Устройство для бесконтактной магнитометрической диагностики технического состояния стальных трубопроводов с учетом величины фонового магнитного поля
DEVICE FOR NON-CONTACT MAGNETOMETRIC DIAGNOSTICS OF TECHNICAL STATE OF STEEL PIPELINES TAKING INTO ACCOUNT THE VALUE OF BACKGROUND MAGNETIC FIELD

Устройство относится к исследованиям покрытых поверхностей, например, для магнитной диагностики стальных трубопроводов без удаления изоляционного покрытия, в частности, к средствам бесконтактной диагностики, и представляет собой устройство для диагностики технического состояния стальных трубопроводов и может быть использовано при дефектоскопическом контроле.
Устройство содержит два трехкомпонентных датчика индукции магнитного поля, расположенных на разных уровнях по высоте относительно трубопровода, первый и второй усилители, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), контроллер, блок памяти и устройство отображения информации. Дополнительно устройство содержит третий трехкомпонентный датчик индукции магнитного поля, расположенный вне зоны влияния магнитного поля трубопровода, третий усилитель, второй АЦП, устройство беспроводной передачи данных и блок коррекции сигнала.
Известно устройство для диагностики технического состояния металлического трубопровода, содержащее систему датчиков магнитного поля, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок генерации и деления частоты, блок управления, клавиатуру, блок отображения информации, блок географической привязки, блок памяти, блок акселерометров, блок усиления сигналов датчика 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 первым входом блока усиления сигналов датчиков магнитного поля, к первому выходу блока усиления сигналов датчиков магнитного поля подсоединен 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 (см. патент RU 86015 U1).
Недостатком такого технического решения является возможность измерения только двух компонент магнитного поля трубопровода, а именно, по продольной оси трубопровода (ось Y) и по вертикальной оси (ось Z). К тому же, в устройстве нет коррекции результатов измерения магнитного поля трубопровода в соответствии с изменениями внешнего магнитного поля Земли. Неполная картина магнитного поля и отсутствие коррекции измерений обусловливает значительные погрешности результатов измерений.
Известен, также, магнитный дефектоскоп для контроля подземных металлических трубопроводов без вскрытия грунта, содержащий первый и второй преобразователи магнитного поля, первый преобразователь содержит не менее двух датчиков магнитного поля, которые установлены вдоль оси трубопровода, второй преобразователь 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 аттеньюаторы, 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, первых вход которого соединен с первым выходом первого усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого программно-управляемого аттеньюатора, 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 аттеньюатора, третий контроллера соединен со вторым входом второго программно-управляемого аттеньюатора, 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 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 (см. патент RU 86316 U1).
Данное техническое решение обеспечивает некоторое повышение точности определения состояния трубопровода за счет уменьшения влияний внешних помех, а, также, снижения собственных помех устройства, однако оно сохраняет все недостатки описанного выше аналога, поскольку измерение магнитного поля трубопровода осуществляется только по двум осям - Y и Z, и устройство не содержит блока коррекции данных в зависимости от уровня фонового магнитного поля.
Известно устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов, описанное в патенте RU 2453760 С2. Устройство включает два трехкомпонентных датчика индукции магнитного поля, которые расположены на разных уровнях по высоте относительно контролируемого трубопровода. Каждый из датчиков содержит три измерителя индукции магнитного поля, расположенных 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. Устройство также содержит усилители сигналов измерителей, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), контроллер, блок памяти и устройство отображения информации.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостаток прототипа состоит в том, что в процессе диагностики трубопровода не учитываются изменения фонового магнитного поля, которое складывается из магнитного поля Земли и локальных флуктуаций магнитного поля, связанных с магнитными свойствами грунта на протяжении обследуемого участка трубопровода. Раньше для учета этих изменений приходилось производить отход с трассы трубопровода, измерять значение фонового поля, и учитывать при интерпретации данных магнитометрической диагностики. Это значительно снижало производительность работ и усложняло дешифровку данных.
Известно устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов, содержащее, 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, отличающееся тем, что 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 (см., патент RU 2525462 С1).
Устройство обеспечивает значительное повышение достоверности магнитометрических данных ввиду того, что измерение полных векторов магнитной индукции происходит с учетом направления векторов с определением угла между ними. Однако, в данном дефектоскопе отсутствует коррекция данных измерения магнитного поля трубопровода в зависимости от величины внешнего (фонового) магнитного поля.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостаток прототипа состоит в том, что в процессе диагностики трубопровода не учитываются изменения фонового магнитного поля, которое складывается из магнитного поля Земли и локальных флуктуаций магнитного поля, связанных с магнитными свойствами грунта на протяжении обследуемого участка трубопровода. Раньше для учета этих изменений приходилось производить отход с трассы трубопровода, измерять значение фонового поля, и учитывать при интерпретации данных магнитометрической диагностики. Это значительно снижало производительность работ и усложняло дешифровку данных.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение достоверности данных магнитометрической диагностики за счет учета величины фонового магнитного поля.
Согласно изобретению, устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов, содержащее два трехкомпонентных датчика индукции магнитного поля, расположенные на разных уровнях относительно трубопровода, и дополнительно третий трехкомпонентный датчик магнитного поля, находящийся вне зоны влияния магнитного поля трубопровода, на расстоянии 10-20 м в зависимости от диаметра трубопровода. Каждый из датчиков содержит три измерителя магнитного поля, расположенных 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, второй и дополнительно третий усилители, первый и дополнительно второй аналоговый преобразователь, дополнительно устройство беспроводной передачи данных, дополнительно устройство коррекции сигнала, контроллер, блок памяти и блок 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, первый, второй и третий измерители третьего трехкомпонентного датчика соединены соответственно с первым вторым и третьим входами третьего усилителя, выходы первого и второго усилителя соединены соответственно с первым и вторым входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход третьего усилителя соединен со входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого АЦП соединен с первым входом устройства коррекции сигнала, выход второго АЦП соединен со входом устройства беспроводной передачи данных, выход которого соединен со вторым входом устройства коррекции сигнала, выход устройства коррекции сигнала соединен со входом контроллера, первый выход контроллера соединен со входом блока памяти, а второй выход контроллера соединен со входом устройства отображения информации.
Заявителем не выявлены какие-нибудь технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Реализация отличительных признаков полезной модели обеспечивает принципиально новое свойство объекта (технический результат), состоящее в обеспечении возможности коррекции данным магнитометрической диагностики трубопровода в зависимости от фонового (внешнего) магнитного поля.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображена блок-схема устройства;
- на фиг. 2 - схема, иллюстрирующая расположение датчиков относительно трубопровода.
Устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов 1 содержит три трехкомпонентных датчика магнитного поля. Датчики 2,3 расположены на разных уровнях по высоте относительно трубопровода, датчик 4 расположен вне зоны влияния магнитного поля трубопровода на расстоянии не менее 15 диаметров трубопровода. Датчик 2 содержит измерители 5, 6, 7 датчик 3 - измерители 8, 9, 10 а датчик 4 измерители 11,12,13 индукции магнитного поля. В качестве измерителей 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 используются измерители индукции HONEYWELL НМС1053. Устройство содержит первый 14, второй 15 и третий 16 усилители, выполненные на базе микросхем AD8642. В качестве АЦП 17 и 18 использованы микросхемы КНПС.466512.001 Устройство беспроводной передачи данных 20 выполнено на базе Bluetooth приемника-передатчика ВК 8000L. Устройство коррекции сигнала 19 выполнено на базе контроллера типа Melsek-FSG. Устройство для диагностики технического состояния трубопроводов содержит, также, контроллер 22 на базе микросхемы КНПС.467441.001, блок памяти 21 на базе микросхемы КНПС.467669.001, устройство 23 отображения информации, представляющее собой жидкокристаллический монитор LM 4228.
Выходы измерителей 5, 6, 7 первого трехкомпонентного датчика соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами первого усилителя 14. Выходы измерителей 8, 9, 10 второго трехкомпонентного датчика соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами второго усилителя 15. Выходы измерителей 11, 12, 13 соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами третьего усилителя 16. Выходы первого 14 и второго 15 усилителя соединены, соответственно с первым и вторым входами первого АЦП 17, выход третьего усилителя 16 соединен со входом второго АЦП 18, выход первого АЦП 17 соединен с первым входом блоком коррекции сигнала, выход второго АЦП 18 соединен со входом устройства беспроводной передачи данных 20, выход устройства беспроводной передачи данных соединен со вторым входом устройства коррекции сигнала 19, выход устройства коррекции сигнала соединен со входом контроллера 22, первый выход контроллера соединен со входом блока памяти 21, второй выход контроллера соединен со входом блока отображения информации 23.
Устройство работает следующим образом.
Магнитное поле трубопровода 1 воспринимается измерителями 5, 6, 7 первого 2 и 8, 9, 10 второго 3 трехкомпонентного датчика, а, также, измерителями 11, 12, 13 третьего датчика 4, находящегося вне зоны действия магнитного поля трубопровода. Совокупность измерителей 5, 6, 7. позволяет получить картину магнитного поля по трем координатам X,Y,Z на более удаленном от трубопровода уровне, совокупность измерителей 8, 9, 10 позволяет получить картину магнитного поля трубопровода на уровне, более близком к трубопроводу, а совокупность измерителей 11, 12, 13 позволяют получить картину фонового магнитного поля. Измерители 5, 6, 7; 8, 9, 10, и 11, 12, 13 преобразуют магнитное поле в напряжение, пропорциональное величине магнитной индукции этого поля; напряжение подается на усилители 14, 15, 16. С выходов усилителей 14, 15 аналоговые сигналы подаются на первый и второй входы первого АЦП 17, где преобразуются в цифровой код и подаются на устройство коррекции сигнала 19; а с выхода усилителя 16 на вход второго АЦП 18, где преобразуются в цифровой код и подается на вход устройства беспроводной передачи данных 20, с выхода которого сигнал передается на второй вход устройства коррекции сигнала, с выхода которого откорректированный сигнал передается на вход контроллера 22, первый выход контроллера 22 соединен со входом блока памяти, второй выход контроллера соединен со входом устройства отображения информации.
Таким образом, на вход контроллера 22 поступает сигнал с устройства коррекции сигнала, определяющий истинное значение превышения магнитного поля трубопровода над фоновым полем, вне зависимости от величины фонового магнитного поля. Благодаря этому, измерения становятся не зависимыми от величины магнитного поля Земли, и от локального магнитного фона, определяемого магнитными свойствами грунта по всей протяженности обследуемого трубопровода.