RU2681424C1 - Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии - Google Patents
Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681424C1 RU2681424C1 RU2017146468A RU2017146468A RU2681424C1 RU 2681424 C1 RU2681424 C1 RU 2681424C1 RU 2017146468 A RU2017146468 A RU 2017146468A RU 2017146468 A RU2017146468 A RU 2017146468A RU 2681424 C1 RU2681424 C1 RU 2681424C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- defect
- acoustic
- signals
- pipeline
- correlation function
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000003325 tomography Methods 0.000 title claims description 5
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Использование: для неразрушающего контроля и обнаружения дефектов магистральных трубопроводов при их сложнонапряженном состоянии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют первичное преобразование акустических колебаний с применением бинарного знакового аналого-стохастического квантования. В моменты смены знака результата бинарного знакового аналого-стохастического квантования формируют цифровые коды отсчетов, по которым определяют взаимную корреляционную функцию для положительных и отрицательных значений задержки, фиксируют время задержки для максимального значения взаимной корреляционной функции и определяют местоположение дефекта на контролируемом участке трубопровода. Технический результат: обеспечение возможности упрощения процесса определения местоположение дефекта. 1 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к методам неразрушающего контроля и обнаружения дефектов магистральных трубопроводов при их сложнонапряженном состоянии.
Известен способ обнаружения дефектов в трубопроводах, согласно которому по концам исследуемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, один из которых в каждой паре регистрирует продольные колебания, а другой - поперечные колебания. После обработки сигналов от датчиков определяют местоположение и характер обнаруженного дефекта [патент РФ №2138037].
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ по патенту РФ №1730917. Согласно этому способу на концах контролируемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, которые фиксируют генерируемые дефектом колебания и по полученным результатам определяют его местоположение. Данный способ принят за прототип.
Недостатками данных способов является сложность процесса выявления дефекта, необходимость знать акустические свойства материала контролируемой трубы, что снижает функциональные возможности способа.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа обнаружения дефектов магистральных трубопроводов, лишенных недостатков наиболее близкого аналога.
Технический результат достигается тем, что осуществляют первичное преобразование акустических колебаний с применением бинарного знакового аналого-стохастического квантования, формируют цифровые коды отсчетов времени в моменты смены знака результата бинарного знакового аналого-стохастического квантования, определяют взаимную корреляционную функцию по цифровым кодам отсчетов времени для положительных и отрицательных значений задержки, фиксируют время задержки для максимального значения взаимной корреляционной функции, определяют местоположение дефекта на контролируемом участке трубопровода и регистрируют его.
Рассмотрим содержание предлагаемого способа.
Метод акустической томографии обнаружения дефектов трубопроводов основывается на физическом явлении эмиссии (излучении) акустических шумов в зонах (интервалах) повышенных напряжений. К таким зонам относятся также и интервалы, на которых имеется утончение стенки трубы за счет коррозии (внутренней и внешней). Акустические шумы, которые возникают непосредственно в результате дефектов трубопровода, являются его собственными шумами и рассматриваются как информативные сигналы. Внешние шумы являются результатом различного рода физических флюктуаций несвязанных с дефектами трубопровода.
В процессе диагностики трубопровода методом акустической томографии осуществляется регистрация и последующий корреляционный анализ собственных шумов трубопроводов в акустическом диапазоне частот на фоне внешних шумовых помех.
На фиг. 1 представлена схема проведения диагностики повреждения трубопровода методом акустической томографии.
Пусть в точке С трубопровод имеет повреждение (фиг. 1). Оно является источником акустического сигнала X(t). Скорость распространения этого сигнала равна Vx. На концах диагностируемого участка в точках А и В на расстоянии L находятся виброакустические датчики. Они регистрируют сигнал X(t). В точки А и В сигнал X(t) приходит соответственно с задержкой на время ta и tb. Поэтому в этих точках будем регистрировать сигналы:
Пусть начало отсчета координат находится в точке А. Тогда расстояние до места повреждения равно:
где τba=tb-ta>0 - время разности прихода сигнала X(t) в точки А и В.
Идентификация местоположения повреждения сводится к определению времени τba. Оно не может превышать . Время τba находится на основе оценивания взаимной корреляционной функции (ВКФ) RBA(t1,t2) центрированных реализаций и сигналов XA(t) и XB(t).
В условиях нормальной эксплуатации повреждение трубопровода развивается продолжительное время. Поэтому в процессе текущей диагностики сигнал X(t) можно рассматривать как стационарный. Сигналы XA(t) и XB(t) имеют одну физическую природу, так как они представляют собой один и тот же распространяющийся по трубопроводу сигнал X(t). Следовательно, сигналы XA(t) и XB(t) можно считать стационарными и стационарно связанными сигналами. Поэтому RBA(t1,t2) будет функцией только разности аргументов τ=t2-t1. Тогда с учетом (1) и τba=tb-ta будем иметь:
где М[…] - оператор математического ожидания; RХХ(τ) - корреляционная функция (КФ) сигнала X(t).
КФ RХХ(τ) является четной и симметричной относительно нулевого значения для любого τ из области ее определения, т.е. RXX(τ)=RXX(-τ). Для τ=0 она имеет максимальное значение , где DXX и σXX - дисперсия и среднеквадратическое отклонение сигнала X(t).
Из (3) следует, что RXX(τ-τba) имеет максимальное значение для τ=τbа. Поэтому определение τbа в ходе диагностики трубопровода сводится к оцениванию RBA(τ) и нахождению максимума RBA(τba).
Обработка непрерывных сигналов XA(t) и XB(t) связана со сложностями оценивания КФ в аналоговом виде. Существующие цифровые алгоритмы позволяют эффективно организовать вычисление оценок . Однако в реальных условиях сигналы XA(t) и XB(t) приходится регистрировать при наличии внешних шумовых помех. При этом отношение сигнал/шум может иметь большое значение. Это приводит к следующим проблемам:
1) малое число разрядов АЦП оказывается недостаточным для точного представления сигналов XA(t) и XB(t);
2) увеличение числа разрядов АЦП ведет к усложнению устройств приема и передачи цифровых отсчетов;
3) выбор числа уровней квантования ограничен и зависит от разрешающей способности датчиков, регистрирующих сигналы XA(t) и XB(t);
4) при равномерном шаге квантования помехозащищенность от шумов и помех будет разной для сигналов с малой амплитудой и с большой.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности обнаружения слабых информативных сигналов в аддитивной смеси с шумом и в одновременном упрощении цифровой обработки сигналов ХА(t) и ХB(t). Это достигается за счет использования в процессе регистрации сигналов XA(t) и XB(t) в качестве первичного преобразования в цифровую форму бинарного знакового аналого-стохастического квантования.
Бинарное знаковое аналого-стохастическое квантование представляет собой нелинейную операцию вероятностного округления реализации непрерывного сигнала. При этом в качестве меры квантования выступает вспомогательный равномерно распределенный случайный сигнал. Особенностями такого квантования являются:
1) оно позволяет осуществлять предельно грубое бинарное (двухуровневое) квантование без систематической погрешности независимо от статистических свойств преобразуемых сигналов;
2) результатом является ограниченный по уровню двухполярный знаковый сигнал, который обладает потенциальной помехоустойчивостью к внешним аддитивным шумовым флуктуациям.
В условиях современного роста производительности и степени интеграции вычислительной техники знаковое аналого-стохастическое квантование позволяет упростить технические средства диагностики. Это расширяет возможность обработки результатов квантования сигналов непосредственно в сложных условиях эксплуатации трубопроводных сетей.
где ξ1(t) и ξ2(t) - вспомогательные сигналы, которые являются однородными и независимыми относительно друг друга.
Сигналы ξ1(t) и ξ2(t) принимают значения в пределах -ξmax…+ξmax. При этом должны выполняться условия и .
где t0 и Т - начальный момент и продолжительность времени анализа.
Длительности сигналов z1(t) и z2(t) равны 2Т. Тогда задержка τ может изменяться от нуля до τmах=Т.
Сигналы z1(t) и z2(t) ограниченны по уровню значениями -1 и +1. Поэтому динамику изменения этих сигналов во времени можно представить с помощью их мгновенных значений в начальный момент времени анализа t0 и отсчетов времени, в которые они пересекают нулевой уровень. Исходя из этого, для сигнала z1(t) будем иметь z1(t0) и . Аналогично для сигнала z2(t) будем иметь z2(t0) и . При этом , и . Всегда можно считать t0=0. Тогда интеграл в (5) можно вычислить аналитически, и будем иметь:
Соотношение (2) справедливо для La<Lb. Если La>Lb, то τbа<0. Тогда:
При этом из (3) следует:
Из (9) видно, что для любого τ∈[0;tmах] имеем τ+τbа ≠ 0, т.е. в этом случае RBA(τ) не достигает максимума. Он будет при τ=-τbа. Для стационарных и стационарно связанных сигналов справедливо свойство RBA(-τ)=RAB(τ). Поэтому следует также вычислять оценку ВКФ:
Для вычисления используются соотношения (6) и (7). При этом сигналы z1(t) и z2(t) меняются местами. Ниже представлена запись основных этапов вычисления La.
1. Формируются знаковые сигналы z1(t) и z2(t).
6. Для τbа определяется местоположение повреждения:
Благодаря бинарному знаковому аналого-стохастическому квантованию, операции умножения, свойственные классическим цифровым алгоритмам, вырождаются в процедуры, которые в основном требуют выполнения логических операций и арифметических операций суммирования и вычитания значений отсчетов времени, формируемых в процессе данного вида квантования. Это исключает методическую погрешность, вызванную выполнением этих операций в цифровом виде, и снижает трудоемкость вычисления оценок ВКФ.
Claims (1)
- Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии, согласно которому на концах контролируемого участка трубопровода устанавливают первый и второй акустические датчики, фиксируют акустическими датчиками генерируемые дефектом акустические колебания и по полученным результатам определяют местоположение дефекта, отличающийся тем, что осуществляют первичное преобразование акустических колебаний с применением бинарного знакового аналого-стохастического квантования, формируют цифровые коды отсчетов времени в моменты смены знака результата бинарного знакового аналого-стохастического квантования, определяют взаимную корреляционную функцию по цифровым кодам отсчетов времени для положительных и отрицательных значений задержки, фиксируют время задержки для максимального значения взаимной корреляционной функции, определяют местоположение дефекта на контролируемом участке трубопровода и регистрируют его.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146468A RU2681424C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146468A RU2681424C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2681424C1 true RU2681424C1 (ru) | 2019-03-06 |
Family
ID=65632833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146468A RU2681424C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2681424C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4428236A (en) * | 1980-09-30 | 1984-01-31 | Kraftwerk Union Aktiengesellschaft | Method of acoustic emission testing of steel vessels or pipelines, especially for nuclear reactor installations |
RU1730917C (ru) * | 1990-08-21 | 1994-12-15 | НТЦ "Нефтепромдиагностика" | Способ определения координаты источника сигналов акустической эмиссии |
RU2063029C1 (ru) * | 1993-01-11 | 1996-06-27 | Научно-технический центр "Нефтепромдиагностика" | Акустико-эмиссионный способ контроля трубопроводов с движущейся жидкостью |
RU2138037C1 (ru) * | 1998-03-20 | 1999-09-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Вектор" | Способ обнаружения коррозионных дефектов в трубопроводах водоснабжения |
RU2207562C1 (ru) * | 2002-01-30 | 2003-06-27 | ООО "НТЦ "Нефтегаздиагностика" | Способ акустико-эмиссионного контроля технического состояния трубопроводов |
JP2005351884A (ja) * | 2004-05-10 | 2005-12-22 | Jfe Engineering Kk | 地中埋設管の腐食検出方法及び装置 |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146468A patent/RU2681424C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4428236A (en) * | 1980-09-30 | 1984-01-31 | Kraftwerk Union Aktiengesellschaft | Method of acoustic emission testing of steel vessels or pipelines, especially for nuclear reactor installations |
RU1730917C (ru) * | 1990-08-21 | 1994-12-15 | НТЦ "Нефтепромдиагностика" | Способ определения координаты источника сигналов акустической эмиссии |
RU2063029C1 (ru) * | 1993-01-11 | 1996-06-27 | Научно-технический центр "Нефтепромдиагностика" | Акустико-эмиссионный способ контроля трубопроводов с движущейся жидкостью |
RU2138037C1 (ru) * | 1998-03-20 | 1999-09-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Вектор" | Способ обнаружения коррозионных дефектов в трубопроводах водоснабжения |
RU2207562C1 (ru) * | 2002-01-30 | 2003-06-27 | ООО "НТЦ "Нефтегаздиагностика" | Способ акустико-эмиссионного контроля технического состояния трубопроводов |
JP2005351884A (ja) * | 2004-05-10 | 2005-12-22 | Jfe Engineering Kk | 地中埋設管の腐食検出方法及び装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110389170B (zh) | 基于Lamb波成像的列车部件裂纹损伤检测方法和系统 | |
KR100937095B1 (ko) | 유도초음파를 이용한 구조건전성 모니터링 방법 | |
US8091427B2 (en) | Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method using guided wave | |
EP2912406B1 (en) | Ultrasonic measurement apparatus and method | |
CN110687208A (zh) | 一种基于双曲线定位的无基准Lamb波损伤监测方法 | |
US10690712B2 (en) | Method for detecting soft faults in a cable, which method is based on the integral of a reflectogram | |
US20160054266A1 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
CN104181234B (zh) | 一种基于多重信号处理技术的无损检测方法 | |
CN111781276A (zh) | 基于分维数的钢轨超声导波缺陷识别与定位方法及装置 | |
US20180306677A1 (en) | Structure abnormality detection device, structure abnormality detection method, storage medium, and structure abnormality detection system | |
Tang et al. | A method based on SVD for detecting the defect using the magnetostrictive guided wave technique | |
RU2681424C1 (ru) | Способ обнаружения дефектов магистральных трубопроводов методом акустической томографии | |
KR20100090912A (ko) | 유도초음파를 이용한 구조건전성 모니터링 방법 | |
CN117233257A (zh) | 检测方法、装置、设备及存储介质 | |
KR101579896B1 (ko) | 다중 대역 신호를 이용한 케이블 상태 분석 시스템 및 방법 | |
KR101646981B1 (ko) | 구조물의 안전성 평가를 위한 데이터 처리 시스템 및 그 방법 | |
CN116522085A (zh) | 一种全自动拉索频率提取、定阶和索力识别方法与应用 | |
US10620162B2 (en) | Ultrasonic inspection methods and systems | |
CN110274961A (zh) | 基于pec检测管道微观缺陷非线性声发射系统识别方法 | |
US11624687B2 (en) | Apparatus and method for detecting microcrack using orthogonality analysis of mode shape vector and principal plane in resonance point | |
CN105005296B (zh) | 一种基于相位斜率指标的控制过程非线性振荡回路定位方法 | |
US20120053895A1 (en) | Method and system for evaluating the condition of a collection of similar elongated hollow objects | |
Henry et al. | Sensor validation via ultrasonic signal processing analysis | |
CN110032758B (zh) | 计算电信号的能量的方法、装置和计算机存储介质 | |
Zhang et al. | The identification of accurate and computationally efficient arrival time pick-up method for acoustic tomography |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201229 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211215 |