, позволяет вычислить разность между значениями параметра в различных циклах с помощью блока разности 47. В сумматоре 48 происходит суммирование значений разности параметра производить интегрирование. Полученные значения сравниваются с порогом в пороговом устройстве 44 и только по превышению порога передаются в память первого ОЗУ 23. In blocks of
Первичные параметры глубины заложения трубопровода и типа прилегающей к нему среды определяются в канале 8 /фиг. 3/ с помощью частотно-модулированных колебаний звуковой частоты. Оболочка трубопровода зондируется в помощью датчика 5, контактирующего с внутренней поверхностью трубы 3. Колебания звуковой частоты направлены по нормали к поверхности трубы 3 и распространяются через материал трубы, изоляцию трубопровода в окружающую трубопровод среду. The primary parameters of the depth of the pipeline and the type of medium adjacent to it are determined in
В частном случае излучаются линейно-частотно-модулированные колебания в диапазоне 200-500 Гц. In a particular case, linear-frequency-modulated oscillations are emitted in the range of 200-500 Hz.
Сигнал, отраженный от границ различных слоев, имеет фазу, зависящую от волновой толщины слоя грунта. Таким образом, определив импедансные характеристики нагрузки, т. е. зафиксировав изменение фазы и определив частоту, на которой оно произошло, можно определить толщину слоя. Само значение фазы между изменениями дает информацию о типе грунта или его отсутствии, что позволяет определить не только просадку грунта, но и аварийное оголение трубопровода. The signal reflected from the boundaries of different layers has a phase that depends on the wave thickness of the soil layer. Thus, by determining the impedance characteristics of the load, i.e., by fixing the phase change and determining the frequency at which it occurred, it is possible to determine the layer thickness. The very value of the phase between the changes gives information about the type of soil or its absence, which allows us to determine not only the subsidence of the soil, but also the emergency exposure of the pipeline.
Измерение фазы происходит измерителем 25, на один вход которого подается опорное напряжение с генератора частотно-модулированного сигнала 24, на другой вход напряжение с датчика 5. Измеренное значение фазы через блок управления записью 27 записывается во втором ОЗУ2 28. Там же фиксируются значения частоты, измеренные и преобразованные в цифровую форму с помощью преобразователя периода сигнала в код 26.The phase measurement is carried out by
В частном случае, для сокращения числа записываемых параметров не регистрируют значение фазы, а только моменты перескоков фазы. В этом случае измеренные значения фазы подаются в блок управления записью 27, в котором /фиг. 9/ сигналы сравниваются с порогами v > Φ1 и Φ > Φ2 в двух пороговых устройствах 58, 59. Повышение каждого из порогов запоминается соответствующим триггером 60, 61 и при срабатывании двух триггеров через схему И 62 команды на считывание со второго ОЗУ2 28 значения частоты и запрос значения текущих координат из блока управления 12.In the particular case, to reduce the number of recorded parameters, the phase value is not recorded, but only the moments of phase jumps. In this case, the measured phase values are supplied to the
Определение параметров дефектов геометрических характеристик внутренней поверхности трубы происходит в канале 9 /фиг. 2/. Он служит для измерения величины отклонения реальных геометрических размеров внутренней поверхности от стандартных значений. С помощью акустической антенны 6 сканируют по кругу через газовую среду по крайней мере одним импульсным направленным ультразвуковым лучом, который формируется собственно антенной 6. Импульсные сигналы излучения формируются блоком формирования сигнала 30 и усилителем мощности 29. Прием сигналов и обработка начинаются в усилителе 31, после чего сигналы детектируюся во втором блоке амплитудного детектирования 32, измеряется отклонение их времени запаздывания то допустимого в измерителе 33, затем измеренные значения передаются в АЦП 34 и после преобразования в цифровую форму фиксируются в третьем ОЗУ3 35.The determination of the parameters of defects in the geometric characteristics of the inner surface of the pipe occurs in
В частном случае выполнения данного канала 9 /фиг. 7/ излучаются импульсные полигармонические сигналы. В этом случае вводится блок частотных фильтров 50. После усиления в усилителе 31 принятые сигналы разделяются по частотным каналам. Определение расстояния ведется так же, но только возможно и по каждому частотному каналу. В дополнение к расстоянию определяются фазовые характеристики эхо-сигналов, которые также запоминаются в ОЗУ6 54.In the particular case of the implementation of this
После блока частотных фильтров 50 сигналы ограничиваются блоком ограничения 51 и в блоке фазовой обработки 52 определяются фазовые характеристики. Определение фазовых характеристик с помощью кратных частот полигармонических эхо-сигналов происходит аналогично блоку фазовой обработки 21, описанной выше. After the block of frequency filters 50, the signals are limited by the
Измеренная блоком 52 разность фаз преобразуется АЦП 53 в цифровую форму и записывается в шестом ОЗУ6 54.The phase difference measured by
Изменение фазовых характеристик в канале 9 позволяет оценивать причину изменения геометрических характеристик внутри трубы, например, из-за появления осадка газового конденсата. Фазовые характеристики сигналов в этом случае резко отличаются от фазовых характеристик сигналов, полученных при отражении от металла трубы. The change in the phase characteristics in the
Формирование системы пространственно-временных координат для привязки измеренных в каналах 7, 8, 9 параметров дефектов трубы происходит в канале 10 измерения текущей скорости и продольных координат /фиг. 4/. Этот канал содержит датчик скорости 36 /колесного типа или неконтактный, например, доплеровский акустический/ с цифровым выходом, подключенным к блоку вычисления координат 38 и к ОЗУ4 37. Блок 38 в свою очередь подключен к ОЗУ5 39. В блоке 38 текущие продольные координаты вычисляются по формуле 
На фиг. 12 обозначены: Тц период излучения в канале 7; Тлим период излучения в канале 8; Тз период излучения в канале 9; t* величина смещения временного строба; 
Параметры, записанные в ОЗУ 23, 28, 35 и 54, по команде блока управления переписываются в память регистратора 11. В качестве регистратора может использоваться прибор магнитного или оптического типа. The parameters recorded in the
Управление и синхронизацию устройства осуществляет блок управления 12 /фиг. 10/. Блок управления 12 состоит из преобразователя временного интервала Т /период импульсов Сx1/ в двоичный код 69 первого запоминающего устройства текущей скорости V 65 первого вычислителя 63 величины смещения временного строба t*, второго вычислителя 64 величины Tц - t* = Δ компаратора 67, счетчика 66, блока синхронизации 70, ОЗУ 63.Management and synchronization of the device is carried out by the
Блок синхронизации /таймер/ 70 вырабатывается когерентные импульсы синхронизации Сx1, Сx2, Сx3 в соответствии с временной диаграммой фиг. 12. Когерентность импульсов обеспечивается, например, с помощью схемы, состоящей из 3-х делителей частоты, подключенных входами к общему кварцевому генератору, как показано на фиг. 13.The synchronization unit / timer / 70 produces coherent
Выходным кодированным /цифровым/ сигналом блока управления 12 является код, определяющий временное положение скользящего строба, реализуемого в блоке поциклового накопления 20, 22 фиг. 4. Этот код вырабатывается путем вычисления величины смещения строба 
Запись параметров признаков дефектов трубопровода производится на всем пути следования устройства внутри трубы. Recording of the parameters of signs of pipeline defects is carried out along the entire route of the device inside the pipe.
После извлечения устройства из трубопровода зарегистрированные параметры комплексно обрабатываются для определения дефектных участков и проведения профилактических и ремонтных работ. After removing the device from the pipeline, the registered parameters are comprehensively processed to identify defective areas and carry out preventive and repair work.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94019575A RU2089896C1 (en) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94019575A RU2089896C1 (en) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94019575A RU94019575A (en) | 1996-01-27 |
| RU2089896C1 true RU2089896C1 (en) | 1997-09-10 |
Family
ID=20156442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94019575A RU2089896C1 (en) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2089896C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463590C1 (en) * | 2011-05-30 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия" | Method of detecting changes in parameters of medium surrounding buried main product pipeline |
| RU2486503C1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-06-27 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method to detect location and size of uneven formations on pipeline walls |
| RU2505805C2 (en) * | 2008-12-12 | 2014-01-27 | ЭКОПЕТРОЛ Эс. Эй. | Instrument to detect holes and online data interpretation |
| RU2523043C1 (en) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" | Method of detecting emergency situation precursors on linear part of underground main product pipeline |
| RU2539603C1 (en) * | 2013-07-30 | 2015-01-20 | Андрей Вадимович Лебедев | Early diagnostic method for oil-trunk pipeline in order to prevent development of its destruction processes |
| RU2629687C1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-08-31 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Automatic ultrasonic tester |
| RU2650621C1 (en) * | 2017-04-06 | 2018-04-16 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of inter-pipe diagnostics performance in a mobile liquid plug |
| RU2657314C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-06-13 | Российская Федерация в лице общества с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | Method of determination of acoustic density |
| RU2676386C1 (en) * | 2018-01-23 | 2018-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Method for detecting unauthorized impact on pipeline |
-
1994
- 1994-05-24 RU RU94019575A patent/RU2089896C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 845080, кл. G 01 N 29/00, 1978. Современные достижения в области диагностики трубопроводов в СССР и за рубежом. Доклады. - Ялта, 1991, с. 210. Заявка Великобритании N 2048496, кл. G 01 N 29/04, 1981. Д.Джексон, Р.Уилкинс. Разработка и практическое применение технологии оперативного контроля фирмы "Бритиш газ". - Рекламный проспект фирмы, 1990. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505805C2 (en) * | 2008-12-12 | 2014-01-27 | ЭКОПЕТРОЛ Эс. Эй. | Instrument to detect holes and online data interpretation |
| RU2463590C1 (en) * | 2011-05-30 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия" | Method of detecting changes in parameters of medium surrounding buried main product pipeline |
| RU2486503C1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-06-27 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method to detect location and size of uneven formations on pipeline walls |
| RU2523043C1 (en) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" | Method of detecting emergency situation precursors on linear part of underground main product pipeline |
| RU2539603C1 (en) * | 2013-07-30 | 2015-01-20 | Андрей Вадимович Лебедев | Early diagnostic method for oil-trunk pipeline in order to prevent development of its destruction processes |
| RU2629687C1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-08-31 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Automatic ultrasonic tester |
| RU2650621C1 (en) * | 2017-04-06 | 2018-04-16 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of inter-pipe diagnostics performance in a mobile liquid plug |
| RU2657314C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-06-13 | Российская Федерация в лице общества с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | Method of determination of acoustic density |
| RU2676386C1 (en) * | 2018-01-23 | 2018-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Method for detecting unauthorized impact on pipeline |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2485388C2 (en) | Device and group of sensors for pipeline monitoring using ultrasonic waves of two different types | |
| RU2352930C1 (en) | Method for reduction of digitised data in probe emat - "salamander" | |
| US10253615B2 (en) | Method and a system for ultrasonic inspection of well bores | |
| US8820163B2 (en) | Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method using guided wave | |
| US20040261547A1 (en) | Method of deriving data | |
| US7565252B2 (en) | Method for automatic differentiation of weld signals from defect signals in long-range guided-wave inspection using phase comparison | |
| US4890496A (en) | Method and means for detection of hydrogen attack by ultrasonic wave velocity measurements | |
| US4577487A (en) | Pressure vessel testing | |
| CN111781276B (en) | Steel rail ultrasonic guided wave defect identification and positioning method and device based on fractal dimension | |
| JP5922558B2 (en) | Ultrasonic thickness measurement method and apparatus | |
| JP4094464B2 (en) | Nondestructive inspection method and nondestructive inspection device | |
| CN109085235B (en) | Ultrasonic comprehensive factor graph recognition detection method for sleeve grouting fullness | |
| US10585069B2 (en) | Detection, monitoring, and determination of location of changes in metallic structures using multimode acoustic signals | |
| RU2089896C1 (en) | Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation | |
| JPS6410778B2 (en) | ||
| Tian et al. | Dispersion curve regression–assisted wideband local wavenumber analysis for characterizing three-dimensional (3D) profile of hidden corrosion damage | |
| JP2960741B2 (en) | Inspection method | |
| CN112154324B (en) | Using multimode acoustic signals to detect, monitor and determine the location of changes in metal structures | |
| BR112017018094B1 (en) | APPARATUS FOR INSPECTION OF A PIPE AND METHOD FOR TESTING THE WALL OF A PIPE | |
| US11221314B2 (en) | Combined pulse echo inspection of pipeline systems | |
| RU108627U1 (en) | PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM | |
| RU2613624C1 (en) | Method for nondestructive ultrasonic inspection of water conduits of hydraulic engineering facilities | |
| RU2231753C1 (en) | Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses | |
| KR101826917B1 (en) | Multi-channel ultrasonic diagnostic method for long distance piping | |
| RU2714868C1 (en) | Method of detecting pitting corrosion |