CN113138421A - 一种埋地金属管道埋深及走向检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明名称为：一种埋地金属管道埋深及走向检测方法，属于管道无损检测技术领域。本发明旨在提供一种基于磁通门传感器的外检测设备及管道空间定位方法。利用左右水平放置的两个磁通门传感器，通过实时连续采集埋地金属管道自漏磁场弱磁信号，确定管道位置、埋深高度、路由走向等空间位置以及定位管道应力集中区域。达到为埋地管道非接触式磁记忆检测技术，提供管道空间位置信息的目的。

Description

一种埋地金属管道埋深及走向检测方法

二、技术领域：

本发明属于管道无损检测技术领域。

三、背景技术：

3.1背景技术

管道非接触式磁记忆检测技术是在金属磁记忆检测技术基础上发展演变而来。非接触式管道磁记忆检测是针对具有一定埋深、受地磁场磁化的铁磁性管道开展的无损检测技术。该方法基于管道上方地面自漏磁场的磁感应强度三分量信号，计算得到管道自漏磁场梯度信号，从而识别管道的应力集中区域。该技术具有非开挖条件下检测、检测速度快、不受管道尺寸和形状的限制、可实现管道设备100％检测的技术特点。

实际现场应用该技术时，必须确定被检管道的埋深、位置、走向等地理因素，以提高采集信号精度。但是现有管道探测技术都具有不同程度的缺点，例如：电磁法应用条件严格、路由误差大、设备仪器沉重，不便野外携带、操作流程繁琐等等。这极大限制弱磁环境中磁记忆法在埋地管道检测工程技术领域的应用。

3.2与本发明相关的现有技术一

3.2.1现有技术的技术方案

应用管道非接触式磁记忆检测技术，对埋地管道进行应力检测时，必须提前探测管道，以确定被检管道位置和走向。当今国内外常见地下管道不开挖探测技术为电磁法。电磁法工作原理是：电磁发射机产生电磁波传送至埋地管道上，埋地管道感应到电磁波后产生感应电流，感应电流沿埋地管道向远处传播。电流传播过程中，同时向地面辐射电磁波。此时在地面探测的接收机就会在埋地管道正上方的地面接收到电磁波信号，通过接收信号的强弱变化判别埋地管道埋深、位置、走向。

3.2.2现有技术缺点

工程实际应用中，电磁法探测油气管道路由及埋深的缺点与不足如下：

(1)工程实际使用电磁法技术时，须两人同时操作。一人手持电磁发射机，另外一人手持电磁信号接收机。接收机与发射器间距离应保持10m左右并相对站立。若距离过短，则接收机接收到是发射机直接发射的信号，而非被测管道激发的二次感应磁场。工程实际测量时，接收机与发射器间距离过大，且两人同步缓慢行走，操作十分不便。

(2)实际检测效果与土壤土质有关。长输管道周围环境复杂，部分地区土质含水量低、电阻率高、导电能力差；接收机测量到的二次感应磁场较弱。已有大量实践证明，电磁法确定管道走向在北方冬季检测时定位精度极低。

四、发明目的及亮点：

本发明要解决的问题是提供一种应用非接触式磁记忆检测技术采集埋地管道金属磁记忆信号时，确定被检管道埋深、路由走向等空间位置的方法，以解决目前电磁法使用条件严苛、易受环境干扰等缺点。

五、附图说明：

图1为本发明中，管道自漏磁场三分量分布与管道位置关系示意图；

图2是本发明提供的一种埋地金属管道埋深及走向检测方法，在具体实施例中，对被检管道位于左右两个磁通门传感器之间的下方时，进行上方磁场测量的示意图；

图3是本发明提供的一种埋地金属管道埋深及走向检测方法，在具体实施例中，对被检管道位于两个磁通门传感器的左下方时，进行上方磁场测量的示意图。

六、技术方案描述(重点)：

(1)检测人员手持特制三轴磁通门传感器磁力计，在地面上以正常速度(通常在3至5km/h间)连续沿管道轴向行走，进行磁信号检测；采集每个三分量磁通门传感器所在检测位置点的管道自漏磁场三方向分量，以及测量埋地管道所在位置地磁场。将磁信号由数据采集卡记录到对应配套观测软件当中。

非接触式扫描磁力计由两个三轴磁通门传感器构成。将两个三轴磁通门传感器以轴心线位置对齐方式摆放，固定在自制长方体板材两端。板材选择铝合金和木头等非铁磁性材料。两个磁通门传感器之间间距即为板材长度，记为l，可通过测量得到。该距离同时作为测量计算的基准长度之一。

(2)在配套的观测软件中，分别查找左右两个磁通门传感器上，竖直方向上磁感应强度分量B_z的数值以及方向、垂直于管道轴线的磁感应强度径向分量B_y的大小的数值以及方向。

(3)当检测人员手持非接触式扫描磁力计沿管道轴向移动时，左右两端两个磁通门传感器距离管道中心线横向偏移距离分别为d_s1和d_s2。管道中心距离非接触式扫描磁力计所在平面间距离为d_m。

两个磁通门传感器间距l＝d_s1+d_s2已知，利用几何关系可计算得到埋地管道相对于传感器的水平距离和垂直距离，再加上检测人员手持的传感器距地面高度h_m基本不变且可测量。

(4)若B_y1>0，B_y2>0，即左右两端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y均沿y轴正方向，说明被检管道位于非接触式扫描磁力计左下方，此时管道埋深d可由式(1)至式(2)计算：

d＝d_m-h_m-R (2)

若B_y1<0，B_y2>0，即左端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y1沿y轴正方向，右端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y2沿y轴负方向。说明被检管道位于非接触式扫描磁力计正下方，此时管道埋深d可由式(3)至式(4)计算：

d＝d_m-h_m-R (4)

若B_y1<0，B_y2<0，即左右两端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y均沿y轴负方向，说明被检管道位于非接触式扫描磁力计右下方，此时管道埋深d可由式(5) 至式(6)计算：

d＝d_m-h_m-R (6)

三种情况下，左右两端磁通门传感器距管道中心线间横向偏移量计算方法相同，分别由下式(7)至式(8)计算。

(5)实际检测过程中，应用非接触式扫描磁力计在管道上方地面连续检测并计算管道多个测量点的自漏磁场三分量磁感应强度B_x1、B_x2、B_x3、......B_xn；B_y1、B_y2、 B_y3、.......B_yn；B_z1、B_z2、B_z3......B_zn。应用上式(1)至公式(8)计算每一点管道埋深与路由位置。将所有点测量与计算数据连接，即可得到被检管道埋深与走向。测量与计算结果以文件形式自动保存到观测软件中去。

七、技术效果：

1.本发明为埋地管道非接触式磁记忆检测的配套辅助技术，可同时进行检测。根据实时记录的磁检测数据，结合行进里程，定位管道应力集中区域即定位需挖掘校验坑的位置。

2.本发明可连续测量管道埋地深度和记录管道路径位置。采用非开挖技术，实现地下管道位置和走向的测量。结合行进里程，构造出包含地下管道走向和标高的三维空间位置绘图。

3.本发明可辅助埋地管道非接触式磁检测技术，判断并定位被检管道应力集中区，若该技术测量的埋地管道深度在某区域变化很大，则该区域为应力集中区的可能性很高。

4.本发明采用磁通门传感器构成的非接触式扫描磁力计，具有检测周期短、可重复性好、检测仪器方便携带，可在多种复杂环境下连续检测等优点，有效解决现有电磁法使用条件局限、干扰误差大等缺点，降低了设备成本。

Claims (3)

1.一种埋地金属管道埋深及走向的检测方法，用于管道检测于定位，其特征在于，包括：

步骤1，检测人员手持特制的三轴磁通门传感器设备，在地面上以正常速度(通常在3至5km/h间)连续沿管道轴向行走，采集每个三分量磁通门传感器所在检测位置点的管道自漏磁场三方向分量，以及测量埋地管道所在位置的地磁场；

步骤2，在配套观测软件中，分别查找左右两个磁通门传感器上，竖直方向上磁感应强度分量B_z的数值以及方向、垂直于管道轴线的磁感应强度径向分量B_y的大小的数值以及方向；

步骤3，若B_y1>0，B_y2>0，即左右两端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y均沿y轴正方向，说明被检管道位于非接触扫描磁力计左下方，此时管道埋深d可由下式计算：

d＝d_m-h_m-R

步骤4，若B_y1<0，B_y2>0，即左端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y1沿y轴正方向，右端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y2沿y轴负方向。说明被检管道位于非接触扫描磁力计正下方，此时管道埋深d可由下式计算：

d＝d_m-h_m-R

步骤5，若B_y1<0，B_y2<0，即左右两端磁通门传感器处测量的磁感应强度径向分量B_y均沿y轴负方向，说明被检管道位于非接触扫描磁力计右下方，此时管道埋深d可由下式计算：

d＝d_m-h_m-R

步骤6，三种情况下，左右两端磁通门传感器距管道中心线间横向偏移量计算方法相同，分别按下式计算：

步骤7，应用非接触式扫描磁力计在管道上方地面连续检测并计算管道多个测量点的自漏磁场三分量磁感应强度B_x1、B_x2、B_x3......B_xn；B_y1、B_y2、B_y3.......B_yn；B_z1、B_z2、B_z3......B_zn。应用步骤4至步骤6计算每一点管道埋深与路由位置。将所有点测量与计算数据连接，即可得到被检管道埋深与走向。测量与计算结果以文件形式自动保存到观测软件中去。

2.根据权利要求1所述的一种埋地金属管道埋深及走向的检测方法，其特征在于，步骤1中，左右两个磁通门传感器放置应满足以下关系：

两个三轴磁通门传感器以轴心线位置对齐方式摆放，固定在自制长方体板材两端。板材选择铝合金和木头等非铁磁性材料。两个磁通门传感器之间间距即为板材长度，记为l，可直接测量得到。

3.根据权利要求1所述的一种埋地金属管道埋深及走向的检测方法，其特征在于，步骤2中，被检管道与两个磁通门传感器间位置关系放置应满足以下关系：

左右两端两个磁通门传感器距离管道中心线横向偏移距离分别为d_s1和d_s2。管道中心距离非接触扫描磁力计所在平面间距离为d_m。检测人员手持的传感器距地面高度h_m基本不变且可直接测量。

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