ВНУТРИТРУБНЫЙ ДЕТЕКТОР ОТВОДОВ (ВАРИАНТЫ)

Заявленная группа полезных моделей (вариантов) относится к вспомогательным устройствам контроля за состоянием эксплуатируемых магистральных трубопроводов, главным образом, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов путем пропуска внутри обследуемого трубопровода устройства типа поршня, движимого внутри трубопровода потоком транспортируемого по трубопроводу продукта. В поршне установлен источник питания и средства измерений и обработки данных измерений, на корпусе поршня установлены датчики, чувствительные к несплошности материала стенок трубопроводов, в частности, сквозным отверстиям в местах отводов от обследуемого трубопровода, в том числе несанкционированных отводов малого диаметра.
Известны внутритрубные магнитные дефектоскопы, способные обнаруживать несплошность материала стенок трубопроводов и в том числе отводы малого диаметра ("Дефектоскопия", №1, 2000, стр.3-17), включающий в себя корпус, установленные на корпусе средства намагничивания стенки трубопровода и датчики магнитного поля в виде импедансных феррозондов, установленный между;
внутритрубный магнитный дефектоскоп British Gas Corporation (GB 2044459, MПK: G 01 N 27/82, 15.10.1980, патент-аналог: US 4330748), а также внутритрубный
магнитный дефектоскоп Vetco Pipeline Services Inc. (US 5532587, MПK: G 01 N 27/72, 02.07.1996, патентный документ-аналог: СА2085048), включающий корпус, установленные на корпусе средства намагничивания стенки трубопровода, эластичные манжеты, индукционные датчики магнитного поля, установленные в виде двух поясов таким образом, что датчики второго пояса перекрывают области на стенке трубопровода, соответствующие зазорам между датчиками первого пояса датчиков;
внутритрубный магнитный интроскоп (Абакумов А.А. "Магнитная интроскопия". - М.,1996, стр.258-262), включающий в себя корпус, установленные на корпусе средства намагничивания стенки трубопровода и датчики магнитного поля в виде магнитодиодов или магниторезисторов;
внутритрубный магнитный дефектоскоп фирмы Vetco (патент США US 3899734, МПК: G 01 R 33/12, 12.08.75, патентные документы-аналоги: СА 1007299, DE 2423113, FR 2229970, GB 1471595, JP 50017694), включающий в себя корпус, установленные на корпусе средства намагничивания стенки трубопровода, эластичные манжеты и полупроводниковые датчики магнитного поля в виде магнитодиодов;
внутритрубный магнитный дефектоскоп (SU 1157443, МПК: G 01 N 27/82, 23.05.85), включающий корпус, систему намагничивания стенки трубопровода, магниточувствительные элементы, размещенные во внутренней полости эластичной (резиновой) манжеты.
Дефектоскопы пропускают внутри обследуемого трубопровода, средства намагничивания стенки трубопровода приводят в состояние магнитного насыщения материал стенки трубопровода. Датчики магнитного поля измеряют напряженность магнитного поля в непосредственной близости от внутренней поверхности стенки трубы. При наличии дефекта материала стенки трубопровода,
включая отверстие в стенке, вблизи датчика магнитного поля, магнитное поле в этой зоне искажается и датчик регистрирует величину изменения напряженности магнитного поля, сигнал с датчика преобразуется и записывается на накопитель данных. После выполнения пропуска дефектоскопа и его извлечения из трубопровода данные переносят на компьютер, находящийся вне дефектоскопа, и с помощью программы интерпретации по сигналам от датчиков, отражающим искажения магнитного поля, идентифицируют дефекты несплошности материала стенки, определяют их тип и геометрические параметры, а также местоположение на трубе для последующего ремонта дефектного участка трубопровода.
У всех указанных магнитных дефектоскопов средства намагничивания стенки трубопровода выполнены в виде набора постоянных магнитов, на которых установлены стальные щетки, а датчики магнитного поля установлены между щетками щеток.
Использование постоянных магнитов и стальных щеток утяжеляет дефектоскоп и уменьшает его проходимость через участки сужения сечения трубопровода, элементы трубопроводоной арматуры, гофрированные участки и на поворотах малого радиуса. Кроме того, значительный вес снаряда препятствует прохождению дефектоскопа через вертикальные участки трубопровода и участки с большим углом подъема. Использование электромагнитов позволяет уменьшить вес магнитной системы, однако это требует дополнительного источника питания. Использование как батарей химических элементов, так и турбинных генераторов сопряжено с увеличением как суммарного веса дефектоскопа, так и габаритов, что в свою очередь, ограничивает проходимость дефектоскопа через повороты. Чтобы избежать этого, применяют многосекционные конструкции, однако это приводит к увеличению суммарной длины дефектоскопа и невозможности использования на участках
трубопроводов, которые оборудованы камерами запуска/приема очистных скребков, габариты которых не позволяют запускать в трубопровод многосекционное изделие. Все это ограничивает диапазон трубопроводов, на которых может быть использован магнитный дефектоскоп для обнаружения отводов.
Известны также внутритрубные магнитные дефектоскопы Pipetronix Ltd. (ЕР 0825435, MПК: G 01 N 27/90, 25.02.1998, патентные документы-аналоги: US 5864232, СА 2184327, JP 10090230, NО 971959), включающий корпус, установленные на корпусе средства намагничивания стенки трубопровода, эластичные манжеты, многоэлементные преобразователи магнитного поля, каждый из которых содержит несколько чувствительных элементов, заформованных в полиуретане в форме параллелограмма с керамическими вставками на поверхности многоэлементного преобразователя, скользящей по внутренней поверхности трубопровода,
а также внутритрубный магнитный дефектоскоп ЗАО Инженерный центр "ВНИИСТ-ПОИСК" (RU 2133032, МПК: G 01 N 27/83, 10.07.1999), включающий корпус, систему намагничивания стенки трубопровода, множество элементов, чувствительных к магнитному полю, каждый из которых подключен к одному из входов соответствующего дифференциального усилителя, множество которых размещено в корпусе дефектоскопа.
Указанные дефектоскопы также пропускают внутри обследуемого трубопровода, а после выполнения пропуска по сигналам от датчиков, отражающим искажения магнитного поля, идентифицируют дефекты несплошности, определяют их тип и геометрические параметры, а также
местоположение на трубе для последующего ремонта дефектного участка трубопровода.
Общим недостатком использования таких дефектоскопов для обнаружения несанкционированных отводов является то, что удаленность магниточувствительных элементов, расположенных вблизи внутренней поверхности трубопровода, от соответствующих дифференциальных усилителей, размещенных в герметичной оболочке корпуса дефектоскопа, усиливает факторы шумов и требует повышенного питания магниточувствительных элементов для обеспечения достаточного соотношения сигнал/шум на входах усилителей, расположенных в оболочке. Для обнаружения отводов диаметром около 8 мм в трубопроводе с условным проходом 1000 мм требуются сотни магниточувствительных элементов, и энергопотребление такого количества датчиков составляет значительную часть общего энергопотребления аппаратуры, установленной в дефектоскопе. Как результат, повышенное потребление питания требует наличия батарей питания большей емкости, что, как указывалось ранее, приводит к ограничению диапазона (номенклатуры) трубопроводов, на которых может быть использован магнитный дефектоскоп для обнаружения несанкционированных отводов.
Известно устройство обнаружения неразрешенного отбора продуктов транспортировки из трубопровода (патент РФ RU 2191322 от 20.10.2002, МПК: F 17 D 5/00), содержащий электронные блоки, датчик пройденного пути, датчик отверстий в стенке трубопровода, выполненный в виде кольца из изоляторных элементов, на каждом из которых закреплен электрод, соединенный с генератором ВЧ напряжения и пороговым устройством. Элементы, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, регистрируют
изменение емкости, возникающее при движении элемента вблизи сквозного отверстия в стенке трубы.
К достоинствам такого устройства относится небольшой вес и низкая потребляемая мощность датчика несплошности, что обусловливает возможности широкого применения в трубопроводах сложного и изменяющегося профиля. Однако эффективность идентификации отвода существенно ограничена большим числом ложных срабатываний, возникающих в связи с тем, что неровности внутренней поверхности трубы и посторонние предметы в полости трубопровода (сварочные электроды, подкладные кольца, металлический инструмент, разнообразный металлический мусор) вызывают локальные изменения емкости, детектируемые чувствительными емкостными элементами датчика.
Известен внутритрубный детектор отводов (патент РФ RU 2191323 от 20.10.2002, МПК: F 17 D 5/00), содержащий электронные блоки, датчик пройденного пути, датчик несплошности материала отверстий в стенке трубопровода, выполненный в виде кольца из немагнитных элементов, на которых закреплены магнитопроводы с обмотками, прижатые к стенке трубы полюсами, расположенными параллельно оси трубопровода. В случае, если один из чувствительных магнитных элементов встает своим полюсом напротив сквозного отверстия в стенке, индуктивность обмотки резко падает.
К основному недостатку этого устройства также относится большая потребляемая мощность индуктивных датчиков.
Прототипом заявленного детектора отводов для всех вариантов является внутритрубный магнитный дефектоскоп British Gas Corporation (патент СССР SU 745386, MПK: G 01 N 27/82, 30.06.1980), содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены
в держателях датчиков, установленных на корпусе дефектоскопа по периметру вокруг оси симметрии дефектоскопа и выполненных способными примыкать к внутренней поверхности трубопровода, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и включает в себя группу из четырех магниточувствительных элементов в виде элементов Холла и магнит.
Основным недостатком использования этого дефектоскопа для обнаружения несанкционированных отводов также является удаленность магниточувствительных элементов, расположенных вблизи внутренней поверхности трубопровода, от соответствующих дифференциальных усилителей, размещенных в герметичной оболочке корпуса дефектоскопа, и, как следствие, повышенное питание магниточувствительных элементов для обеспечения достаточного соотношения сигнал/шум на входах усилителей, расположенных в оболочке, и требование наличия батарей питания большей емкости.
Общий для всех вариантов группы технический результат, достигаемый в результате реализации заявленной группы полезных моделей - расширение возможностей по внутритрубному обнаружению отводов (несанкционированных "врезок") в магистральных трубопроводах с дефектами деформации, сложным профилем, крутыми и вертикальными участками, поворотами малого радиуса и другими особенностями, препятствующими обследованию трубопроводов внутритрубными дефектоскопами. Механизм достижения указанного результата состоит в том, что реализованные в заявленных вариантах меры по снижению энергопотребления устройства (в первую очередь - энергопотребления датчиков) при одновременном сохранении соотношения сигнал/шум на входах средств измерения и обработки данных измерений, достаточного для последующей
идентификации отводов, позволило разработать и ввести в эксплуатацию односекционный детектор отводов с малогабаритным литиевым источником питания без использования магнитопровода и щеточных узлов.
Заявленный внутритрубный детектор отводов представляет собой магнитный детектор несплошности материала стенок трубопровода. Заявленный внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, по первому варианту содержит корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что
многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор, выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
По второму варианту заявленной группы полезных моделей внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержит корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и
содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что многоэлементный преобразователь содержит также усилитель, выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
По третьему варианту заявлен внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что многоэлементный преобразователь содержит также несколько усилителей, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам усилителей, выходы усилителей подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
По другому варианту заявлен внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и
содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор и усилитель, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Заявлен внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что каждый многоэлементный преобразователь содержит не менее восьми магниточувствительных элементов, магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков,
установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина, расстояние между центрами магниточувствительных элементов в одном многоэлементном преобразователе составляет не более 5 мм в плоскости, перпендикулярной оси симметрии детектора.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что магниточувствительные элементы сгруппированы попарно, так что линия, соединяющая два элемента в каждой паре магниточувствительных элементов, параллельна оси симметрии детектора.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к
несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
магниточувствительные элементы сгруппированы, по меньшей мере, в две группы так, что магниточувствительные элементы, относящиеся к первой группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов первой группы подключены к выходам источника питания, магниточувствительные элементы, относящиеся ко второй группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов второй группы подключены к выходам источника питания, сигнальные выходы магниточувствительных элементов подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, сигнальные выходы магниточувствительных элементов подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор, сигнальные выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также усилитель, сигнальные выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу
магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также несколько усилителей, сигнальные выходы магниточувствительных элементов подключены к входам усилителей, выходы усилителей подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор и усилитель, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора,
выходы мультиплексора подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
Внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержащий корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
магниточувствительные элементы включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов подключены к выходам источника питания, магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина.
В предпочтительном исполнении внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержит корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, и выполненные
способными примыкать к внутренней поверхности трубопровода, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор и усилитель, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений,
каждый многоэлементный преобразователь содержит не менее восьми магниточувствительных элементов,
магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина,
расстояние между центрами магниточувствительных элементов в одном многоэлементном преобразователе составляет не более 5 мм в плоскости, перпендикулярной оси симметрии детектора,
магниточувствительные элементы сгруппированы попарно, так что линия, соединяющая два элемента в каждой паре магниточувствительных элементов, параллельна оси симметрии детектора,
магниточувствительные элементы, относящиеся к первой группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов первой группы подключены к выходам источника питания,
магниточувствительные элементы, относящиеся ко второй группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов второй группы подключены к выходам источника питания.
Средства измерений и обработки данных измерений включают в себя блоки аналого-цифрового преобразования данных, модуль цифрового преобразования данных, содержащий генератор адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента, а также бортовой компьютер, содержащий блок накопителей данных. На корпусе детектора установлен, по крайней мере, один измеритель пройденной дистанции в виде одометра, выход которого через блок аналого-цифрового преобразования данных подключен к входу указанного генератора адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента, управляющие входы указанного мультиплексора выполнены цифровыми и подключены к выходам указанного генератора адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента. Выходы усилителей подключены через блоки аналого-цифрового преобразования данных к модулю цифрового преобразования данных.
На корпусе детектора установлены эластичные манжеты и/или поддерживающие колеса, в носовой части корпуса детектора установлен бампер и низкочастотный излучатель сигналов, позволяющий отслеживать положение детектора в трубопроводе с помощью портативного локатора, используемого обслуживающим персоналом вне трубопровода. Корпус детектора включает в себя герметичную оболочку с осевой симметрией, в которой размещается модуль цифрового преобразования данных и бортовой компьютер. На корпусе детектора может быть установлен также датчик температуры в интегральном исполнении, подключенный к блоку аналого-цифрового преобразования данных.
На фиг.1 изображен внутритрубный детектор отводов;
на фиг.2 изображена схема, иллюстрирующая работу четырехэлементных преобразователей магнитного поля;
на фиг.5 изображена схема, иллюстрирующая работу восьмиэлементного преобразователя магнитного поля с попарно сгруппированными магниточувствительными элементами;
на фиг.3-4 изображены схемы расположения магниточувствительных элементов в микросборке с магнитами;
на фиг.6, 7 показано графическое отображение данных, измеренных детектором, с привязкой к измеренной пройденной внутри трубопровода дистанции.
На фиг.1 изображен заявленный внутритрубный детектор отводов, представляющий собой магнитный детектор несплошности материала стенки трубопровода с условным диаметром 28". Детектор включает в себя корпус 1, установленные на корпусе манжеты 2, 3, два пояса 4, 5 поддерживающих колес, два пояса 6, 7 датчиков, чувствительных к несплошности материала стенки трубопровода в виде многоэлементных преобразователей магнитного поля, бампер 8, низкочастотный излучатель сигналов, позволяющий отслеживать положение детектора в трубопроводе с помощью портативного локатора, используемого обслуживающим персоналом вне трубопровода, одометры 10, 11, блоки аналого-цифрового преобразования данных 12. На корпусе детектора может быть установлен также датчик температуры в интегральном исполнении, подключенный к блоку аналого-цифрового преобразования данных 12.
Корпус 1 детектора включает в себя герметичную оболочку с осевой симметрией, в которой размещается модуль цифрового преобразования данных 21, бортовой компьютер 22 и источник питания, включающий в себя батарею
литиевых элементов и преобразователь напряжения, подключенный ко всем электронным модулям. Оболочка выполнена взрывонепроницаемой, длина щели в соединениях не менее 12,5 мм, длина щели до отверстия не менее 8 мм, ширина щели не более 0,15 мм. Средства измерений и обработки данных измерений включают в себя указанные блоки аналого-цифрового преобразования данных 12, модуль цифрового преобразования данных 21, содержащий генератор 23 адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента, а также бортовой компьютер 22, содержащий блок накопителей данных 24. Выход одометра 10 через блок аналого-цифрового преобразования данных 12 подключен к входу указанного генератора 23 адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента. Датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора.
На фиг.2 изображен один из вариантов датчика. Каждый из многоэлементных преобразователей 20 магнитного поля содержит магнит 25, мультиплексор 26, усилитель 27, стабилизатор тока 28 и группу магниточувствительных элементов 29-32. Управляющие входы мультиплексора 30 выполнены цифровыми и подключены к выходам генератора 23 адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента. Выходы усилителей 27 подключены через блоки 12 аналого-цифрового преобразования данных к модулю цифрового преобразования данных 21. На фиг.3-4 изображены схемы расположения магниточувствительных элементов в микросборке с магнитами в составе четырехэлементного преобразователя 20. на фиг.3, фиг.4 позицией 33 обозначена область компаунда, стрелка с позицией 34 показывает направление движения детектора и элементов 29-32 датчика, когда датчики установлены на корпусе детектора.
На фиг.5 изображен другой вариант датчика. Каждый из многоэлементных преобразователей 50 магнитного поля содержит магнит 51, мультиплексор 52, усилитель 53, стабилизатор тока 54 и группу магниточувствительных элементов 55-62. Управляющие входы мультиплексора 52 выполнены цифровыми и подключены к выходам генератора 23 адреса опрашиваемого магниточувствительного элемента. Выходы усилителей 53 подключены через блоки 12 аналого-цифрового преобразования данных к модулю цифрового преобразования данных 21.
Преобразователи магнитного поля, применяемые в детекторе, могут иметь также следующие варианты исполнения.
По первому варианту многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор, выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
По второму варианту заявленной группы полезных моделей многоэлементный преобразователь содержит также усилитель, выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
По третьему варианту многоэлементный преобразователь содержит также несколько усилителей, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам усилителей, выходы усилителей подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений.
По другому варианту многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор и усилитель, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к
входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или
каждый многоэлементный преобразователь содержит не менее восьми магниточувствительных элементов, магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина; или
магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина, расстояние между центрами магниточувствительных элементов в одном многоэлементном преобразователе составляет не более 5 мм в плоскости, перпендикулярной оси симметрии детектора; или
магниточувствительные элементы сгруппированы попарно, так что линия, соединяющая два элемента в каждой паре магниточувствительных элементов, параллельна оси симметрии детектора; или
магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, магниточувствительные элементы сгруппированы, по меньшей мере, в две группы так, что магниточувствительные элементы, относящиеся к первой группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов первой группы подключены к выходам источника питания, магниточувствительные элементы, относящиеся ко второй группе, включены входами питания последовательно между собой, входы
питания крайних элементов второй группы подключены к выходам источника питания, сигнальные выходы магниточувствительных элементов подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или
магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, сигнальные выходы магниточувствительных элементов подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор, сигнальные выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или
магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы
питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также усилитель, сигнальные выходы указанных магниточувствительных элементов подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или
магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также несколько усилителей, сигнальные выходы магниточувствительных элементов подключены к входам усилителей, выходы усилителей подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или
магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, источник питания включает в себя стабилизатор тока, расположенный в указанном преобразователе магнитного поля, выходы стабилизатора тока образуют выходы источника питания, к которым подключены указанные входы питания магниточувствительных преобразователей, многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор и усилитель, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений; или
магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов Холла, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, магниточувствительные элементы включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов подключены к выходам источника питания, магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина.
В предпочтительном исполнении внутритрубный детектор отводов, пропускаемый внутри обследуемого трубопровода, содержит корпус, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, причем датчики установлены в держателях датчиков, установленных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора, и выполненные способными примыкать к внутренней поверхности трубопровода, каждый из указанных датчиков выполнен в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержит магнит и группу магниточувствительных элементов, каждый магниточувствительный элемент имеет два входа питания и два сигнальных выхода, отличающийся тем, что
многоэлементный преобразователь содержит также мультиплексор и усилитель, выходы магниточувствительных элементов подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора подключены к входам усилителя, выходы усилителя подключены к указанным средствам измерений и обработки данных измерений,
каждый многоэлементный преобразователь содержит не менее восьми магниточувствительных элементов,
магнит выполнен в виде пластины, плоскость которой параллельна оси симметрии детектора, при этом магниточувствительные элементы лежат в плоскости, параллельной плоскости указанной магнитной пластины и занимают более удаленное положение от оси симметрии детектора, чем магнитная пластина,
расстояние между центрами магниточувствительных элементов в одном многоэлементном преобразователе составляет не более 5 мм в плоскости, перпендикулярной оси симметрии детектора,
магниточувствительные элементы сгруппированы попарно, так что линия, соединяющая два элемента в каждой паре магниточувствительных элементов, параллельна оси симметрии детектора,
магниточувствительные элементы, относящиеся к первой группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов первой группы подключены к выходам источника питания,
магниточувствительные элементы, относящиеся ко второй группе, включены входами питания последовательно между собой, входы питания крайних элементов второй группы подключены к выходам источника питания.
Во всех вариантах подключение элементов в многоэлементном преобразователе осуществляется аналогично показанному на фиг.2 - 5.
В представленном варианте используются интегрированные датчики температуры Analog Devices и элементы Холла с магнитной чувствительностью не менее 350 мкВ/мТл и температурным коэффициентом магнитной чувствительности не более 0,05%/°С. Элементы Холла залиты в
преобразователях магнитного поля эпоксидным компаундом. Усилители выполнены в виде дифференциальных усилителей.
Выходы одометров 10, 11 подключены к соответствующим входам блока аналого-цифрового преобразования данных 12. Выход блока АЦП 12, соответствующий оцифрованным данным от одного из одометров 10 или 11, подключен к входу генератора адреса опрашиваемого элемента 23, цифровой выход которого подключен к цифровому входу управления мультиплексора 76. Уровень сигналов выхода генератора 23 соответствует одновременно стандарту ТТЛ и КМОП. Кроме элементов Холла могут быть использованы и иные магниточувствительные элементы, выбор и подключение которых может быть осуществлен специалистом в данной области техники.
Устройство работает следующим образом.
Внутритрубный детектор помещают в трубопровод, подлежащий обследованию, и включают перекачку нефти (газа, нефтепродукта) по трубопроводу. Между областью транспортируемой среды перед детектором и областью после детектора устанавливается перепад давления около 1 атм., что приводит детектор в движение. При движении детектора по трубопроводу создается и измеряется величина напряженности магнитного поля вблизи внутренней поверхности трубопровода. Измерение компонент магнитного поля производят путем периодического обращения к магниточувствительным элементам путем опроса указанных элементов. Данные измерений обрабатываются и записываются в блок накопителей данных 24 бортового компьютера 22.
Величина напряженности магнитного поля, измеренная над бездефектным участком, несет информацию о толщине стенки трубопровода. Наличие сквозного
отверстия приводит к изменению величины и характера распределения магнитной индукции.
В процессе движения детектора внутри трубопровода колеса одометров 10 и 11 прижимаются пружинами к стенке трубопровода, и на выходах одометров формируются последовательности аналоговых импульсов, которые оцифровываются в блоке АЦП 12. Оцифрованные данные одометров записываются в блоке накопителей 27 бортового компьютера 26. Кроме того, в модуле цифрового преобразования данных 21 оцифрованные сигналы одного из одометров поступают на генератор адреса опрашиваемого элемента 23. С приходом каждого импульса одометра на генератор 23 на двухразрядном выходе генератора 23 формируется цикл из адресов, число которых равно числу магниточувствительных элементов, подключенных к одному мультиплексору, каждый из адресов на управляющем входе мультиплексора открывает на пропускание данные от одного элемента Холла. Сигналы с элементов Холла усиливаются с помощью дифференциального усилителя непосредственно в интегрированном многоэлементном преобразователе магнитного поля и поступают на блок АЦП 12, установленный с внешней стороны оболочек корпуса детектора. Бригады сопровождения детектора прибывают на заранее помеченные пункты по трассе трубопровода, включают оборудование для приема низкочастотных сигналов от низкочастотного излучателя сигналов, регистрируют время прохождения детектора или при получении сигналов от излучателя включают наземный передатчик электромагнитных сигналов, которые принимаются оборудованием, установленным в детекторе, а также выполняют измерения географических координат траектории движения детектора с помощью дифференциального геодезического спутникового комплекса GPS Trimble 5700, 5800 с использованием глобальной системы спутниковой навигации GPS.
После выполнения диагностического пропуска на заданном участке трубопровода магнитный детектор извлекают из трубопровода и переносят накопленные в процессе диагностики данные на компьютер вне детектора.
На фиг.6-7 изображены результаты обработки данных, полученных в результате рабочего пропуска заявленного детектора внутри трубопровода. По оси абсцисс L отложена пройденная внутри трубопровода дистанция, по оси ординат П- угол вокруг главной оси трубопровода, кривые отражают измеренное отклонение напряженности магнитного поля dH вблизи внутренней поверхности трубопровода. На отображенных участках идентифицируется отвод 62 фиг.6, 64 - фиг.7, наплыв металла 61 в результате сваривания контролируемой трубы и отвода 62. Корреляционный анализ данных с использованием математических моделей моделирования топологии магнитного поля от нарушений сплошности материала стенки трубы различных типов позволяет однозначно идентифицировать наличие несанкционированного отвода и определить его параметры. Последующий анализ данных с использованием данных глобальной спутниковой системы навигации позволяет однозначно определить географические координаты "врезки" с точностью до 3 м и в последующем прибыть в точку с заданными координатами с использованием аппаратуры GPS.