本發(fā)明涉及埋地管道檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

管道運(yùn)輸是石油、天然氣的主要運(yùn)輸方式，陸地長輸油氣管道一般采用埋地鋪設(shè)方式。埋地油氣管道在運(yùn)行中受土壤與輸送介質(zhì)腐蝕、疲勞、自然災(zāi)害、違章施工、打孔偷盜等影響，易發(fā)生腐蝕、變形、開裂、泄漏、燃燒、爆炸等事故，為確保油氣管道安全運(yùn)行，必須及時(shí)檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)管道缺陷并評(píng)價(jià)其對(duì)管道安全的影響。

埋地油氣管道檢測(cè)分為內(nèi)檢測(cè)和外檢測(cè)：(1)內(nèi)檢測(cè)是將檢測(cè)儀器置于管道內(nèi)部，利用管道壓力驅(qū)動(dòng)完成檢測(cè)，其缺點(diǎn)是對(duì)管徑、彎管曲率半徑、壓力、介質(zhì)流速等有限制，檢測(cè)前需清管、檢測(cè)成本高、存在堵管風(fēng)險(xiǎn)。(2)外檢測(cè)是將檢測(cè)儀器置于管道外部，根據(jù)儀器是否與管道本體直接接觸，又分為開挖檢測(cè)和非開挖檢測(cè)，其中，開挖檢測(cè)屬破壞性檢測(cè)，需要開挖、剝?nèi)ス艿婪栏?保溫)層、檢測(cè)、管道包覆、回填等操作，工程量大、耗時(shí)長、且評(píng)估可靠性與開挖管段有關(guān)。當(dāng)前埋地油氣管道迫切需要非開挖檢測(cè)技術(shù)，一方面，不與管道直接接觸，無需清管、開挖，降低檢測(cè)成本，另一方面，對(duì)管道參數(shù)及其運(yùn)行條件無限制，檢測(cè)要求低，操作風(fēng)險(xiǎn)小。

現(xiàn)有的一種埋地管道非開挖磁法檢測(cè)方法，檢測(cè)步驟為：經(jīng)地磁場(chǎng)磁化后的埋地管道本身所具有的磁性為勵(lì)磁源，埋地管道為檢測(cè)對(duì)象，采用磁場(chǎng)強(qiáng)度的分辨率為1nT的磁通門傳感器，磁通門傳感器測(cè)量出地面以上的磁場(chǎng)強(qiáng)度和衰減量，同時(shí)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行向下延拓、導(dǎo)數(shù)換算數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)對(duì)埋地管道質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到檢測(cè)埋地管道有無缺陷及腐蝕程度的目的。

上述磁法檢測(cè)存在以下缺陷：

(1)檢測(cè)精度與磁傳感器靈敏度有關(guān)；

(2)除梯度處理、導(dǎo)數(shù)換算外，還需更完善的數(shù)據(jù)處理手段，以抑制地磁場(chǎng)、管道磁場(chǎng)及其它干擾磁場(chǎng)，并突出缺陷磁場(chǎng)；

(3)缺乏有效數(shù)據(jù)分析方法，不能定量分析管體缺陷；

(4)向下延拓屬不適定問題，沒有嚴(yán)密準(zhǔn)確的理論計(jì)算方法，且向下延拓具有高通濾波特性，局部噪聲和干擾會(huì)被放大，使得向下延拓計(jì)算失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的檢測(cè)方法復(fù)雜、準(zhǔn)確性和可靠性較低的技術(shù)問題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法，檢測(cè)方法為通過磁梯度張量值獲得管體缺陷的不變量特征值，通過所述管體缺陷的不變量特征值定量評(píng)價(jià)管體缺陷等級(jí)。

進(jìn)一步的，所述磁梯度張量值通過多個(gè)磁場(chǎng)矢量值和傳感器之間的預(yù)設(shè)距離值計(jì)算獲得，其中，所述磁場(chǎng)矢量值通過位于不同方位的傳感器檢測(cè)獲得，所述預(yù)設(shè)距離值為位于同一軸線上的相鄰兩個(gè)傳感器之間的距離。

進(jìn)一步的，所述檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟A、通過磁場(chǎng)矢量值、所述預(yù)設(shè)距離值計(jì)算獲得所述磁梯度張量值；

步驟B、通過所述磁梯度張量值計(jì)算獲得管體缺陷的不變量特征值；

步驟C、根據(jù)管體缺陷的不變量特征值定量評(píng)價(jià)管體缺陷等級(jí)。

進(jìn)一步的，所述不同方位的傳感器包括位于中心的零號(hào)磁傳感器、在X軸方向上且位于所述零號(hào)磁傳感器兩側(cè)的與其間距均為d/2的一號(hào)磁傳感器和二號(hào)磁傳感器、以及在Y軸方向上且位于所述零號(hào)磁傳感器兩側(cè)的與其間距均為d/2的三號(hào)磁傳感器和四號(hào)磁傳感器，所述檢測(cè)方法中磁梯度張量G的計(jì)算公式為：

其中，B_XX表示磁場(chǎng)矢量的X分量在X向的變化率，B_XY表示磁場(chǎng)矢量的X分量在Y向的變化率，B_XZ表示磁場(chǎng)矢量的X分量在Z向的變化率，B_YX表示磁場(chǎng)矢量的Y分量在X向的變化率，B_YY表示磁場(chǎng)矢量的Y分量在Y向的變化率，B_YZ表示磁場(chǎng)矢量的Y分量在Z向的變化率，B_ZX表示磁場(chǎng)矢量的Z分量在X向的變化率，B_ZY表示磁場(chǎng)矢量的Z分量在Y向的變化率，B_ZZ表示磁場(chǎng)矢量的Z分量在Z向的變化率，B_1X表示一號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_2X表示二號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_3X表示三號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_4X表示四號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_1Y表示一號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_2Y表示二號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_3Y表示三號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_4Y表示四號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_1Z表示一號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值；B_2Z表示二號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值；B_3Z表示三號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值；B_4Z表示四號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值。

進(jìn)一步的，所述管體缺陷的不變量特征值C_T為：

本發(fā)明還提供了一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)裝置，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有檢測(cè)元件，所述檢測(cè)元件為三軸磁傳感器。

進(jìn)一步的，所述三軸磁傳感器包括零號(hào)磁傳感器，所述零號(hào)磁傳感器兩側(cè)的垂直方向分別設(shè)有一號(hào)磁傳感器和二號(hào)磁傳感器，水平方向分別設(shè)有三號(hào)磁傳感器和四號(hào)磁傳感器；

所述一號(hào)磁傳感器、所述二號(hào)磁傳感器、所述三號(hào)磁傳感器和所述四號(hào)磁傳感器與所述零號(hào)磁傳感器之間的距離相同。

本發(fā)明提供的一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法及裝置的有益效果為：

(1)、由于磁梯度張量主要由管體缺陷引起，地磁場(chǎng)、管道磁場(chǎng)等背景磁場(chǎng)對(duì)其影響很小，因此，能更好突出缺陷磁場(chǎng)，提高缺陷信號(hào)信噪比。

(2)、檢測(cè)方法通過選取磁梯度張量進(jìn)行檢測(cè)是由于：磁梯度張量各分量具有特定方向?yàn)V波特性，可識(shí)別管體缺陷、尤其是裂紋缺陷的方向；磁梯度張量對(duì)疊加磁性目標(biāo)具有較高分辨力，可用于檢測(cè)、評(píng)價(jià)管體共生缺陷；磁梯度張量具有旋轉(zhuǎn)不變特征量，使得測(cè)量過程無需對(duì)檢測(cè)裝置嚴(yán)格定向；磁梯度張量有豐富的數(shù)據(jù)處理和特征提取方法，能更好刻畫缺陷磁場(chǎng)的分布特征與規(guī)律，從而提高缺陷評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法的無缺陷管體的地面磁場(chǎng)分布圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法的有缺陷管體的地面磁場(chǎng)分布圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、零號(hào)磁傳感器；2、一號(hào)磁傳感器；3、二號(hào)磁傳感器；4、三號(hào)磁傳感器；5、四號(hào)磁傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1-4所示，一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)裝置，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有檢測(cè)元件，檢測(cè)元件為三軸磁傳感器。

其中，該檢測(cè)元件的典型結(jié)構(gòu)為：三軸磁傳感器包括零號(hào)磁傳感器1，零號(hào)磁傳感器1兩側(cè)的垂直方向分別設(shè)有一號(hào)磁傳感器2和二號(hào)磁傳感器3，水平方向分別設(shè)有三號(hào)磁傳感器4和四號(hào)磁傳感器5；

一號(hào)磁傳感器2、二號(hào)磁傳感器3、三號(hào)磁傳感器4和四號(hào)磁傳感器5與零號(hào)磁傳感器1之間的距離相同，均為d/2。

檢測(cè)元件的數(shù)量并不局限于五個(gè)，也可以根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行設(shè)置，具體排布方式也不局限于本實(shí)施例中的典型結(jié)構(gòu)。

使用時(shí)，檢測(cè)人員在地面手持埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)裝置(即磁梯度張量檢測(cè)儀)，通過探測(cè)管道上方地面磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化實(shí)現(xiàn)管體缺陷的在線檢測(cè)。

基于上述埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其中，檢測(cè)機(jī)理是由于地磁場(chǎng)和缺陷應(yīng)力通過改變管體材料磁導(dǎo)率會(huì)引起管道空間磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化，如圖2和圖3中所示的對(duì)比圖，其中，管道上方的線條即為管體的地面磁場(chǎng)分布圖。

本實(shí)施例中，主要采用磁梯度張量的檢測(cè)方式，磁梯度張量主要由管體缺陷引起(地磁場(chǎng)、管道磁場(chǎng)等背景磁場(chǎng)對(duì)其影響很小)，因此，能更好突出缺陷磁場(chǎng)，提高缺陷信號(hào)信噪比；此外，選擇通過磁梯度張量的計(jì)算進(jìn)一步檢測(cè)管體缺陷是由于磁梯度張量具有如下優(yōu)勢(shì)：磁梯度張量各分量具有特定方向?yàn)V波特性，可識(shí)別管體缺陷、尤其是裂紋缺陷的方向；磁梯度張量對(duì)疊加磁性目標(biāo)具有較高分辨力，可用于檢測(cè)、評(píng)價(jià)管體共生缺陷；磁梯度張量具有旋轉(zhuǎn)不變特征量，使得測(cè)量過程無需對(duì)檢測(cè)裝置嚴(yán)格定向；磁梯度張量有豐富的數(shù)據(jù)處理和特征提取方法，能更好刻畫缺陷磁場(chǎng)的分布特征與規(guī)律，從而提高缺陷評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性。

如圖1所示，埋地管道管體缺陷非開挖檢測(cè)方法，檢測(cè)方法為通過磁梯度張量值獲得管體缺陷的不變量特征值，通過管體缺陷的不變量特征值定量評(píng)價(jià)管體缺陷等級(jí)。

其中，磁梯度張量值通過多個(gè)磁場(chǎng)矢量值和傳感器之間的預(yù)設(shè)距離值計(jì)算獲得，其中，磁場(chǎng)矢量值通過位于不同方位的傳感器檢測(cè)獲得，預(yù)設(shè)距離值為位于同一軸線上的相鄰兩個(gè)傳感器之間的距離。

具體的步驟：

步驟A、通過磁場(chǎng)矢量值、預(yù)設(shè)距離值計(jì)算獲得磁梯度張量值；

檢測(cè)方法中磁梯度張量G的計(jì)算公式為：

其中，B_XX表示磁場(chǎng)矢量的X分量在X向的變化率，B_XY表示磁場(chǎng)矢量的X分量在Y向的變化率，B_XZ表示磁場(chǎng)矢量的X分量在Z向的變化率，B_YX表示磁場(chǎng)矢量的Y分量在X向的變化率，B_YY表示磁場(chǎng)矢量的Y分量在Y向的變化率，B_YZ表示磁場(chǎng)矢量的Y分量在Z向的變化率，B_ZX表示磁場(chǎng)矢量的Z分量在X向的變化率，B_ZY表示磁場(chǎng)矢量的Z分量在Y向的變化率，B_ZZ表示磁場(chǎng)矢量的Z分量在Z向的變化率，B_1X表示一號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_2X表示二號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_3X表示三號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_4X表示四號(hào)磁傳感器檢測(cè)的X向磁場(chǎng)值；B_1Y表示一號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_2Y表示二號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_3Y表示三號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_4Y表示四號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Y向磁場(chǎng)值；B_1Z表示一號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值；B_2Z表示二號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值；B_3Z表示三號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值；B_4Z表示四號(hào)磁傳感器檢測(cè)的Z向磁場(chǎng)值。

步驟B、通過磁梯度張量值計(jì)算獲得管體缺陷的不變量特征值：

步驟C、根據(jù)管體缺陷的不變量特征值定量評(píng)價(jià)管體缺陷等級(jí)。其中，管體缺陷的不變量特征值C_T不受檢測(cè)裝置姿態(tài)變化的影響，且在缺陷邊緣處取極值，整體呈“雙駝峰”式分布，并可用“峰峰”距離表征缺陷寬度。

本實(shí)施例中僅給出了一種較佳的檢測(cè)和計(jì)算方式，但本發(fā)明并不局限于上述方式的檢測(cè)，只要是根據(jù)磁梯度張量獲得管體缺陷的不變量特征值；根據(jù)管體缺陷的不變量特征值定量評(píng)價(jià)管體缺陷等級(jí)的方法都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，例如，可以通過不同的矩陣計(jì)算公式或其他擬合公式以及優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理方式進(jìn)行計(jì)算和分析，能夠定量評(píng)價(jià)獲得管體缺陷等級(jí)即可。

該檢測(cè)方法解決了現(xiàn)有的磁法檢測(cè)在檢測(cè)裝置精度局限下檢測(cè)精度較低、數(shù)據(jù)處理和分析方法不當(dāng)?shù)葐栴}，此外，管道可以是油氣管道、鐵磁性管道或者其他材料的管道，因而，上述缺陷檢測(cè)方法通用性強(qiáng)、適用范圍廣泛。

以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實(shí)施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。