УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 1994 года по МПК G01N29/10 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано при обследовании нефте- и других продуктопроводов.

Известна установка для ультразвукового контроля трубопроводов, содержащая транспортный модуль, несущий систему пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), устройства возбуждения ПЭП, приема, усиления, обработки сигналов, блок определения местоположения контроля и кабель для передачи информации в накопительное устройство, расположенное вне трубопровода [1].

Недостатком этой установки является низкая достоверность результатов контроля из-за наличия во многих местах на внутренних стенках трубопровода слоя парафина и смолистых веществ различной толщины и протяженности, приводящего к поглощению ультразвуковых колебаний и изменению затухания ультразвуковых колебаний в больших пределах и непредсказуемым образом, что приводит к пропуску опасных дефектов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля дефектов металла трубопроводов, принятое за прототип, содержащее акустическую приемоизлучающую систему, состоящую из блоков пьезопреобразователей, закрепленных на корпусе, и размещенные в нем, последовательно соединенные синхронизатор, генератор возбуждающих импульсов, коммутатор и многоканальный приемоусилительный тракт с регулятором усиления, блок первичной обработки информации, блоки определения местоположения зоны контроля, накопления информации и энергообеспечения [2].

Зеркальный сигнал и сигнал от возможного дефекта проходят один и то же путь в продукте и осадке и меняются по одному закону и одинаковое количество раз. Значит, меняя коэффициент приемоусилительного тракта в обратной зависимости от величины зеркального сигнала, можно полностью компенсировать меняющееся затухание УЗ колебаний в осадке и продукте.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов контроля за счет компенсации затухания в слое осадка с одновременным устранением возникающей зеркальной помехи от расположенных в общей плоскости падения ультразвуковых колебаний ПЭП.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - расположение ПЭП в акустическом блоке.

Устройство содержит акустическую приемоизлучающую систему, состоящую из синхронизатора 1, генератора 2 возбуждающих импульсов, коммутатора 3, пьезоэлектрических приемоизлучающих преобразователей 4, скомпонованных в акустические блоки 5, многоканального приемоусилительного тракта 6 с регуляторами 7 усиления и дополнительными блоками 8 автоматической регулировки, состоящими из схем 9 выделения зеркального сигнала и формирователей 10 управляющего напряжения, блоков 11 первичной обработки информации, блока 12 определения местонахождения зоны контроля, блока 13 накопления информации и блока 14 энергообеспечения.

Пьезоэлектрические приемоизлучающие преобразователи 4 имеют центральное относительно их излучающей поверхности расположение акустических осей 15, где центры 16 являются точками выхода этих осей, лежащих на окружности центров 17. Центры 16 равноудалены от фокусов блока 18, которые расположены на окружности 19, диаметр которой равен внутреннему диаметру трубопровода 20. Позицией 21 показан слой парафиноподобных и других осаждающихся веществ на внутренней поверхности трубопровода 20.

Устройство работает следующим образом.

В процессе перемещения перекачиваемым продуктом транспортного модуля (не показан), размещенного в трубопроводе 20, синхронизатор 1, определяя ритм работы акустической приемоизлучающей системы, выдает последовательность ультразвуковых импульсов, поступающих на генератор 2, который возбуждает через коммутатор 3 пьезоэлектрические преобразователи 4. Пьезоэлектрические преобразователи 4, работающие одновременно в совмещенном режиме излучения и приема, образуют на внутренней поверхности трубопровода 20 сплошное кольцо, состоящее из "пятен", перекрывающих друг друга. Излученные ультразвуковые импульсы распространяются вдоль акустических осей 15, пересекающихся в одной точке - фокусе блока 18, образуя на внутренней поверхности трубопровода 20 пятно падающих импульсов. Излученный импульс, пройдя через продукт и слой 21 осадка, на поверхности трубопровода 20 преломляется и отражается от границы раздела среда-металл, при этом на преобразователе 4 появляется зеркальный сигнал, вторично прошедший через осадок. Импульс преломленной волны, войдя в металл и дойдя до дефекта, отражается от него и возвращается на ПЭП 4, проходит вторично границу раздела и слой осадка и затем поступает на соответствующий приемоусилительный тракт 6. Таким образом, амплитуды зеркального сигнала и сигнала от дефекта меняются в зависимости от затухания в слое 21 осадка и продукте совершенно одинаково: ослабляются по одному закону и в одинаковое количество раз. Это дает возможность управлять коэффициентом усиления каждого приемоусилительного тракта 6 в соответствии с изменением амплитуды своего зеркального сигнала, увеличивая его при уменьшении амплитуды сигнала и наоборот.

Реализуется это следующим образом. Все сигналы с выходов блоков 5 (преобразователей 4), поступая на входы каналов многоканального приемоусилительного тракта 6, одновременно попадают на входы схем 9 выделения зеркального сигнала дополнительных блоков 8 автоматической регулировки усиления, где из всех сигналов выделяются по временному признаку (времени прихода) и усиливаются только зеркальные сигналы. Далее усиленные зеркальные сигналы с выхода схем 9 поступают на формирователи 10 управляющего напряжения, где импульсные зеркальные сигналы преобразуются в постоянное напряжение, величина которого обратно пропорциональна амплитуде импульса зеркального сигнала. С выхода формирователей 10, постоянное управляющее напряжение поступает на регулятор 7 усиления, который меняет величину коэффициента усиления в зависимости от величины управляющего напряжения. Причем регулятор 7 усиления, охваченный обратной связью, каждый со своим каналом тракта 6 продолжает выполнять и другие регулировочные функции, например компенсации температурной нестабильности усиления, временная регулировка усиления и др.

Таким образом, посредством регулировки усиления тракта 6 по величине амплитуды зеркального сигнала происходит компенсация неизвестного заранее и меняющегося по величине затухания в слое 21 осадка, а следовательно, выравнивание чувствительности к дефектам. При этом из-за смещения одного из ПЭП 4 из плоскости расположения остальных пьезоэлектрических преобразователей вдоль своей акустической оси происходит временной сдвиг зеркального сигнала от противолежащего ПЭП 4 относительно зоны приема ожидаемых сигналов от дефектов и сигнал от дефекта регистрируется с высокой достоверностью. Далее сигнал попадает в блок 11 первичной обработки информации, затем в блок 13 накопления информации, куда одновременно поступает сигнал из блока 12 определения местонахождения зоны контроля.

Дополнительно следует отметить, что так как скорости УК в продукте и осадке близки, массы практически равны, то коэффициент отражения от границы продукт-осадок будет мал и не превысит 0,05.

Поэтому этой поправкой можно пренебречь по сравнению с коэффициентом отражения от границы продукт-металл.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля состояния магистральных и других продуктопроводов. Цель - повышение точности. Устройство позволяет повысить достоверность контроля за счет установки в каждом акустическом блоке одного из пьезоэлектрических преобразователей со смещением относительно других и снабжения дополнительными блоками автоматической регулировки усиления, что позволяет компенсировать затухание в слое осадка на внутренней поверхности трубопровода. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор возбуждающих импульсов и коммутатор, накопитель информации и подключенные к нему блок первичной обработки информации и блок определения местоположения зоны контроля и N каналов, каждый из которых содержит блок из M пьезоэлектрических пьезопреобразователей, входы которых подключены к соответствующим выходам коммутатора, и усилитель с регулятором усиления, включенный между выходами пьезоэлектрических преобразователей и входом блока обработки информации, отличающееся тем, что каждый из N каналов снабжен последовательно соединенными временным селектором зеркального сигнала, вход которого связан с выходами пьезоэлектрических преобразователей, и формирователем управляющего напряжения, выход которого связан с входом регулятора усиления, в каждом блоке M - 1 пьезоэлектрических преобразователей расположены по окружности с пересечением их акустических осей в одной точке, которая равноудалена от указанных M - 1 пьезоакустических преобразователей, а M-й пьезоэлектрический преобразователь размещен вне плоскости указанной окружности с расположением его акустической оси, центра этой окружности и акустической оси одного из M - 1 пьезоэлектрических преобразователей в одной плоскости.