專利名稱：主動電場液體輸送管道內檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體輸送管道的內檢測裝置。特別是涉及對液體輸送管道在使用過程中會因為腐蝕、污堵、制造缺陷、機械損壞、惡劣天氣以及自然災害等原因而產生泄漏及污堵?lián)p壞進行內檢測的裝置，屬于管道檢測技術領域。
背景技術：
管道運輸是繼鐵路運輸、公路運輸、水路運輸、航空運輸?shù)奈宕筮\輸方式之一，成為原油、成品油、燃氣、蒸氣和工業(yè)用危險介質的最主要運輸方式。液體輸送管道是石油化工中原油、成品油和工業(yè)用危險液體介質的最主要運輸方式。在流體傳動系統(tǒng)中，管道是傳輸流體動力必不可少的元件。液體輸送管道在使用過程中會因為腐蝕、污堵、制造缺陷、機械損壞、惡劣天氣以及自然災害等原因而被損壞。在臨床醫(yī)學診斷中，如冠狀動脈硬化和冠心病其血管會發(fā)生變化，及時對血管特性變化進行檢測具有重要的醫(yī)學診斷價值。液體輸送管道損壞所造成的泄漏已經成為重大環(huán)境安全和安全生產的危險源。管體污堵及腐蝕監(jiān)測、泄漏監(jiān)測技術是管道完整性管理流程中六大核心技術之一。所以，及時對液體輸送管道的損壞(如泄漏、腐蝕和污堵等情況)進行檢測和泄漏點的定位，防止泄漏和污堵情況事故的進一步擴大，具有重要的經濟意義和社會效益。液體輸送管道內檢測是維護管道安全運行的重要手段之一，目前液體輸送管道內檢測方法主要有機械內檢測，光學成像內檢測，漏磁內檢測，渦流內檢測，超聲內檢測，電磁超聲內檢測以及聲發(fā)射技術內檢測等。雖然存在眾多的液體輸送管道內檢測方法，但是這些檢測方法并不是普遍適用的。如機械內檢測精度不夠而且存在有管道的接觸，遠遠不能滿足需求；漏磁內檢測需要將管道磁化，實際局限了被探測管道的材料，而且對傳輸介質的磁學特性也有要求；電渦流檢測由于其原理限制， 檢測的速度慢和相應的硬件系統(tǒng)也較為復雜；超聲內檢測存在傳輸介質和管道材料耦合問題，使其對傳輸介質敏感；電磁超聲內檢測雖然較好的解決了超聲內檢測對介質的敏感性問題，但是該方法要求離檢測管道Imm范圍內才有效，大大限制了其應用，而且由于該系統(tǒng)通過發(fā)射/接收超聲波來檢測管道損壞情況，使系統(tǒng)硬件和軟件都比較復雜；光學成像內檢測，在石油的渾濁液體中基本無法使用，而且也存在需要光源和硬件系統(tǒng)復雜的問題。上述傳統(tǒng)管道內檢測方法普遍存在硬件復雜、功耗大以及對檢測對象敏感等問題，已經嚴重制約了在線、長距離、小型化的內檢測裝置(自動內檢測機器人)的發(fā)展。發(fā)展新型內檢測方法以克服上述方法的問題，降低管道內檢測技術軟硬件開銷和功耗，發(fā)展易于微型化的管道內檢測技術已經成為現(xiàn)今液體管道內檢測技術迫切需要解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術存在之不足，提供一種能夠高效地對液體輸送管道的泄漏、污堵和腐蝕情況進行內檢測的主動電場液體輸送管道內檢測方法。本發(fā)明技術問題解決的方案是一種液體管道內檢測方法，該方法由主動電場發(fā)射裝置(I)，電場變化檢測裝置(2)，數(shù)據(jù)采樣裝置(3)，數(shù)據(jù)處理器(4)及探頭支架(5)五2/4頁
部分組成。所說的主動電場發(fā)射裝置由信號發(fā)生器(1-1)和發(fā)射電極(1-2)組成；所說的主動電場發(fā)射裝置的信號發(fā)生器(1-1)用于產生直流激勵或2000HZ以內的正弦或方波信號，作為主動電場發(fā)射裝置的發(fā)射電極的激勵源；所說的發(fā)射電極(1-2)是放入輸送液體7 中金屬鈦電極。電場變化檢測裝置由一對接收電極(2-1)和接收電路(2-2)組成；所說的接收電極是放入輸送液體7中2個高導電率的金屬鈦電極；所說的接收電路安裝在接收電極輸出端，接收電路將這對接收電極接收到的微弱電流信號通過轉換放大后變成可以進行處理的電壓信號。發(fā)射電極(1-2)和接受電極(2-1)安裝在探頭支架(5)上并經過防水密封處理，防止液體進入支架內引起電路故障；發(fā)射電極(1-2)將信號發(fā)生器(1-1)產生的電場變化輸入到輸送流體中以建立探測電場，接受電極(2-1)將流體輸送管道6的物理特性變化引起的電場變化收集到接收電路(2-2)上。數(shù)據(jù)采樣裝置3是用于將發(fā)射裝置的輸入模擬電壓信號和從接收電路輸出的模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號以便于計算機進行處理， 所說的數(shù)據(jù)采樣裝置是對2路發(fā)射電極和2路接受電極并行采樣的數(shù)據(jù)采樣卡，以便于進行信號的幅度和相位分析，數(shù)據(jù)采樣裝置3通過計算機外部總線和數(shù)據(jù)處理器4互聯(lián)。數(shù)據(jù)處理器4用于對輸入信號進行濾波并分析接收電極陣列輸出的電壓變化從而對管道的污堵和泄漏進行檢測，所說的數(shù)據(jù)處理器4是具有高速運算功能的計算機。本裝置通過發(fā)射器在裝置附近建立低頻探測電場，并由接收器感知由于管道6物理變化引起的電場變化， 最后通過數(shù)據(jù)處理器推演出管道的泄漏或污堵情況。該內檢測裝置通過主動電場發(fā)射裝置I的發(fā)射電極1-2和電場變化檢測裝置2的接收電極2-1輸送液體7中。發(fā)射電極1-2被信號發(fā)生器1-1驅動在輸送液體7中產生探測電場，發(fā)射電極的電壓變化輸入數(shù)據(jù)采樣裝置3，采樣裝置3將轉換后的數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器4以便于和輸出信號進行分析對比；接收電極2-1由一對電極組成，應布置在發(fā)射器I的發(fā)射電極1-2的上發(fā)射電極1-2-1和下發(fā)射電極1-2-2之間或上發(fā)射電極1-2-1的上側或下發(fā)射電極1-2-2的下側，接收電極的電流變化被接收電路2-2轉換放大后輸入數(shù)據(jù)采樣裝置3，數(shù)據(jù)采樣裝置3將轉換后的數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器4進行分析處理。本發(fā)明的工作過程如下主動電場發(fā)射裝置I的發(fā)射電極1-2和接收電極2-1被放入充滿輸送液體7的液體輸送管道6中，以用于對管道的物理變化進行檢測。主動電場發(fā)射裝置I的信號發(fā)生器1-1產生的直流或低頻(小于2000HZ)正弦或方波信號作為激勵源，輸入發(fā)射電極1-2。兩個發(fā)射電極1-2-1、1-2-2，除了電荷或電壓的變化，硬件結構是完全相同的。其中一個發(fā)射電極獲得的電荷量為Q或電壓為V。而另一個被認為是“地”，因此電荷量或電壓為O。這兩個電極在分析區(qū)域內共同形成了一個有規(guī)律變化的電場。發(fā)射電極的電壓變化輸入數(shù)據(jù)采樣裝置3，采樣裝置3將轉換后的數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器4以便于和輸出信號進行相位分析對比；同時，接收電極2-1接收到這個電場變化信號后，將會產生相應的電流信號輸出，此信號通過接收電路2-2進行轉換放大后轉換成電壓信號，然后通過數(shù)據(jù)采樣裝置3將模擬的電壓信號轉換為數(shù)字信號進入數(shù)據(jù)處理器4進行處理。一旦接收電極2-1與發(fā)射電極1-2的相對位置被固定，當電場中管道無物理特性變化時，接收電極的電流輸出將和發(fā)射電極的電壓和相位不會發(fā)生變化規(guī)律。當電場中管道物理特性發(fā)生時，接收電極的電流變化幅度或相位將發(fā)生變化，電流變化的幅度或相位將隨管道的物理特性變化發(fā)生有規(guī)律的變化，這樣可通過檢測接受電極的幅度與相位的變化來推測管道物理特性的。
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本發(fā)明的有益效果是I、該方法應用廣泛，特別適用于惡劣的工作環(huán)境中如原油、成品油、工業(yè)用危險液體、污水或者包含污染物的導電媒介等液體輸送管道的內檢測上。2、該方法克服了傳統(tǒng)內檢測方法硬件和能量開銷過大的問題，其主動電場定位原理使其結構簡單，易于進行微型化，十分有利于發(fā)展小型化的內檢測裝置(自動內檢測機器人)。3、故該方法具有對介質不敏感，對管道特性無特殊要求，檢測距離寬等優(yōu)點，其電場定位原理克服了超聲內檢測對介質的敏感性問題，漏磁內檢測的對檢測管道磁學特性敏感的問題，而且其檢測距離比電磁超聲內檢測更寬。


圖I是本發(fā)明水下定位裝置的結構示意圖
圖2是本發(fā)明的實施例I (管道堵塞檢測工作狀態(tài))示意圖
圖3是本發(fā)明的實施例2(管道腐蝕檢測工作狀態(tài))示意圖
圖4是本發(fā)明的實施例3(管道裂縫泄漏檢測工作狀態(tài))示意圖
圖5是本發(fā)明的單個接收電極轉換放大電路的電路圖
圖中信號發(fā)生器1-1，發(fā)射電極1-2，接收電極2-1，接收電路2-2。
具體實施方式
實施例I :
如圖2所不,在液體輸送管道6的輸送液體7中，發(fā)射電極1-2和接收電極2-1的
固定安裝在探頭支架5上。探頭支架5帶動發(fā)射電極1-2和接收電極2-1在輸送液體7中相對運動。信號產生器1-1產生直流或低頻(小于2000HZ)正弦或方波信號作為激勵源， 輸入發(fā)射電極1-2在介質中形成了一個規(guī)律變化的電場,發(fā)射電極1-2的電壓變化輸入數(shù)據(jù)采樣裝置3，采樣裝置3將轉換后的數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器4以便于和輸出信號進行分析對比。當接受電極2-1運動到管道堵塞處8上方時，接收電極2-1接收到的電流幅度和相位將發(fā)生相應變化，此信號通過接收電路2-2進行變換，放大后轉換成模擬電壓信號，最后通過數(shù)據(jù)采樣器3轉換為數(shù)字信號進入數(shù)據(jù)處理器4進行處理。當探測電場中的管道有堵塞情況時，堵塞8的幾何特征和電阻特性將引起接收電極的電流幅度變化，電流變化的幅度將隨堵塞8幾何特征和電阻特性變化相應發(fā)生有規(guī)律的變化，這樣可通過探測電場的電流變化的幅度來得到堵塞8的幾何特征和電阻特性信息。當探測電場中的管道有堵塞情況時，堵塞8的電容特性將引起接收電極的電流相位變化，電流變化的相位將隨堵塞8電容特性變化相應發(fā)生有規(guī)律的變化，這樣可通過探測電場的電流變化的相位來得到堵塞8的電容特性信息。實施例2 如圖3所示，在液體輸送管道6的輸送液體7中，發(fā)射電極1-2和接收電極2_1的固定安裝在探頭支架5上。探頭支架5帶動發(fā)射電極1-2和接收電極2-1在輸送液體7中相對運動。信號產生器1-1產生直流或低頻(小于2000HZ)正弦或方波信號作為激勵源， 輸入發(fā)射電極1-2在介質中形成了一個規(guī)律變化的電場,發(fā)射電極1-2的電壓變化輸入數(shù)據(jù)采樣裝置3，采樣裝置3將轉換后的數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器4以便于和輸出信號進行分析對比。當接受電極2-1運動到管道腐蝕處8上方時，接收電極2-1接收到的電流幅度將發(fā)生相應變化，此信號通過接收電路2-2進行變換，放大后轉換成模擬電壓信號，最后通過數(shù)據(jù)采樣器3轉換為數(shù)字信號進入數(shù)據(jù)處理器4進行處理。當探測電場中的管道有腐蝕情況時，腐蝕8的幾何特征和電阻特性將引起接收電極的電流幅度變化，電流變化的幅度將隨腐蝕8幾何特征和電阻特性變化相應發(fā)生有規(guī)律的變化，這樣可通過探測電場的電流變化的幅度來得到腐蝕8的幾何特征和電阻特性信息。當探測電場中的管道有腐蝕情況時， 腐蝕8的電容特性將引起接收電極的電流相位變化，電流變化的相位將隨腐蝕8電容特性變化相應發(fā)生有規(guī)律的變化，這樣可通過探測電場的電流變化的相位來得到腐蝕8的電容特性信息。綜合上述幅度和相位信息，可以推測出管道6的腐蝕的程度和腐蝕的原因。實施例3 如圖4所示，在液體輸送管道6的輸送液體7中，發(fā)射電極1-2和接收電極2-1的固定安裝在探頭支架5上。探頭支架5帶動發(fā)射電極1-2和接收電極2-1在輸送液體7中相對運動。信號產生器1-1產生直流或低頻(小于2000HZ)正弦或方波信號作為激勵源， 輸入發(fā)射電極1-2在介質中形成了一個規(guī)律變化的電場,發(fā)射電極1-2的電壓變化輸入數(shù)據(jù)采樣裝置3，采樣裝置3將轉換后的數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器4以便于和輸出信號進行分析對比。當接受電極2-1運動到管道裂縫泄漏處8上方時，接收電極2-1接收到的電流幅度將發(fā)生相應變化，此信號通過接收電路2-2進行變換，放大后轉換成模擬電壓信號，最后通過數(shù)據(jù)采樣器3轉換為數(shù)字信號進入數(shù)據(jù)處理器4進行處理。當探測電場中的管道有管道裂縫泄漏情況時，管道裂縫泄漏8的泄漏程度特性將引起接收電極的電流幅度變化，電流變化的幅度將隨管道裂縫泄漏8泄漏程度特性變化相應發(fā)生有規(guī)律的變化，這樣可通過探測電場的電流變化的幅度來得到管道裂縫泄漏8泄漏程度特性信息。雖然結合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領域普通技術人員在所附權利要求的范圍內不需要創(chuàng)造性的勞動就能作出的各種變形或修改仍屬本專利的保護范圍。
權利要求
1.主動電場液體輸送管道內檢測裝置，本裝置由主動電場發(fā)射裝置(1)，電場變化檢測裝置(2)，數(shù)據(jù)采樣裝置(3)，數(shù)據(jù)處理器(4)及探頭支架(5)五部分組成，其特征在于 所說的主動電場發(fā)射裝置由信號發(fā)生器(1-1)和一對發(fā)射電極(1-2)組成；所說的信號發(fā)生器(1-1)用于產生直流激勵或2000HZ以內的正弦或方波信號，作為主動電場發(fā)射裝置的發(fā)射電極的激勵源；所說的發(fā)射電極(1-2)是放入輸送液體7中金屬鈦電極；所說的電場變化檢測裝置由一對接收電極(2-1)和接收電路(2-2)組成；所說的接收電極是放入輸送液體7中2個高導電率的金屬鈦電極；所說的接收電路安裝在接收電極輸出端，接收電路將這對接收電極接收到的微弱電流信號通過轉換放大后變成可以進行處理的電壓信號；所說的探頭支架(5)用于安裝固定發(fā)射電極(1-2)和接受電極(2-1);所說的數(shù)據(jù)采樣裝置 3是用于將發(fā)射電極的模擬電壓變化和從接收電路輸出的模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號以便于計算機進行處理，所說的數(shù)據(jù)采樣裝置是對2路發(fā)射電極和2路接受電極并行采樣的數(shù)據(jù)采樣卡，數(shù)據(jù)采樣裝置3通過計算機外部總線和數(shù)據(jù)處理器4互聯(lián)；所說的數(shù)據(jù)處理器 4用于對輸入信號進行濾波并分析接收電極輸出的電壓變化從而對管道的污堵和泄漏進行檢測，所說的數(shù)據(jù)處理器4是具有高速運算功能的計算機。
2.根據(jù)權利要求I所述的主動電場液體輸送管道內檢測裝置，其特征是所述的主動電場發(fā)射裝置(I)的信號發(fā)生器1-1發(fā)射的信號為電壓幅度為I IOV的直流或小于2000HZ 的正弦或方波信號。
3.根據(jù)權利要求I所述的主動電場液體輸送管道內檢測裝置，其特征是所述的主動電場發(fā)射裝置(I)的發(fā)射電極1-2的上發(fā)射電極1-2-1和下發(fā)射電極1-2-2間的相互距離L 在10 IOOOmm之間。
4.根據(jù)權利要求I所述的主動電場液體輸送管道內檢測裝置，其特征是所述的電場變化檢測裝置(2)的接收電極2-1應布置在發(fā)射器I的發(fā)射電極1-2的上發(fā)射電極1-2-1和下發(fā)射電極1-2-2之間或上發(fā)射電極1-2-1的上側或下發(fā)射電極1-2-2的下側。
5.根據(jù)權利要求I所述的主動電場液體輸送管道內檢測裝置，其特征是所述的接收器(2)的接收電極2-1由兩個單立的電極組成。兩個單立的接收電極之間的距離I 500mm 之間。
6.根據(jù)權利要求4所述的主動電場液體輸送管道內檢測裝置的電場變化檢測裝置(2) 接收電極2，其特征是所述的接收電極2-1由兩個單立電極組成，接收電極2-1的兩個單立電極兩個發(fā)射電極位于同一平面并排列在一條直線上。發(fā)射電極和接收電極最小水平距離 M是在I IOOmm之間。
全文摘要
主動電場液體輸送管道內檢測裝置，屬管道檢測技術領域。本裝置由主動電場發(fā)射裝置(1)，電場變化檢測裝置(2)，數(shù)據(jù)采樣裝置(3)，數(shù)據(jù)處理器(4)及探頭支架(5)五部分組成。所說的主動電場發(fā)射裝置由信號發(fā)生器(1-1)和發(fā)射電極(1-2)組成。所說的電場變化檢測裝置由接受電極(2-1)和接受電路(2-2)組成。數(shù)據(jù)采樣器3通過計算機總線和數(shù)據(jù)處理器4互聯(lián)。本裝置有以下優(yōu)點1、結構簡單，應用廣泛，適用原油、污水或者包含污染物的導電媒介等液體輸送管道的內檢測上；2、該裝置克服了傳統(tǒng)內檢測對介質和管道材料特性敏感性等問題且探測距離較寬；3該裝置硬件系統(tǒng)較電磁超聲內檢測簡單，易于進行微型化。
文檔編號F17D5/06GK102588746SQ20121007688
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權日2012年3月22日
發(fā)明者彭杰綱 申請人:電子科技大學