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

Описание патента на изобретение RU2260172C2

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 Vu(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) Vu(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 Vu(t). Сигналы V1(t) и Vu(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 Vu(t) используют для определения толщины объекта, а оба сигнала V1(t) и Vu(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 Vu(t) - сигналом из приемника 10 или же наоборот - V1(t) сигналом из приемника 10, a Vu(t) - сигналом из приемника 8.

Заявителем было установлено, что для выполнения коррекции необходимо лишь одновременно определять характеристическую величину Ф и толщину WTm 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 Vu(t) второго приемника 10 в зависимости от времени (t).

Из характеристики по меньшей мере одного из сигналов V1(t) и Vu(t) определяют известным образом толщину WTm 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 Vu(t) используют для вычисления характеристической величины Фm.

Затем измеренную толщину WTm 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 Vu(t) для объекта, имеющего известную толщину WTk стенки. На основе этих сигналов определяют толщину WTm стенки и характеристическую величину Фm. 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 WTm(c) стенки, измеренная в точке с, равнялась известной толщине WTk 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 Фс, больше 1 для Ф<Фс и меньше 1 для Ф>Фс. 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 WTm корректируют с использованием характеристической величины Фm. Скорректированная толщина стенки равна WTcorr=WTm· 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 WTcorr=WTm+(Ф20)(δWT1/δФ), где Ф2 является характеристической величиной, относящейся к неизвестной толщине стенки, а Ф0 - характеристической величиной, для которой коэффициент коррекции равен 1 (Фс 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 WTcorr2=WTcorr+(Т-Т0)(δWT/δT).

Вычисление характеристической величины Ф на основе комбинации V1(t) и Vu(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.

Похожие патенты RU2260172C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТА ИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА 2001
  • Кроузен Паулус Каролус Николас
  • Лоиер Марк Теодор
  • Ван Дер Стен Йохан
RU2283488C2
МОНИТОРИНГ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ 2003
  • Кроузен Паулус Каролус Николаас
RU2323410C2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА 2003
  • Кроузен Паулус Каролус Николаас
RU2299399C2
СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ ПОПРАВОК НА ВЛИЯНИЕ СКВАЖИНЫ В ДАННЫЕ ТРЕХМЕРНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ЗОНДОВ 2005
  • Барбер Томас Д.
  • Бруссард Трэйси Э.
  • Минербо Джеральд Н.
  • Ван Ханьмин
  • Давыдычева София
RU2378669C2
УСТРОЙСТВО ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ С ПОМОЩЬЮ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ 1997
  • Ван Андел Петрус Виллем
  • Лоренз Мартен
  • Мейер Рикки Эдуардо Рикардо
  • Лойер Марк Теодор
RU2183008C2
Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах 2016
  • Потапов Александр Петрович
RU2636064C1
Способ и устройство для электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии ферромагнитных металлических труб в многоколонных скважинах 2022
  • Потапов Александр Петрович
  • Даниленко Виталий Никифорович
  • Даниленко Владислав Витальевич
  • Куйбышев Рустам Равилович
  • Шамшин Виталий Иванович
RU2783988C1
СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ 2013
  • Икеда Кеисиро
  • Тасака Такахиро
  • Иихоси Масанори
RU2589491C1
ИНДУКТИВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ УМЕНЬШЕННЫХ ВЛИЯНИЯХ СКВАЖИНЫ 2004
  • Минербо Джеральд
  • Давыдычева София
  • Ван Ханьмин
  • Хоуман Дин М.
RU2344446C2
СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ В СКВАЖИНАХ 2000
  • Миллер А.А.
RU2176317C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 260 172 C2

Реферат патента 2005 года ИЗМЕРЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПРОВОДЯЩЕГО ОБЪЕКТА

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.

Формула изобретения RU 2 260 172 C2

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 Vu(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 Vu(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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корректировка измеренной толщины стенки включает измерение толщины стенки и определение характеристической величины для объекта, имеющего известную толщину стенки для различных значений подъема; выведение соотношения между измеренной толщиной стенки и характеристической величиной и получение скорректированной толщины стенки посредством умножения измеренной толщины стенки на коэффициент коррекции, относящийся к характеристической величине.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что корректировка измеренной толщины WTm стенки содержит определение характеристической величины Ф0, для которой коэффициент коррекции равен 1; выведение из соотношения между измеренной толщиной стенки и характеристической величиной отношения изменения толщины стенки δWT1 к изменению характеристической величины δФ1, и корректировку толщины WTm стенки для неизвестного подъема с получением скорректированной толщины стенки WTcorr=WTm+(Ф20)(δWT1/δФ), где Ф2 является характеристической величиной, измеренной вместе с толщиной WTm стенки.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дополнительно содержит измерение температуры объекта и корректировку скорректированной толщины стенки с учетом температуры.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что корректировка скорректированной толщины стенки с учетом температуры включает определение при температуре Т0 калибровки отношения изменения толщины стенки δWT к изменению температуры δТ и вычисления скорректированной толщины стенки с использованием уравнения WTcorr2=WTcorr+(T-T0)(δWT/δT).6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что вычисление характеристической величины Ф на основе комбинации V1(t) и Vu(t) содержит вычисление характеристической величины из уравнения

где t0 является начальным моментом времени;

Δ - интервал выборки;

n - число выборок, включенных в суммирование.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что приемная система содержит первую приемную катушку и вторую приемную катушку, расположенную на расстоянии от первой приемной катушки, и в котором сигнал представляет изменение вихревого тока, при этом V1 и Vu являются напряжениями на зажимах первой и второй приемной катушки соответственно.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2260172C2

US 5059902 А, 22.10.1991
US 5889401 А, 30.03.1999
Дорожная спиртовая кухня 1918
  • Кузнецов В.Я.
SU98A1
EP 0321112 A1, 21.06.1989
ИМПУЛЬСНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ 0
SU238856A1
US 6037768 А, 14.03.2000.

RU 2 260 172 C2

Авторы

Кроузен Паулус Каролус Николас

Ван Дер Стен Йохан

Лоиер Марк Теодор

Даты

2005-09-10Публикация

2001-08-22Подача