МАГНИТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДЗЕМНЫХ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности средствам бесконтактной диагностики, представляет собой устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов и может быть использована при дефектоскопическом контроле состояния, например напряженно-деформированного состояния металла трубопровода, нарушения целостности трубопровода и изоляционного покрытия и т.п., подземных нефте- и газопроводов и других металлических трубопроводов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля, раскрытое в RU 2155943 С2, опубл. 10.09.200. Устройство содержит феррозондовый датчик и корпус с электрическим разъемом для подсоединения феррозондового датчика, установленного в этом корпусе, к магнитометру, причем один из концов феррозондового датчика выполнен выступающим за габариты корпуса. При этом дополнительно введен другой феррозондовый датчик, установленный в упомянутом корпусе, введены колеса, ось, связывающая колеса с корпусом с возможностью их вращения относительно корпуса, перфорированное колесо, связанное с упомянутыми колесами посредством кинематической передачи с возможностью синхронного вращения колес и перфорированного колеса, фотооптический датчик, установленный с возможностью отсчета перфораций перфорированного колеса. При этом упомянутые феррозондовые датчики установлены в корпусе с возможностью изменения расстояния между ними.
Недостатком известного устройства является использование феррозондовых датчиков магнитного поля, расположенные на одинаковом расстоянии от оси трубопровода, что исключает применение метода градиентометрии. Кроме того, отсутутсвует визуализация данных в режиме реального времени, отсутствие возможности построения полных векторов магнитной индукции, отсутствие функции работы при удаленном доступе, а также значительный шаг сканирования при рабочей скорости 1 м/сек - 0,2 м, что затрудняет обнаружение магнитных аномалий локальных дефектов.
Кроме того, известно устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов, раскрытое в RU 2525462 С1, опубл. 20.08.2014, прототип. Устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов содержит, по меньшей мере, два трехкомпонентных датчика индукции магнитного поля, расположенных на разных уровнях по высоте относительно трубопровода, каждый из которых содержит три измерителя индукции магнитного поля, расположенных, соответственно, по осям координат X, Y, Z, где ось X расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна продольной оси трубопровода, ось Y расположена параллельно продольной оси трубопровода, ось Z перпендикулярна осям X и Y, а также содержащее первый и второй усилители, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), устройство определения разности значений индукции магнитного поля по осям X, Y, Z, контроллер, блок памяти и устройство отображения информации. При этом первый, второй и третий измерители первого трехкомпонентного датчика соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами первого усилителя, первый, второй и третий измерители второго трехкомпонентного датчика соединены, соответственно с первым, вторым и третьим входами второго усилителя, выходы первого и второго усилителей соединены, соответственно, с первым и вторым входами АЦП, первый выход контроллера соединен с блоком памяти, а второй его выход соединен с устройством отображения информации. Причем устройство дополнительно содержит блок определения величины и направления полного вектора индукции магнитного поля, измеряемой первым трехкомпонентным датчиком, блок определения величины и направления полного вектора индукции магнитного поля, измеряемой вторым трехкомпонентным датчиком, и блок определения разности и угла между полными векторами индукции магнитного поля, измеряемой первым и вторым трехкомпонентными датчиками, устройство определения разности значений индукции магнитного поля по осям X, Y, Z выполнено в виде блока цифрового вычитания. При этом первый выход АЦП соединен со входом блока цифрового вычитания, выход которого соединен с первым входом контроллера, вход блока определения направления полного вектора магнитной индукции первым трехкомпонентным датчиком соединен со вторым выходом АЦП, а выход этого блока соединен с первым входом блока определения разности и угла между полными векторами первого и второго трехкомпонентных датчиков, вход блока определения полного вектора магнитной индукции вторым трехкомпонентным датчиком соединен с третьим выходом АЦП, а выход этого блока соединен со вторым входом блока определения разности и угла между полными векторами первого и второго трехкомпонентных датчиков, выход которого соединен со вторым входом контроллера.
Недостатками, раскрытого устройства для диагностики технического состояния металлических трубопроводов является большое количество отдельных блоков с кабельными связями, затрудняющими проведение полевых работ в условиях лесной и кустарниковой растительности. Отсутствует блок пространственной привязки.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка устройства магнитометрической диагностики, в котором отсутствуют кабельные соединения, значительно затрудняющие работу в условиях лесной и кустарниковой растительности, способного в полевых условиях осуществлять первичную математическую обработку данных, что позволяет визуализировать любые данные из массива измеряемых компонент поля в процессе производства измерений, вычислять и отображать полные вектора магнитной индукции в нескольких точках пространства, вносить комментарии и присоединять видео- и фотофайлы, получать точные координаты и присоединять их к каждому измерению, а также, управлять всеми режимами устройства в режиме удаленного доступа..
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что магнитный дефектоскоп для диагностики подземных стальных трубопроводов содержит корпус, в котором расположены по крайней мере два магниторезистивных датчиков магнитного поля, каждый из которых содержит по три преобразователя магнитного поля, расположенных, соответственно, по осям координат X, Y, Z, по крайней мере два усилителя входы которых связаны с соответствующими им магниторезистивными датчиками магнитного поля, выходы усилителей соединены с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход которого связан с входом блока беспроводной передачи данных. При этом блок беспроводной передачи данных выполнен с возможностью передачи данных магнитометрии на планшетный полевой компьютер с подключенным к нему блоком пространственной привязки. При этом планшетный полевой компьютер выполнен с возможностью обработки данных магнитометрии и передачи управляющих сигналов на блок беспроводной передачи данных, при этом по крайней мере два магниторезистивных датчиков магнитного поля расположены в корпусе на разной высоте.
Магниторезистивные датчики магнитного поля выполнены трехкомпонентными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятна из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Структурная схема устройства.
1 - первый магниторезистивный датчик магнитного поля; 2 - второй магниторезистивный датчик магнитного поля; 3 - первый преобразователь магнитного поля 1-го датчика; 4 - второй преобразователь магнитного поля 1-го датчика; 5 - третий преобразователь магнитного поля 1-го датчика; 6 - первый преобразователь магнитного поля 2-го датчика; 7 - второй преобразователь магнитного поля 2-го датчика; 8 - третий преобразователь магнитного поля 2-го датчика; 9 - усилитель 1-го датчика магнитного поля; 10 - усилитель 2-го датчика магнитного поля; 11 - АЦП; 12 - блок беспроводной передачи данных; 13 - полевой планшетный компьютер; 14 - блок пространственной привязки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Магнитный дефектоскоп для диагностики подземных стальных трубопроводов содержит корпус, в котором расположены по крайней мере два магниторезистивных датчиков магнитного поля (1, 2), каждый из которых содержит по три преобразователя магнитного поля (3, 8), расположенных, соответственно, по осям координат X, Y, Z, по крайней мере два усилителя (9, 10) входы которых связаны с соответствующими им магниторезистивными датчиками магнитного поля (1, 2), выходы усилителей (9, 10) соединены с входом АЦП (11), выход которого связан с входом блока беспроводной передачи данных (12). При этом блок беспроводной передачи данных (12) выполнен с возможностью передачи данных магнитометрии на планшетный полевой компьютер (13) с подключенным к нему блоком пространственной привязки (14). При этом планшетный полевой компьютер (13) выполнен с возможностью обработки данных магнитометрии и передачи управляющих сигналов на блок беспроводной передачи данных (12), при этом по крайней мере два "магниторезистивных датчиков магнитного поля (1, 2) расположены в корпусе на разной высоте.
Магниторезистивные датчики магнитного поля (1, 2) выполнены трехкомпонентными.
Устройство содержит от 2-х до 4-х трехкомпонентными магниторезистивными датчиками (1, 2) магнитного поля.
В качестве блока пространственной привязки используют GPS-трекер, GPS-приемник, GNSS-система.
Устройство работает следующим образом.
Оператор перемещает устройство, закрепленное на нем, вдоль предполагаемой трассы залегания трубопровода. Магнитное поле трубопровода воспринимается трехкомпонентными магниторезистивными датчиками (1, 2) магнитного поля, каждый из которых содержит по три преобразователя магнитного поля (3-8), расположенных ортогонально. В случае применения двух трехкомпонентных магниторезистивных датчиков (1, 2) магнитного поля, они расположены в корпусе на разной высоте, что позволяет расположить их на разных уровнях по высоте относительно трубопровода. Корпус выполнен в виде цилиндра или прямоугольника, при этом трехкомпонентные магниторезистивные датчики (1, 2) магнитного поля закреплены в верхней и нижней частях корпуса. Совокупность преобразователей (3, 4, 5) позволяет получить величину магнитного поля по трем координатам X, Y, Z на более удаленном от трубопровода уровне, а совокупность преобразователей (6, 7, 8) - на уровне, более близком к трубопроводу. Трехкомпонентные магниторезистивные датчики (1, 2) магнитного поля преобразуют магнитное поле в напряжение, пропорциональное величине магнитной индукции, которое подается на соответствующие каждому трехкомпонентные магниторезистивные датчики (1, 2) магнитного поля усилители 9 и 10, а затем на АЦП (11), в котором происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Сигнал с АЦП (11) через блок беспроводной линии связи (12) поступает на полевой планшетный компьютер (13), работающий в программе «Vizor» и закрепленный на операторе. Наличие блока пространственной привязки (14), подключенного к планшетному компьютеру (13), позволяет определить положение оператора с устройством, перемещаемого вдоль трассы трубопровода. Программа полевого планшетного компьютера (13) обрабатывает цифровой сигнал с получением данных о величине и направлении полного вектора магнитной индукции, измеряемых каждым трехкомпонентным магниторезистивным датчиком (1, 2) магнитного поля, данных о разности и угла между полными векторами индукции магнитного поля, а также данных о градиенте магнитной индукции по каждой отдельной оси - X, Y, Z.
В случае применения 4-х магниторезистивных датчиков, на одном конце корпуса закреплена штанга, концы которой выступают за габариты корпуса и на которых закреплены два дополнительных магниторезистивных датчиков. При перемещении корпуса дефектоскопа вдоль трассы трубопровода два магниторезистивных датчика находятся на разной высоте от оси трубопровода, а остальные два магниторезистивных датчиков - по разные стороны от оси трубопровода.
Благодаря тому, что в данном устройстве при помощи магниторезистивных датчиков определяется не только градиент индукции магнитного поля по осям X, Y, Z, но и определяется угол между полными векторами на различных уровнях от трубопровода и их разность, обеспечивается повышение точности измерения и возможность наиболее полно определить картину магнитного поля трубопровода и, соответственно, величину и форму флуктуации магнитного поля, которые связаны с различными повреждениями трубопровода, в том числе и с теми, которые не определяются только по градиенту индукции магнитного поля.
Полевой планшетный компьютер кроме обработки сигналов позволяет подавать питание на датчики, отправлять сигнал на разрешение измерения, регулировать частоту опроса датчиков. Кроме того при проведении работ в зонах аномально низких или высоких температур, когда полевой планшетный компьютер может работать неустойчиво, предусмотрена бесконтактная передача данных с антенной системы на управляющий компьютер с помощью системы WI-FI. При этом инженер-геофизик может находиться в автомобиле на расстоянии до 100 м от оператора, движущегося по трассе трубопровода
Применение в заявленном устройстве трехкомпонентных магниторезистивных датчиков магнитного поля позволяет повысить точность измерения за счет повышения частоты опроса применяемых датчиков, за счет снижения инерционности применяемых датчиков, обеспечивающих снижение шага измерения (при скорости оператора 0,5 м/с, шаг измерения снижается с 0,25 м до 1,7 см), что позволяет выявить точечные дефекты; исключить погрешность измерения из-за температурной зависимости (температурный дрейф нуля); повысить помехоустойчивость при электромагнитном загрязнении (например, ЛЭП); низкая остаточная намагниченность применяемых датчиков позволяет повысить точность показаний.
Передача сигналов, обработанных в АЦП, позволяет повысить точность измерения за счет отсутствия проводов (между АЦП и средством обработки сигналов (полевой планшетный компьютер), что позволяет проходить через кустарники, высокую траву, не нарушаю передачу данных (за счет обрыва провода) на средство обработки сигналов.
Полезная модель была раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только ниже следующей формулой полезной модели.