УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ВЫЯВЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ И МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области дефектоскопии металлоконструкций и может быть использована на магистральных трубопроводах.
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 11608U1. 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.
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 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, RU2264617C2.
Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, так как при проведении реальных измерений при перемещении магнитных датчиков в постоянном магнитном поле возникают большие помехи, компенсация которых отсутствует.
Известно устройство для бесконтактного выявления наличия и местоположения дефектов металлического трубопровода, содержащее систему датчиков магнитного поля в виде феррозондов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок генерации и деление 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 также содержит блок акселерометров, блок усиления сигналов датчиков магнитного поля, блок аналогового вычитания и блок питания датчиков магнитного поля в виде генератора переменного тока, 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, RU 55989 U1.
Устройство патента RU 55989 обеспечивает повышение точности измерений устройства за счет обеспечения компенсации помех, возникающих вследствие перемещения магнитных датчиков в постоянном магнитном поле.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Однако, этому устройству свойственны определенные недостатки.
Применяемые в качестве датчиков магнитного поля феррозонды требуют для их питания (возбуждения) наличие генераторов переменного тока; использованный в прототипе «обычный низкочастотный генератор переменного тока» дает на выходе синусоидальное напряжение с гармониками высших порядков. Это обусловливает серьезные погрешности и даже ошибки в выявлении и определении местоположения дефектов металлического трубопровода. Кроме того, использованные в прототипе в качестве датчиков магнитного поля феррозонды, ввиду наличия собственной индуктивности и обусловленной этим нелинейностью частотной характеристики, весьма чувствительны к помехам в виде посторонних электромагнитных полей, что также отрицательно сказывается на точности работы устройства. Следует также отметить, что в устройстве-прототипе сигнал с выхода генератора подается непосредственно на второй вход блока усиления сигналов датчиков, а на первый вход этого блока подается сигнал от системы датчиков, и в блоке усиления эти сигналы сравниваются.
Разница в указанных сигналах связана с наличием флуктуаций магнитного поля, вызванных дефектами трубопровода. В блоке усиления происходит усиление разностного сигнала. Это требует высокого коэффициента усиления этого блока, что ведет к увеличению чувствительности устройства к помехам (шумам).
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности выявления и определения местоположения дефектов металлического трубопровода.
Согласно полезной модели в устройстве 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, блок акселерометров, блок усиления сигналов датчиков магнитного поля, блок аналогового вычитания и блок питания датчиков магнитного поля, 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, выход блока питания датчиков магнитного поля соединен со входом системы датчиков магнитного поля, выход которой соединен с первым входом блока усиления сигналов датчиков магнитного поля, 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 акселераторов, а второй выход блока управления соединен со входом блока отображения информации, в качестве датчиков магнитного поля использованы магниторезисторы, при этом блок питания датчиков магнитного поля выполнен в виде стабилизированного источника постоянного тока.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена блок-схема устройства.
Устройство включает систему 1 датчиков магнитного поля, в качестве которых использованы магниторезисторы. В конкретном примере это - система из четырех магниторезисторов типа НМС 1053 фирмы HONEYWELL, 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.
Блок 12 питания датчиков магнитного поля представляет собой стабилизированный источник постоянного тока, содержащий аккумулятор напряжением 12 В со схемой стабилизации тока, выполненной в данном примере на микросхеме ОРА 369 фирмы TEXAS Instruments.
Выход блока 3 генерации и деления частоты соединен с первым входом АЦП 2, первый выход блока 4 управления соединен со входом блока 8 памяти.
Выход клавиатуры 5 соединен с третьим входом блока 4. Выход блока 12 питания датчиков магнитного поля соединен со входом системы 1 датчиков магнитного поля. Выход системы 1 соединен с первым входом блока 10 усиления сигналов датчиков магнитного поля.
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.
Устройство работает следующим образом.
Система 1 датчиков магниторезисторов фиксирует магнитное поле магистрального трубопровода. Стабилизированный источник 12 постоянного тока обеспечивает питанием все четыре магниторезистора. 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 обеспечивает работу АЦП с выбранной частотой квантования сигналов датчиков, составляющей 30 Гц.
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 датчиков от вертикали по двум направлениям; по выбору и запросу оператора на мониторе отображаются результаты регистрации компонентов магнитного поля.
Два акселерометра, составляющие блок 9, фиксируют и отражают на экране блока 6 углы отклонения системы 1 датчиков от вертикали в реальном времени. Благодаря этому в процессе работы появляется возможность немедленной коррекции положения датчиков системы 1 и перевода их в положение с некоторым минимально 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 позволяет осуществить, практически, полную компенсацию влияния помех, возникающих вследствие перемещения магнитных датчиков в магнитном поле трубопровода вдоль его трассы.
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.
Поскольку магнитные датчики в виде магниторезисторов не имеют собственной индуктивности и обладают чисто активным сопротивлением, они имеют, практически, линейную характеристику и мало чувствительны к воздействию посторонних электромагнитных полей, которые в этом случае могут быть легко отфильтрованы стандартными средствами, в частности, RC-фильтрами. Кроме того, поскольку использование в качестве датчиков магниторезисторов исключает необходимость применения генератора возбуждения, исключаются и помехи в виде гармоник высших порядков, присутствующих в синусоидальном напряжении, создаваемом генератором возбуждения и, соответственно, обусловленные ими погрешности и ошибки в выявлении и определении местоположения дефектов металлического трубопровода.
Важным является и следующее. Датчики магнитного поля в виде магниторезисторов выдают напряжение, прямо пропорциональное напряженности магнитного поля, создаваемого металлическим трубопроводом, значение которой изменяется в случае наличия дефекта трубопровода. При этом в блоке 10 усиления происходит непосредственное усиление сигналов датчиков магнитного поля, а не разностного сигнала. Благодаря этому не требуется высокий коэффициент усиления блока 10, что обеспечивает существенное снижение чувствительности устройства к помехам.
Таким образом, реализация признаков полезной модели обеспечивает уменьшение как собственных помех, издаваемых устройством, так и снижение его чувствительности к внешним помехам, что позволяет повысить точность выявления и определения местоположения дефектов металлического трубопровода.