RU55989U1

RU55989U1 - DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF THE PRESENCE AND LOCATION OF DEFECTS OF METAL PIPELINE

Info

Publication number: RU55989U1
Application number: RU2006109443/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Саксон; Александр Алексеевич Елисеев; Владимир Всеволодович Семенов; Антон Борисович Кочеров; Евгений Исаакович Крапивский
Original assignee: Валерий Михайлович Саксон
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2006-08-27

Abstract

Полезная модель относится к области дефектоскопии металлоконструкций и может быть использована на магистральных трубопроводах. Устройство для бесконтактного выявления наличия и местоположения дефектов металлического трубопровода, содержащее систему датчиков магнитного поля, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок генерации и деления частоты, блок управления, клавиатуру, блок отображения информации, блок абсолютной географической привязки, блок памяти, при этом выход блока генерации и деления частоты соединен с первым входом АЦП, первый выход блока управления соединен со входом блока памяти, выход клавиатуры соединен с третьим входом блока управления; дополнительно содержит блок акселерометров, блок усиления сигналов датчиков магнитного поля, блок аналогового вычитания и генератор возбуждения датчиков магнитного поля, при этом первый выход генератора соединен со входом системы датчиков, выход которой соединен с первым входом блока усиления сигналов датчиков магнитного поля, ко второму входу которого подсоединен второй выход генератора, а к первому выходу блока усиления сигналов датчиков магнитного поля подсоединен второй вход АЦП, к третьему входу которого подсоединен выход блока аналогового вычитания, ко входу которого подключен второй выход блока усиления сигналов датчиков, выход АЦП подключен к первому входу блока управления, ко второму входу которого подключен выход блока абсолютной географической привязки, к четвертому входу блока управления подсоединен выход блока акселерометров, а второй выход блока управления соединен со входом блока отображения информации. Задачей настоящей полезной модели является повышение точности измерений устройства за счет обеспечения компенсации помех, The utility model relates to the field of metal inspection and can be used on trunk pipelines. A device for contactless detection of the presence and location of defects in a metal pipeline, comprising a system of magnetic field sensors, an analog-to-digital converter (ADC), a frequency generation and division unit, a control unit, a keyboard, an information display unit, an absolute geographical reference unit, a memory unit, the output of the frequency generation and division unit is connected to the first input of the ADC, the first output of the control unit is connected to the input of the memory unit, the keyboard output is connected to the third input of the control unit; further comprises an accelerometer unit, a magnetic field sensor signal amplification unit, an analog subtraction unit and a magnetic field sensor excitation generator, wherein the first output of the generator is connected to an input of a sensor system, the output of which is connected to a first input of a magnetic field sensor signal amplification unit, to the second input of which the second output of the generator is connected, and the second input of the ADC is connected to the first output of the amplification block of the signals of the magnetic field sensors, the output of the block is connected to the third input of it analog subtraction, to the input of which the second output of the sensor signal amplification unit is connected, the ADC output is connected to the first input of the control unit, the output of the absolute geographical reference unit is connected to the second input, the output of the accelerometer unit is connected to the fourth input of the control unit, and the second output of the control unit is connected with the input of the information display unit. The objective of this utility model is to increase the measurement accuracy of the device by providing interference compensation,

возникающих вследствие перемещения магнитных датчиков в постоянном магнитом поле.arising from the movement of magnetic sensors in a constant magnetic field.

Description

Полезная модель относится к области дефектоскопии металлоконструкций и может быть использована на магистральных трубопроводах.The utility model relates to the field of metal inspection and can be used on trunk pipelines.

Известно устройство бесконтактного магнитометрического контроля наличия и местоположения дефекта трубопровода, содержащее датчики регистрации, соединенные с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с блоком памяти, блок управления, соединенный через узел управления записью и адресный узел с блоком памяти, кварцевый генератор, соединенный с делителем частоты, пороговый блок, соединенный с блоком световой и звуковой сигнализации, автоматический индикатор разряда батарей, RU 11608 U1. Недостатком данного устройства являются низкая чувствительность, не позволяющая регистрировать дефекты трубопроводов небольших диаметров с большой глубиной заложения, а также дефекты, вызывающие незначительные отклонения уровня напряженно-деформированного состояния от фоновых значений.A device for non-contact magnetometric monitoring of the presence and location of a pipeline defect, comprising registration sensors connected to an analog-to-digital converter connected to a memory unit, a control unit connected via a recording control unit and an address unit to a memory unit, a crystal oscillator connected to a frequency divider, threshold unit connected to the light and sound signaling unit, automatic battery discharge indicator, RU 11608 U1. The disadvantage of this device is its low sensitivity, which does not allow to register defects in pipelines of small diameters with a large depth of laying, as well as defects that cause slight deviations of the level of stress-strain state from background values.

Известно устройство для бесконтактного выявления наличия и местоположения дефектов металлических трубопроводов, содержащее систему датчиков регистрации магнитного поля, соединенную с аналого-цифровым преобразователем, кварцевый генератор с делителем частоты, блок управления, блок порогового уровня, соединенный с блоком звуковой и световой индикации, автоматический индикатор разряда батарей, блок отображения информации, блок вычисления градиентов магнитного поля, блок ситуационных привязок и блок абсолютной географической привязки, сегмент запоминающего устройства, блок выбора сегмента записи и блок управления записью, блок управления соединен с блоком ситуационных привязок, блоком абсолютной географической привязки, блоком выбора A device is known for non-contact detection of the presence and location of defects in metal pipelines, comprising a system of sensors for detecting a magnetic field connected to an analog-to-digital converter, a crystal oscillator with a frequency divider, a control unit, a threshold level unit connected to an audio and light indication unit, an automatic discharge indicator batteries, information display unit, magnetic field gradient calculation unit, situational reference unit and absolute geographical reference unit and, a storage segment, a recording segment selection unit and a recording control unit, the control unit is connected to a situational reference unit, an absolute geographical reference unit, a selection unit

сегмента записи и блоком управления записью, соединенный с блоком вычисления градиентов магнитного поля, блок выбора сегмента записи соединен с сегментом запоминающего устройства, соединенного через блок вычисления градиентов магнитного поля с блоком отображения информации, соединенным с блоком порогового уровня и автоматическим индикатором разряда батарей, аналого-цифровой преобразователь соединен с блоком вычисления градиентов магнитного поля, RU 2264617 C2.a recording segment and a recording control unit connected to the magnetic field gradient calculation unit, the recording segment selection unit is connected to a storage device segment connected through the magnetic field gradient calculation unit to an information display unit connected to a threshold level unit and an automatic battery discharge indicator, a digital converter is connected to the magnetic field gradient calculation unit, RU 2264617 C2.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.This technical solution was made as a prototype of this utility model.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений, так как при проведении реальных измерений при перемещении магнитных датчиков в постоянном магнитном поле возникают большие помехи, компенсация которых в прототипе отсутствует.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of the measurements, since when real measurements are carried out when moving the magnetic sensors in a constant magnetic field, large interference occurs, the compensation of which is not in the prototype.

Задачей настоящей полезной модели является повышение точности измерений устройства за счет обеспечения компенсации помех, возникающих вследствие перемещения магнитных датчиков в постоянном магнитном поле.The objective of this utility model is to increase the accuracy of measurements of the device by providing compensation for interference arising from the movement of magnetic sensors in a constant magnetic field.

Согласно полезной модели устройство для бесконтактного выявления наличия и местоположения дефектов металлического трубопровода, содержащее систему датчиков магнитного поля, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок генерации и деления частоты, блок управления, клавиатуру, блок отображения информации, блок абсолютной географической привязки, блок памяти, при этом выход блока генерации и деления частоты соединен с первым входом АЦП, первый выход блока управления соединен со входом блока памяти, выход клавиатуры соединен с третьим входом блока управления; устройство дополнительно содержит блок акселерометров, блок усиления сигналов датчиков магнитного поля, блок аналогового вычитания и генератор возбуждения датчиков магнитного поля, при этом первый выход генератора соединен со входом According to a utility model, a device for non-contact detection of the presence and location of defects in a metal pipeline, comprising a system of magnetic field sensors, an analog-to-digital converter (ADC), a frequency generation and division unit, a control unit, a keyboard, an information display unit, an absolute geographical reference unit, a memory unit while the output of the frequency generation and division unit is connected to the first input of the ADC, the first output of the control unit is connected to the input of the memory unit, the keyboard output is connected to the third input home control unit; the device further comprises an accelerometer unit, an amplification unit for the signals of the magnetic field sensors, an analog subtraction unit and an excitation generator for the magnetic field sensors, the first output of the generator being connected to the input

системы датчиков, выход которой соединен с первым входом блока усиления сигналов датчиков магнитного поля, ко второму входу которого подсоединен второй выход генератора, а к первому выходу блока усиления сигналов датчиков магнитного поля подсоединен второй вход АЦП, к третьему входу которого подсоединен выход блока аналогового вычитания, ко входу которого подключен второй выход блока усиления сигналов датчиков, выход АЦП подключен к первому входу блока управления, ко второму входу которого подключен выход блока абсолютной географической привязки, к четвертому входу блока управления подсоединен выход блока акселерометров, а второй выход блока управления соединен со входом блока отображения информации.a sensor system, the output of which is connected to the first input of the magnetic field sensor signal amplification unit, the second output of the generator is connected to the second input, and the second ADC input is connected to the first output of the magnetic field sensor signal amplification unit, the output of the analog subtraction unit is connected to its third input, to the input of which the second output of the sensor signal amplification unit is connected, the ADC output is connected to the first input of the control unit, to the second input of which the output of the absolute geographic unit is connected binding, the output of the accelerometer unit is connected to the fourth input of the control unit, and the second output of the control unit is connected to the input of the information display unit.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена блок-схема устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of the device.

Устройство включает систему 1 датчиков магнитного поля. В конкретном примере это система из четырех трехкомпонентных феррозондов, на чертеже для его упрощения показаны как единая система 1. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 собран на микросхеме ЕКЖБ.467605.009. Блок 3 генерации и деления частоты представляет собой совокупность кварцевого генератора и делителя частоты, объединенных в микросхеме КР 1024. Блок 4 управления собран на базе КНПС.467441.001. Клавиатура 5 представляет собой панель управления НИКО.467126.061. Блок 6 отображения информации представляет собой матричный жидкокристаллический индикатор LM 42248 B6-WNY. Блок 7 абсолютной географической привязки представляет собой приемник GPS 4600 LS. Блок 8 памяти собран на основе FLASH-памяти типа КНПС.467669.001. Блок 9 представляет собой совокупность двух горизонтальных акселерометров на базе микросхем ADXL 311 и AD 8642. Блок 10 представляет собой стандартный усилитель для усиления сигналов датчиков магнитного поля. Блок 11 силового вычитания сигналов собран на микросхеме ОР 297.The device includes a system 1 of magnetic field sensors. In a specific example, this is a system of four three-component flux probes; to simplify it, they are shown in the drawing as a single system 1. The analog-to-digital converter (ADC) 2 is assembled on the EKZHB.467605.009 chip. Block 3 of the generation and division of the frequency is a combination of a crystal oscillator and a frequency divider, combined in a chip KR 1024. The control unit 4 is assembled on the basis of KNPS.467441.001. Keyboard 5 is a NIKO. 467126.061 control panel. The information display unit 6 is an LM 42248 B6-WNY matrix liquid crystal display. Block 7 absolute geographic reference is a GPS receiver 4600 LS. The memory unit 8 is assembled on the basis of FLASH-memory of the type KNPS.467669.001. Block 9 is a combination of two horizontal accelerometers based on ADXL 311 and AD 8642 microchips. Block 10 is a standard amplifier for amplifying the signals of magnetic field sensors. Block 11 power subtraction of signals collected on the chip OR 297.

Генератор 12 возбуждения датчиков магнитного поля представляет собой обычный низкочастотный генератор переменного тока.The magnetic field sensor excitation generator 12 is a conventional low frequency alternating current generator.

Выход блока 3 генерации и деления частоты соединен с первым входом АЦП 2, первый выход блока 4 управления соединен со входом блока 8 памяти.The output of the unit 3 for generating and dividing the frequency is connected to the first input of the ADC 2, the first output of the control unit 4 is connected to the input of the memory unit 8.

Выход клавиатуры 5 соединен с третьим входом блока 4. Первый выход генератора 12 возбуждения датчиков магнитного поля соединен со входом системы 1 датчиков. Выход системы 1 соединен с первым входом блока 10 усиления сигналов датчиков магнитного поля, ко второму входу которого подключен второй выход генератора 12.The output of the keyboard 5 is connected to the third input of the unit 4. The first output of the generator 12 for exciting magnetic field sensors is connected to the input of the sensor system 1. The output of the system 1 is connected to the first input of the signal amplification unit 10 of the magnetic field sensors, to the second input of which a second output of the generator 12 is connected.

Первый выход блока 10 подключен ко второму входу АЦП 2, второй выход блока 10 соединен со входом блока 11 аналогового вычитания, выход которого соединен с третьим входом АЦП 2. Выход АЦП 2 соединен с первым входом блока 4 управления, ко второму входу которого подключен выход блока 7 абсолютной географической привязки. К четвертому входу блока 4 подсоединен выход блока 9 акселерометров, второй выход блока 4 соединен со входом блока 6 отображения информации.The first output of block 10 is connected to the second input of the ADC 2, the second output of block 10 is connected to the input of the analog subtraction unit 11, the output of which is connected to the third input of the ADC 2. The output of the ADC 2 is connected to the first input of the control unit 4, to the second input of which the block output is connected 7 absolute geographic reference. The output of unit 9 of the accelerometers is connected to the fourth input of unit 4, the second output of unit 4 is connected to the input of information display unit 6.

Устройство работает следующим образом. Система 1 датчиков фиксирует магнитное поле магистрального трубопровода. Генератор 12 возбуждения датчиков обеспечивает током возбуждения все четыре узла феррозондовых датчиков и напряжением коммутации, удвоенной по отношению к частоте тока возбуждения. Выходные аналоговые сигналы датчиков поступают на второй вход АЦП 2 и на вход блока 11 аналогового вычитания. С выхода блока 11, где производится аналоговое вычитание одноименных компонентов магнитного поля, расположенных в разных точках трубопровода, полученные разности поступают на вход АЦП 2. Кварцевый генератор 3 с делителем частоты обеспечивают работу АЦП с выбранной частотой квантования сигналов датчиков, составляющей 30 Гц.The device operates as follows. The sensor system 1 captures the magnetic field of the main pipeline. The sensor excitation generator 12 provides an excitation current to all four nodes of the flux-gate sensors and a switching voltage doubled with respect to the frequency of the excitation current. The output analog signals of the sensors are fed to the second input of the ADC 2 and to the input of the block 11 analog subtraction. From the output of block 11, where the analogous subtraction of the magnetic field components of the same name located at different points of the pipeline is performed, the differences obtained are fed to the input of the ADC 2. A crystal oscillator 3 with a frequency divider provides the ADC with a selected quantization frequency of the sensor signals of 30 Hz.

Сигналы от блока 7 абсолютной географической привязки, от блока 9 акселерометров, от АЦП 2 поступают на блок 4 управления с клавиатурой 5. Запись зарегистрированных сигналов совместно со служебной информацией осуществляется в блоке 8 памяти. Блок 6 отображает информацию о наличии или отсутствии спутников системы GPS, углы отклонения системы феррозондовых датчиков от вертикали по двум направлениям, по выбору и запросу оператора на мониторе отображаются результаты регистрации компонентов магнитного поля.The signals from block 7 of the absolute geographic reference, from block 9 of the accelerometers, from the ADC 2 are sent to the control unit 4 with the keyboard 5. Recording of the recorded signals together with the service information is carried out in the memory unit 8. Block 6 displays information about the presence or absence of GPS satellites, the angles of deviation of the fluxgate sensor system from the vertical in two directions, at the choice and request of the operator, the results of recording the magnetic field components are displayed on the monitor.

Повышение точности наблюдений достигается за счет наличия двух акселерометров, фиксирующих и отражающих на экране блока 6 углы отклонения системы феррозондовых датчиков от вертикали в реальном времени. Благодаря этому в процессе работы появляется возможность немедленной коррекции положения датчиков системы 1, в положение с некоторым минимальным достижимым отклонением их осей от вертикалей в двух плоскостях. Благодаря этому компоненты магнитного поля трубопровода и их градиенты измеряются с более высокой точностью. Кроме того, информация об указанных минимально достижимых отклонениях служит основой для внесения поправок в нужном месте (что обеспечивается блоком 7) на стадии обработки полученных результатов, что обеспечивает, практически, полную компенсацию влияния помех, возникающих вследствие перемещения магнитных датчиков в магнитном поле трубопровода вдоль его трассы.Improving the accuracy of observations is achieved due to the presence of two accelerometers that fix and reflect on the screen of block 6 the angles of deviation of the flux-probe system from the vertical in real time. Due to this, in the process of operation, it becomes possible to immediately correct the position of the sensors of the system 1, in a position with some minimum achievable deviation of their axes from the verticals in two planes. Due to this, the components of the magnetic field of the pipeline and their gradients are measured with higher accuracy. In addition, information on the indicated minimum attainable deviations serves as the basis for making corrections in the right place (which is provided by block 7) at the stage of processing the results, which provides almost complete compensation for the influence of interference arising from the movement of magnetic sensors in the magnetic field of the pipeline along it tracks.

После внесения поправок в блоке 8 памяти фиксируются фоновые значения компонентов магнитного поля трубопровода и градиентов этого поля, и затем на основе классической статистической обработки выделяются аномальные значения интегральных параметров поля, соответствующих наличию дефектов трубопровода и их местоположению.After making corrections, in the memory unit 8, the background values of the components of the magnetic field of the pipeline and the gradients of this field are fixed, and then, based on classical statistical processing, the anomalous values of the integral field parameters corresponding to the presence of pipeline defects and their location are selected.

Claims

A device for contactless detection of the presence and location of defects in a metal pipeline, comprising a system of magnetic field sensors, an analog-to-digital converter (ADC), a frequency generation and division unit, a control unit, a keyboard, an information display unit, an absolute geographical reference unit, a memory unit, the output of the frequency generation and division unit is connected to the first input of the ADC, the first output of the control unit is connected to the input of the memory unit, the keyboard output is connected to the third input of the control unit, ex characterized in that it further comprises an accelerometer block, a magnetic field sensor signal amplification unit, an analog subtraction unit and a magnetic field sensor excitation generator, the first output of the generator being connected to an input of a sensor system, the output of which is connected to a first input of a magnetic field sensor signal amplifying unit, to the second input of which the second output of the generator is connected, and to the first output of the amplification unit of the signals of the magnetic field sensors, the second input of the ADC is connected, to the third input of which the output of the analog subtraction unit is single, to the input of which the second output of the sensor signal amplification unit is connected, the ADC output is connected to the first input of the control unit, the output of the absolute geographical reference unit is connected to the second input, the output of the accelerometer unit is connected to the fourth input of the control unit, and the second output is connected the control unit is connected to the input of the information display unit.