RU2187100C2 - Magnetic introscope for monitoring pipe line without breaking soil - Google Patents
Magnetic introscope for monitoring pipe line without breaking soil Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187100C2 RU2187100C2 RU2000116919/28A RU2000116919A RU2187100C2 RU 2187100 C2 RU2187100 C2 RU 2187100C2 RU 2000116919/28 A RU2000116919/28 A RU 2000116919/28A RU 2000116919 A RU2000116919 A RU 2000116919A RU 2187100 C2 RU2187100 C2 RU 2187100C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- introscope
- field transducer
- controller
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при дефектоскопическом контроле нефте- и газопроводов, а также других трубопроводных конструкций. The invention relates to the field of instrumentation and can be used for inspection of oil and gas pipelines, as well as other pipeline structures.
Известна конструкция магнитного интроскопа, выполненная на основе матричных преобразователей магнитного поля на магниточувствительных ферроиндукционных элементах [1]. A known design of a magnetic introscope made on the basis of matrix magnetic field transducers on magnetically sensitive ferro-induction elements [1].
Недостатком описанной конструкции является ее большие габариты и масса из-за необходимости использования мощного устройства питания магниточувствительных элементов и низкая чувствительность при выявлении дефектов трубопроводов. The disadvantage of the described design is its large dimensions and weight due to the need to use a powerful power supply device for magnetically sensitive elements and low sensitivity for detecting defects in pipelines.
Известен строчный преобразователь магнитных полей, содержащий строку магниточувствительных элементов на основе датчиков Холла [2]. Однако данное устройство обладает низкой надежностью и чувствительностью при выявлении протяженных стресс-коррозионных трещин подземных трубопроводов. Known horizontal magnetic field Converter containing a string of magnetically sensitive elements based on Hall sensors [2]. However, this device has low reliability and sensitivity in identifying extended stress-corrosion cracks in underground pipelines.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является магнитный интроскоп (ортограф), содержащий преобразователь магнитного поля, управляющий контроллер и видеоконтрольный терминал [3]. Но данный магнитный интроскоп (ортограф) обладает узким диапазоном функциональных возможностей, т. к. из-за низкой чувствительности к дефектам, находящимся на расстоянии до нескольких метров от преобразователя магнитного поля, не позволяет производить контроль подземных трубопроводов. Closest to the technical nature of the claimed device is a magnetic introscope (orthograph) containing a magnetic field transducer, control controller and video control terminal [3]. But this magnetic introscope (orthograph) has a narrow range of functionality, because due to the low sensitivity to defects located at a distance of several meters from the magnetic field transducer, it does not allow monitoring of underground pipelines.
Задача изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона функциональных возможностей устройства. The objective of the invention is to increase the sensitivity and expand the range of functionality of the device.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в магнитный интроскоп для контроля трубопроводов без вскрытия грунта, содержащий преобразователь магнитного поля, контроллер и видеоконтрольный терминал, введены широкополосный усилитель, фильтр высокой частоты, формирователь импульсов, амплитудный детектор, нормирующий усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, причем преобразователь магнитного поля расположен на поверхности грунта, непосредственно над трубопроводом, выход преобразователя магнитного поля подсоединен к последовательно включенным широкополосному усилителю, фильтру высокой частоты, амплитудному детектору, нормирующему усилителю, аналогово-цифровому преобразователю, контроллеру и видеоконтрольному терминалу, первый вход контроллера подключен к выходу видеоконтрольного терминала, а второй - к выходу формирователя импульсов, связанного входом с выходом фильтра высокой частоты, первый выход контроллера соединен со входом аналогово-цифрового преобразователя, а второй - со входом преобразователя магнитного поля. The problem is solved due to the fact that a broadband amplifier, a high-pass filter, a pulse shaper, an amplitude detector, a normalizing amplifier and an analog-to-digital converter are introduced into a magnetic introscope for monitoring pipelines without opening the soil, containing a magnetic field transducer, a controller and a video monitoring terminal the magnetic field transducer is located on the soil surface, directly above the pipeline, the output of the magnetic field transducer is connected to after If the broadband amplifier, the high-pass filter, the amplitude detector, the normalizing amplifier, the analog-to-digital converter, the controller, and the video monitoring terminal are turned on, the first input of the controller is connected to the output of the video monitoring terminal, and the second to the output of the pulse shaper connected by the input to the output of the high-frequency filter, the first output of the controller is connected to the input of the analog-to-digital converter, and the second is connected to the input of the magnetic field converter.
Преобразователь магнитного поля выполнен на основе ферроиндукционных преобразователей, датчиков Холла, магнитотранзисторов, магниторезисторов, мостовых магниторезистивных схем, магниторезисторов с гигантским магниторезистивным эффектом, тонкопленочных магниторезисторов, индукционной головки. The magnetic field converter is based on ferroinduction converters, Hall sensors, magnetotransistors, magnetoresistors, bridge magnetoresistive circuits, magnetoresistors with a giant magnetoresistive effect, thin-film magnetoresistors, and an induction head.
Кроме того контроллер снабжен устройством определения пространственного положения трубопровода [4]. In addition, the controller is equipped with a device for determining the spatial position of the pipeline [4].
На фиг.1 представлен объект контроля; на фиг.2 представлена структурная схема магнитного интроскопа для контроля трубопроводов без вскрытия грунта; на фиг.3 - временная диаграмма работы магнитного интроскопа. Figure 1 presents the object of control; figure 2 presents the structural diagram of a magnetic introscope for monitoring pipelines without opening the ground; figure 3 is a timing diagram of the magnetic introscope.
На фиг. 1 и 2 изображены: дневная поверхность грунта 1, трубопровод 2, дефект 3, преобразователь магнитного поля 4, широкополосный усилитель 5 (AD620 фирмы Analog Devices), фильтр высокой частоты 6, формирователь импульсов 7 (выполненный с использованием компаратора), амплитудный детектор 8, нормирующий усилитель 9 (ОР282 фирмы Analog Devices), аналогово-цифровой преобразователь 10 (например, AD7892 фирмы Analog Devices), контроллер 11, выполненный, например, на базе сигнального процессора ADSP21XX фирмы Analog Devices, видеоконтрольный терминал 12, выполняемый на основе, например, жидкокристаллического дисплея ВТ10032 или персонального компьютера, причем преобразователь магнитного поля 4 расположен на дневной поверхности грунта I, непосредственно над трубопроводом 2, выход преобразователя магнитного поля 4 подсоединен к последовательно включенным широкополосному усилителю 5, фильтру высокой частоты 6, амплитудному детектору 8, нормирующему усилителю 9, аналогово-цифровому преобразователю 10, контроллеру 11 и видеоконтрольному терминалу 12, первый вход контроллера 11 подключен к выходу видеоконтрольного терминала 12, а второй - к выходу формирователя импульсов 7, связанного входом с выходом фильтра высокой частоты 6, первый выход контроллера 11 соединен со входом аналогово-цифрового преобразователя 10, а второй - со входом преобразователя магнитного поля 4. In FIG. 1 and 2 show: day surface of
В качестве магниточувствительных элементов преобразователя магнитного поля 4 возможно использование ферроиндукционных преобразователей (феррозондов), датчиков Холла, магнитотранзисторов, магниторезисторов, мостовых магниторезистивных схем, магниторезисторов с гигантским магниторезистивным эффектом, тонкопленочных магниторезисторов и индукционных головок, выходной сигнал которых зависит от величины измеряемого магнитного поля. При этом схема включения магниточувствительных элементов преобразователя магнитного поля 4 определяется исходя из их типа и рекомендаций производителей. As magnetosensitive elements of the
Варианты использования датчиков и схем их включения определяются исходя из необходимости обеспечения требуемой чувствительности, точности, потребляемой мощности, габаритных размеров и стоимости магнитного интроскопа. Применение ферроиндукционных преобразователей и индукционных головок позволяет обеспечить высокую чувствительность магнитного интроскопа, однако при этом возрастает потребляемая мощность и уменьшается устойчивость прибора к воздействию помех. Использование датчиков Холла и магнитотранзисторов позволяет уменьшить стоимость системы, упростить ее конструкцию при сохранении устойчивости к воздействию помех и наводок по цепи питания за счет использования дифференциального характера выходного сигнала. Магниторезисторы, мостовые магниторезистивные схемы, магниторезисторы с гигантским магниторезистивным эффектом и тонкопленочные магниторезисторы будучи использованы в качестве чувствительных элементов преобразователя магнитного поля позволяют достичь максимальной чувствительности магнитного интроскопа при обеспечении достаточной помехоустойчивости, низкой потребляемой мощности и небольших габаритных размеров. Variants of using sensors and their switching schemes are determined on the basis of the need to ensure the required sensitivity, accuracy, power consumption, overall dimensions and cost of a magnetic introscope. The use of ferroinduction converters and induction heads allows for high sensitivity of the magnetic introscope, however, this increases the power consumption and decreases the resistance of the device to interference. The use of Hall sensors and magnetotransistors allows you to reduce the cost of the system, simplify its design while maintaining resistance to interference and interference through the power supply by using the differential nature of the output signal. Magnetoresistors, bridge magnetoresistive circuits, magnetoresistors with a giant magnetoresistive effect and thin-film magnetoresistors, being used as sensitive elements of a magnetic field transducer, allow to achieve maximum sensitivity of a magnetic introscope while ensuring sufficient noise immunity, low power consumption and small overall dimensions.
Использование преобразователей магнитного поля, в том числе строчных и матричных, для регистрации распределенных магнитных полей рассеяния дефектов известно [1]. Однако в отличие от известных применений преобразователь магнитного поля размещен на поверхности земли над контролируемым трубопроводом, а контроль проводится без снятия земляного покрова. The use of magnetic field transducers, including lowercase and matrix, for recording distributed magnetic fields of defect scattering is known [1]. However, in contrast to the known applications, the magnetic field transducer is located on the surface of the earth above the controlled pipeline, and the control is carried out without removing the ground cover.
Использование широкополосных усилителей, фильтров высокой частоты, амплитудных детекторов, нормирующих усилителей, формирователей импульсов и аналогово-цифровых преобразователей в измерительной технике для преобразоваий малых уровней сигналов в цифровой код для регистрации дефектов трубопроводов магнитным методом без вскрытия грунта не известно. The use of broadband amplifiers, high-pass filters, amplitude detectors, normalizing amplifiers, pulse shapers, and analog-to-digital converters in measuring equipment for converting small signal levels to a digital code for recording pipeline defects by the magnetic method without opening the ground is not known.
Использование ферроиндукционных преобразователей, датчиков Холла, магнитотранзисторов, магниторезисторов, мостовых магниторезистивных схем, магниторезисторов с гигантским магниторезистивным эффектом, тонкопленочных магниторезисторов и индукционной головки для выявления дефектов трубопроводов без вскрытия грунта авторам также не известно. The authors also do not know the use of ferroinduction converters, Hall sensors, magnetoresistors, magnetoresistors, bridge magnetoresistive circuits, magnetoresistors with a giant magnetoresistive effect, thin-film magnetoresistors and an induction head for detecting pipeline defects without opening the soil.
Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем. При функционировании трубопровода 2 на него воздействует ряд внешних факторов, вызывающих периодическое механическое сжатие и растяжение тела трубы. Возникающий при этом магнитострикционный эффект приводит к периодическому перемагничиванию тела трубы по локальной петле гистерезиса, которое носит скачкообразный характер [5]. При этом скачкообразные изменения намагниченности (скачки Баркгаузена - см. фиг.3), и, в частности, их частота и амплитуда, тесно связаны с количеством барьеров потенциального рельефа свободной энергии, а они, в свою очередь, коррелируют с дефектами в ферромагнетике [6]. Таким образом, регистрируя количество и амплитуду скачков Баркгаузена, а также их распределение относительно положения трубопровода 2, можно судить о наличии и местоположении предполагаемого дефекта 3. The principle of operation of the claimed device is as follows. During the operation of the pipeline 2, a number of external factors affect it, causing periodic mechanical compression and extension of the pipe body. The magnetostrictive effect that arises in this case leads to periodic magnetization reversal of the pipe body along the local hysteresis loop, which is spasmodic in nature [5]. In this case, spasmodic changes in the magnetization (Barkhausen jumps — see Fig. 3), and in particular, their frequency and amplitude, are closely related to the number of barriers of the potential relief of free energy, and they, in turn, correlate with defects in the ferromagnet [6 ]. Thus, by recording the number and amplitude of the Barkhausen jumps, as well as their distribution relative to the position of pipeline 2, one can judge the presence and location of the alleged defect 3.
Регистрация и определение амплитуды скачка Баркгаузена в предложенном устройстве производится дистанционно путем измерения распределенного магнитного поля у поверхности грунта 1 непосредственно над трубопроводом 2. Registration and determination of the amplitude of the Barkhausen jump in the proposed device is carried out remotely by measuring the distributed magnetic field at the surface of the
Магнитный интроскоп работает следующим образом. Размещенный на дневной поверхности грунта 1 непосредственно над трубопроводом 2 преобразователь магнитного поля 4 осуществляет преобразование, описываемое выражением
U=F{НГП, НЗ, НСБ}
где НГП - магнитное поле трубопровода, НЗ - магнитное поле земли, НСБ - магнитное поде скачка Баркгаузена.Magnetic introscope works as follows. Located on the day surface of the
U = F {N GP , N Z , N SB }
where Н ГП - magnetic field of the pipeline, Н З - magnetic field of the earth, Н С - magnetic bottom of the Barkhausen jump.
Т. е. с выхода преобразователя магнитного поля 4 на вход широкополосного усилителя 5 поступает сигнал, спектр которого содержит как полезную высокочастотную (от единиц до сотен кГц) составляющую, несущую информацию об амплитуде скачков Баркгаузена, их частоте и длительности, так и низкочастотную (составляющую единицы Гц) помеху, обусловленную воздействием на преобразователь магнитного поля 4 магнитного поля земли НЗi. и собственного магнитного поля трубопровода НГПi. Однако, поскольку полезный сигнал и помеха лежат в разном частотном диапазоне, то с помощью фильтра высокой частоты 6 имеется возможность отстроиться от влияния низкочастотной помехи. С выхода фильтра высокой частоты 6 сигнал U1 детектируется, усиливается (U2) и преобразуется в цифровую форму посредством, соответственно, амплитудного детектора 8, нормирующего усилителя 9 и аналогово-цифрового преобразователя 10. Параллельно сигнал U1 преобразуется формирователем импульсов 7 в импульсы заданной длительности Uз и подается на контроллер 11. В моменты прихода импульсов U3 контроллер 11 запускает аналогово-цифровой преобразователь 10 и считывает затем с него полученный цифровой код, соответствующий амплитуде скачка Баркгаузена. Поскольку дефекты в объекте контроля коррелированы с амплитудой и частотой возникновения скачков Баркгаузена, то контроллер 11, подсчитывая суммарную амплитуду скачков за определенный промежуток времени по формуле:
где Eii - амплитуда сигнала, вызванная одним скачком Баркгаузена:
n - количество скачков Баркгаузена, генерирует сообщение на видеоконтрольный терминал 12 о наличии дефекта в точке измерения и его величине.That is, from the output of the
where E ii is the signal amplitude caused by one Barkhausen jump:
n is the number of Barkhausen jumps, generates a message to the
Моменты считывания скачков Баркгаузена преобразователем магнитного поля 4 определяются контроллером 11, который по заданной программе выдает сигнал запуска преобразователя магнитного поля 4. The moments of reading the Barkhausen jumps by the
Поскольку величина сигнала одного скачка Баркгаузена, измеренная преобразователем магнитного поля 4, зависит также от глубины залегания трубопровода 2 и его положения относительно преобразователя магнитного поля 4, то для введения поправок на изменение глубины залегания и положение трубопровода 2 в контроллер 11 введено устройство определения пространственного положения трубопровода. Since the signal value of one Barkhausen jump measured by the
Зная положение трубопровода относительно преобразователя магнитного поля 4, контроллер 11 вводит в результат измерения соответствующие поправки, компенсирующие погрешности, вызванные изменением положения трубы. Поправки могут быть записаны в память управляющего контроллера 11 как предварительно, так и вычисляться непосредственно в процессе контроля. Knowing the position of the pipeline relative to the
Таким образом, анализируя отклики скачков Баркгаузена с поверхности грунта 1, возникающие в результате воздействия на трубопровод 2 турбулентного магнитного потока, возможно определение наличия дефектов в теле контролируемой трубы. Thus, by analyzing the responses of the Barkhausen jumps from the
Применение предложенных магниточувствительных элементов и использование откликов от скачков Баркгаузена при перемагничивании трубы дает возможность решения основных задач изобретения: расширение функциональных возможностей, заключающихся в способности определения дефектов стенок подземных трубопроводов с поверхности грунта и повышения его чувствительности, дающего возможность определить дефекты трубопроводов, залегающих на различной глубине от поверхности грунта. The use of the proposed magnetosensitive elements and the use of responses from Barkhausen jumps during magnetization reversal of the pipe makes it possible to solve the main problems of the invention: expanding the functionality of the ability to detect defects in the walls of underground pipelines from the soil surface and increase its sensitivity, making it possible to identify defects in pipelines at various depths from the ground surface.
Источники информации
1.Абакумов А.А., Магнитная интроскопия М.: Энергоатомиздат, 1996,с.194;
2. Патент N2006850 Строчный преобразователь магнитных полей Авторы: Абакумов А.А., Королев Н.Н. Опубл. в БИ N2,1994;
3.Положительное решение о выдаче патента по заявке N95100134/28 (000286) от 09.09.96 Магнитный ортограф. Авторы Абакумов А.А., Абакумов А.А.Sources of information
1.Abakumov A.A., Magnetic introscopy M .: Energoatomizdat, 1996, p.194;
2. Patent N2006850 Linear magnetic field converter Authors: Abakumov AA, Korolev NN Publ. in BI N2.1994;
3. A positive decision on the grant of a patent on the application N95100134 / 28 (000286) from 09.09.96 Magnetic orthograph. Authors Abakumov A.A., Abakumov A.A.
4.Сидоров Б.В., Харионовский В.В. Методика оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов. М., ВНИИГАЗ, 1992 г., 54 с. 4.Sidorov B.V., Kharionovsky V.V. Methodology for assessing the actual position and condition of underground pipelines. M., VNIIGAZ, 1992, 54 p.
5.Колачевский Н.Н. Флуктуационные явления в ферромагнитных материалах. - М.: Наука, 1985-184 с. 5.Kolachevsky N.N. Fluctuation phenomena in ferromagnetic materials. - M.: Science, 1985-184 p.
6.Ломаев Г.В., Мерзляков Ю.М. Датчики Баркгаузена: состояние и перспективы. Тезисы доклада конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (ДАТЧИК-97), Гурзуф, 1997, с. 19-21. 6.Lomaev G.V., Merzlyakov Yu.M. Barkhausen Sensors: Status and Prospects. Abstracts of the conference report "Sensors and converters of information of measurement, control and management systems" (SENSOR-97), Gurzuf, 1997, p. 19-21.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000116919/28A RU2187100C2 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Magnetic introscope for monitoring pipe line without breaking soil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000116919/28A RU2187100C2 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Magnetic introscope for monitoring pipe line without breaking soil |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000116919A RU2000116919A (en) | 2002-04-20 |
RU2187100C2 true RU2187100C2 (en) | 2002-08-10 |
Family
ID=20236952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000116919/28A RU2187100C2 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Magnetic introscope for monitoring pipe line without breaking soil |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2187100C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510500C1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Диагностические системы" (Company Limited "DIAS") | Method and device for diagnostics of buried pipeline |
RU2662271C2 (en) * | 2016-09-27 | 2018-07-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Локаторная техника" | Metal detector |
-
2000
- 2000-06-30 RU RU2000116919/28A patent/RU2187100C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510500C1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Диагностические системы" (Company Limited "DIAS") | Method and device for diagnostics of buried pipeline |
RU2662271C2 (en) * | 2016-09-27 | 2018-07-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Локаторная техника" | Metal detector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107907455B (en) | Magnetic induction particle detection device and concentration detection method | |
US4408160A (en) | Acoustic Barkhausen stress detector apparatus and method | |
RU2010119330A (en) | DEVICE AND METHOD OF MEASUREMENT BY INDUCTION METHOD | |
RU2572907C2 (en) | Method to detect pipeline flaws and unauthorised tap-ins into pipeline and device for its realisation | |
CN108431591B (en) | Method and system for detecting material interruption in a magnetizable article | |
RU2620327C1 (en) | Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel | |
US20140028328A1 (en) | Method And Device for Measuring Corrosion Metal Loss | |
CN201935794U (en) | Deflection detector | |
RU2176082C1 (en) | Intrapipe magnetic flaw detector | |
RU2319955C2 (en) | Method and device for magnetic flaw detection | |
RU2187100C2 (en) | Magnetic introscope for monitoring pipe line without breaking soil | |
CN109142508A (en) | A kind of magnetic conductivity instrument for Magnetic Flux Leakage Inspecting | |
CN112945427A (en) | Method for measuring two-dimensional stress at welding seam by utilizing Barkhausen effect and detection instrument | |
RU2424509C1 (en) | Method of monitoring mechanical properties of steel structures and elastic stress therein and device for realising said method | |
RU86316U1 (en) | MAGNETIC DEFECTOSCOPE FOR MONITORING UNDERGROUND METAL PIPELINES | |
CN114441624B (en) | Small-sized metal magnetic memory crack detection method | |
US5423223A (en) | Fatigue detection in steel using squid magnetometry | |
JP2005127963A (en) | Nondestructive inspection method and its apparatus | |
RU2584729C1 (en) | Method of monitoring technical state of underground pipelines from residual magnetic field | |
Bushuev et al. | Detecting changes in the condition of a pressure transucer by analysing its output signal | |
RU2494249C2 (en) | Electromagnetic flaw detection method of steel pipes | |
Epple et al. | Ultrasonic monitoring of large-scale structures-input to engineering assessment | |
RU108846U1 (en) | MAGNETIC DEFECTOSCOPE FOR THE CONTROL OF METAL PIPELINES | |
RU209914U1 (en) | Multi-element three-component fluxgate gradiometer with software-controlled base | |
EP0650028A2 (en) | Method and apparatus for measurement of thickness of specimens |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050701 |