МАГНИТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована при дефектоскопическом контроле состояния (наличия несанкционированных врезок, участков напряженно-деформированного состояния металла трубопровода, нарушения целостности трубопровода и изоляционного покрытия и т.п.) нефте- и газопроводов, а также других подземных металлических трубопроводов.
Известен магнитный дефектоскоп для контроля состояния металла трубопровода, содержащий кварцевый генератор, делитель частоты, триггер Шмидта, формирователь линейной функции, пороговое устройство, цифровой индикатор, датчики регистрации откликов магнитного поля металла (феррозонды), индивидуальные каналы его функционального преобразования в электрический сигнал, образованные последовательно соединенными феррозондами, усилителями и синхронными детекторами, отличающееся тем, что в устройство введены блок электронных ключей, аналоговый преобразователь, блок модуля, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буфер мощности, узел перебора пределов, узел перебора чувствительности, узел обнуления фона, блок управления, автоматический индикатор разряда батарей и светозвуковая индикация превышения порога, при этом выходы двух индивидуальных каналов подключены к блоку электронных ключей, выходы которых через аналоговый преобразователь соединены с входом блока модуля и аналоговым входом узла перебора пределов, выход последнего подключен к АЦП, соединенному с цифровым индикатором, выход блока модуля соединен с управляющим входом узла перебора пределов и с входом порогового устройства, соединенным со светозвуковой индикацией превышения порога, вход буфера мощности подключен к выходу формирователя линейной функции, а выход его соединен с феррозондами, к управляющим входам усилителей подключен узел перебора чувствительности, узел обнуления фона соединен с входом блока электронных ключей, блок управления подключен на управляющие входы блока электронных ключей и цифрового индикатора, а узел автоматической индикации разряда батарей подключен к цифровому индикатору, RU11608U1.
Это устройство характеризуется недостаточной скоростью осуществления контроля состояния трубопровода, а также отсутствием точной привязки результатов контроля к местности.
Известен магнитный дефектоскоп (интроскоп) для контроля подземных трубопроводов без вскрытия грунта, содержащий преобразователь магнитного поля, контроллер и видеоконтрольный терминал, введены широкополосный усилитель, фильтр высокой частоты, формирователь импульсов, амплитудный детектор, нормирующий усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, причем, преобразователь магнитного поля располагается на поверхности грунта, непосредственно над трубопроводом, выход преобразователя магнитного поля подсоединен к последовательно включенным широкополосному усилителю, фильтру высокой частоты, амплитудному детектору, нормирующему усилителю, аналогово-цифровому преобразователю, контроллеру и видеоконтрольному терминалу, первый вход контроллера подключен к выходу видеоконтрольного терминала, а второй - к выходу формирователя импульсов, связанного входом с выходом фильтра преобразователя, а второй - со входом преобразователя магнитного поля, RU2187100 С2.
Устройство не обеспечивает необходимой надежности обнаружения дефектов металлического трубопровода, поскольку не позволяет получить пространственные характеристики магнитного поля трубопровода и фиксацию этих характеристик.
Кроме того, устройство обнаруживает только сформировавшиеся стресс-коррозионные участки и не обнаруживает участки с высокой концентрацией механических напряжений, а также места выраженных механических колебаний трубопроводов, что чревато образованием впоследствии трещин.
Некоторое повышение надежности контроля состояния металлического трубопровода, а также возможность определения участков с высокой концентрацией механических напряжений и заметными механическими колебаниями трубопроводов обеспечивает магнитный дефектоскоп для контроля подземных металлических трубопроводов без вскрытия грунта, содержащий первый преобразователь магнитного поля, контроллер с клавиатурой, блок отображения информации, первый широкополосный усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем преобразователь магнитного поля расположен над поверхностью грунта над трубопроводом, при этом выход АЦП соединен с первым входом контроллера, выход клавиатуры соединен с четвертым входом контроллера, второй выход контроллера соединен со входом блока отображения информации, дополнительно содержит второй преобразователь магнитного поля, второй широкополосный усилитель, первый и второй программно управляемые аттенюаторы, блок аналогового вычитания, блок питания преобразователей магнитного поля в виде генератора возбуждения, промежуточный блок памяти, блок пространственной привязки, блок памяти и блок акселерометров, первый преобразователь магнитного поля содержит не менее двух феррозондовых датчиков, которые установлены вдоль оси трубопровода, второй преобразователь магнитного поля содержит не менее двух феррозондовых датчиков, которые установлены над поверхностью грунта вдоль линии, перпендикулярной продольной оси трубопровода и поверхности грунта, при этом первый выход генератора возбуждения преобразователей магнитного поля соединен со входом первого преобразователя магнитного поля, второй его выход соединен со входом второго преобразователя магнитного поля, третий его выход соединен со вторым входом первого широкополосного усилителя, четвертый его выход соединен со вторым входом второго широкополосного усилителя, первый выход которого соединен со вторым входом блока аналогового вычитания, первый вход которого соединен с первым выходом первого широкополосного усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого программно управляемого аттенюатора, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя магнитного поля, первый выход блока аналогового вычитания соединен с первым входом промежуточного блока памяти, а второй его выход соединен с четвертым входом промежуточного блока памяти, выход которого соединен со входом АЦП, второй выход первого широкополосного усилителя соединен со вторым входом промежуточного блока памяти, третий вход которого соединен со вторым выходом второго широкополосного усилителя, первый выход контроллера соединен со вторым входом первого программируемого аттенюатора, третий выход контроллера соединен со вторым входом второго программируемого аттенюатора, третий вход контроллера соединен с выходом блока акселерометров, четвертый выход контроллера соединен со входом блока памяти, а второй вход контроллера соединен с выходом блока пространственной привязки, RU 55990 U1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Этому устройству свойственны определенные недостатки.
Примененные в преобразователях магнитного поля в качестве датчиков магнитного поля феррозонды требуют для их питания (возбуждения) наличия генератора переменного тока, который дает на выходе синусоидальное напряжение, как правило, с гармониками высших порядков, обусловливающими серьезные погрешности и даже ошибки в определении состояния металлического трубопровода. Кроме того, использованные в прототипе в качестве датчиков магнитного поля феррозонды, ввиду наличия собственной индуктивности и обусловленной этим нелинейности частотной характеристики, весьма чувствительны к помехам в виде посторонних электромагнитных полей, что также отрицательно сказывается на точности работы устройства.
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности определения состояния подземного металлического трубопровода за счет уменьшения влияния внешних помех, а также за счет снижения собственных помех устройства.
Согласно полезной модели в магнитном дефектоскопе для контроля подземных металлических трубопроводов без вскрытия грунта, содержащий первый и второй преобразователи магнитного поля, первый преобразователь магнитного поля содержит не менее двух датчиков магнитного поля, которые установлены вдоль оси трубопровода, второй преобразователь магнитного поля содержит не менее двух датчиков магнитного поля, которые установлены вдоль линии, перпендикулярной продольной оси трубопровода и поверхности грунта, контроллер с клавиатурой, блок отображения информации, первый и второй усилители, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй программно управляемые аттенюаторы, блок аналогового вычитания, блок питания преобразователей магнитного поля, промежуточный блок памяти, блок пространственной привязки, блок памяти и блок акселерометров, преобразователи магнитного поля расположены над поверхностью грунта над трубопроводом, при этом первый выход блока питания преобразователей магнитного поля соединен со входом первого преобразователя магнитного поля, второй его выход соединен со входом второго преобразователя магнитного поля, первый выход второго усилителя соединен со вторым входом блока аналогового вычитания, первый вход которого соединен с первым выходом первого усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого программно управляемого аттенюатора, вход которого соединен с выходом первого преобразователя магнитного поля, первый выход блока аналогового вычитания соединен с первым входом промежуточного блока памяти, а второй его выход соединен с четвертым входом промежуточного блока памяти, выход которого соединен со входом АЦП, второй выход первого усилителя соединен со вторым входом промежуточного блока памяти, третий вход которого соединен со вторым выходом второго усилителя, первый выход контроллера соединен со вторым входом первого программно управляемого аттенюатора, третий выход контроллера соединен со вторым входом второго программно управляемого аттенюатора, первый вход которого соединен с выходом второго преобразователя магнитного поля, а выход соединен со входом второго усилителя, третий вход контроллера соединен с выходом блока акселерометров, четвертый выход контроллера соединен со входом блока памяти, второй вход контроллера соединен с выходом блока пространственной привязки, выход АЦП соединен с первым входом контроллера, выход клавиатуры соединен с четвертым входом контроллера, второй выход контроллера соединен со входом блока отображения информации, в качестве датчиков магнитного поля использованы магниторезисторы, при этом блок питания преобразователей магнитного поля выполнен в виде стабилизированного источника постоянного тока.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 - схема размещения преобразователей магнитного поля.
Магнитный дефектоскоп для контроля подземного металлического трубопровода 1 находится под поверхностью грунта 2, как правило, на глубине 1,5÷3 м. Устройство содержит первый преобразователь 3 магнитного поля и второй преобразователь 9 магнитного поля. Преобразователи 3 и 9 содержат не менее двух датчиков магнитного поля, в качестве которых использованы магниторезисторы, в частности, типа НМС 1053 фирмы HONEYWELL. Магниторезисторы первого преобразователя 3 установлены над поверхностью грунта 2 вдоль линии 19, параллельной продольной оси 20 трубопровода 1. Магниторезисторы второго преобразователя 9 установлены над поверхностью грунта вдоль линии 21, перпендикулярной продольной оси 20 трубопровода 1 и поверхности грунта 2. Контроллер 4 представляет собой процессор КНПС.467441.001. С четвертым входом контроллера 4 соединен выход клавиатуры 5, в данном примере, типа НИКО.467126.061. Блок 6 отображения информации представляет собой жидкокристаллическую матрицу LM4228. Первый и второй усилители 7 и 10, соответственно, выполнены на микросхемах AD8642 и AD8643. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 представляет собой двухпроцессорный вычислитель КНПС.466512.001. Выход АЦП 8 соединен с первым входом контроллера 4, второй выход которого соединен со входом блока 6. Первый и второй программно управляемые аттенюаторы 11 и 12, соответственно, представляют собой микросхему К572 ПА1. Блок 13 аналогового вычитания выполнен на базе микросхемы ОР 297. Блок 14 питания преобразователей магнитного поля представляет собой стабилизированный источник постоянного тока, содержащий аккумулятор напряжением 12 В со схемой стабилизации тока на микросхеме ОРА 369 фирмы TEXAS Instruments. Промежуточный блок 15 памяти представляет собой микросхему К561.КП2. Блок 16 пространственной привязки представляет собой приемник GPS типа 4600LS. Блок 17 памяти представляет собой микросхему КНПС.467669.001. Блок 18 акселерометров собран на микросхемах ADXL311 и AD8642.
Устройство работает следующим образом.
Магнитное поле металлического трубопровода 1 воспринимается первым и вторым преобразователями 3 и 9 магнитного поля. Преобразователь 3 воспринимает компоненты магнитного поля, имеющие градиент вдоль оси 19, а преобразователь 10 воспринимает компоненты магнитного поля, имеющие градиент вдоль оси 21, перпендикулярной оси 19. Таким образом, совокупность преобразователей 3 и 9 позволяет получить пространственную картину магнитного поля трубопровода. Преобразователи 3 и 9 преобразуют флуктуации магнитного поля в напряжение, пропорциональное величине магнитной индукции, которое подается, соответственно, на входы аттенюаторов 11 и 12. С помощью клавиатуры 5 через контроллер 4 и аттенюаторы 11 и 12 устанавливают такой режим работы усилителей 7 и 10, чтобы уровни сигналов на выходе аттенюаторов не превосходили динамический диапазон усилителей 7 и 10. С выходов усилителей 7 и 10 сигналы подаются на блок 13 аналогового вычитания и на блок 15 промежуточной памяти. Блок 13 позволяет получить разность сигналов от усилителей 7 и 10, которая поступает в блок 15. Все поступающие в блок 15 сигналы запоминаются и по заданному алгоритму подаются в АЦП 8, где аналоговые сигналы преобразуются в цифровой код и в цифровом виде подаются в контроллер 4. Кроме того, в контроллер 4 поступают сигналы от блока 16 (приемник GPS) и блока 18 акселерометров. С помощью сигналов от блока 18 обеспечивается коррекция отклонений положения преобразователей 3 и 9 от вертикали и горизонтали. Результаты обработки поступившей в контроллер 4 информации отображаются на мониторе блока 6 и заносят в блок 17 памяти (flash-память).
Благодаря тому, что в преобразователях магнитного поля использованы датчики в виде магниторезисторов, которые не имеют собственной индуктивности и обладают чисто активным сопротивлением, они имеют, практически, линейную характеристику, устройство мало чувствительно к воздействию посторонних электромагнитных полей, которые в этом случае могут быть легко отфильтрованы стандартными средствами, в частности, RC-фильтрами. Кроме того, поскольку использование в преобразователях магнитного поля магниторезисторов исключает необходимость применения генератора возбуждения, исключаются и собственные помехи в виде гармоник высших порядков, присутствующих в синусоидальном напряжении, создаваемом генератором возбуждения и, соответственно, обусловленные ими погрешности в определении состояния металлического трубопровода.