RU2629896C1 - Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation - Google Patents
Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629896C1 RU2629896C1 RU2016138509A RU2016138509A RU2629896C1 RU 2629896 C1 RU2629896 C1 RU 2629896C1 RU 2016138509 A RU2016138509 A RU 2016138509A RU 2016138509 A RU2016138509 A RU 2016138509A RU 2629896 C1 RU2629896 C1 RU 2629896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- walls
- points
- acoustic
- channel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля металлических изделий, ограниченных в одном направлении и протяженных в других направлениях. Такими изделиями являются листы, трубы и различные оболочки резервуаров и подобных им объектов. Изобретение может использоваться для обнаружения в этих объектах различных нарушений сплошности и однородности металла с определением их координат и размеров.The invention relates to techniques for ultrasonic (US) non-destructive testing of metal products bounded in one direction and extended in other directions. Such products are sheets, pipes and various shells of tanks and similar objects. The invention can be used to detect in these objects various violations of the continuity and uniformity of the metal with the determination of their coordinates and sizes.
Наиболее целесообразно применение способа и системы для его осуществления при автоматизированном сплошном контроле качества трубопроводов и продукции трубного производства.The most appropriate application of the method and system for its implementation with automated continuous quality control of pipelines and pipe production.
Известен способ УЗ дефектоскопии трубопровода, заключающийся в обработке эхосигналов от излучаемых в объект контроля (ОК) УЗ волн двумя двунаправленными электромагнитно-акустическими (ЭМА) преобразователями в радиальном направлении при движении преобразователей вдоль трубопровода. Принятые этими же преобразователями реализации УЗ колебаний волн, распространяющихся в стенках трубопровода в радиальном направлении, подвергаются временным сдвигам относительно друг друга таким образом, чтобы эхосигналы с одного окружного направления трубопровода складывались в фазе, а другого вычитались. Причем путем временного сдвига реализаций сначала в одну сторону, а затем в другую сложение и вычитание получается для условно левой и правой частей трубопровода. В результате получается изображение распределения дефектов в стенках трубопровода как слева, так и справа от линии движения преобразователей по трубопроводу. По этому способу работает система ультразвуковой дефектоскопии трубопровода (патент RU 102810 U1, 2011).A known method of ultrasonic inspection of the pipeline, which consists in processing the echo signals from the ultrasonic waves emitted to the object of control (OK) by two bi-directional electromagnetic-acoustic (EMA) transducers in the radial direction when the transducers move along the pipeline. Accepted by the same transducers for the realization of ultrasonic vibrations of waves propagating in the walls of the pipeline in the radial direction, they undergo temporary shifts relative to each other so that the echo signals from one circumferential direction of the pipeline add up in phase and the other are subtracted. Moreover, by temporarily shifting the implementations first to one side, and then to the other, addition and subtraction are obtained for the conditionally left and right parts of the pipeline. As a result, an image of the distribution of defects in the walls of the pipeline is obtained both to the left and to the right of the line of movement of the transducers along the pipeline. The ultrasonic flaw detection system of the pipeline works according to this method (patent RU 102810 U1, 2011).
Недостатки этого способа.The disadvantages of this method.
Чувствительность и разрешающая способность способа недостаточны для обнаружения поперечно ориентированных к оси трубопровода дефектов и малых по размерам очагов язвенной коррозии металла стенок.The sensitivity and resolution of the method are insufficient to detect defects transversely oriented to the axis of the pipeline and small-sized foci of peptic corrosion of the metal of the walls.
Причина в том, что диаграмма направленности ЭМА преобразователей достаточно узкая. Поэтому эхосигналы приходят к преобразователям практически только с окружных направлений.The reason is that the radiation pattern of the EMA converters is quite narrow. Therefore, echo signals come to the transducers almost exclusively from circumferential directions.
ЭМА преобразователи формируют длинные по форме зондирующие импульсы и только одного типа акустических нормальных волн в стенках трубопровода. Импульсы содержат около 10 периодов заполнения. Поэтому разрешающая способность по дальности от преобразователей мала, а чувствительность к обнаружению отражателей низкая.EMA transducers form long-sounding pulses and of only one type of acoustic normal waves in the walls of the pipeline. Pulses contain about 10 periods of filling. Therefore, the resolution in range from the converters is small, and the sensitivity to detection of reflectors is low.
Алгоритм обработки принятых реализаций УЗ колебаний не учитывает вклада отражений от дефектов, располагающихся в направлениях от преобразователей, составляющих углы к оси трубопровода, не равные 90 градусам.The processing algorithm for the adopted implementations of ultrasonic vibrations does not take into account the contribution of reflections from defects located in directions from the transducers, which are angles to the axis of the pipeline, not equal to 90 degrees.
Известен способ ультразвукового контроля объектов из крупноструктурных материалов, сущность которого состоит в том, что на поверхности объекта располагают антенную решетку, состоящую из УЗ преобразователей с сухим точечным контактом, возбуждают в ОК УЗ объемные волны и принимают реализации колебаний поверхности ОК, содержащие эхосигналы от различных неоднородностей материала ОК. В результате пространственно-временной обработки принятых реализаций реконструируют изображения сечений внутренней структуры ОК, по которым судят о наличии и координатах внутренних дефектов материала ОК. По этому способу работает ультразвуковая антенная решетка в виде двухмерной матрицы (патент RU 2080592 С1, 1997).There is a method of ultrasonic testing of objects from coarse-grained materials, the essence of which is that an antenna array is located on the surface of the object, consisting of ultrasonic transducers with dry point contact, excite volume waves in the ultrasonic ultrasound, and take realizations of the surface vibrations of the OK, containing echo signals from various inhomogeneities material ok. As a result of the spatiotemporal processing of the adopted implementations, the images of sections of the internal structure of the OK are reconstructed, which are used to judge the presence and coordinates of internal defects of the OK material. The ultrasonic antenna array in the form of a two-dimensional matrix works according to this method (patent RU 2080592 C1, 1997).
Этот способ рассчитан на контроль объемных объектов с использованием объемных УЗ волн, причем никакого движения решетки по поверхности объекта с соответствующей обработкой сигналов из разных положений антенной решетки на поверхности ОК не предусмотрено. Обнаружение отражателей в ОК возможно только под областью расположения антенной решетки. Обнаруживать отражатели на некотором отдалении от решетки данный способ не позволяет. Поэтому способ не подходит для сплошного контроля длинномерных тонкостенных (не объемных) изделий.This method is designed to control volumetric objects using volumetric ultrasonic waves, and no movement of the array on the surface of the object with the corresponding signal processing from different positions of the antenna array on the surface of the OK is not provided. Detection of reflectors in the OK is possible only under the area of the antenna array. This method does not allow detecting reflectors at some distance from the grating. Therefore, the method is not suitable for continuous monitoring of long thin-walled (not voluminous) products.
Наиболее близким аналогом является способ УЗ контроля сварных швов, при котором при перемещении вдоль шва транспортной платформы осуществляется излучение в область сварного соединения УЗ сигналов и прием сигналов, отраженных от нарушений сплошности и однородности металла и прошедших через сварной шов. Излучение и прием УЗ сигналов производится четырьмя линейными ЭМА решетками по две с каждой стороны сварного шва. Элементы решеток расположены на поверхности ОК вдоль двух пересекающихся прямых линий. Точка пересечения линий при движении платформы перемещается над осью шва. Каждое положение платформы на поверхности ОК характеризуется расстоянием от начальной точки движения платформы. Для этого используется датчик пути. По этому способу работает комплекс для ультразвукового контроля изделий (патент RU 2515957 С1, 2014).The closest analogue is the method of ultrasonic inspection of welds, in which when moving along the seam of the transport platform, radiation is sent to the region of the welded joint of ultrasonic signals and reception of signals reflected from violations of the continuity and uniformity of the metal and passed through the weld. Radiation and reception of ultrasonic signals is performed by four linear EMA gratings, two on each side of the weld. The lattice elements are located on the surface of the OK along two intersecting straight lines. The point of intersection of the lines when moving the platform moves over the axis of the seam. Each position of the platform on the surface of the OK is characterized by a distance from the starting point of movement of the platform. For this, a path sensor is used. According to this method, a complex for ultrasonic testing of products works (patent RU 2515957 C1, 2014).
В данном способе используется пространственно-временная обработка реализаций, содержащих эхосигналы, принятые не только элементами той же решетки, которая излучила зондирующие импульсы, но и элементами других решеток. При движении платформы система антенных решеток позволяет реконструировать набор изображений поперечных сечений шва и околошовной зоны, параллельных друг другу, по которым судят о наличии и координатах дефектов в объеме сварного соединения.This method uses spatio-temporal processing of implementations containing echo signals received not only by elements of the same lattice that emitted sounding pulses, but also by elements of other lattices. When the platform moves, the antenna array system allows you to reconstruct a set of images of the cross sections of the seam and the heat-affected zone parallel to each other, which are used to judge the presence and coordinates of defects in the volume of the welded joint.
Способ рассчитан в основном на контроль локальной зоны изделия (сварного соединения) с помощью одного типа УЗ волн - поперечных с горизонтальной поляризацией. В одном из режимов используется волноводное распространение поперечных УЗ волн для построения карты расположения дефектов в стенках трубопровода. Однако излучение и прием волн происходит только в окружном направлении трубопровода в достаточно узком секторе углов. Поэтому чувствительность способа низкая, особенно к трещинам с поперечной к оси трубопровода ориентацией.The method is mainly designed to control the local zone of the product (welded joint) using one type of ultrasonic waves - transverse with horizontal polarization. In one of the modes, the waveguide propagation of transverse ultrasonic waves is used to build a map of the location of defects in the walls of the pipeline. However, the emission and reception of waves occurs only in the circumferential direction of the pipeline in a fairly narrow sector of angles. Therefore, the sensitivity of the method is low, especially for cracks with a transverse orientation to the axis of the pipeline.
Техническая задача, решаемая предложенным способом УЗ контроля, заключается в достижении максимально возможной чувствительности к обнаружению малоразмерных и слабо отражающих дефектов в стенках металлического трубопровода: дефектов в виде малых очагов язвенной коррозии, а также трещин, поперечно ориентированных относительно оси трубопровода, с одновременно высокой разрешающей способностью, как в продольном, так и в поперечном направлениях трубопровода.The technical problem solved by the proposed method of ultrasonic testing is to achieve the maximum possible sensitivity to the detection of small and weakly reflecting defects in the walls of a metal pipeline: defects in the form of small foci of peptic corrosion, as well as cracks transversely oriented relative to the axis of the pipeline, with high resolution both in the longitudinal and transverse directions of the pipeline.
Эта задача решена в способе ультразвукового контроля трубопровода, согласно которому при перемещении вдоль трубопровода периодически возбуждают ультразвуковые колебания в пределах заданной области его поверхности, связанной с диагностическим устройством, в выбранном интервале времени принимают из этой же области реализации ультразвуковых колебаний от акустических нормальных волн, прошедших по стенкам трубопровода и отраженных от различных нарушений сплошности материала стенок, и с помощью совместной обработки принятых реализаций ультразвуковых колебаний определяют распределение дефектов в стенках трубопровода, при этом возбуждение и прием ультразвуковых колебаний осуществляют в нескольких точках, соответствующих расположению акустических контактов приемно-излучающих элементов диагностического устройства в указанной области внешней или внутренней поверхностей трубопровода, возбуждение ультразвуковых колебаний производят касательными к поверхности трубопровода колебательными силами поочередно в каждой точке, а прием колебаний осуществляют одновременно во всех точках в пределах указанной области, причем принимают реализации колебаний ото всех основных типов акустических нормальных волн, распространяющихся по стенкам трубопровода во все стороны от точек возбуждения ультразвуковых колебаний, и из реализаций колебаний, принятых во всех точках поверхности трубопровода при перемещении вдоль него, по предварительно рассчитанным временам задержки для всех типов акустических нормальных волн выбирают эхосигналы от каждой точки поверхности стенок, когерентно суммируют их для каждой точки поверхности отдельно для каждого типа волн, вычисляют амплитуды суммарных сигналов и строят нормированные распределения этих амплитуд в соответствии с координатами точек поверхности стенок трубопровода отдельно для каждого типа акустических волн, после чего составляют одно распределение величины, значения которой равны максимальным значениям амплитуд суммарных сигналов от разных типов акустических волн для совпадающих по координатам точек поверхности стенок трубопровода, и по этому распределению судят о наличии и величине дефектов в стенках трубопровода.This problem is solved in the method of ultrasonic monitoring of the pipeline, according to which, when moving along the pipeline, ultrasonic vibrations are periodically excited within a predetermined area of its surface associated with the diagnostic device in a selected time interval, they are received from the same region of realization of ultrasonic vibrations from acoustic normal waves transmitted through the walls of the pipeline and the walls reflected from various discontinuities of the material of the walls, and with the help of joint processing of accepted implementations ultrasonic vibrations determine the distribution of defects in the walls of the pipeline, while the excitation and reception of ultrasonic vibrations is carried out at several points corresponding to the location of the acoustic contacts of the receiving-emitting elements of the diagnostic device in the specified area of the external or internal surfaces of the pipeline, the excitation of ultrasonic vibrations is produced by tangential forces to the surface of the pipeline alternately at each point, and the reception of oscillations is carried out simultaneously but at all points within the specified area, and take the implementation of vibrations from all the main types of normal acoustic waves propagating along the walls of the pipeline in all directions from the points of excitation of ultrasonic vibrations, and from the implementations of vibrations taken at all points of the surface of the pipeline when moving along it, based on pre-calculated delay times for all types of normal acoustic waves, echo signals from each point on the surface of the walls are selected, and coherently summed for each point and surfaces separately for each type of wave, the amplitudes of the total signals are calculated and the normalized distributions of these amplitudes are constructed in accordance with the coordinates of the points of the surface of the walls of the pipeline separately for each type of acoustic waves, after which they make one distribution of a value whose values are equal to the maximum values of the amplitudes of the total signals from different types of acoustic waves for coinciding points on the surface of the walls of the pipeline, and this distribution is used to judge the presence and magnitude of defects s in the pipeline walls.
Частные случаи использования способа состоят в следующем:Special cases of using the method are as follows:
- принимают реализации колебаний симметричной волны Лэмба нулевого порядка;- take the implementation of the oscillations of a symmetric Lamb wave of zero order;
- принимают реализации колебаний антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка;- take the implementation of the oscillations of the antisymmetric Lamb wave of zero order;
- принимают реализации колебаний поперечной нормальной волны нулевого порядка;- take the implementation of the oscillations of the transverse normal wave of zero order;
- времена задержки вычисляют, используя заданные координаты расположения акустических контактов элементов диагностического устройства и координаты отражающих точек на поверхности трубопровода, заданные с определенным шагом по двумерной сетке на поверхности трубопровода, и известные групповые и фазовые скорости распространения акустических нормальных волн в стенках трубопровода.- the delay times are calculated using the specified coordinates of the location of the acoustic contacts of the elements of the diagnostic device and the coordinates of the reflecting points on the surface of the pipeline, given with a certain step on a two-dimensional grid on the surface of the pipeline, and the known group and phase velocities of the propagation of normal acoustic waves in the walls of the pipeline.
Физический смысл способа состоит в том, что в стенках трубопровода поочередно возбуждают УЗ колебания в нескольких точках с известными координатами на поверхности трубы. Эти точки представляют собой упорядоченную группу. Взаимное расположение точек в группе не меняется при перемещении всей группы вдоль трубопровода.The physical meaning of the method consists in the fact that ultrasonic vibrations at several points with known coordinates on the pipe surface are alternately excited in the walls of the pipeline. These points represent an ordered group. The mutual arrangement of points in the group does not change when moving the entire group along the pipeline.
Из этих же точек одновременно принимают УЗ колебания из стенок. При одновременном перемещении этих точек вдоль трубопровода периодически повторяют поочередное возбуждение в этих точках УЗ колебаний в стенках трубопровода с приемом УЗ колебаний одновременно изо всех точек.From these same points, ultrasonic vibrations from the walls are simultaneously taken. With the simultaneous movement of these points along the pipeline periodically alternate excitation at these points of ultrasonic vibrations in the walls of the pipeline with the receipt of ultrasonic vibrations simultaneously from all points is repeated.
В результате в памяти накапливается массив реализаций УЗ колебаний. Каждая реализация является результатом излучения УЗ волн в стенку трубопровода из одной точки и приема колебаний в другой точке или, в частности, в той же самой, в которой колебания были возбуждены. Если в группе n точек, то общее количество реализаций, полученное в некоторой зоне расположения точек на трубопроводе, равно n2.As a result, an array of realizations of ultrasonic vibrations accumulates in memory. Each realization is the result of the emission of ultrasonic waves into the pipe wall from one point and the reception of vibrations at another point or, in particular, at the same one in which the vibrations were excited. If there are n points in the group, then the total number of implementations obtained in a certain area of the points on the pipeline is n 2 .
Скорость перемещения точек акустического контакта вдоль трубопровода, из которых исходят УЗ колебания и в которых происходит прием колебаний, настолько мала в сравнении со скоростью распространения УЗ колебаний в стенках трубы, что можно считать, что точки возбуждения колебаний и приема колебаний в некотором интервале времени практически совпадают и как бы неподвижны.The speed of movement of the points of acoustic contact along the pipeline, from which ultrasonic vibrations emanate and in which vibration is received, is so small in comparison with the propagation velocity of ultrasonic vibrations in the pipe walls that it can be assumed that the points of vibrational oscillation and the vibrational reception practically coincide in a certain time interval and as if motionless.
Каждая реализация записанных колебаний представляет собой смесь (аддитивную сумму) полезных эхосигналов от различных неоднородностей металла стенок трубопровода и шума.Each realization of the recorded oscillations is a mixture (additive sum) of useful echo signals from various inhomogeneities of the metal of the pipe walls and noise.
Возбуждение УЗ колебаний производится импульсными касательными к поверхности металла колебательными силами. В стенках трубопровода при этом возбуждаются различные моды нормальных волн (этот термин означает «волны в пластинах»). Основные из них - это симметричная и антисимметричная волны Лэмба нулевого порядка и поперечная нормальная волна нулевого порядка.Excitation of ultrasonic vibrations is carried out by pulsed tangential to the metal surface vibrational forces. In this case, various modes of normal waves are excited in the walls of the pipeline (this term means “waves in plates”). The main ones are the symmetric and antisymmetric zero-order Lamb waves and the transverse normal zero-order wave.
Поскольку координаты точек возбуждения и приема УЗ колебаний известны, то времена задержки УЗ сигналов от них до любой точки поверхности стенок рассчитываются просто через известные скорости распространения УЗ колебаний и расстояние до них.Since the coordinates of the points of excitation and reception of ultrasonic vibrations are known, the delay times of ultrasonic signals from them to any point on the wall surface are calculated simply through the known propagation velocities of ultrasonic vibrations and the distance to them.
По этим временам задержки из реализаций принятых колебаний извлекаются эхосигналы (короткие отрезки колебаний с длительностью, примерно равной длительности зондирующих сигналов) от каждой точки поверхности стенок трубы. И для каждой точки стенок эхосигналы суммируются с записью результата в соответствующую ячейку памяти. Совокупность амплитуд суммарных эхосигналов, распределенная в пространстве в соответствии с координатами отражающих точек трубы, представляет собой сканограмму вероятных дефектов стенок.At these delay times, echoes (short segments of vibrations with a duration approximately equal to the duration of the probing signals) are extracted from the realizations of the received oscillations from each point on the surface of the pipe walls. And for each point of the walls, the echo signals are summed up with the result being recorded in the corresponding memory cell. The set of amplitudes of the total echo signals distributed in space in accordance with the coordinates of the reflecting points of the pipe is a scan of the probable wall defects.
Поскольку в стенках трубы от точек возбуждения колебаний распространяются нормальные акустические волны разных типов с разными скоростями распространения, то такие сканограммы (распределения амплитуд суммарных сигналов) получают отдельно для каждого типа волн. Затем эти сканограммы совмещают вместе в соответствии с координатами точек. Результирующие значения полученной совмещенной сканограммы равны максимальным значениям для каждой координатной точки изо всех совмещаемых сканограмм. Результирующую (совмещенную) сканограмму можно назвать дефектограммой, по которой судят о дефектности стенок трубопровода.Since normal acoustic waves of different types with different propagation velocities propagate in the pipe walls from vibrational excitation points, such scans (distributions of the amplitudes of the total signals) are obtained separately for each type of wave. Then these scans are combined together in accordance with the coordinates of the points. The resulting values of the resulting combined scan are equal to the maximum values for each coordinate point of all the combined scan. The resulting (combined) scan can be called a defectogram, which is used to judge the defectiveness of the pipeline walls.
Дефектограмма может быть представлена на экране прибора или на бумаге в виде развертки трубы, т.е. может представлять собой двумерное плоское изображение, или в виде цилиндрической поверхности, адекватно соответствующей стенкам трубы.The defectogram can be presented on the screen of the device or on paper in the form of a scan of the pipe, i.e. may be a two-dimensional flat image, or in the form of a cylindrical surface, adequate to the walls of the pipe.
Направленность излучения и приема УЗ колебаний в точках акустического контакта, т.е. в точках действия колебательных сил, в общем случае практически отсутствует, т.е. излучение осуществляется во все стороны вдоль стенок. Однако направления максимумов диаграмм направленности излучения и приема УЗ волн для разных типов нормальных волн различны. Для симметричной и антисимметричной мод волн Лэмба максимумы диаграмм направленности ориентированы в направлении действия колебательных сил, а для поперечной нормальной волны - в перпендикулярном по отношению к колебательной силе направлении. Причем максимумов диаграмм направленности для каждого типа волн всегда два, в двух взаимно противоположных направлениях.The direction of radiation and reception of ultrasonic vibrations at the points of acoustic contact, i.e. at the points of action of vibrational forces, in the general case, it is practically absent, i.e. radiation is carried out in all directions along the walls. However, the directions of the maxima of the radiation patterns and the reception of ultrasonic waves for different types of normal waves are different. For the symmetric and antisymmetric modes of Lamb waves, the maxima of the radiation patterns are oriented in the direction of action of the vibrational forces, and for a transverse normal wave, they are oriented perpendicular to the vibrational force. Moreover, the maximums of the radiation patterns for each type of wave are always two, in two mutually opposite directions.
Совместная пространственно-временная обработка эхосигналов, извлеченных из реализаций УЗ колебаний, принятых из множества точек поверхности трубы, разнесенных в пространстве, позволяет однозначно восстановить картину распределения неоднородностей в стенках трубы. Это аналог метода триангуляции.The joint spatio-temporal processing of echo signals extracted from realizations of ultrasonic vibrations received from many points of the pipe surface spaced in space allows us to unambiguously reconstruct the distribution pattern of inhomogeneities in the pipe walls. This is an analogue of the triangulation method.
Использование способа повышает качество изображения, т.е. чувствительность системы, реализующей способ, и ее разрешающую способность для осуществления не только отображения мест, где находятся дефекты, но и для оценки их размеров. Кроме того, благодаря применению нескольких типов акустических волн, распространяющихся не только по окружности трубы, но и в направлениях вдоль оси трубы и под разными углами к ней, чувствительность такой системы контроля примерно одинакова к отражателям разной формы: как к продольным трещинам, так и к поперечным, а также к локальным язвам коррозии стенок.Using the method improves image quality, i.e. the sensitivity of the system that implements the method, and its resolution for not only displaying places where defects are located, but also for assessing their size. In addition, due to the use of several types of acoustic waves propagating not only along the pipe circumference, but also in directions along the pipe axis and at different angles to it, the sensitivity of such a monitoring system is approximately the same for reflectors of various shapes: both longitudinal cracks and transverse, as well as local ulcers of wall corrosion.
Иллюстрация алгоритма пространственно-временной обработки сигналов представлена на фиг. 1, где показана схема расположения точек возбуждения и приема УЗ колебаний на поверхности трубопровода.An illustration of the spatial-temporal signal processing algorithm is shown in FIG. 1, which shows the location of the points of excitation and reception of ultrasonic vibrations on the surface of the pipeline.
Пусть на поверхности трубопровода задана Декартова система координат. Ось X направлена вдоль трубопровода.Let the Cartesian coordinate system be defined on the pipeline surface. X axis is directed along the pipeline.
Длина траектории распространения УЗ сигнала от произвольно взятой точки И излучения зондирующего сигнала с координатами (xi, yi) к произвольной точке А поверхности трубопровода с координатами (x, y) и затем к некоторой точке П приема колебаний с координатами (xj, yj) в данной системе координат равнаThe length of the propagation path of the ultrasonic signal from an arbitrary point And the radiation of the probe signal with coordinates (x i , y i ) to an arbitrary point A of the pipeline surface with coordinates (x, y) and then to some point P of receiving vibrations with coordinates (x j , y j ) in this coordinate system is equal to
где i, j - номера точек излучения и приема УЗ колебаний, соответственно.where i, j are the numbers of the points of radiation and reception of ultrasonic vibrations, respectively.
Время задержки УЗ сигнала, прошедшего по этой траектории со скоростью с:The delay time of the ultrasonic signal passing along this trajectory at a speed of c:
Здесь в качестве скорости с используется значение групповой скорости соответствующего типа нормальной волны.Here, as the velocity c, the group velocity of the corresponding type of normal wave is used.
Для получения значения отражательной способности отражателя, находящегося в точке А поверхности трубопровода, все эхосигналы ото всех пар точек излучения и приема когерентно суммируются. Для этого из соответствующих реализаций УЗ колебаний выбираются отрезки с временами задержки, вычисленными по формуле (2). При этом перебираются все номера точек излучения и точек приема, но при совпадении номеров, т.е. при i=j отрезки сигналов суммируются с весом, равным 1, а при несовпадении номеров (i≠j) - с весом 1/2. Длительность τ суммируемых отрезков приблизительно соответствует длительности τз зондирующих импульсов.To obtain the reflectance value of the reflector located at point A on the surface of the pipeline, all echo signals from all pairs of emission and reception points are coherently summed. For this, from the corresponding realizations of ultrasonic vibrations, segments with delay times calculated by formula (2) are selected. In this case, all the numbers of radiation points and reception points are sorted, but with the numbers coinciding, i.e. for i = j, the signal segments are added up with a weight equal to 1, and if the numbers do not match (i ≠ j) - with a weight of 1/2. Duration τ integrable sections approximately corresponds to the duration τ of the probing pulses.
В результате вычисляется суммарный эхосигнал от точки АAs a result, the total echo from point A is calculated
В формуле (3) n - общее количество точек, в которых производится возбуждение и прием УЗ колебаний. Эти точки могут располагаться на поверхности трубопровода сплошным полем или иметь некоторые промежутки между меньшими полями. На результат такое их расположение в плане не влияет. Разбиение всей группы точек на части (подгруппы) А1, А2 и т.д. (см. фиг. 1) может потребоваться в конкретной ситуации контроля.In formula (3), n is the total number of points at which excitation and reception of ultrasonic vibrations are performed. These points can be located on the surface of the pipeline as a continuous field or have some gaps between smaller fields. Their arrangement in the plan does not affect the result. Dividing the entire group of points into parts (subgroups) A1, A2, etc. (see Fig. 1) may be required in a particular control situation.
При движении группы точек вдоль трубопровода весь процесс зондирования и обработки сигналов повторяется. При этом суммарный эхосигнал от точки А накапливается вследствие добавления к нему (досуммирования) таких же слагаемых, вычисляемых по формулам (1), (2) и (3), но с учетом того, что при смещении группы точек вдоль оси Х на расстояние Δх, координаты х точек возбуждения и приема получают приращения, равные Δх. Это досуммирование происходит до тех пор, пока время задержки выбираемого отрезка реализации для какой-либо траектории не превысит времени Тmax приема колебаний, т.е. не выйдет за пределы интервала приема из-за удаления точки А от точек возбуждения и приема колебаний.When a group of points moves along the pipeline, the whole process of sensing and signal processing is repeated. In this case, the total echo signal from point A is accumulated due to the addition of the same terms calculated by formulas (1), (2) and (3) to it (adding up), but taking into account the fact that when the group of points is displaced along the X axis by a distance Δx , the x coordinates of the points of excitation and reception receive increments equal to Δx. This summing up occurs until the delay time of the selected implementation segment for any trajectory exceeds the time T max for receiving oscillations, i.e. will not go beyond the reception interval due to the removal of point A from the points of excitation and reception of oscillations.
После окончания накопления эхосигнала от точки А вычисляется огибающая этого суммарного эхосигнала и значение ее амплитуды UA запоминается. То же самое производится для всех точек поверхности трубопровода, отстоящих от группы точек возбуждения и приема УЗ колебаний на расстояния, превышающие с некоторым запасом величинуAfter the accumulation of the echo signal from point A, the envelope of this total echo signal is calculated and its amplitude value U A is stored. The same is done for all points on the surface of the pipeline that are separated from the group of points of excitation and reception of ultrasonic vibrations by distances exceeding with some margin
Такие же операции (расчеты по формулам 1-4) производятся и с эхосигналами других типов нормальных волн, распространяющихся со своими скоростями по стенкам трубопровода.The same operations (calculations by formulas 1-4) are also performed with echo signals of other types of normal waves propagating with their velocities along the walls of the pipeline.
Некоторая разница в алгоритме для разных типов волн состоит в следующем. При вычислениях для поперечной нормальной волны используется только одно значение скорости волн (в формуле 2), т.к. у этой волны нет дисперсии скорости. А при оперировании с сигналами симметричной и антисимметричной нормальных волн каждый отрезок реализации со временем задержки, вычисленным по формуле (2) дополнительно проходит через корректирующий фильтр, выравнивающий времена задержки частотных составляющих сигнала, различие которых вызвано неодинаковой для них фазовой скоростью в полосе, занимаемой спектром сигнала.Some difference in the algorithm for different types of waves is as follows. In calculations for a transverse normal wave, only one value of the wave velocity is used (in formula 2), because this wave has no velocity dispersion. And when operating with signals of symmetric and antisymmetric normal waves, each implementation segment with a delay time calculated by formula (2) additionally passes through a correction filter that evens out the delay times of the frequency components of the signal, the difference of which is caused by the unequal phase velocity for them in the band occupied by the signal spectrum .
В результате в памяти формируются распределения амплитуд Us(x, y), Ua(x, y) и Ush(x, y) огибающих суммарных эхосигналов соответственно симметричной, антисимметричной и поперечной нормальных волн в стенках трубопровода в зависимости от координат точек поверхности.As a result, the distributions of the amplitudes Us (x, y), Ua (x, y), and Ush (x, y) of the envelopes of the total echo signals of the symmetric, antisymmetric, and transverse normal waves in the walls of the pipeline, depending on the coordinates of the surface points, are formed in the memory.
Затем выполняется наложение этих распределений таким образом, что значению U(x, y) результирующего распределения в любой точке присваивается амплитуда одного из полученных частных распределений Us(x, y), Ua(x, y) или Ush(x, y), наибольшая в данной точке. Результирующее распределение используется для обнаружения дефектов в стенках трубопровода и для оценки их размеров и степени опасности для эксплуатации трубопровода.Then, these distributions are superimposed in such a way that the value U (x, y) of the resulting distribution at any point is assigned the amplitude of one of the obtained particular distributions Us (x, y), Ua (x, y) or Ush (x, y), the largest at a given point. The resulting distribution is used to detect defects in the walls of the pipeline and to assess their size and degree of danger for the operation of the pipeline.
Для возбуждения и приема нескольких типов нормальных волн в стенках трубопровода колебательные силы F в точках акустического контакта системы возбуждения и приема сигналов направлены так, как показано на фиг. 1 двунаправленной стрелкой.In order to excite and receive several types of normal waves in the pipeline walls, the vibrational forces F at the points of acoustic contact of the excitation and signal reception system are directed as shown in FIG. 1 bidirectional arrow.
Расстояния рх, ру между точками возбуждения и приема УЗ колебаний в направлениях вдоль и поперек оси трубопровода соответственно выбраны, исходя из интервала пространственной корреляции акустического шума стенок трубопровода. Наилучшее отношение сигнал/шум получается при выборе этих расстояний в пределах от одного интервала пространственной корреляции шума до величины, приблизительно на 40% большей.The distances p x , p y between the points of excitation and reception of ultrasonic vibrations in the directions along and across the axis of the pipeline, respectively, are selected based on the interval of spatial correlation of acoustic noise of the walls of the pipeline. The best signal-to-noise ratio is obtained by choosing these distances in the range from one interval of spatial noise correlation to a value approximately 40% greater.
Применение всех основных типов нормальных УЗ волн, распространяющихся в стенках трубопровода в разные стороны, для независимого построения распределений отражающей способности точек поверхности трубопровода позволяет по результату наложения этих распределений получить высокоинформативную дефектограмму. Если пятна язвенной коррозии, сравнимые по размерам с длиной волны, рассеивают УЗ волны во все стороны, то трещины отражают УЗ сигналы направленно. И поскольку они имеют разную ориентациию, то могут быть направления, с которых от них эхосигналы могут не прийти, если использовать только один тип УЗ волн. Но эхосигналы другого типа волн с таких направлений присутствуют. Поэтому эхосигналы от отражателей контролируемого трубопровода у разных типов волн взаимно дополняют друг друга, что способствует достижению максимально возможной чувствительности способа контроля. Использование еще и высших типов нормальных волн нерационально. Это приведет к существенному усложнению способа обработки сигналов и времени обработки, а повышение чувствительности будет незначительным.The use of all the main types of normal ultrasonic waves propagating in the walls of the pipeline in different directions for independent construction of the reflectivity distributions of points on the surface of the pipeline allows to obtain a highly informative defectogram from the result of superimposing these distributions. If the ulcer corrosion spots, comparable in size to the wavelength, scatter the ultrasonic waves in all directions, then the cracks reflect the ultrasonic signals in a directional direction. And since they have different orientations, there may be directions from which echo signals may not come from them if you use only one type of ultrasonic waves. But echoes of a different type of wave from such directions are present. Therefore, the echo signals from the reflectors of the controlled pipeline for different types of waves are mutually complementary, which helps to achieve the maximum possible sensitivity of the control method. The use of higher types of normal waves is also irrational. This will lead to a significant complication of the signal processing method and processing time, and the increase in sensitivity will be negligible.
Поскольку в способе используются короткие зондирующие сигналы (не длиннее двух периодов колебаний), то это обеспечивает и высокую разрешающую способность способа и аппаратуры по обеим координатам x и y.Since the method uses short sounding signals (no longer than two periods of oscillation), this ensures a high resolution of the method and equipment in both x and y coordinates.
Рассмотрим систему для осуществления вышеописанного способа.Consider a system for implementing the above method.
За аналоги этой системы можно принять устройства, описанные в вышеуказанных патентах 2080592, 102810 и 2515957.For the analogues of this system, you can take the device described in the above patents 2080592, 102810 and 2515957.
Наиболее близкий аналог - комплекс для ультразвукового контроля изделий, содержащий сканирующую Х-образную систему электромагнитно-акустических антенных решеток, состоящую из четырех линейных приемно-излучающих антенных решеток, расположенных в плане таким образом, что центры элементов антенных решеток лежат на двух пересекающихся прямых линиях, причем каждая антенная решетка расположена по одну сторону от точки их пересечения и снабжена соответствующим блоком импульсного подмагничивания, соединенным своим входом с одним из четырех выходов синхронизатора, пятый выход которого подключен ко входу генератора импульсов возбуждения, каждый из четырех выходов которого подключен ко входу соответствующей антенной решетки, выходы антенных решеток подключены к соответствующим входам многоканального приемного тракта, оптическое измерительное устройство, выходом подключенное к первому входу вычислительного блока, который также имеет связь через соответствующие шины обмена данных с синхронизатором, многоканальным приемным трактом и блоком отображения результатов контроля, по меньшей мере, все антенные решетки, блоки импульсного подмагничивания и оптическое измерительное устройство установлены на подвижной платформе, оснащенной датчиком пути и блоком управления движением платформы, при этом выход датчика пути подключен ко второму входу вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока управления движением платформы, а каждый из элементов антенных решеток представляет собой пару изолированных катушек - излучающую и приемную, расположенных одна на другой и выполненных прямоугольными или овальными, при этом большая сторона прямоугольника или большая ось овала перпендикулярна соответствующей прямой линии Х-образной системы (RU 2515957 С1, 2014).The closest analogue is a complex for ultrasonic testing of products, containing a scanning X-shaped system of electromagnetic-acoustic antenna arrays, consisting of four linear receiving-emitting antenna arrays, arranged in plan so that the centers of the elements of the antenna arrays lie on two intersecting straight lines, moreover, each antenna array is located on one side of the point of their intersection and is equipped with a corresponding block of pulsed magnetization connected by its input to one of four outputs of the synchronizer, the fifth output of which is connected to the input of the excitation pulse generator, each of the four outputs of which is connected to the input of the corresponding antenna array, the outputs of the antenna arrays are connected to the corresponding inputs of the multi-channel receiving path, an optical measuring device connected to the first input of the computing unit, which also communicates via corresponding data exchange buses with a synchronizer, a multi-channel receiving path and a block for displaying the results of cont At least all antenna arrays, pulse bias units and an optical measuring device are mounted on a movable platform equipped with a path sensor and a platform motion control unit, while the output of the path sensor is connected to the second input of the computing unit, the output of which is connected to the input of the control unit the movement of the platform, and each of the elements of the antenna arrays is a pair of isolated coils - emitting and receiving, located one on top of the other and made rectangular or oval, while the large side of the rectangle or the major axis of the oval is perpendicular to the corresponding straight line of the X-shaped system (RU 2515957 C1, 2014).
Невозможность достижения этим комплексом высокой чувствительности при дистанционном обнаружении дефектов для построения карты их расположения в стенках трубопровода связана с использованием только одного типа УЗ волн - поперечных с горизонтальной поляризацией, распространение которых ограничено в сравнительно небольшом диапазоне углов от антенных решеток в направлении окружности трубопровода. Следствием этого является низкая чувствительности к обнаружению малоразмерных и слабо отражающих дефектов в стенках металлического трубопровода.The impossibility of this complex to achieve high sensitivity for remote detection of defects to construct a map of their location in the walls of the pipeline is associated with the use of only one type of ultrasonic waves - transverse with horizontal polarization, the propagation of which is limited in a relatively small range of angles from the antenna arrays in the direction of the circumference of the pipeline. The consequence of this is low sensitivity to the detection of small and weakly reflecting defects in the walls of a metal pipeline.
В связи с этим техническая задача, решаемая системой УЗ контроля трубопровода, заключается в достижении максимально возможной чувствительности к обнаружению малоразмерных и слабо отражающих дефектов в стенках металлического трубопровода: дефектов в виде малых очагов язвенной коррозии, а также трещин, поперечно ориентированных относительно оси трубопровода, с одновременно высокой разрешающей способностью, как в продольном, так и в поперечном направлениях трубопровода.In this regard, the technical problem solved by the ultrasonic inspection system of the pipeline is to achieve the maximum possible sensitivity to the detection of small and weakly reflecting defects in the walls of the metal pipeline: defects in the form of small foci of peptic corrosion, as well as cracks transversely oriented relative to the axis of the pipeline, with simultaneously high resolution, both in the longitudinal and in the transverse directions of the pipeline.
Эта задача решена системой ультразвукового контроля трубопровода, содержащей антенные решетки для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний в стенках трубопровода, многоканальный генератор импульсов возбуждения, выходы которого подключены к антенным решеткам, многоканальный приемный тракт, связанный своими входами с антенными решетками, синхронизатор, подключенный выходом к многоканальному генератору импульсов возбуждения через шину передачи данных, вычислительный блок и датчик пути, установленные на транспортной платформе для перемещения вдоль трубопровода, а также блок отображения результатов контроля, при этом синхронизатор, многоканальный приемный тракт, датчик пути и блок отображения результатов контроля связаны через соответствующие шины обмена данными с вычислительным блоком, элементы антенных решеток имеют сухой точечный контакт с поверхностью трубопровода, а векторы колебательных смещений их протекторов ориентированы вдоль оси трубопровода, элементы каждой антенной решетки расположены в плане вдоль одной или нескольких линий, параллельных образующей трубопровода, причем расстояния между элементами выбраны, исходя из интервала пространственной корреляции акустических шумов трубопровода вдоль его оси, а расстояния между линиями элементов выбраны, исходя из интервала пространственной корреляции акустических шумов трубопровода поперек его оси, каждый выход многоканального генератора импульсов возбуждения непосредственно соединен с каждым соответствующим элементом антенных решеток и с соответствующим входом многоканального приемного тракта.This problem is solved by a system of ultrasonic monitoring of a pipeline containing antenna arrays for exciting and receiving ultrasonic vibrations in the walls of the pipeline, a multi-channel excitation pulse generator, the outputs of which are connected to the antenna arrays, a multi-channel receiving path connected by its inputs to the antenna arrays, and a synchronizer connected to the multi-channel output excitation pulse generator via a data bus, a computing unit and a path sensor mounted on a transport platform for For moving along the pipeline, as well as a display unit of the monitoring results, the synchronizer, a multi-channel receiving path, a path sensor and a display unit of the monitoring results are connected via the corresponding data bus with the computing unit, the antenna array elements have dry point contact with the pipeline surface, and the vectors the vibrational displacements of their treads are oriented along the axis of the pipeline, the elements of each antenna array are located in plan along one or more lines parallel to of the piping, moreover, the distances between the elements are selected based on the interval of spatial correlation of acoustic noise of the pipeline along its axis, and the distances between the lines of elements are selected based on the interval of spatial correlation of acoustic noise of the pipeline across its axis, each output of the multi-channel excitation pulse generator is directly connected to each corresponding element of the antenna arrays and with the corresponding input of the multi-channel receiving path.
Частные случаи исполнения системы состоят в следующем:Special cases of system execution are as follows:
- многоканальный генератор импульсов возбуждения состоит из дешифратора адресного кода данных синхронизатора и подключенных к выходам дешифратора одноканальных генераторов;- a multi-channel excitation pulse generator consists of a decoder of the address code of the synchronizer data and single-channel generators connected to the decoder outputs;
- каждый канал многоканального приемного тракта содержит последовательно соединенные ограничитель, усилитель и аналого-цифровой преобразователь;- each channel of the multi-channel receiving path contains a serially connected limiter, amplifier, and analog-to-digital converter;
- связь вычислительного блока с блоком отображения результатов контроля выполнена в виде стандартного кабельного интерфейса передачи данных или в виде стандартного интерфейса связи по радиоканалу, дополненного при необходимости устройствами для увеличения дальности связи;- the connection of the computing unit with the display unit of the monitoring results is made in the form of a standard cable interface for data transfer or as a standard communication interface over a radio channel, supplemented with devices if necessary to increase the communication range;
- блок отображения результатов контроля выполнен в виде дисплея со вспомогательными блоками или в виде компьютера.- the block displaying the results of the control is made in the form of a display with auxiliary units or in the form of a computer.
Функциональная схема системы УЗ контроля трубопровода представлена на фиг. 2, на фиг. 3 приведено изображение (фронтальное и сверху) одного из вариантов построения системы контроля трубопровода.Functional diagram of the system of ultrasonic inspection of the pipeline is presented in FIG. 2, in FIG. Figure 3 shows an image (front and top) of one of the options for constructing a pipeline control system.
Система содержит антенные решетки 1 для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний в стенках трубопровода, многоканальный генератор 2 импульсов возбуждения, каждый выход которого непосредственно соединен с каждым соответствующим элементом антенных решеток 1 и с соответствующим входом многоканального приемного тракта 3. Многоканальный генератор 2 импульсов возбуждения состоит из дешифратора адресного кода данных синхронизатора и подключенных к выходам дешифратора одноканальных генераторов. Каждый канал многоканального приемного тракта 3 состоит из последовательно соединенных ограничителя, усилителя и аналого-цифрового преобразователя.The system contains
Синхронизатор 4 подключен выходом к многоканальному генератору 2 импульсов возбуждения через шину передачи данных. Антенные решетки 1, многоканальный генератор 2 импульсов возбуждения, многоканальный приемный тракт 3, синхронизатор 4, вычислительный блок 5 и датчик пути 6 установлены на транспортной платформе 7 для перемещения вдоль трубопровода. Синхронизатор 4, многоканальный приемный тракт 3, датчик пути 6 и блок 8 отображения результатов контроля связаны через соответствующие шины обмена данными с вычислительным блоком 5.The
Связь вычислительного блока 5 с блоком 8 отображения результатов контроля выполнена в виде стандартного кабельного интерфейса передачи данных или в виде стандартного интерфейса связи по радиоканалу, дополненного при необходимости устройствами для увеличения дальности связи. Блок 8 отображения результатов контроля выполнен в виде дисплея со вспомогательными блоками или в виде компьютера.The connection of the
Элементы антенных решеток 1 имеют сухой точечный контакт с поверхностью трубопровода, а векторы колебательных смещений их протекторов ориентированы вдоль оси трубопровода.The elements of the
Элементы каждой антенной решетки 1 расположены в плане вдоль одной или нескольких линий, параллельных образующей трубопровода, причем расстояния между элементами выбраны, исходя из интервала пространственной корреляции акустических шумов трубопровода вдоль его оси, а расстояния между линиями элементов выбраны, исходя из интервала пространственной корреляции акустических шумов трубопровода поперек его оси.The elements of each
Антенная решетка может, в частности, быть одна, матричная. Она должна занимать некоторую область поверхности трубопровода. Но из конструктивных ограничений и условий контроля трубопроводов сравнительно малых диаметров целесообразно использовать несколько антенных решеток. В этом случае проще обеспечить акустический контакт всех элементов решеток с цилиндрической поверхностью трубопровода.The antenna array can, in particular, be one, matrix. It should occupy a certain area of the surface of the pipeline. But from the design limitations and conditions for monitoring pipelines of relatively small diameters, it is advisable to use several antenna arrays. In this case, it is easier to provide acoustic contact of all elements of the gratings with the cylindrical surface of the pipeline.
Система по фиг. 3 содержит три одинаковые антенные решетки 1, установленные на транспортной платформе 7, внутри которой находятся все основные электронные устройства системы: многоканальный генератор импульсов возбуждения, многоканальный приемный тракт, синхронизатор и вычислительный блок.The system of FIG. 3 contains three
Каждый элемент 9 антенных решеток 1 контактирует с поверхностью трубопровода 10 через контактный наконечник. УЗ колебания передаются к ОК (трубопроводу 10) и обратно благодаря сухому точечному контакту. Вектор колебательных сил (и смещений) контактных наконечников всех элементов 9 антенных решеток 1 ориентирован по оси трубопровода 10. Вследствие такой ориентации колебательных сил в стенках трубопровода возбуждаются симметричные и антисимметричные нормальные волны Лэмба с максимумами излучения (и приема), направленные вдоль оси трубопровода 10, условно, вперед и назад. Кроме этих типов волн также возбуждаются поперечные нормальные волны с максимумами излучения (и приема), направленными поперек оси трубопровода 10 в обе стороны, условно, по часовой стрелке и против часовой стрелки.Each
Датчик пути 6 механически связан с осью одного из колес 11 транспортной платформы 7. В качестве блока 8 отображения результатов контроля используется компьютер, подключенный кабелем к вычислительному блоку системы.The
Все элементы 9 антенных решеток 1 пронумерованы с первого до последнего так, как будто это одна решетка.All
Каждая антенная решетка 1 состоит из тридцати двух элементов (4×8) с сухим точечным контактом. Две крайние антенные решетки 1 закреплены на гибкой рессоре 12, которая обеспечивает прижим элементов 9 решеток 1 к поверхности трубопровода 10. При установке системы внутри трубопровода рессора оказывается изогнутой в противоположную сторону относительно вида, показанного на фиг. 3, и также обеспечивает прижим антенных решеток 1 к трубопроводу 10. Колеса 11 установлены внутри транспортной платформы 7 с возможностью подпружиненного перемещения по вертикали, что позволяет устанавливать систему как снаружи трубопровода, так и внутри него. Каждый элемент 9 антенных решеток 1 установлен в корпусе решетки на подпружиненный подвес с возможностью небольшого возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси.Each
При использовании системы для внутритрубного контроля, когда система может удалиться от места ее загрузки на многие сотни метров, связь ее с блоком отображения результатов контроля по кабелю становится невозможной. В этом случае используется радиоканал связи, состоящий из двух приемо-передатчиков с антеннами и с Ethernet связями с вычислительным блоком системы на передающей стороне и с устройством отображения результатов контроля на приемной стороне. Кроме передачи изображений по этому каналу связи производится и подача различных команд системе от устройства отображения результатов контроля: команд начала и окончания движения, движения в обратном направлении, запуска сбора УЗ данных, проверки уровня напряжения питания и т.д.When using the system for in-line inspection, when the system can move away from its loading place for many hundreds of meters, it becomes impossible to communicate with the display unit of control results via cable. In this case, a radio communication channel is used, consisting of two transceivers with antennas and with Ethernet communications with the computing unit of the system on the transmitting side and with a display device of the monitoring results on the receiving side. In addition to transmitting images through this communication channel, various commands are also sent to the system from the device for displaying the results of control: commands to start and end the movement, move in the opposite direction, start collecting ultrasonic data, check the voltage level, etc.
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
По сигналу от вычислительного блока 5 синхронизатор 4 генерирует числовой код для включения первого канала генератора 2 импульсов возбуждения и подает на генератор запускающий импульс. Генератор 2 дешифрирует входной код и первый канал генератора подает на первый элемент 9 антенных решеток 1 импульс возбуждения. Первый элемент возбуждает в металле трубопровода 10 УЗ колебания. От точки акустического контакта по стенкам распространяются импульсы УЗ нормальных волн.According to the signal from the
Одновременно с посылкой зондирующего импульса начинается прием УЗ колебаний всеми каналами приемного тракта. Принятые каждым элементом 9 антенных решеток 1 УЗ колебания преобразуются в электрические сигналы, которые усиливаются в каждом канале, подвергаются преобразованию в цифровую форму и запоминаются в памяти вычислительного блока 5. Прием УЗ колебаний производится в интервале времени, в течение которого осуществляется прием эхосигналов от отражателей на разных дальностях, вплоть до наиболее удаленных от антенных решеток. Это удаление выбирается превышающим окружность трубопровода 10 с небольшим запасом. Запоминание реализаций УЗ сигналов происходит вместе с данными от датчика пути 6.Simultaneously with the sending of the probe pulse, the reception of ultrasonic vibrations by all channels of the receiving path begins. Accepted by each
Далее этот процесс повторяется до окончания интервала приема УЗ колебаний от зондирующего импульса последнего элемента антенных решеток 1. Затем зондирование начинается снова с первого элемента решеток 1 и т.д. непрерывно при движении транспортной платформы 7 по трубопроводу 10.Further, this process is repeated until the end of the reception interval for ultrasonic vibrations from the probe pulse of the last element of the
Одновременно с процессом зондирования и приема УЗ колебаний происходит пространственно-временная обработка эхосигналов в принятых реализациях. Используется алгоритм, изложенный выше. Для хранения промежуточных данных в состав вычислительного блока 5 входит память. Кроме того, результирующее распределение отражающих способностей точек поверхности трубопровода формируется в памяти изображения, которое передается в блок 8 отображения результатов контроля. Там оно выводится на экран.Simultaneously with the process of sensing and receiving ultrasonic vibrations, spatio-temporal processing of echo signals occurs in the adopted implementations. The algorithm described above is used. To store the intermediate data in the composition of the
В соответствии с описанием изобретения реализуется система ультразвукового контроля трубопровода, которая работает по предлагаемому способу и имеет максимально возможную чувствительность к обнаружению малоразмерных и слабо отражающих дефектов в стенках металлического трубопровода: дефектов в виде малых очагов язвенной коррозии, а также трещин, поперечно ориентированных относительно оси трубопровода, с одновременно высокой разрешающей способностью, как в продольном, так и в поперечном направлениях трубопровода.In accordance with the description of the invention, an ultrasonic pipeline monitoring system is implemented that works according to the proposed method and has the highest possible sensitivity to detecting small and weakly reflecting defects in the walls of a metal pipeline: defects in the form of small foci of peptic corrosion, as well as cracks transversely oriented relative to the axis of the pipeline , with at the same time high resolution, both in the longitudinal and transverse directions of the pipeline.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016138509A RU2629896C1 (en) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016138509A RU2629896C1 (en) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629896C1 true RU2629896C1 (en) | 2017-09-04 |
Family
ID=59797425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016138509A RU2629896C1 (en) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629896C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687177C1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-05-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Method of detecting and classification a signal in control systems |
| RU2687086C1 (en) * | 2018-10-11 | 2019-05-07 | Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" | Method of ultrasonic monitoring of pipeline wall thickness |
| RU2734724C1 (en) * | 2020-04-20 | 2020-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Vibroacoustic method of assessing technical condition of conducting engineering utilities |
| RU2758195C1 (en) * | 2021-02-03 | 2021-10-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Pipeline acoustic control method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0775910A1 (en) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Pipetronix GmbH | Apparatus for testing ferromagnetic materials |
| JP2000146921A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-26 | Nkk Corp | Method and device for ultrasonic crack detection |
| RU102810U1 (en) * | 2010-08-25 | 2011-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM |
| RU2485388C2 (en) * | 2008-01-11 | 2013-06-20 | ПиАйАй Лимитед | Device and group of sensors for pipeline monitoring using ultrasonic waves of two different types |
| RU136576U1 (en) * | 2013-08-06 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) | DEVICE FOR DETERMINING DEFECTS OF THE SAMPLE OF MAIN PIPELINES |
| RU2515957C1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex |
-
2016
- 2016-09-29 RU RU2016138509A patent/RU2629896C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0775910A1 (en) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Pipetronix GmbH | Apparatus for testing ferromagnetic materials |
| JP2000146921A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-26 | Nkk Corp | Method and device for ultrasonic crack detection |
| RU2485388C2 (en) * | 2008-01-11 | 2013-06-20 | ПиАйАй Лимитед | Device and group of sensors for pipeline monitoring using ultrasonic waves of two different types |
| RU102810U1 (en) * | 2010-08-25 | 2011-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM |
| RU2515957C1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex |
| RU136576U1 (en) * | 2013-08-06 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) | DEVICE FOR DETERMINING DEFECTS OF THE SAMPLE OF MAIN PIPELINES |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687177C1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-05-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Method of detecting and classification a signal in control systems |
| RU2687086C1 (en) * | 2018-10-11 | 2019-05-07 | Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" | Method of ultrasonic monitoring of pipeline wall thickness |
| RU2734724C1 (en) * | 2020-04-20 | 2020-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Vibroacoustic method of assessing technical condition of conducting engineering utilities |
| RU2758195C1 (en) * | 2021-02-03 | 2021-10-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Pipeline acoustic control method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2629896C1 (en) | Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation | |
| US7926350B2 (en) | Method for the non-destructive inspection of a test body using ultrasound | |
| JP4491800B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
| Zhang et al. | Efficient immersion imaging of components with nonplanar surfaces | |
| RU2458342C1 (en) | Method for ultrasonic tomography and apparatus for realising said method | |
| US9672187B2 (en) | System and method for directing guided waves through structures | |
| US20160299106A1 (en) | Systems and methods for using flexural modes in non-destructive testing and inspection | |
| RU2515957C1 (en) | Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex | |
| US10527590B2 (en) | Apparatus and method for inspecting a pipeline | |
| CN105445371A (en) | Ultrasonic phased array rapid scanning device and detection method of electronic beam welding line | |
| JPS6236527B2 (en) | ||
| Michaels et al. | Adaptive imaging of damage from changes in guided wave signals recorded from spatially distributed arrays | |
| RU2560754C1 (en) | Ultrasonic testing method of profile of internal surface of item with uneven surfaces | |
| JP5567471B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
| RU108627U1 (en) | PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM | |
| RU2657325C1 (en) | Method for ultrasonic controlling objects of solid materials, ultrasonic high-frequency converter for its implementation (options) and antenna array with the application of the method | |
| RU102810U1 (en) | PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM | |
| US8976017B1 (en) | Method for inspecting down hole drilling systems for flaws using ultrasonics | |
| CN201965117U (en) | Remote pipe imaging system based on guided wave focused scanning | |
| RU2687086C1 (en) | Method of ultrasonic monitoring of pipeline wall thickness | |
| US10921293B2 (en) | Method and device for detecting and characterizing a reflecting element in an object | |
| CN102565193B (en) | Remote pipeline imaging method and system based on guided wave gathered scanning | |
| JP5567472B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
| US20210048413A1 (en) | Fast pattern recognition using ultrasound | |
| Dziewierz et al. | A design methodology for 2D sparse NDE arrays using an efficient implementation of refracted-ray TFM |