Устройство для путевого обследования внутренней поверхности трубопроводов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в дефектоскопии стенок трубопроводов, в других областях техники. Устройство для путевого обследования внутренней поверхности трубопроводов содержит электронные блоки, размещенные в герметичном контейнере, устройство перемещения контейнера по трубопроводу, датчики замера глубины дефекта и деформации, датчики регистрации местонахождения, формирователь магнитного потока в исследуемом участке трубопровода, дополнительный герметичный контейнер прозрачный со стороны, обращенной к стенке трубопровода, расположенный на держателе, шарнирно соединенном через подвижный рычаг с герметичным контейнером. В герметичном контейнере содержится источник света, оптически связанный через оптическое волокно с дополнительным герметичным контейнером, в котором последовательно по ходу светового пучка расположены поляризатор, полусферическая линза, оптическая система формирования изображения. Полусферическая линза расположена на прозрачной грани дополнительного герметичного контейнера с внутренней стороны. С наружной стороны прозрачной грани дополнительного контейнера расположена пленка магнитооптического материала с многослойным диэлектрическим покрытием. Пленка магнитооптического материала расположена над поверхностью стенки трубопровода в области сформированного магнитного потока. Торец оптического волокна расположен в фокальной плоскости полусферической линзы, торец световодного жгута расположен в области изображения магнитооптического материала. Многослойное диэлектрическое покрытие на магнитооптическом материале выполнено из чередующихся четвертьволновых слоев диэлектрика с различным показателем преломления, свет освещает границы раздела слоев диэлектрика под углом Брюстера, поляризация излучения ориентирована в плоскости падения света. Устройство для путевого обследования внутренней поверхности трубопроводов позволяет повысить надежность определения дефектных участков, могущих привести к аварии. Устройство не только определяет дефектный участок стенки трубопровода, но и получает изображение дефекта, которое может быть подвергнуто дополнительному анализу. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в дефектоскопии стенок трубопроводов, в других областях техники.

Известен магнитооптический дефектоскоп, состоящий из источника поляризованного света, формирователя светового пучка, пленки магнитооптического материала (МОМ) с защитным покрытием, анализатора, оптической системы формирования изображения дефектов, расположенных последовательно по ходу светового пучка, источника постоянного магнитного поля для возбуждения магнитного потока в исследуемом образце параллельно плоскости МОМ, полюса источника магнитного поля расположены симметрично с двух сторон относительно МОМ (Вилесов Ю.Ф., Вишневский В.Г., Грошенко Н.А. Устройство для визуализации и топографирования магнитных полей. - ИЛ 38-98, Крымский ЦНТИ, 1998). Устройство позволяет визуализировать скрытые дефекты в ферромагнитных материалах. Для этого в исследуемом образце создается магнитный поток. На дефектах исследуемого образца, например, в трещинах в его объеме образуются магнитные заряды, которые создают поле рассеяния, перпендикулярное поверхности образца. Поле рассеяния индуцируют в МОМ структуру намагниченности, перпендикулярную ее поверхности, которая визуализируется за счет эффекта Фарадея.

Недостатком устройства является низкий контракт изображения дефектов с малой величиной полей рассеяния. Дефекты, расположенные на большом расстоянии от поверхности трубопровода или имеющие малые геометрические размеры, создают магнитные поля рассеяния с малой напряженностью.

Известно также устройство для путевого обследования внутренней поверхности трубопровода, содержащее электронные блоки, размещенные в герметичном контейнере, датчики замера глубины дефекта и деформации, выполненные в виде колес, снабженных подпружиненными рычагами с сигнальными датчиками, подвижно соединенными с герметичным контейнером, датчики регистрации местонахождения, выполненные в виде двух колес (авт. св. СССР N 1656284, МКИ⁶ F 17 D 5/00).

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать устройства для путевого обследования внутренней поверхности трубопровода за счет повышения надежности путевого обследования.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для путевого обследования внутренней поверхности трубопроводов, содержащем электронные блоки, размещенные в герметичном контейнере, устройство перемещения контейнера по трубопроводу, датчики замера глубины дефекта и деформации, подвижно соединенные с герметичным контейнером, датчики регистрации местонахождения, датчики электрически соединены с электронными блоками в герметичном контейнере, согласно изобретению дополнительно содержатся формирователь магнитного потока в исследуемом участке трубопровода, дополнительный герметичный контейнер, прозрачный со стороны, обращенной к стенке трубопровода, расположенный на держателе, шарнирно соединенном через подвижный рычаг с герметичным контейнером, в герметичном контейнере содержится источник света, оптически связанный через оптическое волокно с дополнительным герметичным контейнером, в котором последовательно по ходу светового пучка расположены поляризатор, полусферическая линза, оптическая система формирования изображения, полусферическая линза расположена на прозрачной грани дополнительного герметичного контейнера с внутренней стороны, с наружной стороны прозрачной грани дополнительного контейнера расположена пленка МОМ с многослойным диэлектрическим покрытием, пленка МОМ расположена над поверхностью стенки трубопровода в области сформированного магнитного потока, пленка МОМ через оптическую систему формирования изображения, световодный жгут связана с матрицей фотоприемников, расположенной в герметичном контейнере, торец оптического волокна расположен в фокальной плоскости полусферической линзы, торец световодного жгута расположен в области изображения МОМ, многослойное диэлектрическое покрытие на МОМ выполнено из чередующихся четвертьволновых слоев диэлектрика с различным показателем преломления, свет освещает границы раздела слоев диэлектрика под углом Брюстера, поляризация излучения ориентирована в плоскости падения света, матрица фотоприемников электрически соединена с электронными блоками.

Магнитные поля рассеяния дефектов трубопровода перестраивают структуру намагниченности в МОМ, которая считывается за счет эффекта Фарадея. Электронные блоки складывают результаты измерений, произведенных механическим и магнитооптическим способами. Одновременная дефектоскопия механическим и магнитооптическим способами повышает надежность путевого обследования внутренней поверхности трубопровода, во-первых, за счет того, что магнитооптическим способом обнаруживаются скрытые дефекты, во-вторых, совпадение сигналов от механического и магнитооптического датчиков уменьшает вероятность ошибки.

На фиг. 1 представлена схема устройства, где 1 - стенка трубопровода, 2 - герметичный контейнер, 3 - датчик замера глубины дефекта и деформации, подвижно соединений с герметичным контейнером, 4 - датчик регистрации местонахождения, 5 - формирователь магнитного потока в исследуемом участке трубопровода, 6 - дополнительный герметичный контейнер, 7 - источник света, 8 - оптическое волокно, 9 - световодный жгут, 10 - матрица фотоприемников, оптически связанных между собой через дополнительный герметичный контейнер 6, расположенный над областью сформированного в стенке трубопровода магнитного потока, 11 - электронные блоки.

На фиг. 2 представлена оптическая схема расположения узлов устройства внутри дополнительного герметичного контейнера, где 12 - прозрачная грань дополнительного герметичного контейнера, 13 - расположенная на прозрачной грани полусферическая линза, 14 - поляризатор, расположенный между торцом оптического волокна (8) и полусферической линзой (13), торец оптического волокна (8) расположен на фокальной поверхности полусферической линзы (13), 15 - оптическая система формирования изображения между торцом световодного жгута (9) и полусферической линзой (13), 16 - пленка МОМ с многослойным диэлектрическим покрытием (17), расположенная на наружной поверхности прозрачной грани (12).

Устройство работает следующим образом.

Герметичный контейнер устройства для путевого обследования внутренней поверхности трубопровода распространяется внутри трубопровода. Датчики замера глубины дефекта и деформации, соединенные с герметичным контейнером, регистрируют на поверхности трубопровода дефекты, например, углубления. Углубления могут быть обусловлены деформацией трубы без изменения толщины стенки или утоньшением стенки трубопровода. Эксплуатационную надежность трубопровода уменьшают дефекты, связанные с уменьшением толщины стенки. Характер дефекта определяют магнитооптическим датчиком.

Для этого в исследуемом участке трубопровода источником постоянного поля (5) создается магнитный поток. В бездефектном участке трубопровода силовые линии магнитного поля не выходят из стенок. На дефектах в стенках трубопровода, например, трещинах, образуются магнитные заряды, которые создают поля рассеяния, силовые линии которых выходят из образца и наводят в МОМ структуру намагниченности, отображающую дефект. Геометрия структуры намагниченности в МОМ совпадает с геометрией дефектов.

Излучение источника света 7 через оптическое волокно (8), поляризатор (14) и полусферическую линзу (13) освещает пленку МОМ (16). Свет, прошедший через участки МОМ, содержащие "отпечатки" дефектов, изменит вследствие эффекта Фарадея ориентацию плоскости поляризации и отразится многослойным диэлектрическим покрытием (17). Отраженный свет сформируется в изображение дефектов на торце световодного жгута поверхностью полусферической линзы (13) и оптической системой формирования изображения (15). Световодный жгут (9) передаст изображение дефектов на матрицу фотоприемников (10). Свет, отраженный от бездефектных участков, пройдет через многослойное покрытие (17) и поглотится в нефти. Таким образом, на матрице фотоприемников оптической системой сформируется изображение дефектов, которое будет преобразовано в электрический сигнал и поступит для дальнейшей обработки в электронные блоки (11).

Одновременно наличие сигнала об углублении в стенке трубопровода и о дефекте, приводящем к выходу силовых линий магнитного поля из стенки трубопровода, свидетельствует об уменьшении толщины стенки и об опасности разрушения трубопровода на данном участке.

Заявляемое устройство для путевого обследования внутренней поверхности трубопроводов позволяет повысить надежность определения дефектов участка, могущих привести к аварии. Устройство не только определяет дефектный участок стенки трубопровода, но и получает изображение дефекта, которое может быть подвергнуто дополнительному анализу. Магнитооптическая дефектоскопия по сравнению с другими способами дефектоскопии, например акустооптической, отличается простотой, надежностью, высокой разрешающей способностью, малой энергоемкостью.

Формула изобретения

Устройство для путевого обследования внутренней поверхности трубопроводов, содержащее электронные блоки, размещенные в герметичном контейнере, устройство перемещения контейнера по трубопроводу, датчики замера глубины дефекта и деформации, подвижно соединенные с герметичным контейнером, датчики регистрации местонахождения, датчики электрически соединены с электронными блоками в герметичном контейнере, отличающееся тем, что в устройстве дополнительно содержатся формирователь магнитного потока в исследуемом участке трубопровода, дополнительный герметичный контейнер, прозрачный со стороны, обращенной к стенке трубопровода, расположенный на держателе, шарнирно соединенном через подвижный рычаг с герметичным контейнером, в герметичном контейнере содержится источник света и матрица фотоприемников, источник света оптически связан через оптическое волокно с дополнительным герметичным контейнером, в котором последовательно по ходу светового пучка расположены поляризатор, полусферическая линза, оптическая система формирования изображения, торец световодного жгута, полусферическая линза расположена на прозрачной грани дополнительного герметичного контейнера с внутренней стороны, с наружной стороны прозрачной грани дополнительного контейнера расположена пленка магнитооптического материала с многослойным диэлектрическим покрытием, пленка магнитооптического материала расположена над поверхностью стенки трубопровода в области сформированного магнитного потока, пленка магнитооптического материала через оптическую систему формирования изображения, световодный жгут, связана с матрицей фотоприемников, расположенной в герметичном контейнере, торец оптического волокна расположен на фокальной поверхности полусферической линзы, торец световодного жгута расположен в области изображения магнитооптического материала, многослойное диэлектрическое покрытие на магнитооптическом материале выполнено из чередующихся четвертьволновых слоев диэлектрика с различными показателями преломления, свет освещает границы раздела слоев диэлектрика под углом Брюстера, поляризация излучения ориентирована в плоскости падения света, матрица фотоприемников электрически соединена с электронными блоками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2