Способ обнаружения дефектов в трубопроводах

Авторы патента:

G01N22/02 - обнаружение локальных дефектов

Владельцы патента RU 2474812:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для дефектоскопии магистральных трубопроводов, заполненных газом, нефтью, нефтепродуктами под давлением. Для устранения необходимости прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта и возможности определения наличия дефекта во время проведения пуско-наладочных работ в способе определения дефектов в трубопроводах, включающем подключение СВЧ-генератора к трубопроводу, использование трубопровода в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, наличие и местоположение дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому двумя приемниками СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси: , где L - длина исследуемого участка трубопровода; α - максимальный угол поворота сканирующей антенны приемника. 2 ил.

Известен способ обнаружения сквозных дефектов в трубопроводах [1], заключающийся в том, что излучают и принимают электромагнитные волны СВЧ-диапазона, используя трубопровод в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, а наличие сквозного дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому приемником, удаленным от трубопровода на расстояние 1, определяемое из соотношения

где λ - длина электромагнитной СВЧ-волны, λ<1,71D, D - диаметр трубопровода;

Р₀ - мощность электромагнитной волны;

α- коэффициент ослабления электромагнитной волны в трубопроводе, на щели и в грунте;

G - коэффициент усиления приемника;

Р_{а min} - пороговая мощность приемника;

L - длина непрерывно контролируемого участка трубопровода.

Недостатком этого способа является низкая точность определения местонахождения дефекта в трубопроводе и отсутствие возможности дальнейшего его уточнения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения дефектов в трубопроводах [2], заключающийся в том, что к трубопроводу подключают СВЧ-генератор, трубопровод используется в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, перемещают приемник СВЧ-сигнала вдоль трассы трубопровода, местоположение дефекта определяют по максимальному значению принимаемого СВЧ-сигнала, координаты дефекта определяют с помощью GPS-приемника.

Недостатком этого способа является необходимость прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта. Кроме того, большая часть повреждений образуется в момент произведения пуско-наладочных работ, когда меняется режим давления в трубопроводе, из-за чего могут возникнуть крупные повреждения или сквозные дефекты. Если судить о повреждении (дефекте) по спаду давления, то возможны значительные утечки нефти или газа, прежде, чем повреждение будет обнаружено. Применение указанного метода также затруднительно, поскольку необходимость прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта приводит к увеличению времени поиска дефекта.

Цель изобретения - устранение необходимости прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта и возможность определения наличия дефекта во время проведения пуско-наладочных работ, а также повышение точности определения местонахождения дефекта в трубопроводе.

Для достижения этой цели в предлагаемом способе определения дефектов в трубопроводах, включающем подключение СВЧ-генератора к трубопроводу, использование трубопровода в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, наличие и местоположение дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому двумя приемниками СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси

где L - длина исследуемого участка трубопровода;

α - максимальный угол поворота сканирующей антенны приемника.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего определение сквозных дефектов в трубопроводах по данному способу, на фиг.2 - расположение приемников СВЧ-сигнала по отношению к трубопроводу (вид сверху).

Устройство подключается к трубопроводу 1, имеющему дефект 10, через устройство ввода СВЧ-энергии 2, и содержит генератор 3, два приемника СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами 4 и 4', расположенных в середине участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси, селективные усилители 5 и 5', детекторы 6 и 6', информация от которых передается в блок автоматизированной обработки 7 через радиоканал 9, а затем на индикатор 8.

Принцип работы устройства, реализующего данный способ, заключается в следующем. Создаваемый генератором 3 импульс электромагнитного излучения СВЧ-диапазона посредством устройства ввода 2 возбуждает в трубопроводе 1 электромагнитную волну. Тип и рабочую длину волны λ выбирают с учетом обеспечения приемлемого для практики затухания и стабильности структуры поля (волны) в трубопроводе диаметром D.

При передаче электромагнитной энергии по волноводам в СВЧ-диапазоне принято работать на низшем типе (основном) колебаний (Изюмова Т.И., Свиридов В.Т. Волноводы, коаксиальные и полосовые линии. М.: Энергия, 1975). Для круглого волновода этим типом является Н₁₁. С учетом диаметра трубы рабочую длину волны λ выбирают из соотношения

1,31D<λ<1,71D,

где D - диаметр трубопровода.

При соблюдении этого условия в волноводе будет существовать только основная волна Н₁₁ и передаваемая энергия не будет перераспределяться на другие типы, менее благоприятные по условиям их распространения в волноводе. По мере распространения по трубопроводу-волноводу часть энергии СВЧ-импульса расходуется на потери в стенках. При прохождении импульса по участку трубопровода-волновода с дефектом часть энергии излучается через щель (дефект) 10 в свободное пространство, являясь информативным сигналом для обнаружения и определения местоположения дефекта-щели. Этот сигнал одновременно принимается двумя синхронными сканирующими антеннами приемников СВЧ-сигнала 4 и 4', расположенных в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси, усиливается селективными усилителями 5 и 5' и подается на детекторы 6 и 6', после чего через радиоканал 9 подается на блок автоматизированной обработки 7 и выводится на индикатор 8. Блок автоматизированной обработки 7 автоматически выдает информацию о наличии и местоположении дефекта по каналу связи на диспетчерский пункт.

Таким образом, за счет установки двух приемников СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси, отсутствует необходимость прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта и имеется возможность определения наличия дефекта во время проведения пуско-наладочных работ. Повышение точности определения местонахождения дефекта в трубопроводе достигается за счет наличия двух приемников СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси.

Использованные источники

1. Патент 2020467, Россия, МПК G01N 27/90. Способ обнаружения сквозных дефектов в трубопроводах / Арзин А.П.; Жуков В.Л.; Левин С.Ю.; Овчинников В.П.; Саяпин А.Ф.; Фетисов Г.О.; Шиян В.П.; Штейн Ю.Г.

2. Патент 2362159, Россия, МПК G01N 27/90. Способ обнаружения дефектов в трубопроводах / Кандаев В.А., Авдеева К.В., Котельников А.В.

Способ определения дефектов в трубопроводах, включающий подключение СВЧ-генератора к трубопроводу, использование трубопровода в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, определение наличия дефекта по СВЧ-сигналу, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал принимают двумя приемниками СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси:

где L - длина исследуемого участка трубопровода;
α - максимальный угол поворота сканирующей антенны приемника.

Изобретение относится к области обнаружения локальных дефектов в проводниках с использованием акустической эмиссии и может найти применение для выявления скрытых локальных дефектов в различных металлических конструктивных элементах, находящихся в статическом состоянии или в процессе движения.

Устройство зондирования строительных конструкций // 2282875

Радиоинтроскоп // 2256904

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может использоваться для обнаружения неоднородностей в строительных конструкциях. .

Устройство зондирования строительных конструкций // 2234694

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации. .

Способ электромагнитной дефектоскопии // 2146047

Изобретение относится к методам и технике неразрушающего контроля, например с помощью сверхвысоких частот, при одностороннем доступе к контролируемому объекту, и может найти применение для обнаружения в стенах и перекрытиях строительных сооружений инородных металлических или диэлектрических предметов искусственного и естественного происхождения, в том числе расположенных за металлической арматурой или закрепленных непосредственно на арматуре, или расположенных между прутками арматуры со стороны, противоположной направлению облучения электромагнитным сигналом, и, в частности, в стенах строительных сооружений, выполненных по технологии цельнозаливных железобетонных конструкций, а также скрытых дефектов в виде пустот и трещин, металлической арматуры, санитарно-технических коммуникаций, кабельных магистралей, электрических и телефонных проводок.

Способ электромагнитной дефектоскопии // 2146046

Изобретение относится к методам и технике неразрушающего контроля, например с помощью сверхвысоких частот, и предназначено для контроля дефектов в стенах и перекрытиях строительных сооружений, в частности армированных, при одностороннем доступе и может найти применение для обнаружения инородных металлических или диэлектрических предметов искусственного или естественного происхождения, расположенных за металлической арматурой, или закрепленных непосредственно на арматуре, или расположенных между прутками арматуры, со стороны противоположной направлению облучения электромагнитным сигналом, и в частности, в стенах строительных сооружений, выполненных по технологии цельнозаливных железобетонных конструкций.

Способ электромагнитной дефектоскопии // 2146045

Изобретение относится к методам и технике неразрушающего контроля, например с помощью сверхвысоких частот, и предназначен для обнаружения дефектов в стенах и перекрытиях строительных сооружений при одностороннем доступе и может найти применение для обнаружения инородных металлических или диэлектрических предметов искусственного или естественного происхождения, в том числе расположенных за металлической арматурой, или закрепленных непосредственно на арматуре, или расположенных между прутками арматуры, со стороны противоположной направлению облучения электромагнитным сигналом, и в частности, в стенах строительных сооружений, выполненных по технологии цельнозаливных железобетонных конструкций.

Способ обнаружения и контроля развития дефектов на металлических поверхностях объектов // 2120121

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю поверхности металлических сооружений и объектов и может быть использовано для обнаружения и контроля развития дефектов на поверхностях металлических сооружений и объектов, установленных в коррозионных средах различной степени агрессивности в условиях подземного, атмосферного, морского или речного воздействия, в частности для обнаружения и контроля развития трещин на покрытых изоляций поверхностях нефте- или газопроводов.

Устройство для контроля электромагнитной сплошности поверхности изделий // 2103674

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для неразрушающего контроля состояния поверхности конструкционных материалов и изделий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения.

Способ индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов // 2099691

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано в системах охранной сигнализации жилых, служебных помещений, автомобилей и др. .

Ультразвуковой иммерсионный двухэлементный преобразователь // 2491535

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий

Свч способ обнаружения и оценки неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металле // 2507506

Изобретение относится к способам определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле состава и свойств твердых покрытий на металле, при разработке неотражающих и поглощающих покрытий. Повышение вероятности обнаружения малоразмерных неоднородностей и увеличение точности оценки их границ является техническим результатом предложенного изобретении, который достигается за счет того, что проводят сканирование поверхности покрытия с заданным шагом и формирование двумерной матрицы значений дисперсии коэффициента нормального затухания поля по всей поверхности сканирования, а также формирование второй электромагнитной Е волны с последующим расчетом абсолютного отклонения дисперсий коэффициента затухания поля, с построением пространственного распределения средних значений дисперсий коэффициента нормального затухания поля поверхностных медленных волн Eλ1, Eλ2 и Нλ3, пространственная картина которых визуально отображает распределение неоднородностей и их границу. 4 ил.

Способ определения электропроводности и энергии активации примесных центров полупроводниковых слоев // 2516238

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения электропроводности и толщины слоя полупроводника на поверхности диэлектрика, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле свойств полупроводниковых слоев. Предложенный способ включает облучение структуры электромагнитным излучением СВЧ-диапазона, измерение спектра отражения излучения от структуры в выбранном частотном диапазоне при двух различных значениях температуры T1 и T2, далее по полученным зависимостям определяют электропроводность σ1 и σ2 полупроводникового слоя при двух значениях температуры T1 и T2 соответственно, далее выбирают значения температур из диапазона, в котором изменение концентрации носителей заряда связано с ионизацией примесных центров, затем определяют энергию активации примесных центров ΔW, используя соотношение: ΔW=2kT1T2[ln(σ1/σ2)]/(T1-T2), где k - постоянная Больцмана. Одновременное определение электропроводности при пониженных температурах, например 180-190 К, и соответственно энергии активации примесных центров позволяет определить параметры полупроводникового слоя в измеряемой структуре диэлектрик-полупроводник, что является техническим результатом. 2 ил.

Способ дефектоскопии теплозащитных и теплоизоляционных покрытий изделий // 2532414

Изобретение относится к области дефектоскопии с использованием сверхвысоких частот, а именно к способам определения дефектов теплозащитных и теплоизоляционных покрытий изделий ракетно-космической техники. Повышение точности определения глубины залегания дефекта является техническим результатом заявленного изобретения. Способ включает в себя регистрирацию характеристики электромагнитного СВЧ-поля в контролируемом объекте на нескольких частотах, отличающийся тем, что СВЧ-датчик облучает контролируемый объект, представляющий собой слой диэлектрического материала, наклеенного на металлическую несущую конструкцию, непрерывным многочастотным сигналом и построчно сканирует внешнюю поверхность контролируемого объекта, при этом дискретно регистрируется с постоянным шагом для каждой из частот сигнал, отраженный от контролируемого объекта, при регистрации отраженного сигнала происходит его интерференция с опорным сигналом генератора, в результате которой получается радиоголограмма, при последующем восстановлении которой на получаемом изображении выявляются дефекты внутреннего строения контролируемого объекта и поверхностные дефекты на границе раздела контролируемый объект-металл. 4 ил.

Система и способ контроля композитных материалов с использованием радиочастотного отражения // 2540411

Предложена сенсорная система для анализа свойств диэлектрического материала с помощью радиочастотного сигнала, содержащая материал (30), который сформирован из матрицы и множества частиц (40), не обладающих свойствами изолятора и, по существу, равномерно распределенных внутри матрицы таким образом, что материал по меньшей мере в одном направлении обладает когерентной электрической периодичностью. Кроме того, в системе имеется приемник (10), выполненный с возможностью приема исходного радиочастотного (РЧ) сигнала и возвращенного РЧ сигнала, причем исходный РЧ сигнал отражается данными частицами с формированием возвращенного РЧ сигнала. Изменение положения одной или более частиц не изоляторов приводит к изменению возвращенного РЧ сигнала, так что по возвращенному РЧ сигналу можно определить изменение свойств материала и проводить непрерывный мониторинг аномалий в нем. Заявленный способ позволяет повысить степень контроля качества указанного материала. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 18 ил.

Устройство для перемещения людей и/или объектов // 2578902

Устройство (1) конвейерной транспортировки содержит конвейер (3, 3.5, 5) с конвейерным элементом (3.1, 3.51, 5.1). Датчик (10) предусмотрен для регистрации поверхности конвейера. Сигнал датчика предварительно обрабатывает электрическая цепь (20). После обработки могут быть сгенерированы рабочие переменные и/или поврежденные или недостающие конвейерные элементы (3.1, 3.51, 5.1) могут быть обнаружены. Датчик является антенной (10.1), работающей в радиочастотном диапазоне, а конвейерный элемент (3.1, 3.51, 5.1) может перемещаться в ближней зоне антенны (10.1). Обеспечивается контроль работы конвейера компактной конструкцией датчика. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

Устройство зондирования строительных конструкций // 2589746

Предлагаемое устройство относится к области подповерхностной радиолокации с использованием сверхширокополосных сигналов, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях и может найти применение в следующих областях: контрразведывательной деятельности по выявлению подслушивающих устройств; оперативно-розыскной деятельности правоохранительных органов; зондировании строительных конструкций с целью определения положения арматуры, пустот и других неоднородностей; зондировании особо важных строительных конструкций (взлетно-посадочных полос, аэродромов, стартовых площадок для запуска ракет, мостов, переходов, тоннелей метрополитена, вокзалов, стадионов, бассейнов и т.д.) с целью определения скрытых дефектов в них; зондировании завалов и разрушений после землетрясений, террористических взрывов и взрывов газа в процессе поисково-спасательных работ с целью обнаружения живых людей под завалами и оперативного оказания им помощи. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обнаружения живых людей под завалами, возникшими в результате разрушения строительных конструкций и сооружений после взрывов и землетрясений. Устройство зондирования строительных конструкций содержит портативную ЭВМ 1, поверхность 2 строительной конструкции, электронный блок 3, антенный блок 4, высокочастотный генератор 5, контроллер 6, приемник 7, передающую антенну 8, приемную антенну 9, объект 10, триггер 11, линии задержки 12 и 14, усилитель 13, блок 15 вычитания, интегратор 16, блок 17 деления, блок 18 сравнения, блок 19 формирования эталонного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 20, интерфейс 21, ключ 22, жидкокристаллический индикатор 23, звуковой индикатор 24, выключатель 25, квадратурный демодулятор 26, предварительные усилители 27 и 28, мультиплексоры 29 и 30, многоканальные полосовые фильтры 31 и 32, демультиплексоры 33 и 34, электронные короткозамыкающие ключи 35 и 36, низкочастотные фильтры 37 и 38. 1 ил.

Свч-устройство для измерения электрофизических параметров и обнаружения неоднородностей в диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытиях на металле // 2594761

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для определения электрофизических параметров и неоднородностей диэлектрических покрытий на поверхности металла. Повышение быстродействия и надежности СВЧ-устройства для измерения электрофизических параметров, увеличение точности измерения и вероятности обнаружения неоднородностей покрытия является техническим результатом изобретения. СВЧ-устройство для измерения электромагнитных параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металле состоит из последовательно соединенных генератора СВЧ, блока коммутации антенн, имеющего N-выходов, N-антенн возбуждения медленных поверхностных волн, размещенных в азимутальной плоскости по кругу, при этом n-выход блока коммутации, где , соединен с входом соответствующей антенны, приемной антенны Е-волн и приемной антенны Н-волн, а также из последовательно соединенных блока управления, блока синхронизации, механизма перемещения, взаимодействующих с приемными антеннами, а также блока обработки сигналов, при этом второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены со входом СВЧ-генератора, вторым входом блока коммутации антенн, вторым входом механизма перемещения соответственно, а выходы приемных антенн соединены с первым и вторым входом блока обработки сигналов соответственно, при этом второй выход устройства синхронизации соединен с третьим входом блока обработки сигналов. 1 ил.

Свч способ обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке // 2604094

Изобретение относится к способу определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и немагнитных покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле качества твердых покрытий на металле в процессе разработки и эксплуатации неотражающих и поглощающих покрытий, а также в химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения неоднородностей за счет определения порогового значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной E-волны применительно к индивидуальным характеристикам исследуемого покрытия. Указанный технический результат достигается тем, что в известном СВЧ способе обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке, заключающемся в создании электромагнитного поля медленной поверхностной E-волны над диэлектрическим покрытием на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения параметров, характеризующих высокочастотное поле, при расчете коэффициента затухания α напряженности поля медленной поверхностной E-волны в нормальной плоскости относительно ее направления распространения в разнесенных точках и определении границ неоднородностей, предварительно измеряют действительную часть диэлектрической проницаемости ε′ и толщину b эталонного образца покрытия, по которым определяют пороговое значение коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны α0, при этом сравнивают в каждой точке измерений сканируемой поверхности покрытия текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной волны α с пороговым значением коэффициента затухания α0, и если α<α0, то принимают решение о наличии отслоения покрытия d в данной точке. 1 ил.

Способ теплового контроля композитных материалов // 2616438

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных конструкций из композитных материалов на основе результатов теплового контроля. Способ включает тепловое возбуждение материала внешним источником, регистрацию температурного поля контролируемого изделия и сравнение зарегистрированного температурного поля с пороговым значением температуры и выделение дефектных участков. Согласно изобретению в материал контролируемого изделия вводят электропроводную высокосмачиваемую жидкость таким образом, чтобы она проникла в микротрещины и поры материала, и воздействуют на контролируемое изделие электромагнитным полем. Электромагнитное поле взаимодействует с электропроводной высокосмачиваемой жидкостью в контролируемом изделии и нагревает ее. Регистрируют возникающее при этом температурное поле поверхности контролируемого объекта. Технический результат - повышение достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности, повышение достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из композитных материалов, повышение информативности и производительности контроля. 1 табл., 2 з.п. ф-лы, 4 ил.