ИЗМЕРЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПРОВОДЯЩЕГО ОБЪЕКТА Российский патент 2005 года по МПК G01B7/06 

Данное изобретение относится к контролю объекта из электрически проводящего материала электромагнитным способом. В способе электромагнитного контроля используют зонд, который содержит передающую катушку для наведения в объекте вихревых токов и приемную систему для получения сигнала, указывающего силу электромагнитного поля, созданного вихревыми токами, или изменения силы этого электромагнитного поля. В частности, данное изобретение относится к измерению толщины стенки и коррекции измеренной толщины стенки для неизвестных изменений подъема. Подъем является расстоянием между зондом и ближней поверхностью объекта, которая является поверхностью, наиболее близкой к зонду в противоположность дальней поверхности, которая является противоположной стороной объекта.

Примерами объектов, подходящих для контроля с помощью способа, согласно данному изобретению являются металлические плиты или стенки вместилищ, таких как трубы, котлы или контейнеры, имеющие радиус кривизны, который больше толщины объекта. Электрически проводящим материалом может быть любой электрически проводящий материал, например, углеродистая сталь или нержавеющая сталь. Другим применением способа, согласно данному изобретению, является измерение толщины слоя изоляции.

Задачей данного изобретения является обеспечение более точного измерения толщины объекта. Для этого данное изобретение предлагает способ измерения толщины стенки электрически проводящего объекта с использованием зонда, который содержит передающую катушку для наведения в объекте вихревых токов и приемную систему для получения сигнала, указывающего силу электромагнитного поля, созданного вихревыми токами, или изменения силы этого электромагнитного поля, при этом приемная система включает первый приемник и второй приемник, расположенный на расстоянии от первого приемника, при этом способ содержит стадии:

(a) расположения зонда вблизи объекта на расстоянии от ближней поверхности;

(b) наведения переходных вихревых токов в объекте посредством активирования передатчика и записи сигналов приемников во времени, при этом V₁(t) является сигналом первого приемника в зависимости от времени t, a V_u(t) - сигналом второго приемника в зависимости от времени t;

(c) измерения толщины стенки на основе характеристики одного из сигналов;

(d) вычисления характеристической величины Ф на основе комбинации V₁(t) V_u(t) и

(e) корректировки измеренной толщины стенки для расстояния между зондом и ближней поверхностью объекта с использованием предварительно определенного соотношения между толщиной стенки и характеристической величиной для различных значений расстояния между зондом и ближней поверхностью.

Ниже приводится подробное описание примера выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает первый вариант выполнения изобретения;

фиг.2 - график, иллюстрирующий корректировку измеренной толщины стенки для подъема.

На фиг.1 объект из электрически проводящего материала обозначен позицией 2, а зонд - позицией 4. Зонд 4 содержит передающую катушку 6 для наведения вихревых токов в объекте 2, приемную систему для получения сигнала, указывающего силу электромагнитного поля, создаваемого вихревыми токами, или изменения силы этого электромагнитного поля, при этом приемная система содержит первый приемник 8 и второй приемник 10, который расположен на расстоянии от первого приемника 8. Передающая катушка 6 соединена с устройством (не изображено) для возбуждения передающей катушки, а приемная система соединена с устройством (не изображено) для записи сигналов из приемной системы. Расстояние между зондом 4 и ближней поверхностью 12 обозначено позицией L, а пространство между зондом 4 и объектом 2 заполнено, например, изолирующим слоем (не изображен), покрывающим ближнюю поверхность 12. Расстояние между приемниками 8 и 10 одного порядка с расстоянием L предпочтительно составляет между 0,1 и 0, 9 расстояния L.

Во время нормальной работы зонд 4 расположен над объектом 2 вблизи ближней поверхности 12 объекта 2.

В объекте (2) наводят вихревые токи посредством активирования передающей катушки 6 (подачи энергии и резкого отключения энергии). Сигналы приемников 8 и 10 записывают в зависимости от времени. Сигнал первого приемника 8 в зависимости от времени t обозначен V₁(t), а сигнал второго приемника в зависимости от времени t обозначен V_u(t). Сигналы V₁(t) и V_u(t) указывают силу магнитного поля или изменения магнитного поля. В варианте выполнения, показанном на фиг, 1, приемники являются катушками 8 и 10, а записываемые сигналы указывают изменения силы магнитного поля, при этом диаметр приемных катушек одного порядка с расстоянием L предпочтительно составляет от 0,1 до 0,9 расстояния L.

Однако когда приемники являются преобразователями с использованием эффекта Холла или когда сигналы из катушек интегрируются, то сигналы указывают силу магнитного поля.

Один из сигналов V₁(t) и V_u(t) используют для определения толщины объекта, а оба сигнала V₁(t) и V_u(t) используют для вычисления характеристической величины Ф. Следует отметить, что для данного изобретения не имеет значения, является ли V₁(t) сигналом из приемника 8, a V_u(t) - сигналом из приемника 10 или же наоборот - V₁(t) сигналом из приемника 10, a V_u(t) - сигналом из приемника 8.

Заявителем было установлено, что для выполнения коррекции необходимо лишь одновременно определять характеристическую величину Ф и толщину WT_m стенки.

Уже известно измерение толщины стенки проводящего объекта с использованием вихревых токов, например, из публикации заявки на международный патент № WO 98/02 714 и описания европейского патента №321112. При измерении неизвестной толщины стенки имеется три толщины стенки: (1) действительная толщина стенки или истинная толщина стенки, (2) измеренная толщина стенки (до коррекции) и (3) скорректированная толщина стенки. Корректировка измеренной толщины стенки выполняется для получения толщины стенки, которая ближе к действительной толщине стенки, чем измеренная толщина стенки перед коррекцией.

На практике измеренная толщина стенки изменяется в зависимости от подъема. Измерение толщины стенки можно выполнять более точно, если можно использовать информацию на расстоянии L для корректировки измеренной толщины стенки. Заявитель нашел способ корректировки, в котором нет необходимости знать расстояние или подъем.

Для измерения толщины стенки зонд 4 располагают вблизи объекта 2 на расстоянии L от ближней поверхности 12 объекта 2, толщину которого необходимо определить.

Во время нормальной работы в объекте 2 наводят вихревые токи посредством активирования передатчика и записывают сигналы V₁(t) первого приемника 8 и V_u(t) второго приемника 10 в зависимости от времени (t).

Из характеристики по меньшей мере одного из сигналов V₁(t) и V_u(t) определяют известным образом толщину WT_m стенки. Это может быть определением амплитуды сигнала в конкретный момент времени и сравнением ее с амплитудами, определенными в этот момент времени для испытательных объектов, имеющих известную толщину. В качестве альтернативного решения используется так называемое критическое время, то есть время после прерывания активирования передатчика, в которое созданные в объекте вихревые токи достигают дальнюю поверхность. Другой способ включает вычисление интеграла сигналов в течение времени между двумя заданными моментами времени и получения информации о толщине на основе вычисленной величины. В другом способе используют определение времени, которое необходимо для уменьшения сигнала от первой величины до второй величины, и получают толщину из соотношения между толщиной стенки и временем.

Комбинацию сигналов V₁(t) и V_u(t) используют для вычисления характеристической величины Ф_m.

Затем измеренную толщину WT_m стенки корректируют для неизвестного расстояния L между зондом 4 и ближней поверхностью 12 объекта 2 с использованием предварительно определенного соотношения между толщиной стенки и характеристической величиной для различных значений расстояния между зондом и ближней поверхностью. Это соотношение определяют в одной точке для того же объекта или для объекта, имеющего аналогичные электромагнитные свойства. Следует отметить, что расстояние L может изменяться с изменением положения вдоль объекта.

Ниже приводится описание процесса корректировки измеренной толщины стенки для подъема со ссылками на фиг.2.

Сначала измеряют сигналы V₁(t) и V_u(t) для объекта, имеющего известную толщину WT_k стенки. На основе этих сигналов определяют толщину WT_m стенки и характеристическую величину Ф_m. Это повторяют для нескольких разных подъемов в том же месте. Толщина стенки и характеристическая величина показаны на графике на фиг.2А, где на горизонтальной оси откладывают подъем L, а на вертикальной оси - толщину стенки WT и характеристическую величину Ф. Сплошной линией показана измеренная толщина стенки в зависимости от подъема, а штриховой линией - характеристическая величина в виде функции подъема. Точки а, b, с, d, e, f и g являются измеренными величинами. Калибровка заключается в том, чтобы толщина WT_m(c) стенки, измеренная в точке с, равнялась известной толщине WT_k стенки.

Затем из графика, показанного на фиг.2А, - получают график, показанный на фиг.2В. На фиг.2В показана измеренная толщина стенки в виде функции характеристической величины.

Из фиг.2В определяют коэффициент коррекции CF и строят график, показанный на фиг.2С. Коэффициент коррекции равен известной толщине стенки, разделенной на измеренную толщину стенки, и коэффициент коррекции равен 1 для Ф_с, больше 1 для Ф<Ф_с и меньше 1 для Ф>Ф_с. Для получения коэффициента коррекции в виде непрерывной функции характеристической величины через точки проводят кривую.

Для корректировки измеренной толщины стенки одного и того же объекта (или объекта, имеющего аналогичные электромагнитные свойства) для неизвестного подъема, измеренную толщину WT_m корректируют с использованием характеристической величины Ф_m. Скорректированная толщина стенки равна WT_corr=WT_m· CF(Ф).

В качестве альтернативного решения соотношение между измеренной толщиной стенки и характеристической величиной (как показано на фиг.2В) апроксимируется линейным соотношением. Это линейное соотношение характеризуется наклоном, который равен отношению изменения толщины стенки δWT₁ к изменению характеристической величины δФ₁. Скорректированная толщина стенки равна WT_corr=WT_m+(Ф₂-Ф₀)(δWT₁/δФ), где Ф₂ является характеристической величиной, относящейся к неизвестной толщине стенки, а Ф₀ - характеристической величиной, для которой коэффициент коррекции равен 1 (Ф_с на фиг.2С).

Скорректированную толщину стенки предпочтительно корректируют для температуры измерения объекта. Это можно выполнять путем определения при температуре То калибровки отношения изменения толщины стенки δWT к изменению температуры δТ и вычисления скорректированной толщины стенки с использованием уравнения WT_corr2=WT_corr+(Т-Т₀)(δWT/δT).

Вычисление характеристической величины Ф на основе комбинации V₁(t) и V_u(t) предпочтительно содержит вычисление характеристической величины из уравнения

где t₀ является начальным моментом времени, Δ - интервалом выборки и n - числом выборок, включенных в суммирование.

В варианте выполнения зонда 4, показанном на фиг.1, приемники 8 и 10 расположены один над другим в вертикальном направлении - перпендикулярно ближней поверхности 12 объекта 2. В альтернативном варианте выполнения (не изображен) антенные приемные средства разнесены в горизонтальном направлении - параллельно ближней поверхности 12. Это является предпочтительным, в частности, тогда, когда используется U-образный ферритовый сердечник, открытый конец которого направлен в сторону объекта. U-образный ферритовый сердечник содержит на обоих плечах передающую катушку и приемную катушку, затем ближе к U-образной части ферритового сердечника расположена вторая приемная катушка.

В трубах, покрытых изолирующим материалом, под изоляцией происходит коррозия. Обычно изолирующий материал защищен от воздействия внешней среды металлическим покрытием. Это металлическое покрытие называют оболочкой. Оболочка обычно выполняется из алюминия или стали и имеет толщину около 0,7 мм. Оболочку применяют секциями с типичной длиной 1 м. Проникновение воды предотвращается за счет частичного наложения друг на друга двух секций оболочки. Оболочку не надо удалять во время обследования с использованием технологии вихревых токов. В первом приближении действие оболочки состоит в задержке Δt принятого сигнала: если сигнал без оболочки является s(t), то сигнал с оболочкой становится s(t-Δt). Величина Δt изменяется вдоль секции оболочки: вблизи наложения секций Δt больше по сравнению с величиной в середине. Изменения сдвига Δt влияют на обычный способ с использованием импульсных вихревых токов: изменения в Δt проявляются как ложные изменения в измеряемой толщине стали. Заявителями установлено, что способ согласно данному изобретению, когда используют два приемника, является менее чувствительным к наличию металлической оболочки. Причиной этому является то, что, как было экспериментально установлено, характеристическая величина Ф почти не зависит от времени t: Ф(t)≈Ф(t-Δt), при этом

где τ=t или τ=t-Δt.

Способ может быть использован для определения степени коррозии металлических труб. Вблизи поверхности электрически проводящего объекта размещают передающую катушку для наведения в объекте вихревых токов и приемную систему, состоящую из двух приемных катушек. Записывают сигналы во времени первой и второй приемных катушек. Толщину стенки объекта определяют на основе характеристики одного из сигналов. Вычисляют характеристическую величину Ф на основе обоих сигналов. Корректируют значение измеренной толщины стенки объекта для расстояния между зондом и объектом с использованием предварительно определенного соотношения между толщиной стенки и характеристической величиной Ф для различных значений расстояния между зондом и объектом. Изобретением решается задача исключения влияния расстояния между зондом и объектом на результат измерения толщины стенки электрически проводящего объекта. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения толщины стенки электрически проводящего объекта с использованием зонда, который содержит передающую катушку для наведения в объекте вихревых токов и приемную систему для получения сигнала, указывающего силу электромагнитного поля, созданного вихревыми токами, или изменения силы этого электромагнитного поля, при этом приемная система включает первый приемник и второй приемник, расположенный на расстоянии от первого приемника, при этом способ содержит стадии:

(a) расположения зонда вблизи объекта на расстоянии от ближней поверхности;

(b) наведения переходных вихревых токов в объекте посредством активирования передатчика и записи сигналов приемника во времени, при этом V₁(t) является сигналом первого приемника в зависимости от времени (t), a V_u(t) - сигналом второго приемника в зависимости от времени (t);

(c) измерения толщины стенки на основе характеристики одного из сигналов;

(d) вычисления характеристической величины Ф на основе комбинации V₁(t) и V_u(t); и

(e) корректировки измеренной толщины стенки для расстояния между зондом и ближней поверхностью объекта с использованием предварительно определенного соотношения между толщиной стенки и характеристической величиной для различных значений расстояния между зондом и ближней поверхностью.

где t₀ является начальным моментом времени;

Δ - интервал выборки;

n - число выборок, включенных в суммирование.