УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ (ВАРИАНТЫ)

Описание полезной модели. G01 N29/00
Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов (варианты).
Область техники.
Полезная модель относится к устройствам для внутритрубного неразрушающего контроля трубопроводов, главным образом уложенных магистральных нефтепроводов и газопроводов путём пропуска внутри контролируемого трубопровода устройства, состоящего из одного или нескольких транспортных модулей, продвигающегося внутри трубопровода за счёт давления потока жидкости (газа), транспортируемой по трубопроводу, с датчиками (ультразвуковыми, магнитными, вихретоковыми, электромагнитно-акустическими, оптическими, тепловыми, механическими (датчиками профиля) и другими датчиками, чувствительными к каким-либо параметрам, отражающим техническое состояние магистрального трубопровода).
Уровень техники.
Известно устройство для измерений и неразрушающего контроля материала уложенных трубопроводов, описанное в патенте США №4909091, МПК:О01 N17/00 от 20.03.90.
Устройство для неразрушающего контроля трубопровода включает в себя: корпус транспортного модуля в виде поршня для пропуска внутри контролируемого трубопровода, источник питания, ультразвуковые датчики для измерения параметров профиля трубопровода и толщины стенки контролируемого трубопровода, датчики пройденного пути, средства выполнения
измерений, обработки и хранения полученных данных измерений на магнитной ленте. Устройство включает в себя вычислительную систему с оперативной памятью объёмом 1 Мбайт и накопителем на магнитной ленте объёмом 5Гбайт. Данные из оперативной памяти записывают в накопитель блоками по 512Кбайт со скоростью 50Кбайт/с, максимально допустимая скорость передачи данных в указанный накопитель составляет 200Кбайт/с.
Известно устройство для внутритрубного неразрушающего контроля трубопроводов, описанное в техническом описании Пайптроникс Ультраскан (Copyright © 1995, Pipetronix GmbH, 76297 Stutensee, Germany). Устройство для неразрушающего контроля трубопроводов, пропускаемое внутри контролируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам контролируемого трубопровода, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему.
Вычислительная система включает в себя процессор iAPX 80С188 с частотой синхронизации ВМгц с 8-ми битовой шиной данных, с б4-Кбайтным PROM, содержащим всё программное обеспечение системы, статическим RAM с батарейной поддержкой. Вычислительная система включает в себя также 16битовый процессор iAPX 80186 с 4Мбайтным RAM, двумя 32Кбайтными EPROM, шиной АЕЗ. Данные из RAM предают в накопитель на магнитной ленте DAT блоками по 1,8Мбайт со скоростью до 1 Мбайт/с через шину SCSI.
Указанные вычислительные системы включают в себя накопитель на магнитной ленте DAT. Записанные в процессе пропуска на такой накопитель данные не могут быть обработаны на борту после записи, поскольку это требует остановки процесса записи на накопитель, содержащий требуемые данные, и перемотку магнитной ленты до нужного места. Кроме того, параметры
вычислительной системы, в первую очередь тактовая частота процессоров и шин и объём RAM, ограничивают число возможных функций обработки цифровых данных на борту, в частности, идентификации особо опасных дефектов, особенно при значительных диаметрах диагностируемых трубопроводов и высоком разрешении диагностирования, когда требуется значительное число датчиков и каналов обработки поступающих данных.
Сущность полезной модели.
1 Заявленное устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, локальную шину обмена данных указанного процессора с внешними устройствами указанной вычислительной системы, оперативную память, шину обмена данных процессора с оперативной памятью, по крайней мере одну программируемую логическую интегральную схему, отличающееся тем, что тактовая частота центрального процессора не менее 266МГц, максимально допустимая частота обмена данными указанной шины обмена данных процессора с внешними устройствами не менее 66МГц, максимальная скорость обмена данными указанной шины обмена данных процессора с внешними устройствами не менее 130Мбайт/с, максимально допустимая частота обмена данными указанной шины обмена данных процессора с оперативной памятью не менее ЮОМГц, максимальная скорость обмена данными шины обмена данных процессора с оперативной памятью не менее
800Мбайт/с.
2Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, отличающееся тем, что тактовая частота центрального процессора не менее 266МГц.
3Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, локальную шину обмена данных указанного процессора с внешними устройствами указанной вычислительной системы, отличающееся тем, что максимально допустимая частота обмена данными указанной шины не менее 66МГц.
4Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один
центральный процессор, локальную шину обмена данных процессора с внешними устройствами указанной вычислительной системы, отличающееся тем, что максимальная скорость обмена данными указанной шины не менее 130Мбайт/с.
5Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, оперативную память, шину обмена данных процессора с оперативной памятью, отличающееся тем, что максимально допустимая частота обмена данными указанной шины не менее 100МГц.
6Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, оперативную память, шину обмена данных процессора с оперативной памятью, отличающееся тем, что максимальная скорость обмена данными указанной шины не менее 800Мбайт/с.
7Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и
хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, оперативную память, шину обмена данных процессора с оперативной памятью, отличающееся тем, что объём указанной оперативной памяти не менее б4Мбайт.
8Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере один центральный процессор, отличающееся тем, что объём внутренней процессорной памяти указанного процессора не менее 1Мбайт.
9Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, отличающееся тем, что указанная вычислительная система включает в себя по крайней мере одну программируемую логическую интегральную схему ПЛИС.
10Устройство по п.9, отличающееся тем, что число вентилей на одном кристалле указанной в п.9 ПЛИС не менее 20000.
11Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам
диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя твердотельный накопитель цифровых данных, отличающееся тем, что объём указанного накопителя не менее 1000Мбайт.
12Устройство по П.11, отличающееся тем, что накопитель выполнен в виде оперативной памяти вычислительной системы.
13Устройство по П.11, отличающееся тем, что накопитель состоит из оперативной памяти и периферийного накопителя.
14Устройство по П.11, отличающееся тем, что максимальная установившаяся скорость записи и чтения данных периферийного накопителя не менее 16Мбайт/с, среднее время доступа к данным в периферийном накопителе не более 0,25мс, средняя потребляемая мощность в рабочем состоянии не более 1вт/Гбайт, допустимая длина шины между контроллером периферийного накопителя и периферийным накопителем не менее 6м, вес периферийного накопителя не более 120г/Гбайт.
15Устройство по П.11, отличающееся тем, что максимальная установившаяся скорость записи и чтения данных периферийного накопителя не менее ЗОМбайт/с, среднее время доступа к данным в периферийном накопителе не более 0,05мс, средняя потребляемая мощность в рабочем состоянии не более бвт/Гбайт.
16Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, вкпючает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему,
указанная вычислительная система включает в себя центральный процессор, оперативную память, твердотельный периферийный накопитель цифровых данных, отличающееся тем, что максимальная установившаяся скорость записисчитывания указанного накопителя не менее ЗМбайт/с.
17Устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, пропускаемое внутри диагностируемого трубопровода, включает в себя корпус, датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, вычислительную систему, указанная вычислительная система включает в себя накопитель цифровых данных, отличающееся тем, что накопитель выполнен в виде памяти по крайней мере одного из типов, голографической либо выполненной на программируемой логической интегральной схеме ПЛИС.
18Устройство по п. 17, отличающееся тем, что число вентилей на одном кристалле указанной в п.17 ПЛИС не менее 200000.
19Устройство по любому из пп.16-17, отличающееся тем, что объём указанного накопителя не менее 1000Мбайт.
20Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что датчики, чувствительные к диагностическим параметрам диагностируемого трубопровода, по крайней мере одного из типов, ультразвуковые, магнитные, электромагнитноакустические, механические датчики профиля трубопровода, установленные по периметру в сечении трубопровода.
21Устройство по П.20, отличающееся тем, что ультразвуковой датчик выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя электрического импульса
энергией возбуждения 80-100мкДж и частотой 4-6МГц.
Заявленное диагностическое устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов целесообразно использовать с вычислительной системой, которая включает в себя по крайней мере один центральный процессор с тактовой частотой не менее 600МГц с максимально допустимой частотой обмена данными указанной шины обмена данных процессора с внешними устройствами не менее 133МГц, максимальной скоростью обмена данными указанной шины обмена данных процессора с внешними устройствами не менее 200Мбайт/с, с оперативной памятью объёмом не менее 256Мбайт, с логическими схемами на ПЛИС с числом вентилей на фисталл не менее 40000 и блоками памяти на ПЛИС с числом вентилей на кристалл не менее 1000000, с максимально допустимой частотой обмена данными шины обмена данных процессора с оперативной памятью не менее 133МГц и максимальной скоростью обмена данными шины обмена данных процессора с оперативной памятью не менее 1200Мбайт/с. Для диагностики трубопроводов сверхбольшой протяженности и/или с помощью датчиков, производящих комплексное обследование трубопроводов, например с помощью ультразвуковых волн, проникающих в стенку трубопровода под непрямым углом к поверхности, целесообразно использовать твердотельные накопители в составе заявленного устройства объёмом 20-200Гбайт и более. В частности, это возможно с помощью накопителей BitMicro более 19Гбайт каждый. Целесообразно исполнение заявленного устройства с электромагнитным маркерным приёмопередатчиком уточнения положения устройства внутри трубопровода с частотой электромагнитного излучения 20-25Гц.
Заявленное устройство предназначено для использования в первую очередь для диагностирования магистральных нефте- и газопроводов, и средства взрывозащиты для указанного устройства удовлетворяют уровню взрывозащиты Взрывобезопасное взрывозащищённое электрооборудование(1) согласно классификации ГОСТ 12.2.020-76 в отношении взрывозащищённого электрооборудования для внутренней и наружной установки.
Заявленное устройство имеет варианты исполнения.
Некоторые варианты исполнения для эксплуатации во взрывоопасных средах класса И-А, П-В и И-С включают в себя взрывонепроницаемую оболочку согласно ГОСТ 22782.6-81 и/или масляное заполнение оболочки согласно ГОСТ 22782.1-77 и/или кварцевое заполнение оболочки согласно ГОСТ 22782.2-77.
В одном из предпочтительных исполнений корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, выполненную из нескольких частей, по крайней мере одно из соединений указанных частей оболочки выполнено неподвижным плоским либо неподвижным цилиндрическим с щелью между указанными частями оболочки, отличающееся тем, что длина щели не менее 25мм, длина щели до отверстия не менее Эмм, ширина щели не более 0,4мм.
В другом предпочтительном исполнении корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, выполненную из нескольких частей, по крайней мере одно из соединений указанных частей оболочки выполнено неподвижным плоским либо неподвижным цилиндрическим с щелью между указанными частями оболочки, отличающееся тем, что свободный объём оболочки более 2000см, длина щели не менее 12,5мм, длина щели до отверстия не менее 8мм, ширина щели не более 0,2мм.
Ji { lOAff3
в другом предпочтительном исполнении корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, выполненную из нескольких частей, по файней мере одно из соединений указанных частей оболочки выполнено неподвижным плоским либо неподвижным цилиндрическим с щелью между указанными частями оболочки, отличающееся тем, что свободный объём оболочки более 2000см, длина щели не менее 12,5мм, длина щели до отверстия не менее 8мм, ширина щели не более 0,15мм.
В другом предпочтительном исполнении корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, выполненную из нескольких частей, по файней мере одно из соединений указанных частей оболочки выполнено неподвижным плоским либо неподвижным цилиндрическим с щелью между указанными частями оболочки, отличающееся тем, что свободный объём оболочки более 2000см, длина щели не менее 25мм, длина щели до отверстия не менее Эмм, ширина щели не более 0,2мм.
В другом предпочтительном исполнении корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, выполненную из нескольких частей, по файней мере одно из соединений указанных частей оболочки выполнено неподвижным цилиндрическим с щелью между указанными частями оболочки , отличающееся тем, что длина щели не менее 40мм, ширина щели не более 0,2мм.
В другом предпочтительном исполнении корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, выполненную из нескольких частей, по крайней мере одно из соединений указанных частей оболочки выполнено неподвижным цилиндрическим с щелью между указанными частями оболочки , отличающееся тем, что свободный объём оболочки более 2000см, длина щели не менее 25мм, ширина щели не более 0,15мм.
Целесообразно исполнение заявленного устройства таким образом, что шероховатость прилегающих поверхностей частей оболочки не более 12,5мкм, указанные поверхности покрыты консистентными смазками либо имеют гальваническое покрытие, в глухих отверстиях толщина стенки с торца и с боков составляет не менее 3мм, болты, винты и шпильки ввинчены на глубину не менее величины их диаметра, гайка навинчена на всю её высоту, части оболочки скреплены между собой не менее чем тремя болтами, соединение частей оболочки корпуса включает резьбовое соединение, резьба выполнена метрической либо трубной цилиндрической, число полных неповреждённых непрерывных ниток резьбы не менее 5, шаг резьбы не менее 0,7мм, свободный объём оболочки более ЮОсм, осевая длина резьбы не менее 8мм.
Целесообразно исполнение заявленного устройства таким образом, что указанные ранее требования к одному из соединений оболочки корпуса выполняются обязательно для всех соединений оболочки и для всех оболочек корпусов, составляющих снаряд-дефектоскоп, пропускаемый внутри диагностируемого трубопровода.
Целесообразно, если корпус заявленного устройства включает в себя оболочку, заполненную гидрофобизированным кварцевым песком с гранулами от 0,25 до 1,6мм, содержанием кварца не менее 96%, влагосодержанием не более 0,05% весовых, средним значением удельного объёмного сопротивления не менее  Ом-см или заполненную маслом оболочку.
Общий технический результат.
Реализация устройства для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов с заявленными параметрами вычислительной системы, входящей в состав устройства, позволяет софатить время на цифровую
обработку измеренных данных в процессе пропуска снаряда-дефектоскопа, соответственно увеличить число функций обработки данных, что позволяет увеличить вероятность идентификации дефектов, которые могут быть отнесены к особо опасным, уже в процессе диагностирования опасного для эксплуатации трубопровода, что позволяет сигнализировать об опасности с помощью маркерной системы.
Описание чертежей.
На фиг.1 изображено устройство для автоматизированного диагностирования магистральных трубопроводов, состоящее из нескольких секций.
На фиг.2 изображена батарейная секция в разрезе.
На фиг.З изображена секция данных в разрезе.
На фиг.4 изображена ультразвуковая секция в разрезе.
На фиг.5 изображена схема, иллюстрирующая работу заявленного устройства и функциональную связь элементов устройства.
На фиг.6 изображена схема, иллюстрирующая работу вычислительной системы заявленного устройства.
На фиг.7 проиллюстрирован результат работы дефектоскопа с изображением характерных элементов трубопроводов.
На фиг.З проиллюстрирован результат работы дефектоскопа с изображением дефектов в виде коррозионных потерь металла.
Сведения, подтверждающие возможность реализации полезной модели.
Транспортное устройство выполнено в виде поршня (скребка) и конструктивно разделено на четыре секции (три транспортных модуля и секцию из двух носителей датчиков), механически и электрически связанные между собой (фиг.1, фиг.5): батарейную секцию 1, секцию данных 2, ультразвуковую секцию 3, секцию носителей 4. Батарейная секция 1, секция данных 2 и ультразвуковая секция 3 конструктивно представляют собой металлические корпуса, включающие герметичные оболочки 21, 31, 41. Внутри корпусов размещены средства измерений и бортовой компьютер 42 (вычислительная система). На секциях установлены полиуретановые манжеты 23, 33, 43, которые обеспечивают движение поршня (скребка) в потоке транспортируемой среды. Секция носителей 4 представляет собой конструкцию, на которой упруго закреплены ультразвуковые датчики. Механически секции связаны между собой карданными соединениями (элементы карданных соединений показаны позициями 24, 34, 44), электрическая связь между секциями осуществляется через внешние межсекционные кабели, защищённые от воздействия внешней среды (разъёмы для межсекционных кабелей 25, 35, 45). Устройство может перенастраиваться под различные диаметры трубопроводов путём замены манжет 23, 33, 43 на секциях, замены секции носителей 4 и одометров 36.
Оболочки корпусов 21, 31, 41 выполнены взрывонепроницаемыми. Щели, образуемые частями взрывонепроницаемых оболочек, удовлетворяют условию взрывонепроницаемости и показаны позициями 27, 37, 46. Свободный объём батарейной секции, секции данных и ультразвуковой секции составляет не менее 2000см1
в результате реализации полезной модели обнаружена возможность выполнения неразрушающего контроля магистральных трубопроводов длиной до 100-ЗООкм, при разрешающей способности не хуже 3,3 мм в продольном направлении и Эмм по периметру. Обеспечивается прохождение транспортного устройства по трубопроводам, имеющим сужение до 85% или овальность до 13% от номинального диаметра, или подкладные кольца толщиной до 8-10мм. Движение транспортного устройства по трубопроводу происходит в потоке транспортируемой среды (дрейф) за счёт поддерживающих и конусных манжет, установленных на корпусах секций и имеющих диаметр, соответствующий внутреннему диаметру трубопровода. Манжеты фиксируют положение изделия относительно продольной оси трубопровода, обеспечивают прохождение изделия через тройники, задвижки.
Батарейная секция 1, показанная на фиг.1, подробно изображена в разрезе на фиг.2, на которой показан также маркерный приёмопередатчик 26 и блок батарейного питания 22, показанный на фиг.5 позицией 505.
Секция данных 2, показанная на фиг.1, подробно изображена в разрезе на фиг.З, на которой показан также блок периферийных накопителей цифровых данных 32, показанный на фиг.5 позицией 527.
Ультразвуковая секция 1, показанная на фиг.1, подробно изображена в разрезе на фиг.4, на которой показан также бортовой компьютер 42, показанный на фиг.5 позицией 523.
Устройство включает в себя (фиг.5) в составе батарейной секции 1: блок батарейного питания 505, модуль включения питания 506, вентилятор батарейной секции 507, бортовую маркерную систему 509.
Выход блока батарейного питания 505 подкпючен к входу модуля включения питания 506. Выход питания модуля включения питания подключен к
вентиляторам секции данных 508, к входам питания бортовой маркерной системы
509,батарейной 1 и ультразвуковой секции 3, секции данных 2, модуля вторичного питания ультразвукового блока 518. Выход сигналов управления (логический выход) модуля включения питания 506 подключен к логическим входам бортовой маркерной системы 509, пьезоиндикатора пассивного состояния
510,модуля согласования 521. Логический вход модуля включения питания 506 подкпючен к логическому выходу модуля согласования 521.
В составе секции данных 2 заявленное устройство содержит: блок периферийных накопителей цифровых данных на твердотельной памяти 527, вентилятор секции данных 508, пьезозвуковой индикатор пассивного состояния 510, маятниковый датчик углового положения транспортного устройства внутри трубопровода 512, датчик внешнего давления 513, гироскопы 514, акселерометры 515, пьезозвуковой индикатор сбора и записи данных 516.
Блок накопителей 527 соединён с бортовым компьютером 523 с помощью шины SCSI. Логические выходы маятникового датчика углового положения транспортного устройства внутри трубопровода 512, датчика внешнего давления 513, гироскопов 514, акселерометров 515 подключены к логическим входам модуля согласования 521, логический выход модуля согласования 521 подключен к логическому входу пьезозвукового индикатора сбора и записи данных 516. Входы питания модулей 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 527 подключены к выходу питания секции данных 2.
В составе ультразвуковой секции 3 заявленное устройство содержит: ультразвуковые блоки 517, модуль вторичного питания ультразвуковых блоков 518, блок управления и синхронизации 519, модуль аналогового и цифрового обмена 520, модуль согласования 521, вентилятор общего охлаждения ультразвуковой секции 522, бортовой компьютер 523, включающий накопитель
цифровых данных 524, автономный источник питания (аккумуляторная батарея) 525, которая обеспечивает энергонезависмость накопителя цифровых данных, вентилятор охлаждения процессора бортового компьютера 526.
Выход питания модуля вторичного питания ультразвукового блока 518 подключен к входу питания ультразвукового блока 517, входы и выходы ультразвукового блока 517 подключены соответственно к выходам и входам ультразвуковых датчиков секции носителей 4 и к выходам и входам блока управления и синхронизации 519. Входы и выходы блока управления и синхронизации 519 подключены соответственно к выходам и входам бортового компьютера 523 и модуля аналогового и цифрового обмена 520. Входы и выходы модуля аналогового и цифрового обмена 520 подключены соответственно к выходам и входам бортового компьютера 523 и модуля согласования 521. Накопитель 524 подключен к бортовому компьютеру 523, вход питания вентилятора 526 подключен к выходу питания бортового компьютера, выход питания автономного источника 525 подключен к входу питания накопителя цифровых данных 524. Входы питания модулей 519, 520, 521, бортового компьютера 523 подключены к выходу питания ультразвуковой секции.
В составе секции носителей 4 носитель датчиков включает полиуретановый элемент, в котором выполнены сквозные отверстия, в отверстиях выполнен выступ с заходной фаской, диаметр отверстия составляет 7-15мм, величина вьютупа над внутренней поверхностью отверстий составляет 2-4мм, глубина среза на датчике не менее указанной величины выступа над поверхностью.
На фиг.6 изображена схема автоматизированной системы, выполняющей цифровую обработку данных измерений на борту. Вычислительная система (бортовой компьютер) 523 включает в себя центральный процессор 63, оперативную память RAM 61, связанную с процессором 63 через шину обмена
данными 62, локальную шину ISA/PCI 64. В шине ISA/PCI установлены: SCSIконтроллер периферийного накопителя 65, модуль аналогового и цифрового обмена 520, блок управления и синхронизации 519; с помощью шины ISA/PCI указанные блоки связаны с центральным процессором 63. SCSI-шина подключена одним своим концом к SCSI-контроллеру периферийного накопителя 65, а другим концом через межсекциоиные кабели к периферийным Flash-накопителям 524, расположенным в секции данных 2.
Бортовой компьютер автоматизированной системы снаряда-дефектоскопа выполнен на основе материнской платы ASUS Р2В-В с центральным процессором Intel Pentium 450Мгц с пакетно-конвейерной вторичной кэш-памятью Pipelined Burst Level 2, с Intel 440ВХ AGPset, с тремя модулями SDRAM по 256Мбайт с частотой шины обмена данными с процессором до ЮОМгц и скоростью передачи данных до 800Мбайт/с, с ISA/PCI локальной шиной с частотой до ЮОМгц. В качестве периферийных накопителей используются Flash-накопители BitMicro объёмом до 19Гбайт каждый или RAM-диски Quantum Rushmore Ultra Series или Imperial Technology объёмом до 3-7Гбайт каждый. Ультразвуковые блоки 517, блок управления и синхронизации 519 и модуль аналогового и цифрового обмена выполнены на основе программируемых логических интегральных микросхем ПЛИС с числом вентилей на одном кристалле 40000. С указанными ПЛИС связаны модули памяти, выполненные также на ПЛИС.
В основу неразрушающего контроля трубопровода положен иммерсионный импульсный ультразвуковой метод диагностики. Данный метод предусматривает полное погружение датчика и исследуемого объекта в жидкость, импульсное облучение объекта ультразвуковыми сигналами, приём и обработку отражённых сигналов от объекта. По характеристикам переданного и принятого сигналов вырабатывается заключение о свойствах контролируемого объекта.
Ультразвуковые датчики располагают на некотором постоянном удалении от внутренней поверхности стенки трубопровода, расстояние от ультразвуковых датчиков до стенки трубопровода постоянно измеряют, при этом обеспечивают постоянное обмывание ультразвуковых датчиков средой транспортирования.
Ультразвуковой датчик возбуждают коротким электрическим импульсом амплитудой до 200В, длительностью до 0,2мкс и энергией возбуждения до ЭОмкДж. Датчик преобразует электрический импульс в акустическую волну с частотой колебаний до 5Мгц, фокусирует акустическую волну, образуя пятно облучения 3-9мм на поверхности, находящейся на расстоянии не более 30мм от датчика. После некоторой задержки датчик из режима передачи переключается в режим приёма отражённой акустической волны. Часть энергии акустической волны отражается от первой границы раздела сред (внутренняя поверхность стенки трубопровода). Другая часть энергии волны проникает внутрь стенки трубопровода и, дойдя до второй границы раздела сред (внешняя поверхность стенки трубопровода) также отражается от неё. Вторичные переотражения от обеих поверхностей продолжаются до полного затухания энергии волны. Ультразвуковой датчик принимает отражённые волны, преобразует их в электрический сигнал.
Принятый сигнал проходит аналоговую обработку. При превышении установленного порога по напряжению первым отражённым сигналом происходит запрет приёма сигнала на некоторое время, по прошествии которого принимается вторая акустическая волна, отражённая от внешней поверхности стенки трубы, и преобразуется в электрический сигнал. При превышении установленного порога по напряжению вторым сигналом происходит запрет приёма акустических волн.
Отражённые сигналы имеют форму затухающих синусоидальных полуволн положительной и отрицательной полярности. Срабатывание запретов происходит
по первой полуволне.
Все аналоговые сигналы от датчиков, включая интервалы времени между первой и второй акустическими волнами, преобразуются в цифровые коды, проходят цифровую обработку, и полученные данные записывают в накопители (RAM и/или в периферийные).
Зондирование полной поверхности трубопровода по окружности обеспечивается использованием расчётного количества ультразвуковых датчиков, установленных по окружности с шагом 8-9мм. Информация по всем датчикам определяет одно полное сечение. Введено разбиение всех ультразвуковых датчиков на группы по N датчиков в группе. Осуществляется периодический запуск одновременно для каждого п-го датчика во всех группах. Например, при шести группах запускаются одновременно шесть ультразвуковых датчиков по одному в каждой группе. Для зондирования полного сечения трубопровода с типоразмером 20 с помощью 192 ультразвуковых датчиков, разбитых на шесть групп, проводится 32 запуска, последовательно по каждому датчику группы. Управление запуском датчиков, приём отражённых сигналов, оцифровку сигналов от всех датчиков группы выполняет один ультразвуковой блок 517 фиг.5. Количество ультразвуковых блоков определяется общим количеством ультразвуковых датчиков для различных типоразмеров трубопроводов. Так, для типоразмера 20 используются 192 датчика и 6 ультразвуковых блоков, для типоразмера 16 используются 160 датчиков и 5 ультразвуковых блоков, для типоразмера 14 используются 144 датчика и 5 ультразвуковых блоков.
Длина пройденного в трубопроводе пути измеряется с помощью двух независимых одометрических систем 511. Каждый одометр состоит из свободно вращающегося колеса определённого диаметра, поддерживающей штанги с длинами, соответствующими различным диаметрам трубопроводов, и пружин,
прижимающих колёса к стенкам трубопровода. На колёсах крепятся постоянные магниты. На штангах установлены электромагнитные датчики, преобразующие магнитное поле, создаваемое магнитом колеса, в электрические импульсы. Подсчёт количества импульсов одометров ведётся в трёх независимых счётчиках: счётчика первого одометра, второго одометра и счётчика результирующего приращения. Через определённые интервалы времени (1-2с) анализируются приращения от двух одометров, выбирается наибольшее приращение и суммируется в счётчике результирующего приращения.
Для определения текущего поворота транспортного устройства по углу вокруг продольной оси трубопровода и для привязки угла поворота изделия к системе координат трубопровода используется маятниковая система 512. В качестве датчика углового положения используется жидкостный маятник, который преобразует угловое положение в эквивалентное напряжение. Выходное напряжение маятника в зависимости от угла поворота изменяется линейно от О до 5В по пилообразному закону.
Для определения положения дефектов относительно внешних ориентиров (на местности) используется маркерная система, которая включает бортовую маркерную систему 509 в составе антенны и бортового маркерного приёмопередатчика, наземное оборудование в составе комплектов наземного маркерного передатчика и низкочастотного локатора. Связь осуществляется посредством низкочастотных электромагнитных волн с несущей частотой около до 22Гц. Бортовой приёмопередатчик настроен на поочерёдный приём (до 1с) и передачу (до 0,4с). Наземный приёмник (низкочастотный локатор) принимает сигналы борта и выдаёт оператору визуальную (световую) и звуковую сигнализацию. Бортовой приёмник принимает сигналы от наземного маркерного передатчика, который устанавливается оператором перед моментом прохода
транспортным устройством маркерного пункта. Бортовая маркерная система вырабатывает выходные сигналы, которые поступают в систему управления транспортным устройством.
Цифровые данные от счётчиков одометров, датчика углового положения, гироскопов, акселерометров, маркера вместе с оцифрованными данными от ультразвуковых датчиков образуют основную информацию пропуска, которая обеспечивает выявление дефектов, их привязку по дистанции, по внешним ориентирам (маркерным пунктам), по угловому положению.
В составе дополнительной информации диагностического пропуска регистрируется информация о давлении, температуре, о текущих значениях напряжения питания, об ошибках при сборе и регистрации данных.
Система управления питанием обеспечивает включение и отключение основных цепей питания в соответствии с параметрами диагностического пропуска, программируемыми при подготовке изделия к пропуску.
Цифровую обработку всех данных измерений выполняет бортовой компьютер 523, в частности в процессе диагностического пропуска выполняются алгоритмы сжатия и прореживания цифровых данных.
В основу алгоритма сжатия данных положен метод выделения номинального значения по каждому ультразвуковому датчику за определённое количество сечений. Если в потоке данных встречаются последовательные значения, совпадающие с номиналом в пределах допуска, то вместо этой последовательности записывается служебный байт, определяющий признак сжатия информации (старший бит) и количество повторений (младшие 7 бит) номинального значения. Номиналы определяются в каждом кадре ультразвуковой информации длиной 336 сечений для каждого ультразвукового датчика и записываются в заголовок кадра. В качестве номинала выбирается значение,
наиболее часто встречающееся в анализируемом кадре ультразвуковой информации.
Алгоритм прореживания данных задействуется при скоростях пропуска меньше ожидаемых. При скорости меньше ожидаемой разрешающая способность в продольном направлении улучшается. В результате одна и та же область поверхности зондируется несколько раз. При прореживании определённые сечения из ультразвуковой информации отбрасываются с таким расчётом, чтобы обеспечить постоянство разрешающей способности в продольном направлении на уровне 3,3мм.
Бортовой компьютер 523 передаёт цифровые данные ультразвуковой и дополнительной информации пропуска, записывает их в накопитель цифровых данных на элементах флэш-памяти с SCSI-интерфейсом объёмом до 6,8 Гбайт каждый. Полный объём накопителя может изменяться в процессе эксплуатации. Максимальная дистанция, которая может быть продиагностирована за один диагностический пропуск, пропорциональна объёму накопителя цифровых данных, скорости транспортного устройства внутри трубопровода, коэффициенту сжатия данных, периоду формирования и записи кадра ультразвуковой информации и обратно пропорциональна размеру кадра ультразвуковой информации. Размер кадра ультразвуковой информации- величина постоянная, равная приблизительно 127кбайт. Одновременно допустимая дистанция определяется максимальной ёмкостью батарей, током потребления при сборе информации, скоростью при пропуске.
Так, при ёмкости бортовых накопителей цифровых данных 6800Мб при средней скорости транспортного устройства внутри трубопровода 0,5м/с, периоде формирования и записи кадра 2,2с, коэффициенте сжатия 2,5 максимальная дистанция до полного заполнения накопителя цифровых данных 150км, а при
скорости 1м/с, периоде формирования и записи кадра 1,1с и тех же других параметрах максимальная дистанция 145км.
На фиг.7 и фиг.8 графически показан результат диагностирования трубопровода с помощью заявленной системы в виде двумерного изображения фрагментов трубопроводов: по оси L на графическом изображении отложена длина трубопровода вдоль его оси, по оси LR на графическом изображении отложена длина по периметру в плоскости сечения трубопровода. Черные точки на изображении показывают, что в этих местах на трубе отличие измеренного значения толщины стенки трубы от номинального превышает некоторое пороговое значение. На фиг.7 изображены характерные особенности трубопроводов, идентифицируемые при диагностировании: продольные сварные швы 71 и 72 труб, сварной шов между трубами 73, вантуз 74. На фиг.8 изображены характерные коррозионные дефекты 81 трубопроводов, регистрируемые с помощью заявленного устройства, соответствующие потерям металла стенки трубопровода.