RU2460068C1

RU2460068C1 - Device for non-contact magnetometric control of pipeline metal condition

Info

Publication number: RU2460068C1
Application number: RU2011111866/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Федорович Пужайло (RU); Александр Федорович Пужайло; Александр Юрьевич Кривдин (RU); Александр Юрьевич Кривдин; Олег Юрьевич Вититнев (RU); Олег Юрьевич Вититнев; Роман Александрович Кривдин (RU); Роман Александрович Кривдин; Евгений Апполинарьевич Спиридович (RU); Евгений Апполинарьевич Спиридович; Валерий Вячеславович Марянин (RU); Валерий Вячеславович Марянин; Олег Борисович Шаров (RU); Олег Борисович Шаров
Original assignee: Открытое акционерное общество (ОАО) "Гипрогазцентр"
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-08-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device for non-contact magnetometric control of pipeline metal condition contains three-channel unit of saturable-core magnetometers, each channel of which contains voltage/current converter and series-connected saturable-core sensor, reinforcer, synchronous detector and integrator, the first outlet of which is connected to inlet of voltage/current converter, outlet of which is connected to the first inlet of saturable-core sensor, unit of actuation of saturable-core sensors including series-connected crystal-controlled oscillator, frequency divider, Schmitt trigger, shaper of linear function, power buffer, outlet of which is connected to the second inlets of saturable-core sensors of each channel of unit of saturable-core magnetometers, the second outlet of frequency divider is connected to the second inlets of synchronous detectors of each channel of unit of saturable-core magnetometers, control unit and indicator, outlets of which are connected to the first and the second inlets of control and processing unit respectively, the third inlet of which is connected to outlet of electronic keys unit, the first, the second and the third inlets of which are connected to the second outlets of integrators of each channel of unit of saturable-core magnetometers, the fourth inlet of electronic keys unit is connected to the first outlet of control and processing unit, unit of determination of axis and depth of pipeline including commutator, the first inlet of which is connected to the second outlet of control and processing unit, the third and fourth outlets of which are connected to the first inlets of unit of step adjustment of amplification and selective amplifier respectively, the first and the second identical induction pickups of magnetic field, outlets of which are connected to inlets of the first and the second preamplifiers, outlets of which are connected to the first and the second inlets of the first differential amplifier respectively, outlet of which is connected to the second inlet of commutator, the third and the fourth inlets of which are connected to outlets of the first and the second preamplifiers respectively, at that induction pickups of magnetic field are rigidly attached to each other and to the unit of saturable-core magnetometre, at that sensitivity axes of induction pickups are opposed and arranged in the plane perpendicular to pipeline axis. At that according to the invention, into unit of determination of axis and depth of pipeline additionally introduced are the third induction pickup of magnetic field identical to the first and the second ones, the third preamplifier, summing amplifier and the second differential amplifier, at that outlet of the third sensor is connected to inlet of the third preamplifier, outlet of which is connected to the first inlets of summing amplifier and the second differential amplifier, the second inlets of which are combined and connected to outlet of the second preamplifier and the fourth inlet of commutator, the fifth and the sixth inlets of which are connected to outlets of the second differential amplifier and summing amplifier respectively, commutator outlet is connected to the second inlet of selective amplifier, which outlet is connected to the second inlet of unit of amplification step adjustment, outlet of which is connected to the fourth inlet of control and processing unit, the fifth inlet of which is connected to outlet of unit of position determination, at that the third induction pickup of magnetic field is rigidly attached to the first and the second induction pickups of magnetic field and is installed along straight line being extension of pipeline radius, at that its sensitivity axis is perpendicular to sensitivity axes of the first and the second induction pickups of magnetic field.

EFFECT: increasing efficiency, prompt measurement by means of measurement of all components of pipeline magnetic field, measurement accuracy by means of control of device attitude position and control of axis and depth of pipeline.

1 dwg

Description

4Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано, в частности, для контроля состояния металла трубопроводов, например, в нефтегазовой промышленности, в условиях эксплуатации без производства вскрышных работ и какого-либо воздействия на металл труб.4The invention relates to the oil and gas industry and can be used, in particular, to monitor the condition of metal pipelines, for example, in the oil and gas industry, in operating conditions without overburden operations and any impact on the metal of the pipes.

В процессе функционирования нефтегазовых коммуникаций под действием различных внешних факторов и условий эксплуатации в металле трубопроводов образуются различного рода дефекты, которые развиваются и со временем приводят к разрушению металла, с появлением локальных течей, сопровождающихся разрушением трубопроводов. Поэтому упреждение развития течей на уровне зарождения дефектов металла труб является необходимым условием долговременной безаварийной работы систем трубопроводов.During the operation of oil and gas communications under the influence of various external factors and operating conditions, various kinds of defects are formed in the metal of the pipelines, which develop and eventually lead to the destruction of the metal, with the appearance of local leaks, accompanied by the destruction of the pipelines. Therefore, anticipating the development of leaks at the level of the onset of defects in the metal of the pipes is a necessary condition for the long-term trouble-free operation of pipeline systems.

Известно устройство бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов (см. патент РФ №2306554 от 16.03.2006, опубл. в БИ №26 от 20.09.2007). Вышеуказанное устройство содержит два отдельных блока феррозондовых магнитометров, жестко соединенных между собой, каждый из которых содержит первый феррозондовый датчик, первый усилитель и первый синхронный детектор, соединенные последовательно, первый блок возбуждения феррозондовых датчиков, включающий в себя последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, триггер Шмидта, формирователь линейной функции, буфер мощности, выход которого соединен с входом первого феррозондового датчика первого блока феррозондового магнитометра. Второй вход первого синхронного детектора первого блока феррозондового магнитометра соединен со вторым выходом делителя частоты первого блока возбуждения феррозондовых датчиков, блок электронных ключей, индикатор, блок управления, блок определения положения, на котором жестко установлены первый и второй блоки феррозондовых магнитометров, в каждый из которых дополнительно введены второй феррозондовый датчик, второй усилитель, второй синхронный детектор, второй интегратор, соединенные последовательно, третий феррозондовый датчик, третий усилитель, третий синхронный детектор, третий интегратор, соединенные последовательно, в каждый блок феррозондовых магнитометров дополнительно введены два первых интегратора, входы которых подключены к выходам первых синхронных детекторов каждого блока феррозондовых магнитометров, первый, второй и третий преобразователи напряжение - ток, выходы которых соответственно соединены с выводами обмоток компенсации, введенными в первый, второй и третий феррозондовые датчики каждого блока феррозондовых магнитометров, а входы первого, второго и третьего преобразователей напряжение - ток каждого блока феррозондовых магнитометров соединены с первыми выходами первого, второго и третьего интеграторов каждого блока феррозондовых магнитометров, введен идентичный первому блоку второй блок возбуждения феррозондовых датчиков, в котором второй выход делителя частоты соединен со вторыми входами первого, второго и третьего синхронных детекторов второго блока феррозондовых магнитометров, а выход буфера мощности соединен со входами первого, второго и третьего феррозондовых датчиков второго блока феррозондовых магнитометров, входы второго и третьего феррозондовых датчиков первого блока феррозондовых магнитометров соединены с выходом буфера мощности первого блока возбуждения феррозондовых датчиков, в котором второй выход делителя частоты соединен со вторыми входами второго и третьего синхронных детекторов первого блока феррозондовых магнитометров, в котором вторые выходы первого, второго и третьего интеграторов соединены с первым, вторым и третьим входом блока электронных ключей соответственно, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно со вторыми выходами первого, второго и третьего интеграторов второго блока феррозондовых магнитометров. Выход блока электронных ключей соединен с первым входом дополнительно введенного блока управления и обработки, второй вход которого соединен с блоком управления, третий вход подключен к индикатору, введен блок определения оси и глубины заложения трубопровода, состоящий из последовательно соединенных избирательного усилителя, блока ступенчатой регулировки усиления и коммутатора, первый и второй входы которого соединены через первый и второй предварительные усилители с выходами первого и второго идентичных индукционных датчиков магнитного поля. Выход избирательного усилителя соединен с четвертым входом блока управления и обработки, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим и вторым входами коммутатора и блока ступенчатой регулировки усиления, при этом седьмой вход блока электронных ключей соединен с первым выходом блока управления и обработки, индукционные датчики магнитного поля жестко связаны между собой и установлены вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода, при этом оси чувствительности первого и второго индукционных датчиков параллельны между собой, противоположно направлены и расположены в плоскости, перпендикулярной трубопроводу, при этом они коллинеарны жестко связанным между собой осям чувствительности вторых феррозондовых датчиков каждого блока феррозондовых магнитометров, оси чувствительности первого, второго и третьего феррозондовых датчиков в каждом блоке феррозондовых магнитометров взаимно перпендикулярны между собой, причем оси чувствительности каждого феррозондового датчика первого блока феррозондовых магнитометров коллинеарны осям чувствительности соответствующих феррозондовых датчиков второго блока феррозондовых магнитометров, блок определения положения включает в себя три индикатора уровня, при этом оси чувствительности индикаторов уровня расположены взаимно перпендикулярно между собой и коллинеарны осям чувствительности первым, вторым и третьим феррозондовым датчикам каждого блока.A device for non-contact magnetometric monitoring of the state of metal pipelines (see RF patent No. 2306554 from 03.16.2006, publ. In BI No. 26 from 09.20.2007). The above device contains two separate blocks of flux-gate magnetometers, rigidly interconnected, each of which contains a first flux-gate sensor, a first amplifier and a first synchronous detector, connected in series, a first excitation block of flux-gate sensors, including a crystal oscillator, a frequency divider, a trigger, connected in series Schmidt, shaper of a linear function, a power buffer, the output of which is connected to the input of the first fluxgate sensor of the first block of the fluxgate a magnetometer. The second input of the first synchronous detector of the first block of the fluxgate magnetometer is connected to the second output of the frequency divider of the first block of excitation of the fluxgate sensors, an electronic key block, an indicator, a control unit, a position determination unit, on which the first and second blocks of the fluxgate magnetometers are rigidly mounted, each of which is additionally introduced a second fluxgate sensor, a second amplifier, a second synchronous detector, a second integrator connected in series, a third fluxgate sensor, tr this amplifier, a third synchronous detector, a third integrator connected in series, two first integrators are additionally introduced into each block of fluxgate magnetometers, the inputs of which are connected to the outputs of the first synchronous detectors of each block of fluxgate magnetometers, the first, second and third voltage-current converters, the outputs of which respectively connected to the terminals of the compensation windings inserted in the first, second and third fluxgate sensors of each block of fluxgate magnetometers, and the inputs of the first of the second and third voltage-current converters of each block of fluxgate magnetometers connected to the first outputs of the first, second and third integrators of each block of fluxgate magnetometers, a second excitation block of flux-gate sensors identical to the first block is introduced, in which the second output of the frequency divider is connected to the second inputs of the first, second and third synchronous detectors of the second block of fluxgate magnetometers, and the output of the power buffer is connected to the inputs of the first, second and third fluxgate yes the second block of fluxgate magnetometers, the inputs of the second and third fluxgate sensors of the first block of fluxgate magnetometers are connected to the output of the power buffer of the first block of fluxgate sensors, in which the second output of the frequency divider is connected to the second inputs of the second and third synchronous detectors of the first block of fluxgate magnetometers, in which the second the outputs of the first, second and third integrators are connected to the first, second and third input of the electronic key block, respectively, a quarter second, the fifth and sixth inputs connected respectively to the second outputs of the first, second and third integrators second block fluxgate magnetometers. The output of the electronic key block is connected to the first input of the additionally entered control and processing unit, the second input of which is connected to the control unit, the third input is connected to the indicator, the block for determining the axis and depth of the pipeline, consisting of a series-connected selective amplifier, a step gain control unit, and switch, the first and second inputs of which are connected through the first and second pre-amplifiers with the outputs of the first and second identical induction sensors total field. The output of the selective amplifier is connected to the fourth input of the control and processing unit, the second and third outputs of which are connected respectively to the third and second inputs of the switch and the gain control unit, while the seventh input of the electronic key unit is connected to the first output of the control and processing unit, magnetic induction sensors the fields are rigidly interconnected and are installed along a straight line, which is a continuation of the radius of the pipeline, while the sensitivity axes of the first and second induction sensors parallel to each other, oppositely directed and located in a plane perpendicular to the pipeline, while they are collinear to the sensitivity axes of the second fluxgate sensors of each block of fluxgate magnetometers rigidly interconnected, the sensitivity axes of the first, second and third fluxgate sensors in each block of fluxgate magnetometers are mutually perpendicular to each other moreover, the sensitivity axes of each fluxgate sensor of the first block of fluxgate magnetometers are collinear to the axes ity of the respective second fluxgate sensor unit fluxgate magnetometers, the position determining unit includes a three-level indicator, wherein the level indicators axis of sensitivity positioned mutually perpendicular to each other and the axes of sensitivity are collinear first, second and third fluxgate sensors each block.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.

Недостатком вышеуказанного устройства является низкая оперативность, точность и эффективность контроля состояния металла трубопроводов, обусловленная недостаточной точностью установки устройства над осью трубопровода, приводящее к низкой оперативности контроля и неточному измерению нормальной тангенциальной и продольной составляющих магнитного поля трубопровода в точке измерения вследствие возможного изменения положения устройства над осью трубопровода.The disadvantage of the above device is the low efficiency, accuracy and efficiency of monitoring the condition of the metal of the pipelines, due to insufficient accuracy of installation of the device over the axis of the pipeline, resulting in low control efficiency and inaccurate measurement of the normal tangential and longitudinal components of the magnetic field of the pipeline at the measurement point due to a possible change in the position of the device above the axis the pipeline.

Решаемой технической задачей является создание устройства бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов, позволяющее улучшить оперативность, точность и эффективность контроля за счет увеличения точности позиционирования устройства над осью трубопровода в точке измерения.The technical task to be solved is the creation of a non-contact magnetometric control of the state of the metal of pipelines, which allows to improve the responsiveness, accuracy and efficiency of control by increasing the accuracy of positioning the device over the axis of the pipeline at the measurement point.

Достигаемый технический результат - повышение эффективности, оперативности измерений путем увеличения точности установки устройства над осью трубопровода.The technical result achieved is an increase in the efficiency and effectiveness of measurements by increasing the accuracy of the installation of the device over the axis of the pipeline.

Для достижения технического результата в устройстве бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов, содержащем трехканальный блок феррозондовых магнитометров, каждый канал которого содержит преобразователь напряжение - ток и последовательно соединенные феррозондовый датчик, усилитель, синхронный детектор и интегратор, первый выход которого соединен со входом преобразователя напряжение - ток, выход которого соединен с первым входом феррозондового датчика, блок возбуждения феррозондовых датчиков, включающий в себя последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, триггер Шмидта, формирователь линейной функции, буфер мощности, выход которого соединен со вторыми входами феррозондовых датчиков каждого канала блока феррозондовых магнитометров, второй выход делителя частоты соединен со вторыми входами синхронных детекторов каждого канала блока феррозондовых магнитометров, блок управления и индикатор, выходы которых подключены к первому и второму входам блока управления и обработки соответственно, третий вход которого соединен с выходом блока электронных ключей, первый, второй, третий входы которого соединены со вторыми выходами интеграторов каждого канала блока феррозондовых магнитометров, четвертый вход блока электронных ключей соединен с первым выходом блока управления и обработки, блок определения оси и глубины заложения трубопровода, включающий в себя коммутатор, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления и обработки, третий и четвертый выходы которого соединены с первыми входами блока ступенчатой регулировки усиления и избирательного усилителя соответственно, первый и второй идентичные индукционные датчики магнитного поля, выходы которых соединены со входами первого и второго предварительных усилителей, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого разностного усилителя соответственно, выход которого соединен со вторым входом коммутатора, третий и четвертый входы которого соединены с выходами первого и второго предварительных усилителей соответственно, при этом индукционные датчики магнитного поля жестко связаны между собой и с блоком феррозондового магнитометра, причем оси чувствительности индукционных датчиков противоположно направлены и расположены в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, новым является то, что в блок определения оси и глубины заложения трубопровода дополнительно введены третий индукционный датчик магнитного поля, идентичный первому и второму, третий предварительный усилитель, суммирующий усилитель и второй разностный усилитель, при этом выход третьего датчика соединен со входом третьего предварительного усилителя, выход которого соединен с первыми входами суммирующего усилителя и второго разностного усилителя, вторые входы которых объединены и соединены с выходом второго предварительного усилителя и четвертым входом коммутатора, пятый и шестой входы которого соединены с выходами второго разностного усилителя и суммирующего усилителя соответственно, выход коммутатора соединен со вторым входом избирательного усилителя, выход которого соединен со вторым входом блока ступенчатой регулировки усиления, выход которого соединен с четвертым входом блока управления и обработки, пятый вход которого соединен с выходом блока определения положения, при этом третий индукционный датчик магнитного поля жестко связан с первым и вторым индукционными датчиками магнитного поля и установлен вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода, при этом его ось чувствительности перпендикулярна осям чувствительности первого и второго индукционных датчиков магнитного поля.To achieve a technical result in a non-contact magnetometric monitoring of the state of the metal of pipelines, containing a three-channel block of flux-gate magnetometers, each channel of which contains a voltage-current converter and a series-connected flux-gate sensor, amplifier, synchronous detector and integrator, the first output of which is connected to the voltage-current converter input the output of which is connected to the first input of the flux-gate sensor, the excitation block of flux-gate sensors, including a quartz oscillator, a frequency divider, a Schmidt trigger, a linear function shaper, a power buffer, the output of which is connected to the second inputs of the fluxgate sensors of each channel of the fluxgate magnetometer block, the second output of the frequency divider is connected to the second inputs of synchronous detectors of each channel of the fluxgate magnetometer block , a control unit and an indicator, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the control and processing unit, respectively, the third input of which о is connected to the output of the electronic key block, the first, second, third inputs of which are connected to the second outputs of the integrators of each channel of the fluxgate magnetometer block, the fourth input of the electronic key block is connected to the first output of the control and processing unit, the block for determining the axis and depth of the pipeline, including a switch, the first input of which is connected to the second output of the control and processing unit, the third and fourth outputs of which are connected to the first inputs of the step control gain unit and a selective amplifier, respectively, the first and second identical induction magnetic field sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second pre-amplifiers, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the first differential amplifier, respectively, the output of which is connected to the second input of the switch, the third and fourth inputs which are connected to the outputs of the first and second pre-amplifiers, respectively, while the induction sensors of the magnetic field are rigidly connected to each other and to with a flux-gate magnetometer, and the sensitivity axes of the induction sensors are oppositely directed and located in a plane perpendicular to the axis of the pipeline, it is new that a third induction magnetic field sensor, identical to the first and second, a third preamplifier, is additionally introduced into the block for determining the axis and depth of the pipeline a summing amplifier and a second difference amplifier, wherein the output of the third sensor is connected to the input of the third pre-amplifier, the output of which o connected to the first inputs of the summing amplifier and the second difference amplifier, the second inputs of which are combined and connected to the output of the second pre-amplifier and the fourth input of the switch, the fifth and sixth inputs of which are connected to the outputs of the second difference amplifier and the summing amplifier, respectively, the output of the switch is connected to the second input selective amplifier, the output of which is connected to the second input of the step control unit gain, the output of which is connected to the fourth input of the control unit and processing, the fifth input of which is connected to the output of the position determination unit, while the third induction magnetic field sensor is rigidly connected to the first and second induction magnetic field sensors and installed along a straight line that is a continuation of the radius of the pipeline, while its sensitivity axis is perpendicular to the sensitivity axes of the first and a second induction magnetic field sensor.

Введение в заявляемое устройство третьего индукционного датчика магнитного поля, идентичного первому и второму, третьего предварительного усилителя, суммирующего усилителя и второго разностного усилителя позволяет контролировать положение устройства над осью трубопровода не только по методу максимума, но и по методу минимума. Сочетание этих двух методов позволяет увеличить точность позиционирования устройства над осью трубопровода в процессе измерений нормальной, тангенциальной и продольной составляющих магнитного поля трубопровода в точке измерения.Introduction to the inventive device of the third induction magnetic field sensor, identical to the first and second, the third pre-amplifier, summing amplifier and the second difference amplifier allows you to control the position of the device above the axis of the pipeline not only by the maximum method, but also by the minimum method. The combination of these two methods allows to increase the accuracy of positioning the device over the axis of the pipeline during measurements of the normal, tangential and longitudinal components of the magnetic field of the pipeline at the measurement point.

Новая совокупность существенных признаков позволяет повысить эффективность и точность магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов.A new set of essential features allows to increase the efficiency and accuracy of magnetometric monitoring of the state of the metal pipelines.

Изобретение поясняется фигурой, на которой отображена структурная схема устройства бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов. Устройство бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов содержит трехканальный блок феррозондовых магнитометров 1, каждый канал которого содержит преобразователь напряжение - ток 2.1 и последовательно соединенные феррозондовый датчик 3.1, усилитель 4.1, синхронный детектор 5.1 и интегратор 6.1, первый выход которого соединен со входом преобразователя напряжение - ток 2.1, выход которого соединен с первым входом феррозондового датчика 3.1, блок возбуждения феррозондовых датчиков 7, включающий в себя последовательно соединенные кварцевый генератор 8, делитель частоты 9, триггер Шмидта 10, формирователь линейной функции 11, буфер мощности 12, выход которого соединен со вторыми входами феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, 3.3 каждого канала блока феррозондовых магнитометров 1, второй выход делителя частоты 9 соединен со вторыми входами синхронных детекторов 5.1, 5.2, 5.3 каждого канала блока феррозондовых магнитометров 1, блок управления 13, индикатор 14, выходы которых подключены к первому и второму входам блока управления и обработки 15 соответственно, третий вход которого соединен с выходом блока электронных ключей 16, первый, второй, третий входы которого соединены со вторыми выходами интеграторов 6.1, 6.2, 6.3 каждого канала блока феррозондовых магнитометров 1, четвертый вход блока электронных ключей соединен с первым выходом блока управления и обработки 15, блок определения оси и глубины заложения трубопровода 17, включающий в себя коммутатор 18, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления и обработки 15, третий и четвертый выходы которого соединены с первыми входами блока ступенчатой регулировки усиления 19, и избирательного усилителя 20, первый 21 и второй 22 идентичные индукционные датчики магнитного поля, выходы которых соединены со входами первого 23 и второго 24 предварительных усилителей, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого разностного усилителя 25 соответственно, выход которого соединен со вторым входом коммутатора 18, третий и четвертый входы которого соединены с выходами первого 23 и второго 24 предварительных усилителей соответственно, при этом индукционные датчики магнитного поля 21, 22 жестко связаны между собой и с блоком феррозондового магнитометра 1, причем оси чувствительности индукционных датчиков противоположно направлены и расположены в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, третий индукционный датчик магнитного поля 26, идентичный первому и второму, третий предварительный усилитель 27, суммирующий усилитель 28 и второй разностный усилитель 29, при этом выход третьего датчика соединен со входом третьего предварительного усилителя 27, выход которого соединен с первыми входами суммирующего усилителя 28 и второго разностного усилителя 29, вторые входы которых объединены и соединены с выходом второго предварительного усилителя 24 и четвертым входом коммутатора 18, пятый и шестой входы которого соединены с выходами второго разностного усилителя 29 и суммирующего усилителя 28 соответственно, выход коммутатора 18 соединен со вторым входом избирательного усилителя 20, выход которого соединен со вторым входом блока ступенчатой регулировки усиления 19, выход которого соединен с четвертым входом блока управления и обработки 15, пятый вход которого соединен с выходом блока определения положения 30, при этом третий индукционный датчик магнитного поля 26 жестко связан с первым 21 и вторым 22 индукционными датчиками магнитного поля и установлен вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода, при этом его ось чувствительности перпендикулярна осям чувствительности первого 21 и второго 22 индукционных датчиков магнитного поля.The invention is illustrated by a figure, which shows a structural diagram of a device for non-contact magnetometric monitoring of the state of the metal pipelines. The non-contact magnetometric monitoring of the state of the metal of the pipelines contains a three-channel block of flux-gate magnetometers 1, each channel of which contains a voltage-current converter 2.1 and a series-connected flux-gate sensor 3.1, amplifier 4.1, a synchronous detector 5.1 and integrator 6.1, the first output of which is connected to the voltage-current converter input 2.1, the output of which is connected to the first input of the flux-gate sensor 3.1, the excitation block of the flux-gate sensors 7, including a follower but the connected crystal oscillator 8, frequency divider 9, Schmidt trigger 10, linear function shaper 11, power buffer 12, the output of which is connected to the second inputs of the flux-gate sensors 3.1, 3.2, 3.3 of each channel of the block of flux-gate magnetometers 1, the second output of the frequency divider 9 is connected to the second inputs of synchronous detectors 5.1, 5.2, 5.3 of each channel of the block of fluxgate magnetometers 1, the control unit 13, indicator 14, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the control and processing unit 15, respectively, the third input of which the second is connected to the output of the electronic key block 16, the first, second, third inputs of which are connected to the second outputs of the integrators 6.1, 6.2, 6.3 of each channel of the fluxgate magnetometer unit 1, the fourth input of the electronic key block is connected to the first output of the control and processing unit 15, the determination unit the axis and depths of the pipeline 17, including a switch 18, the first input of which is connected to the second output of the control and processing unit 15, the third and fourth outputs of which are connected to the first inputs of the step adjusting the gain 19, and the selective amplifier 20, the first 21 and second 22 identical induction magnetic field sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the first 23 and second 24 pre-amplifiers, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the first differential amplifier 25, respectively, the output of which is connected with the second input of the switch 18, the third and fourth inputs of which are connected to the outputs of the first 23 and second 24 pre-amplifiers, respectively, while the induction sensors of the magnetic field 21, 22 are rigidly The third induction sensor of the magnetic field 26, identical to the first and second, the third preamplifier 27, the summing amplifier 28 and the second difference amplifier, are connected with each other and with the block of the fluxgate magnetometer 1, and the sensitivity axes of the induction sensors are oppositely directed and located in a plane perpendicular to the axis of the pipeline. 29, while the output of the third sensor is connected to the input of the third pre-amplifier 27, the output of which is connected to the first inputs of the summing amplifier 28 and the second different the remaining amplifier 29, the second inputs of which are combined and connected to the output of the second pre-amplifier 24 and the fourth input of the switch 18, the fifth and sixth inputs of which are connected to the outputs of the second difference amplifier 29 and the summing amplifier 28, respectively, the output of the switch 18 is connected to the second input of the selective amplifier 20 the output of which is connected to the second input of the step control unit of gain 19, the output of which is connected to the fourth input of the control and processing unit 15, the fifth input of which is connected to the output ohm of the positioning unit 30, while the third induction magnetic field sensor 26 is rigidly connected to the first 21 and second 22 induction magnetic field sensors and is installed along a straight line that is a continuation of the radius of the pipeline, while its sensitivity axis is perpendicular to the sensitivity axes of the first 21 and second 22 induction magnetic field sensors.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При механическом стохастическом нагружении трубопровода доменная структура металла изменяется и нескомпенсированная, на момент нагружения энергия, вследствие движения стенок Блоха, выделяется в виде свободной магнитной энергии. Импульсы магнитной энергии при стохастическом нагружении металла образуют сплошной спектр квазипостоянной компоненты собственного магнитного поля трубопровода, которое воспринимают феррозондовые датчики 3.1, 3.2, 3.3 блока феррозондовых магнитометров 1. Феррозондовые датчики в каждом блоке феррозондовых магнитометров возбуждаются напряжением линейной функцией треугольной формы, которое поступает с выхода блока возбуждения феррозондовых датчиков 7. Датчики 3.1, 3.2, 3.3 вырабатывают сигналы, амплитуды которых пропорциональны напряженности магнитного поля объектов контроля. Выходные сигналы датчиков 3.1, 3.2, 3.3 поступают на усилители 4.1, 4.2, 4.3, с выходов которых усиленные сигналы следуют на измерительные входы синхронных детекторов 5.1, 5.2, 5.3, на вторые управляющие входы которых поступают опорные частоты с кварцевого генератора 8 через делитель частоты 9 блока возбуждения феррозондовых датчиков 7. Импульсы опорной частоты, пройдя через триггер Шмидта 10, преобразуются в линейную функцию напряжения возбуждения датчиков в формирователе линейной функции 11 и поступают в буфер мощности 12 блока возбуждения феррозондовых датчиков 7, с выхода которого напряжение возбуждения подается на обмотки возбуждения феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, 3.3, в измерительных обмотках которых квазипостоянная компонента напряженности исследуемого магнитного поля преобразуется в переменное напряжение.The inventive device operates as follows. During mechanical stochastic loading of the pipeline, the domain structure of the metal changes and is uncompensated, at the time of loading the energy, due to the movement of the Bloch walls, is released in the form of free magnetic energy. Magnetic energy pulses during stochastic loading of a metal form a continuous spectrum of a quasi-constant component of the pipeline’s own magnetic field, which are sensed by the fluxgate sensors 3.1, 3.2, 3.3 of the fluxgate magnetometer block 1. The fluxgate sensors in each block of the fluxgate magnetometers are excited by the voltage with a linear function of a triangular shape, which comes from the output excitation of fluxgate sensors 7. Sensors 3.1, 3.2, 3.3 generate signals whose amplitudes are proportional to the intensity magnetic field of objects of control. The output signals of the sensors 3.1, 3.2, 3.3 are fed to amplifiers 4.1, 4.2, 4.3, from the outputs of which the amplified signals go to the measuring inputs of synchronous detectors 5.1, 5.2, 5.3, the second control inputs of which receive reference frequencies from a crystal oscillator 8 through a frequency divider 9 excitation units of fluxgate sensors 7. The pulses of the reference frequency, passing through the Schmidt trigger 10, are converted into a linear function of the excitation voltage of the sensors in the linear function generator 11 and enter the power buffer 12 of the excitation sensors 7, from the output of which the excitation voltage is supplied to the excitation windings of the flux-gate sensors 3.1, 3.2, 3.3, in the measuring windings of which the quasi-constant component of the intensity of the studied magnetic field is converted to alternating voltage.

Аналоговые сигналы с выходов синхронных детекторов 5.1, 5.2, 5.3 поступают на входы интеграторов 6.1, 6.2, 6.3, где они дополнительно фильтруются и подаются на вход соответствующих преобразователей напряжение - ток 2.1, 2.2, 2.3 соответственно. При этом часть выходного напряжения интеграторов, пропорциональная величине измеряемого магнитного поля, преобразуется в ток и подается в обмотки компенсации феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, 3.3. Обмотки компенсации феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, 3.3 включены встречно измеряемому полю. Таким образом, осуществляется обратная связь по полю, которая приводит к устойчивой работе блоков феррозондовых магнитометров и автоматической регулировке усиления каналов: измеряемая компонента магнитного поля - электрический сигнал. Вторые выходы интеграторов 6.1, 6.2, 6.3 подключены к первому, второму, и третьему входам блока электронных ключей 16 соответственно, который по сигналу, поступающему с первого выхода блока управления и обработки 15, поочередно подключает к входу блока управления и обработки 15 каждый из выходов интеграторов 6.1, 6.2, 6.3 блока феррозондовых магнитометров. В блоке управления и обработки 15 сигналы, пропорциональные магнитному полю трубопровода, последовательно обрабатываются и оцифровываются с помощью аналого-цифрового преобразователя.Analog signals from the outputs of synchronous detectors 5.1, 5.2, 5.3 are fed to the inputs of integrators 6.1, 6.2, 6.3, where they are additionally filtered and fed to the input of the respective voltage-current converters 2.1, 2.2, 2.3, respectively. In this case, a part of the output voltage of the integrators, proportional to the magnitude of the measured magnetic field, is converted into current and fed to the compensation windings of flux-gate sensors 3.1, 3.2, 3.3. Compensation windings of fluxgate sensors 3.1, 3.2, 3.3 are included in the opposite to the measured field. Thus, feedback is provided over the field, which leads to the stable operation of fluxgate magnetometer blocks and automatic adjustment of the channel gain: the measured component of the magnetic field is an electric signal. The second outputs of the integrators 6.1, 6.2, 6.3 are connected to the first, second, and third inputs of the electronic key block 16, respectively, which, by a signal from the first output of the control and processing unit 15, alternately connects each of the outputs of the integrators to the input of the control and processing unit 15 6.1, 6.2, 6.3 block of flux-gate magnetometers. In the control and processing unit 15, signals proportional to the magnetic field of the pipeline are sequentially processed and digitized using an analog-to-digital converter.

Взаимно перпендикулярное размещение осей чувствительности феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, 3.3 позволяет измерять приращения полного вектора магнитного поля трубопровода, вызванного продольными, поперечными, кольцевыми и осевыми напряжениями растяжения или сжатия. Привязка осей чувствительности феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, 3.3 блока феррозондовых магнитометров 1 к осям чувствительности индукционных датчиков магнитного поля 21, 22, 26 блока определения оси и глубины заложения трубопровода 17 и к осям чувствительности блока определения положения 30 позволяет уменьшить погрешность измерения компонент магнитного поля трубопровода, связанную с неточной установкой устройства относительно оси трубопровода и неровностями поверхности, на которой проходят измерения.The mutually perpendicular arrangement of the sensitivity axes of the fluxgate sensors 3.1, 3.2, 3.3 allows one to measure the increments of the total magnetic field vector of the pipeline caused by longitudinal, transverse, annular and axial tensile or compression stresses. Linking the sensitivity axes of flux-gate sensors 3.1, 3.2, 3.3 of the flux-gate magnetometer unit 1 to the sensitivity axes of the magnetic field induction sensors 21, 22, 26 of the axis and depth determination unit of the pipeline 17 and the sensitivity axes of the position-determining unit 30 allows to reduce the measurement error of the pipeline magnetic field components associated with inaccurate installation of the device relative to the axis of the pipeline and the roughness of the surface on which the measurements are taken.

Блок определения положения 30 содержит двухкоординатный акселерометр, оси чувствительности которого расположены взаимно перпендикулярно между собой и коллинеарны осям чувствительности первого и второго феррозондовых датчиков блока феррозондовых магнитометров 1. Электрические сигналы от двухкоординатного акселерометра поступают в блок управления и обработки 15 и отображаются на индикаторе 14 в графическом виде таким образом, чтобы оси чувствительности первого и второго феррозондовых датчиков блока феррозондовых магнитометров 1 располагались в горизонтальной плоскости.The position determination unit 30 contains a two-axis accelerometer, the sensitivity axes of which are mutually perpendicular to each other and collinear to the sensitivity axes of the first and second flux-probe sensors of the flux-gate magnetometers 1. Electrical signals from the two-coordinate accelerometer are fed to the control and processing unit 15 and displayed on the indicator 14 in a graphical form so that the sensitivity axis of the first and second fluxgate sensors of the block of fluxgate magnetometers 1 rasp Laga in the horizontal plane.

Размещение блока феррозондовых магнитометров 1 на штанге с жестко закрепленным блоком определения положения 30, ориентация осей чувствительности которого привязана к осям чувствительности феррозондовых датчиков 3.1, 3.2, блока феррозондовых магнитометров 1 позволяет контролировать при измерениях пространственное положение устройства относительно вектора силы тяжести. Продольная, поперечная и тангенциальная составляющие собственного магнитного поля трубопровода являются экспериментально определенной информационной характеристикой, отражающей пространственное местоположение дефектного участка.Placing the block of fluxgate magnetometers 1 on a rod with a rigidly fixed block for determining position 30, the orientation of the sensitivity axes of which is tied to the sensitivity axes of fluxgate sensors 3.1, 3.2, of the block of fluxgate magnetometers 1 allows you to control the spatial position of the device relative to the gravity vector during measurements. The longitudinal, transverse and tangential components of the pipeline’s own magnetic field are an experimentally determined information characteristic that reflects the spatial location of the defective area.

Для поиска оси и глубины заложения трубопровода в устройство дополнительно введен блок определения оси и глубины заложения трубопровода 17, который работает следующим образом.To search for the axis and depth of the pipeline, a unit for determining the axis and depth of the pipeline 17, which operates as follows, is additionally introduced into the device.

Избирательный усилитель 20 настраивается на частоту измеряемого тока (на вторую гармонику сетевого напряжения при работе со станцией катодной защиты или на частоту генератора, подключенного выходными клеммами к трубопроводу и заземлению). При этом значение частоты выбирается на блоке управления 13, подключенного к блоку управления и обработки 15, который на входе управления избирательного усилителя 20 устанавливает код частоты измеряемого сигнала. Одновременно блок управления и обработки 15, в зависимости от поступающего сигнала с выхода блока избирательного усилителя 20, увеличивает или уменьшает коэффициент усиления блока ступенчатой регулировки усиления 19. Задача определения оси и глубины заложения трубопровода решается последовательно с помощью различных управляющих сигналов, поступающих от блока управления и обработки 15 на коммутатор 18.The selective amplifier 20 is tuned to the frequency of the measured current (to the second harmonic of the mains voltage when working with the cathodic protection station or to the frequency of the generator connected by the output terminals to the pipeline and ground). In this case, the frequency value is selected on the control unit 13 connected to the control and processing unit 15, which sets the frequency code of the measured signal at the control input of the selective amplifier 20. At the same time, the control and processing unit 15, depending on the incoming signal from the output of the selective amplifier unit 20, increases or decreases the gain of the step control unit of gain 19. The task of determining the axis and depth of the pipeline is solved sequentially using various control signals from the control unit and processing 15 to the switch 18.

В случае поиска оси трубопровода по методу максимума блок управления и обработки 15 подключает на выход коммутатора 18 только сигнал с выхода предварительного усилителя 24, который в свою очередь подключен ко второму индукционному датчику 22. При перемещении и повороте устройства перпендикулярно трубопроводу, устройство 15 запоминает максимальное значение сигнала D₂, поступающего с выхода предварительного усилителя 24, подключенного к индукционному датчику 22, сигнал на выходе которого пропорционален горизонтальной составляющей магнитного поля, возбуждаемого током станции катодной защиты или генератором, подключенным к трубопроводу. На индикатор 14 выводится шкала, длина которой пропорциональна величине сигнала с выхода индукционного датчика 22, и процент отклонения от значения максимально зафиксированного сигнала.In the case of searching for the axis of the pipeline by the maximum method, the control and processing unit 15 connects to the output of the switch 18 only the signal from the output of the pre-amplifier 24, which in turn is connected to the second induction sensor 22. When moving and rotating the device perpendicular to the pipeline, the device 15 remembers the maximum value D ₂ signal coming from the preamplifier output 24 is connected to the inductive sensor 22, the output of which is proportional to the horizontal component magnitnog field excited current cathodic protection station or the generator connected to the pipeline. The indicator 14 displays a scale, the length of which is proportional to the value of the signal from the output of the induction sensor 22, and the percentage deviation from the value of the maximum recorded signal.

В результате поиска оси трубопровода по методу максимума устройство располагается над осью трубопровода таким образом, что индукционные датчики 21, 22 и 26, а также феррозондовые датчики 3.1, 3.2, 3.3 находятся в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода.As a result of the search for the pipeline axis by the maximum method, the device is located above the pipeline axis in such a way that the induction sensors 21, 22 and 26, as well as the fluxgate sensors 3.1, 3.2, 3.3, are in a plane perpendicular to the pipeline axis.

В случае поиска оси трубопровода по методу минимума блок управления и обработки 15 подключает на выход коммутатора 18 поочередно сигналы с выходов сумматора 28 и второго разностного усилителя 29, первые и вторые входы которых подключены к выходам третьего 27 и второго 24 предварительных усилителей соответственно, которые в свою очередь подключены к выходам третьего 26 и второго 22 индукционных датчиков соответственно.In the case of searching for the axis of the pipeline by the minimum method, the control and processing unit 15 connects to the output of the switch 18 alternately the signals from the outputs of the adder 28 and the second difference amplifier 29, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the third 27 and second 24 pre-amplifiers, respectively, which the turn is connected to the outputs of the third 26 and second 22 induction sensors, respectively.

С выхода коммутатора 18 на вход блока управления и обработки 15 поступают отфильтрованные от помех избирательным усилителем 20 и усиленные усилителем 19 сумма и разность сигналов второго и третьего индукционных датчиков. В блоке управления и обработки принимается решение по следующему алгоритму:From the output of the switch 18 to the input of the control and processing unit 15, the sum and difference of the signals of the second and third induction sensors are filtered out from interference by a selective amplifier 20 and amplified by an amplifier 19. In the control and processing unit, a decision is made according to the following algorithm:

если сумма сигналов меньше разности сигналов, то на индикаторе 14 высвечивается стрелка «→»;if the sum of the signals is less than the difference of the signals, then the arrow “→” is displayed on the indicator 14;

если сумма сигналов больше разности сигналов, то на индикаторе 14 высвечивается стрелка «←»;if the sum of the signals is greater than the difference of the signals, then the “←” arrow is displayed on the indicator 14;

при нахождении системы над осью трубопровода сумма сигналов приблизительно равна разности сигналов, на индикаторе 14 высвечивается «→←».when the system is located above the axis of the pipeline, the sum of the signals is approximately equal to the difference of the signals, “→ ←” is displayed on the indicator 14.

В результате поиска оси трубопровода по методу минимума устройство располагается над осью трубопровода таким образом, что индукционные датчики 21, 22 и 26, а также феррозондовые датчики 3.1, 3.2, 3.3 находятся в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, а третий индукционный датчик 26 установлен вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода.As a result of searching for the axis of the pipeline by the minimum method, the device is located above the axis of the pipeline so that the induction sensors 21, 22 and 26, as well as the fluxgate sensors 3.1, 3.2, 3.3, are in a plane perpendicular to the axis of the pipeline, and the third induction sensor 26 is installed along a straight line , which is a continuation of the radius of the pipeline.

В случае измерения глубины заложения трубопровода устройство располагают так, чтобы индукционные датчики 21, 22 и 26 располагались в плоскости, перпендикулярной трубопроводу (режим нахождения оси трубопровода по методам максимума или минимума), затем производят измерение глубины заложения трубопровода (расстояние от второго индукционного датчика 22 до оси трубопровода).In the case of measuring the depth of the pipeline, the device is arranged so that the induction sensors 21, 22 and 26 are located in a plane perpendicular to the pipeline (the mode of finding the axis of the pipeline using the maximum or minimum methods), then the depth of the pipeline is measured (distance from the second induction sensor 22 to axis of the pipeline).

Блок управления и обработки 15 подключает на выход коммутатора 18 поочередно сигналы с выходов:The control and processing unit 15 connects the output of the switch 18 in turn signals from the outputs:

D₁ - сигнал на входе коммутатора 18, подключенный к выходу предварительного усилителя 23, который в свою очередь подключен к индукционному датчику 21;D ₁ - the signal at the input of the switch 18, connected to the output of the pre-amplifier 23, which in turn is connected to the induction sensor 21;

D₂ - сигнал на входе коммутатора 18, подключенный к выходу предварительного усилителя 24, который в свою очередь подключен к индукционному датчику 22;D ₂ - a signal at the input of the switch 18 connected to the output of the pre-amplifier 24, which in turn is connected to the induction sensor 22;

D₁₂ - сигнал на выходе разностного усилителя 25, который формирует разность сигналов D₁ и D₂ умноженную на К_р (коэффициент усиления разностного усилителя 25).D ₁₂ - the signal at the output of the differential amplifier 25, which generates the difference of the signals D ₁ and D ₂ times K _p (gain of the differential amplifier 25).

При этом на выходе блока ступенчатой регулировки усиления 19 последовательно формируются следующие сигналы:At the same time, at the output of the stage control unit for gain control 19, the following signals are sequentially generated:

где а - расстояние между первым и вторым датчиками;where a is the distance between the first and second sensors;

h - расстояние от второго датчика до оси трубопровода (глубина);h is the distance from the second sensor to the axis of the pipeline (depth);

G₁ и G₂ - коэффициенты преобразования первого и второго индукционных датчиков соответственно (чувствительность),

;G ₁ and G ₂ - conversion factors of the first and second induction sensors, respectively (sensitivity),

;

K₁ и K₁₂ - коэффициенты усиления, установленные в блоке ступенчатой регулировки усиления при усилении сигналов D₁ и D₂ соответственно;K ₁ and K ₁₂ are the gain coefficients set in the step gain control unit when amplifying the signals D ₁ and D _2, respectively;

К_у - коэффициент усиления усилителя предварительного;To _y - gain of the preliminary amplifier;

К_р - коэффициент усиления разностного усилителя 25;To _p is the gain of the differential amplifier 25;

I - ток в трубопроводе А.I - current in the pipeline A.

На основании формул (1) и (2) получаем:Based on formulas (1) and (2) we obtain:

где

;Where

;

по формулам (3) и (4) блок управления и обработки 15 рассчитывает глубину заложения трубопровода h.using formulas (3) and (4), the control and processing unit 15 calculates the depth of the pipeline h.

При большом сигнале D₁ и маленькой глубине заложения трубопровода h усиленная разность D₁₂ получается слишком большой, поэтому в этом случае глубина измеряется при последовательном опросе сигналов D₁ и D₂, в результате на выходе блока ступенчатой регулировки усиления последовательно формируются сигналы U₁ (см.(1)) и U₂:With a large signal D ₁ and a small depth of the pipeline h, the amplified difference D ₁₂ is too large, therefore, in this case, the depth is measured by sequentially polling the signals D ₁ and D ₂ , as a result of which signals U ₁ are sequentially generated at the output of the gain control unit (see . (1)) and U ₂ :

где К₂ - коэффициент усиления, установленный в блоке ступенчатой регулировки усиления 19.where K ₂ is the gain set in the step control unit gain 19.

На основании формул (1) и (5) получаемBased on formulas (1) and (5) we obtain

По формулам (6) и (3) блок управления и обработки 15 рассчитывает глубину заложения оси трубопровода в случае большого сигнала D₂ и маленькой глубины h и выводит ее значение на индикатор 14.Using formulas (6) and (3), the control and processing unit 15 calculates the depth of the axis of the pipeline in the case of a large signal D ₂ and a small depth h and displays its value on indicator 14.

Феррозондовые датчики с обмоткой компенсации, усилители, синхронные детекторы, интеграторы, преобразователи напряжение - ток, входящие в состав блока феррозондовых магнитометров 1, а также кварцевый генератор, делитель частоты, триггер Шмидта, формирователь линейной функции, буфер мощности, входящие в состав блока возбуждения феррозондовых датчиков 7, выполнены по типичной схеме феррозондовых магнитометров для измерения низкочастотных магнитных полей [см. Афанасьев Ю.В. «Феррозондовые магнитометры». Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд., 1986. - 128 с.].Flux-gate sensors with compensation winding, amplifiers, synchronous detectors, integrators, voltage-current converters included in the block of flux-gate magnetometers 1, as well as a crystal oscillator, frequency divider, Schmidt trigger, linear function shaper, power buffer, which are part of the flux-gate excitation block sensors 7 are made according to a typical scheme of flux-gate magnetometers for measuring low-frequency magnetic fields [see Afanasyev Yu.V. "Fluxgate magnetometers." L .: Energoatomizdat, Leningrad Department, 1986. - 128 p.].

Блок определения положения 30 выполнен на базе двухкоординатного акселерометра в миниатюрном корпусе типа ADXL 202.The position determination unit 30 is made on the basis of a two-coordinate accelerometer in a miniature housing of the ADXL 202 type.

Блок электронных ключей 16 выполнен на ключах ADG433 и ADG409, имеющих очень низкое сопротивление открытого канала и хорошее качество изоляции между каналами, что обеспечивает передачу сигнала на выход блока электронных ключей без искажений.The electronic key block 16 is made on the ADG433 and ADG409 keys having a very low open channel resistance and good insulation quality between the channels, which ensures signal transmission to the output of the electronic key block without distortion.

Индукционные датчики 21, 22 и 26 блока определения оси и глубины заложения трубопровода выполнены на ферритовых сердечниках, марки НМ-700. Измерительные датчики 21, 22, и 26 имеют равное количество витков и одинаковые коэффициенты преобразования G₁, G₂ и G₃. Поскольку абсолютно одинаковые коэффициенты получить невозможно, для точного измерения глубины заложения оси трубопровода необходимо знать отношение

. При этом точность определения глубины

зависит от относительной точности определения К следующим образом:

Induction sensors

21, 22 and 26 of the block for determining the axis and depth of the pipeline are made on ferrite cores, grade NM-700. The measuring

sensors

21, 22, and 26 have an equal number of turns and the same conversion factors G ₁ , G ₂ and G ₃ . Since it is impossible to obtain exactly the same coefficients, to accurately measure the depth of the axis of the pipeline, you need to know the ratio

. Moreover, the accuracy of determining the depth

depends on the relative accuracy of determining K as follows:

Как видно из формулы (7), чем больше расстояние а между индукционными датчиками 21 и 22, тем выше точность при измерении глубины. Расстояние между датчиками 21 и 22 выбрано равным 650 мм.As can be seen from formula (7), the greater the distance a between the induction sensors 21 and 22, the higher the accuracy when measuring depth. The distance between the sensors 21 and 22 is chosen equal to 650 mm.

Предполагается, что система может работать в диапазоне температур -20…+40°C. В таких условиях происходит отклонение К от заданного, что обусловлено температурной нестабильностью магнитной проницаемости феррита марки 700 НМ, она наиболее низкая по сравнению с другими марками и составляет ±5%. Как показано в работе [Мизюк Л.Я. «Входные преобразователи для измерения напряженности низкочастотных магнитных полей». Киев, 1964, с.115], нестабильность проницаемости сердечника уменьшается по сравнению с нестабильностью проницаемости материала в

(где µ - проницаемость материала, N - коэффициент размагничивания сердечника). Коэффициент размагничивания сердечника зависит в основном от отношения

(где l - длина сердечника, d - диаметр сердечника). Для получения 5% точности измерения глубины выбран сердечник со следующими геометрическими характеристиками: длина сердечника составляет 100 мм, а диаметр 10 мм.It is assumed that the system can operate in the temperature range of -20 ... + 40 ° C. Under such conditions, a deviation of K from the predetermined one occurs, which is caused by the temperature instability of the magnetic permeability of ferrite grade 700 Nm, which is the lowest compared to other brands and amounts to ± 5%. As shown in [Mizyuk L.Ya. "Input transducers for measuring the intensity of low-frequency magnetic fields." Kiev, 1964, p.115], the instability of the permeability of the core decreases compared with the instability of the permeability of the material in

(where µ is the material permeability, N is the core demagnetization coefficient). The core demagnetization coefficient depends mainly on the ratio

(where l is the length of the core, d is the diameter of the core). To obtain 5% accuracy of depth measurement, a core with the following geometric characteristics was selected: the core length is 100 mm and the diameter is 10 mm.

Блок определения оси и глубины заложения трубопровода 17 собран на микромощных операционных усилителях, обеспечивающих необходимую точность измерений и обладающих низким энергопотреблением, что важно для работы в полевых условиях.The unit for determining the axis and depth of the pipeline 17 is assembled on micropower operational amplifiers that provide the necessary measurement accuracy and have low power consumption, which is important for working in the field.

Усилители предварительные 23, 24 и 27 выполнены на базе инструментального усилителя AD620, что обеспечивает большой коэффициент подавления синфазной наводки на выводы датчиков 21, 22 и 26.The preliminary amplifiers 23, 24 and 27 are based on the AD620 instrumental amplifier, which provides a large coefficient of common-mode interference suppression at the terminals of sensors 21, 22 and 26.

Первый и второй разностные усилители 25 и 29 выполнены на базе инструментального усилителя AD620, что обеспечивает высокую точность получения разностных сигналов.The first and second difference amplifiers 25 and 29 are made on the basis of the AD620 instrument amplifier, which ensures high accuracy of obtaining differential signals.

Сумматор 28 собран на микромощном операционном усилителе типа ОР177.The adder 28 is assembled on a micropower operational amplifier type OP177.

Коммутатор 18 выполнен на ключах ADG433 и ADG409, имеющих очень низкое сопротивление открытого канала и хорошее качество изоляции между каналами, что обеспечивает передачу сигнала на выход коммутатора без искажений.The switch 18 is made on the ADG433 and ADG409 keys, which have a very low open channel resistance and good isolation quality between the channels, which ensures signal transmission to the switch output without distortion.

Блок ступенчатой регулировки усиления 19 выполнен на базе программируемого усилителя AD526, причем на него поступает предварительно отфильтрованный сигнал, для того чтобы помехи не усиливались. Количество ступеней усиления блока ступенчатой регулировки усиления 9, необходимый коэффициент усиления (1, 2, 4, 8, 16, 64, 128 или 256) задается блоком управления и обработки 15 в зависимости от величины сигнала на его входе.The step-by-step gain control unit 19 is based on the AD526 programmable amplifier, and a pre-filtered signal is supplied to it so that the interference is not amplified. The number of gain stages of the gain control unit 9, the necessary gain (1, 2, 4, 8, 16, 64, 128 or 256) are set by the control and processing unit 15 depending on the magnitude of the signal at its input.

Избирательный усилитель 20 выполнен по схеме биквадратного активного фильтра и настраивается на частоту измеряемого поля. Усилитель 20 может настраиваться на частоту 100 Гц при использовании станции катодной защиты или на частоту 128 Гц, или 640 Гц при использовании генератора специальных сигналов. Настройка происходит под управлением блока управления и обработки 15.The selective amplifier 20 is made according to the scheme of a biquadratic active filter and is tuned to the frequency of the measured field. Amplifier 20 can be tuned to a frequency of 100 Hz when using a cathodic protection station or to a frequency of 128 Hz, or 640 Hz when using a special signal generator. The setting is controlled by the control unit and processing 15.

Блок управления 13 имеет 7 кнопок, которые позволяют вводить необходимую информацию в устройство 15 и задавать режимы работы устройства.The control unit 13 has 7 buttons that allow you to enter the necessary information into the device 15 and set the operating modes of the device.

Блок управления и обработки 15 выполнен на базе микроконтроллера AVRсемейства Mega со встроенным многоканальным АЦП и работает по программе, записанной в его память.The control and processing unit 15 is made on the basis of the Mega family AVR microcontroller with integrated multi-channel ADC and operates according to the program recorded in its memory.

Разработанное устройство бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов позволяет измерять три компоненты вектора магнитного поля трубопровода. Диапазон измерений магнитного поля по каждой компоненте: -100…+100 А/м. Цена единицы младшего разряда измерения магнитного поля по каждой компоненте - не более 0,1 А/м и позволяет получить точность определения глубины залегания трубопровода ±5%, при токе, протекающем по трубопроводу не менее 20 мА, и максимальной глубине залегания трубопровода 3 м.The developed device of non-contact magnetometric monitoring of the state of the pipeline metal allows measuring the three components of the pipeline magnetic field vector. The range of measurements of the magnetic field for each component: -100 ... + 100 A / m. The price of the least significant unit for measuring the magnetic field for each component is not more than 0.1 A / m and allows you to get the accuracy of determining the depth of the pipeline ± 5%, with a current flowing through the pipeline at least 20 mA, and a maximum depth of 3 m.

Claims

A non-contact magnetometric monitoring of the state of the metal of pipelines, containing a three-channel block of fluxgate magnetometers, each channel of which contains a voltage-current converter and a series-connected fluxgate sensor, amplifier, synchronous detector and integrator, the first output of which is connected to the input of the voltage-current converter, the output of which is connected to the first input of the flux-gate sensor, the excitation block of flux-gate sensors, which includes serially connected quartz oscillator, frequency divider, Schmidt trigger, linear function shaper, power buffer, the output of which is connected to the second inputs of the fluxgate sensors of each channel of the fluxgate magnetometer block, the second output of the frequency divider is connected to the second inputs of synchronous detectors of each channel of the fluxgate magnetometer block, control unit and indicator the outputs of which are connected to the first and second inputs of the control and processing unit, respectively, the third input of which is connected to the output of the electronic circuit block yuchi, the first, second, third inputs of which are connected to the second outputs of the integrators of each channel of the fluxgate magnetometer block, the fourth input of the electronic key block is connected to the first output of the control and processing unit, the axis and depth determination unit for the pipeline, including the switch, the first input of which connected to the second output of the control and processing unit, the third and fourth outputs of which are connected to the first inputs of the gain control unit and the selective amplifier, respectively o, the first and second identical induction magnetic field sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second pre-amplifiers, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the first differential amplifier, respectively, the output of which is connected to the second input of the switch, the third and fourth inputs of which are connected to the outputs of the first and second pre-amplifiers, respectively, while the induction sensors of the magnetic field are rigidly connected to each other and to the flux-gate magnetometer block, moreover the sensitivity axes of the induction sensors are oppositely directed and located in a plane perpendicular to the axis of the pipeline, characterized in that a third induction magnetic field sensor identical to the first and second, a third preamplifier, a summing amplifier and a second difference amplifier is additionally introduced into the block for determining the axis and depth of the pipeline wherein the output of the third sensor is connected to the input of the third pre-amplifier, the output of which is connected to the first inputs of the summing an amplifier and a second difference amplifier, the second inputs of which are combined and connected to the output of the second pre-amplifier and the fourth input of the switch, the fifth and sixth inputs of which are connected to the outputs of the second difference amplifier and summing amplifier, respectively, the output of the switch is connected to the second input of the selective amplifier, the output of which is connected with the second input of the gain control unit, the output of which is connected to the fourth input of the control and processing unit, the fifth input of which is connected it is connected with the output of the position determination unit, while the third induction magnetic field sensor is rigidly connected to the first and second induction magnetic field sensors and is installed along a straight line that is a continuation of the radius of the pipeline, while its sensitivity axis is perpendicular to the sensitivity axes of the first and second induction magnetic field sensors.