Устройство для площадной магнитометрической диагностики технического состояния стальных трубопроводов и конструкций

Область техники
Полезная модель относится к области наружного диагностического контроля технических параметров подземного трубопровода и уровня его коррозионной защищенности от влияния окружающей среды на основе выявления аномалий магнитного поля, связанных с дефектами металла трубопровода (конструкции) без снятия теплоизоляции и кожуха трубопровода (конструкции), а также данное устройство позволяет диагностировать металлические емкости различного размера, ферромагнитные опорные конструкции, опорные колонные конструкции добывающих платформ и другие металлические конструкции.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство диагностики технических параметров подземного трубопровод (RU 2634755 С2, опубл. 03.11.2017). Устройство диагностики технических параметров подземного трубопровода содержит узел датчиков постоянного магнитного поля, соединенных с буферными усилителями, соединенными, в свою очередь, с АЦП и микроконтроллером, узел датчиков переменного магнитного поля, соединенных с предусилителями, буферными усилителями, АЦП и микроконтроллером, соединенные в модуль датчиков магнитного поля, блок сбора данных и управления, состоящий из соединенных между собой двух микроконтроллеров, энергонезависимой памяти, GPS-модуль, порт USB, через который микроконтроллер соединяется с персональным компьютером и системой спутниковой навигации GPS, блок преобразователей-акселерометров. При этом блок возбуждения и синхронизации, состоящий из двух генераторов - основного и вспомогательного, микроконтроллера, встроенного во вспомогательный генератор, GPS модулей, встроенных в основной и вспомогательный генераторы.
Недостатком указанного выше устройства является ограниченность его использования, например, невозможность эксплуатации в зимний период, в пустыне.
Кроме того, из уровня техники известен магнитный дефектоскоп для обнаружения поверхностных дефектов трубопроводов (RU 119885 U1, опубл. 07.06.2001, прототип). Магнитный дефектоскоп для обнаружения поверхностных дефектов трубопроводов содержит блок датчиков Холла, который соединен с АЦП, который соединен с процессором, который в свою очередь соединен с запоминающим устройством и видеоконтрольным устройством. Кроме того, магнитный дефектоскоп содержит источник питания, который подключен ко всем модулям и элементам управляющего электронного блока (АЦП, процессор, запоминающее устройство).
Недостаток раскрытого выше магнитного дефектоскопа - низкая точность измерения.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявленной полезной модели является разработка устройства для площадной диагностики технического состояния стальных трубопроводов и металлических конструкций с высокой точностью диагностики.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности и достоверности диагностики технического состояния стальных трубопроводов и металлических конструкций.
Указанный технический результат, достигается за счет того, что устройство для площадной диагностики технического состояния стальных трубопроводов и металлических конструкций содержит корпус, в котором последовательно установлены и соединены между собой блок датчиков Холла, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем в корпусе установлены блок акселерометров, модуль радиосвязи и блок памяти, которые соединены с микроконтроллером.
Краткое описание чертежей
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено
фиг. 1 - Структурная схема устройства, где
1 - блок датчиков Холла; 2 - 24- разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - микроконтроллер; 4 - блок акселерометров; 5 - модуль радиосвязи; 6 - блок источника тока; 7 - блок памяти.
Осуществление полезной модели
Заявленное устройство работает следующим образом.
Оператор устанавливает заявленное устройство над предполагаемой трассой залегания трубопровода таким образом, чтобы линейно расположенные датчики Холла (датчики магнитного поля) в блоке (1) датчиков были ориентированы вдоль предполагаемой трассы залегания трубопровода. В блоке (1) датчиков расположено 16 датчиков Холла, которые принимают сигнал магнитного поля трубопровода, причем каждый датчик Холла обследует свою полосу захвата поверхности трубопровода. Сигналы магнитного поля с блока (1) датчиков Холла поступают в 24-разрядный АЦП (2), в котором происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Оцифрованные данные с АЦП (2) одновременно с измеренными данными ускорения относительно собственных осей, полученными от блока акселерометров (4), поступают в микроконтроллер (3). В микроконтроллере (3) происходит определение ориентации объекта в пространстве (углов крена и тангажа) по данным от блока акселерометров (4) и привязки данных, полученных с блока (1) датчиков Холла, к рассчитанным углам крена и тангажа и формирование общего пакета данных на основе привязки магнитометрических данных, полученных с блока датчиков Холла, к рассчитанным углам крена и тангажа. Сформированный пакет данных через модуль радиосвязи (5) передается на внешнее устройство и дополнительно сохраняется в блок памяти (7). Блок источника тока (6), который соединен с микроконтроллером (3) и подает питание на него. При необходимости, оператор перемещает устройство вдоль предполагаемой трассы залегания трубопровода в новую точку измерения, после осуществления указанных выше операций в микроконтроллере формируется новый общий пакет данных, которые также при помощи модуля радиосвязи (5) передается на внешнее устройство и дополнительно сохраняется в блок памяти (7).
Устройство предназначено для выявления аномалий магнитного поля, связанных с дефектами металла трубопровода (резервуара) без снятия теплоизоляции и кожуха трубопровода (резервуара). Оператор устройства на основе полученных данных с микроконтроллера (3) в режиме реального времени наблюдает результаты магнитного контроля на экране планшетного компьютера в виде цветной площадной карты, где каждый цвет соответствует уровню намагниченности участков трубопровода, что позволяет оператору устройства сразу же отмечать участки поверхности трубопровода или резервуара, в которых следует произвести дополнительный дефектоскопический контроль арбитражным методом - ультразвуковой толщинометрией.
Применение акселерометров позволит выполнить привязку обследованных участков трубопровода (конструкции) относительно точки старта и определить угловое положение устройства относительно трубопровода, что позволяет более точно определить дефект на трубопроводе.
Использование 24-зарядного АЦП позволяет производить более точную оцифровку данных, что повышает точность снятия данных.
Передача данных, обработанных в микроконтроллере (3), позволяет повысить точности и достоверности диагностики технического состояния стальных трубопроводов и конструкций за счет отсутствия проводов (между микроконтроллером и внешним устройством, что позволяет проходить через кустарники, высокую траву, не нарушаю передачу данных (за счет обрыва провода) на внешнее устройство.
Преимущества данного метода состоит в том, что без снятия изоляции осуществляется сплошной непрерывный контроль всей поверхности трубопровода, при этом точно локализуются участки, наихудшие по своему состоянию, в которых необходимо провести контактную диагностику. Благодаря наличию привязки измерений относительно точки старта, в программном обеспечении реализовано построение 3D-модели обследованного трубопровода или другой металлической конструкции (резервуар с изоляцией).
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только ниже следующей формулой полезной модели.