專利名稱：渦流管道檢驗裝置和方法
技術領域：
本發明涉及管道的檢驗，尤其涉及一種運動體，其可被拖動通過管道，以便使得能夠進行管道壁結構的分析。
大直徑的管道可以使用復雜的管道檢驗裝置(pipeline pig)進行檢驗，其甚至當管道是“有效”的，即在管道中例如流動著氣體時也可以操作。
本發明試圖提供一種裝置，其能夠檢驗鐵的或者非鐵的小直徑的管道中的缺陷。
按照本發明，提供一種通過管道行進的管道檢測裝置其中包括用于在管道內產生渦流場的裝置；以及用于在通過管道結構之后檢測合成場的裝置。
按照本發明，還提供一種用于檢驗管道的方法，包括以下步驟在一個線圈內產生渦流；通過管道移動所述線圈；以及檢測在管道壁中感應的渦流，從而使得能夠確定管道中的缺陷。
下面通過例子說明本發明，其中

圖1是本發明的管道運動體的實施例；圖2更詳細地表示圖1的控制和數據處理裝置；圖3表示和處理相關的檢測裝置；以及圖4表示和系統操作相關的流程圖。
圖1的管道檢驗裝置包括所示的在管道11內被拖動的運動體10，其可以由絞車通過纜繩12拖動，以便可以檢驗其通過的管道。被拖動的運動體包括幾個相連的裝置。這些裝置包括電源裝置20和主處理模塊21和主檢測器環22。線圈24產生遠方場渦流電流，其通過檢測器環22被檢測。線圈借助于隔離器23和檢測器環22分開，從而衰減線圈24和檢測器22之間的任何直接傳遞的場。從檢測環25也由衰減隔離器26和線圈24隔開。檢測環25和從處理器模塊27相連。基站30提供運動體10和計算機31之間的連接，從而可以開始檢驗并接收檢驗信息。距離編碼器32在運動體通過管道行進時用于產生距離信息。距離編碼器可以方便地被安裝在和絞車相連的纜繩輪(未示出)上，使得當運動體被拖動時行進的距離被連續地更新并被傳回基站30。
該裝置被設計用于在管道壁中由線圈24產生的交流磁場感應渦流。我們已經確定，這種渦流可用于鐵的和非鐵的管道中(即磁的和非磁的)，并在均勻的管道壁的條件下，可以得到隨距離而均勻衰減的磁場。當由于坑、裂痕等等而使管道表面不均勻時，則在檢測的渦流磁場中發生改變，并且這可以通過檢測器22和25檢測到。通過利用兩個檢測器的陣列組，可以增強對有缺陷的點的準確定位能力。此外，每個檢測器陣列一般具有24個檢測器，從而沿著管道圓周共可得到48個幅值檢測值和48個相位檢測值。我們已經確定，除去幅值檢測值之外，使用相位檢測值可以識別內部管道壁和外部管道壁的缺陷。和基站之間的信息可以通過48個模擬通道和48個數字通道傳遞。
所述的裝置能夠在4英寸或者更小的直徑的管道內操作，并能夠處理管道中1.5D的彎度。
該系統在大約每分鐘6米的絞車速度下一般可以提供6mm的掃描間隔。在運動體內含有x和y加速度計，以便在運動體通過管道行進期間當其部分地轉動時向計算機發送方位信息。拖動范圍可以達幾百米，從而提供非常實用的和具有好的成本效果比的檢驗機構。
通過基站30送到計算機31的信息使得能夠從檢測的信息確定許多參數。這可以給出以下參數的“實時”的顯示1幅值和相位2方位角0-360°3速度此外，可以使用計算機對缺陷進行計算，包括缺陷的尺寸和位置。
圖1的運動體具有電子控制、功率和數據傳輸要求，它們被詳細地示于圖2。
運動體的功率要求在線35上被接收，并被送到功率單元20。功率單元的輸入可以是110V交流電源，其輸出是150V直流，作為使用線路33的線圈驅動要求。低壓直流用于運動體內的電子電路(例如±5V)。運動體和基站之間的通信通過連接30進行。其中使用合適的通信協議(例如RS232)。主處理器21是一個被控制的微處理器，其包括在主檢測器裝置22和從處理器之間的數據連接，以便確保同步以及對線圈驅動的控制作用32。串行數據通過線路31在主處理器21和檢測器22之間通過。還具有經過線路34的在從處理器27和檢測器25之間的數據通路。不把所有的處理要求都包括在從處理器27和主處理器21之內，可以在圖3所示的用于主檢測器22的檢測器裝置內提供信號調整與處理。此處專門制造的硬件(信號調整單元22d，e和微控制器22f)給予改進的噪聲性能，并減少了在主單元21中的處理器的處理負荷，因而可以增加前端處理。
數據采樣的定時由相位參考輸入信號控制。采樣速率取決于所選擇的激磁頻率。
微控制器可以使用具有最小的端口容量的8位微控制器來實現。串行數據接口采用標準協議。
如圖所示，通道是成對的，每個微處理器22f支持兩個檢測器通道22a，22b，它們具有相連的信號調整單元22d，22e。
返回圖2，單個的驅動線圈24提供磁場激勵，并且檢測器被保持在管道壁附近，在每個檢測器裝置22、25中具有x，y方位檢測器，用于補償在管道內的轉動和在兩個檢測器裝置之間的偏斜。在操作之前，讀出運動體的識別信息，并把數據裝入計算機31內的校準文件中。
然后通過計算機建立運動體的配置，從而給出通道號和檢測器地址要求。
此外，設置線圈電流，以便滿足操作要求。
最后，設置線圈激磁頻率。這可以在20Hz到1KHz的范圍內，并根據被檢驗的管道材料是鐵的或者是非鐵的進行選擇。在操作時，運動體通過管道被拖動，并且與此同時，圖1的距離編碼器32將產生表示行進的距離的數據。
為了確定管道內的缺陷，從計算機發出數據掃描指令并通過基站在運動體主控制器中被接收。然后，這一信息由主控制器被轉發給從控制器。然后進行通道掃描。從控制器以包的形式向主控制器發送數據，主控制器也接收來自主檢測器的數據。主控制器裝配來自兩個檢測器環的包括幅值和相位信息的數據以及方位數據，并將其發送給主計算機進行顯示和處理。一種一般的系統操作流程圖如圖4所示。此外，主控制器還使從控制器同步并產生驅動線圈激勵信號。可以包括補償時間延遲，以便確保主從之間的同步。
權利要求
1.一種在管道中行進的管道檢驗裝置，包括用于在管道內產生渦流磁場的裝置；以及用于檢測在通過管道結構之后的合成磁場的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，還包括用于由檢測的信息確定管道內的缺陷的裝置。
3.如權利要求1或2所述的裝置，還包括在第一位置的用于檢測渦流信息的位于裝置上的第一檢測器和在第二位置的用于檢測渦流信息的沿縱向和第一檢測器分開的第二檢測器。
4.如權利要求1，2或3所述的裝置，包括用于確定關于幅值和相位的渦流信息的裝置。
5.如權利要求1到4任何一個所述的裝置，包括用于當檢驗裝置通過管道行進時，確定檢驗裝置的方位的裝置。
6.如權利要求1到5任何一個所述的裝置，包括用于確定檢驗裝置行進的距離的裝置。
7.如權利要求1到6任何一個所述的裝置，包括用于產生數據包的裝置，所述數據包被傳遞給遠方計算機用于計算。
8.如權利要求1到7任何一個所述的裝置，包括當管道上存在缺陷時用于確定缺陷的尺寸的裝置。
9.如權利要求1到8任何一個所述的裝置，包括用于識別管道壁的內表面和管道壁的外表面上的缺陷的裝置。
10.如權利要求1到9任何一個所述的裝置，其中用于檢測磁場的裝置包括一個檢測器的環，這些所述檢測器沿著檢驗裝置的外周被分開設置。
11.一種用于檢驗管道的方法，包括在線圈內產生渦流；通過管道移動所述線圈；以及檢測在管道壁內感應的渦流，從而使得能夠確定在管道中的缺陷。
12.如權利要求11所述的方法，包括在兩個縱向隔開的位置檢測感應的渦流的步驟。
13.如權利要求11或12所述的方法，其中檢測步驟包括檢測渦流的幅值和相位。
14.如權利要求11，12或13所述的方法，包括確定在管道中的檢測器的位置的方位的步驟。
15.如權利要求11到14任何一個所述的方法，包括確定通過管道行進的距離的步驟。
16.如權利要求11到15任何一個所述的方法，包括由檢測的信息確定管道中的缺陷的尺寸的步驟。
17.如權利要求11到16任何一個所述的方法，包括識別管道的內表面上的缺陷和管道的外表面上的缺陷的步驟。
18.一種基本上如參照附圖所述的管道檢驗裝置。
19.一種基本上如此處所述的用于檢驗管道的方法。
全文摘要
一種管道檢驗運動體(10)可以利用纜繩(12)通過管道(11)被拖動。所述運動體包括功率單元(20),主處理器模塊(21)和線圈(24),所述線圈產生一個沿著管道通過的渦流磁場。由主檢測器環(22)和從檢測器環(25)檢測合成磁場。檢測的磁場的幅值和相位信息以及運動體的方位信息一道被發送給基站因而也被發送給計算機(31)。距離編碼器(32)幫助定位檢測的任何缺陷。
文檔編號G01N27/90GK1277674SQ98810578
公開日2000年12月20日 申請日期1998年8月24日 優先權日1997年9月6日
發明者J·F·布爾德, J·E·拉姆沙 申請人:Bg公開有限公司