專利名稱：脈沖渦流管線檢測系統(tǒng)和方法
脈沖渦流管線檢測系統(tǒng)和方法本申請是基于申請日為2006年11月29日，優(yōu)先權(quán)日為2005年11月30日，申請?zhí)枮?00680051533. 6 (PCT/US2006/045637)，發(fā)明名稱為“脈沖渦流管線檢測系統(tǒng)和方法”的專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及管線的非破壞性評價，更具體地，涉及利用脈沖渦流(pulsededdy current)檢測導電結(jié)構(gòu)體的方法和裝置。管線廣泛用于各種エ業(yè)領(lǐng)域，其允許將大量物質(zhì)從ー處輸送至另ー處?？衫霉芫€經(jīng)濟且有效地輸送各種流體，例如油和/或氣。顆粒物質(zhì)和其它懸浮于流體中的微小固體也可通過管線輸送。地下和水下(深海)管線通常在高壓下于極端溫度并以高流速輸送大量對能源相關(guān)型エ業(yè)十分重要的油氣產(chǎn)品。 構(gòu)成管中的瑕疵可隨著管線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的老化造成管線整體劣化。微小的薄弱點、土壤的沉降、局部的結(jié)構(gòu)隆起、地震活動、氣候以及單純由正常使用造成的磨損和撕裂可能導致管線的腐蝕，管線的腐蝕可能造成管線中的缺陷和異常。從而，瑕疵或缺陷以及異?？梢韵率鲂问匠霈F(xiàn)在管線的表面腐蝕、機械損傷、疲勞、開裂、應力、腐蝕開裂、氫致開裂或者基于凹痕或摺痕的變形。事實證明維護和保護現(xiàn)有管線網(wǎng)絡(luò)是ー種挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的管線檢測系統(tǒng)利用稱作管線檢測儀(pipeline inspection gage) (PIG)的裝置原位橫穿管的截面并提供數(shù)據(jù),可對所述數(shù)據(jù)進行評價以判明結(jié)構(gòu)缺陷。這種PIG在管線內(nèi)行進的同時從多個傳感器獲取數(shù)據(jù)。PIG的典型單程可遠于100km。PIG的使用能夠?qū)崿F(xiàn)管線截面完整性的評價，而無需進行高成本地挖掘以及拆除隔離來接近外壁，并對管線截面進行無破壞性的檢測。PIG可應用各種傳感器技術(shù)以采集有關(guān)管線的信息?？蓱眉夹g(shù)的實例包括漏磁(magnetic flux leakage) (MFL)、超聲(UT)或潤流(EC)。這些方法均具有各自的局限性。例如，MFL系統(tǒng)依賴于超大、超重并具有巨大阻力的高場永磁體。因而，應用MFL技術(shù)的PIG適于檢測管彎(bend)較平緩的管線。UT法要求與管壁機械耦合，不適合用于輸氣管或污染管壁。現(xiàn)有的EC管線檢測儀通常用于檢測非磁性金屬管線。在碳鋼管中，由于導磁性引發(fā)低頻溶解，因而渦流的穿透深度較小，為實現(xiàn)深度穿透和大面積整體化，使用大的感應線圏，以避免導磁性的局部變化。深度磁力穿透和大面積整體化的需要使得EC管線檢測儀不適合用于管彎較陡的限制性管線環(huán)境。已開發(fā)出遠場EC (remote field EC)和瞬態(tài)EC (transient EC)技術(shù)，以克服上述ー些問題。然而，遠場EC和瞬態(tài)EC技術(shù)不利于利用移動PIG以高的空間分辨率檢測坑蝕區(qū)域，來對直徑大且厚的碳鋼管線進行檢測。由于遠場EC系統(tǒng)利用激勵元件和感應元件之 間的空間間隔，因此遺漏了鄰近陡彎和閥門的大片區(qū)域而未進行檢測。另外，遠場EC和瞬態(tài)EC技術(shù)不利于自動PIG的低功耗。需要適合以減小的間隔有利于對具有陡彎和閥門的管線進行內(nèi)部檢測的PIG。

發(fā)明內(nèi)容
簡言之，根據(jù)本發(fā)明的一種示范性實施方案，提供脈沖渦流管線檢測裝置。該脈沖渦流管線檢測裝置包括多個分區(qū)(stage)，所述分區(qū)彼此縱向間隔并適于在收縮位置和擴展位置之間移動；和多個傳感器，在收縮位置，所述傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，在擴展位置，在所述多個分區(qū)的各分區(qū)中傳感器之間具有至少ー個間隙，所述多個傳感器布置來使所述多個分區(qū)的第一分區(qū)中的至少ー個間隙對準所述多個分區(qū)中其上設(shè)置有傳感器的第二分區(qū)的一部分。還披露了管線的評價方法。該方法的示范性實施方案包括驅(qū)動脈沖渦流測量裝置通過管線，該脈沖渦流測量裝置包括多個分區(qū)，所述多個分區(qū)中的各分區(qū)均適于在收縮位置和擴展位置之間移動，在收縮位置，多個傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，并且傳感器之間沒有間隙，在擴展位置，設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū) 上的傳感器之間存在至少ー個間隙，所述多個傳感器布置來使得在擴展位置設(shè)置在所述多個分區(qū)中第一分區(qū)周圍的傳感器之間的間隙與所述多個分區(qū)中至少第二分區(qū)周圍的多個傳感器中至少一部分傳感器的位置一致(coincident with)并與該位置縱向間隔；以及將脈沖渦流測量裝置置于收縮位置，以沿管線的收縮部分行迸。本發(fā)明包括以下內(nèi)容實施方式I. 一種脈沖渦流管線檢測裝置，包括多個分區(qū)，所述分區(qū)彼此縱向間隔且適于在收縮位置和擴展位置之間移動；和多個傳感器，在所述收縮位置，所述傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，在所述擴展位置，所述多個分區(qū)中各分區(qū)的所述傳感器之間存在至少ー個間隙，所述多個傳感器布置來使所述多個分區(qū)的第一分區(qū)中的至少ー個間隙對準所述多個分區(qū)中其上設(shè)置有傳感器的第二分區(qū)的一部分。實施方式2.實施方式I的脈沖渦流管線檢測裝置，其中所述多個分區(qū)中的各分區(qū)均包括多個傳感器區(qū)段。實施方式3.實施方式2的脈沖渦流管線檢測裝置，其中所述多個傳感器的一部分以直線陣列設(shè)置在所述多個傳感器區(qū)段的各區(qū)段上。實施方式4.實施方式I的脈沖渦流管線檢測裝置，包括控制模塊，所述控制模塊向脈沖發(fā)生器提供信號，使所述脈沖發(fā)生器向驅(qū)動線圈傳送脈沖渦流輸入，以激勵所述多個傳感器中的至少一部分。實施方式5.實施方式4的脈沖渦流管線檢測裝置，其中所述驅(qū)動線圈鄰近所述多個傳感器中的至少一部分放置。實施方式6.實施方式I的脈沖渦流管線檢測裝置，包括預調(diào)節(jié)電路，所述預調(diào)節(jié)電路用于接收來自所述多個傳感器的數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行濾波和限幅。實施方式7.實施方式I的脈沖渦流管線檢測裝置，包括多項式擬合模塊，所述多項式擬合模塊用于接收所述多個傳感器獲取的數(shù)據(jù)并計算多項式方程的至少ー個系數(shù)，所述多項式方程逼近相應于所述接收數(shù)據(jù)的波形。實施方式8.實施方式7的脈沖渦流管線檢測裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于存儲所述至少ー個系數(shù)。實施方式9. 一種管線檢測儀(PIG)，包括
多個分區(qū)，所述分區(qū)彼此縱向間隔且適于在收縮位置和擴展位置之間移動；多個傳感器，在所述收縮位置，所述傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，在所述擴展位置，所述多個分區(qū)中各分區(qū)的所述傳感器之間具有至少ー個間隙，所述多個傳感器布置來使所述多個分區(qū)的第一分區(qū)中的至少ー個間隙對準所述多個分區(qū)中其上設(shè)置有傳感器的第二分區(qū)的一部分；數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于從所述多個傳感器接收相應于管線狀況的數(shù)據(jù)；和電源，所述電源用于向所述數(shù)據(jù)采集模塊供能。實施方式10.實施方式9的PIG，包括定位元件，所述定位元件用于確定所述PIG在所述管線中的位置。實施方式11.實施方式9的PIG，其中所述多個分區(qū)中的各分區(qū)均包括多個傳感器區(qū)段?！嵤┓绞?2.實施方式11的PIG，其中所述多個傳感器的一部分以直線陣列設(shè)置在所述多個傳感器區(qū)段的各區(qū)段上。實施方式13.實施方式9的PIG，包括控制模塊，所述控制模塊向脈沖發(fā)生器提供信號，使所述脈沖發(fā)生器向驅(qū)動線圈傳送脈沖渦流輸入，以激勵所述多個傳感器的至少ー部分。實施方式14.實施方式13的PIG，其中所述驅(qū)動線圈鄰近所述多個傳感器的至少一部分放置。實施方式15.實施方式9的PIG，包括預調(diào)節(jié)電路，所述預調(diào)節(jié)電路用于接收來自所述多個傳感器的數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行濾波和限幅。實施方式16.實施方式9的PIG,包括多項式擬合模塊,所述多項式擬合模塊用于接收所述多個傳感器獲取的數(shù)據(jù)并計算多項式方程的至少ー個系數(shù)，所述多項式方程逼近相應于所述接收數(shù)據(jù)的波形。實施方式17.實施方式16的PIG，其中所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于存儲所述至少ー個系數(shù)。實施方式18. —種評價管線的方法，包括驅(qū)動脈沖渦流測量裝置通過管線，所述脈沖渦流測量裝置包括多個分區(qū)，所述多個分區(qū)中的各分區(qū)適于在收縮位置和擴展位置之間移動，在所述收縮位置，多個傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍且所述多個傳感器之間沒有間隙，在所述擴展位置，設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)上的傳感器之間存在至少ー個間隙，所述多個傳感器布置來使得在所述擴展位置設(shè)置在所述多個分區(qū)中第一分區(qū)周圍的傳感器之間的所述間隙與所述多個分區(qū)中至少第二分區(qū)周圍的所述多個傳感器中至少一部分的位置一致并與該位置縱向間隔；和將所述脈沖渦流測量裝置置于所述收縮位置，以沿所述管線的收縮部分行迸。實施方式19.實施方式18的方法，包括向脈沖發(fā)生器提供信號，使所述脈沖發(fā)生器向驅(qū)動線圈傳送脈沖渦流輸入，以激勵所述多個傳感器的至少一部分。實施方式20.實施方式18的方法，包括接收來自所述多個傳感器的數(shù)據(jù)；
對所接收的數(shù)據(jù)進行濾波操作；和對所接收的數(shù)據(jù)進行限幅操作。實施方式21.實施方式18的方法，包括對從所述多個傳感器接收的數(shù)據(jù)進行多項式擬合操作；和計算多項式方程的至少ー個系數(shù)，所述多項式方程逼近相應于所述接收數(shù)據(jù)的波形。實施方式22.實施方式21的方法，包括將所述至少ー個系數(shù)存儲在數(shù)據(jù)采集模塊中。


參考附圖閱讀以下詳述時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢，附圖中相同的標記始終表示相同的部分，其中圖I為顯示本發(fā)明示范性實施方案的管線檢測系統(tǒng)的方框圖；圖2為本發(fā)明示范性實施方案的管線檢測儀(PIG)的截面圖；圖3為本發(fā)明示范性實施方案的多分區(qū)PIG的示意圖；圖4為本發(fā)明示范性實施方案的多分區(qū)PIG的傳感器區(qū)段(sensor sector)的示意圖；圖5為用于解釋本發(fā)明示范性實施方案的PIG的運行的脈沖渦流(PEC)信號示意圖；圖6為可用于對本發(fā)明示范性實施方案的PIG獲取的數(shù)據(jù)進行處理的電路的示范性實施方案的方框圖；和圖7為顯示本發(fā)明示范性實施方案的PEC傳感器的示范性操作步驟的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的示范性實施方案涉及管線功效的檢測。特別地，管線檢測儀(PIG)包括多個傳感器分區(qū)，各傳感器分區(qū)均包括多個傳感器區(qū)段。PIG應用脈沖渦流(PEC)技術(shù)從傳感器獲取有關(guān)管壁中可能的缺陷或劣化的信息。如下所述，PEC技術(shù)的應用允許以PIG可置于收縮位置或擴展位置的方式設(shè)置傳感器。在收縮位置，PIG可能能夠穿過管線中較陡的彎。圖I為整體由標記10表示的管線檢測系統(tǒng)的示意圖。用于檢測管線12的管線檢測系統(tǒng)10包括管線檢測儀(PIG)H15PIG 14為放置在管線內(nèi)的掃描裝置并用于收集有關(guān)管線12管壁的數(shù)據(jù)?？煞治鰯?shù)據(jù)以判明管壁中的潛在瑕疵，例如薄弱點等。PIG 14可隨管線中的液流沿管線長度輸運。在圖I所示的示范性實施方案中，PIG 14采用脈沖渦流(PEC)傳感器或探針，以獲取有關(guān)管線12管壁的數(shù)據(jù)。PIG 14包括第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18。對第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18進行構(gòu)造，以使各自均具有擴展位置和收縮位置。與傳感器分區(qū)16、18處于擴展位置時可穿過的管線障礙相比，在收縮位置，第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18可具有足夠小的直徑，從而允許PIG 14穿過管線12內(nèi)較陡的彎。在圖I所示的實施方案中，PIG 14另外包括定位元件(POC) 20，該定位元件20確定PIG14在管線12中的位置和取向。PIG 14還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) 22，用于接收第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18獲取的數(shù)據(jù)。電源(PS) 24向第一傳感器分區(qū)16、第二傳感器分區(qū)18、POC 20、DAS 22以及PIG 14的其他相關(guān)部件供能。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解的是，PIG 14可另外包括附加部件,例如機載時鐘(onboard clock),用于標記DAS 22等獲取姆項記錄時的時間。類似地，管線檢測系統(tǒng)10可包括例如磁力計或magloggers、記錄PIG 14位置和總行程的里程表和脫機時鐘等附加部件。圖2為經(jīng)過圖I所示PIG 14的中軸36的截面圖。該圖整體上由標記26表示。圖2所示截面圖示出了圖I所示傳感器分區(qū)之一的操作。出于示例性目的，在圖2中示出了第一傳感器分區(qū)16 (圖I)。第一傳感器分區(qū)16包括多個傳感器區(qū)段28、30、32和34。在圖2中于收縮位置以虛線示出了傳感器區(qū)段28、30、32和34。相對于中軸36在擴展位置示出的相同的傳感器區(qū)段分別標記為128、130、132和134。多個傳感器區(qū)段28、30、32和34各自連接在擴展機構(gòu)38上，擴展機構(gòu)38可包括彈簧、液壓系統(tǒng)等，以在收縮位置和擴展位置之間驅(qū)動各傳感器區(qū)段。在收縮位置，PIG 14 的直徑可為其處于擴展位置時的直徑值的約60% -70%。通過將傳感器分區(qū)16、18移動到收縮位置，PIG 14能夠有效地行進通過管線12中較陡的彎或其他管線障礙。圖3為顯示圖I所示多分區(qū)PIG 14的傳感器分區(qū)16、18的示意圖。該圖整體上由標記40表示。在圖3中以虛線示出了第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18。第一傳感器分區(qū)16包括傳感器區(qū)段30、32和34。傳感器區(qū)段30、32和34各自包括多個傳感器42，傳感器42在本申請中也可稱為接收器。類似地，第二傳感器分區(qū)18包括傳感器分區(qū)44和傳感器分區(qū)46。傳感器分區(qū)44、46各自包括多個接收器42。在示范性實施方案中，傳感器設(shè)置在第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18的傳感器區(qū)段上，從而當傳感器分區(qū)處于擴展位置時，第一傳感器分區(qū)16和第二傳感器分區(qū)18各自能夠完全覆蓋管線的周邊。另夕卜，可相對于傳感器區(qū)段30、32和34放置傳感器區(qū)段44、46，以使第一傳感器分區(qū)和第二傳感器分區(qū)兩者均處于擴展位置時，第二傳感器分區(qū)18的傳感器區(qū)段44和46覆蓋對應于第一傳感器分區(qū)16中傳感器區(qū)段30、32和34之間間隙的周邊位置。以這種方式，當傳感器分區(qū)16、18處于擴展位置時，可實現(xiàn)對管線12周邊的完全覆蓋。PIG 14(圖I)有利地適于應用脈沖渦流(PEC)技術(shù)經(jīng)由傳感器獲取有關(guān)管線12的數(shù)據(jù)。在PEC系統(tǒng)中，向管線12壁發(fā)送PEC信號，并接收和測量反射信號。PEC技術(shù)與遠程渦流技術(shù)不同。在遠程渦流系統(tǒng)中，利用正弦電流輸入激勵驅(qū)動線圈(drive coil)。為獲得有效的結(jié)果，必須通過較大的間距將驅(qū)動線圈與傳感器物理分離，以利于接收來自被測管線的返回信號。與之相反，PEC系統(tǒng)以ー連串脈沖電流激勵波形代替正弦輸入波形。在初始脈沖階段激勵驅(qū)動線圏。然后允許電流穩(wěn)定。在穩(wěn)定階段返回信號到達傳感器。以這種方式，可觀察到與管線12中的潛在損傷相關(guān)的較小變化。另外，因為可使驅(qū)動線圈更接近接收傳感器，所以在PEC系統(tǒng)中可使PIG 14更為緊湊。在示范性實施方案中，驅(qū)動線圈可鄰近一個或多個接收傳感器放置。為清楚起見，在圖3中，對于第一傳感器分區(qū)16僅示出了三個傳感器區(qū)段，對于第ニ傳感器分區(qū)18僅示出了兩個傳感器區(qū)段。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解的是，每個傳感器分區(qū)的傳感器區(qū)段的具體數(shù)量不是本發(fā)明的本質(zhì)方面。另外，可基于各種設(shè)計考慮選擇傳感器區(qū)段的數(shù)量，包括在傳感器分區(qū)處于擴展位置時在第二傳感器分區(qū)中具有大量傳感器區(qū)段，以對應于第一傳感器分區(qū)中傳感器區(qū)段之間的間隙數(shù)量。在管線檢測過程中，上述傳感器布局產(chǎn)生了均勻的表面覆蓋度。作為實例，如果在PIG的各分區(qū)中存在四個區(qū)段，則可認為直徑被傳感器區(qū)段之間沿周向的四個節(jié)距分隔。內(nèi)徑為300mm的管線可能需要總共192個讀出傳感器(pick-up sensor)或傳感器，以獲取周向節(jié)距為4. 9mm的管線中來自管壁的瞬時響應。繼續(xù)假設(shè)具有兩個傳感器分區(qū)且各分區(qū)具有四個傳感器區(qū)段，各區(qū)段可具有24個傳感器，所述24個傳感器排列成四列直線陣列，每列直線陣列為6個傳感器，形成步進為19. 6mm的空間網(wǎng)格。直線陣列可沿周向順次移動
4.9mm,從而為以4. 9mm的網(wǎng)格為管線12提供完全 的表面覆蓋。大面積驅(qū)動線圈和較小讀出傳感器的組合能夠允許管線12管壁的高分辨率渦流成像。在所述實例中，系統(tǒng)可能僅需要單個驅(qū)動脈沖來同時激勵全部八個驅(qū)動線圈?？杀M可能接近驅(qū)動線圈繞組放置傳感器，以利于測量對僅僅由相鄰驅(qū)動線圈引起的渦流的瞬時響應。圖4為本發(fā)明示范性實施方案的多分區(qū)PIG的傳感器區(qū)段的示意圖。該圖總體上由標記48表示。圖4表示可應用于圖3所示各傳感器區(qū)段的示范性實施方案。出于示例性目的，在圖4中示出了第一傳感器分區(qū)16的傳感器區(qū)段30。傳感器區(qū)段30利用驅(qū)動線圈74激勵各自的傳感器。驅(qū)動線圈用于將瞬時磁通注入管線12的管壁。如以下參考圖5所述，期望利用脈沖發(fā)生器發(fā)出的方波脈沖電流(見圖6)。如圖4所示，傳感器區(qū)段30包括多個排列成豎直直線陣列的傳感器(transducer) 50、52、54、56、58 和 60。在圖 4 中給出了傳感器 50、52、54、56、58 和 60 各自的標記，但所述傳感器總體上相應于圖3中所示的傳感器42。作為實例，在圖4中示出了傳感器區(qū)段30，但可以相同的方式布置給定傳感器分區(qū)的其它傳感器區(qū)段。由傳感器50、52、54,56和58形成的直線陣列彼此之間相對偏離四分之一的傳感器直徑。作為說明，對傳感器進行設(shè)置，以使經(jīng)過傳感器50 (從左側(cè)起第二列直線陣列的傳感器)的中線64從傳感器58頂部起約在直徑四分之一處穿過傳感器58(從左側(cè)起第四列即最后一列直線陣列的傳感器)。參照傳感器52 (左側(cè)第一列直線陣列的傳感器)繪出的中線68從傳感器58底部起約在直徑四分之一處穿過傳感器58。延伸穿過傳感器60 (從左側(cè)起第三列直線陣列的傳感器)的中線70從傳感器58和傳感器62之間穿過。最后，中線72延伸穿過傳感器54的中心并從傳感器62頂部起約在直徑四分之一處穿過傳感器62。圖4所示的示范性傳感器布局提供了對管線12的重疊覆蓋。圖5為用于說明PIG 14(圖I)所應用的PEC技術(shù)的實施的示意圖。該圖總體上由標記76表不。圖76上面部分的X軸78表不時間(ms)。圖76上面部分的y軸80表不通過驅(qū)動線圈例如驅(qū)動線圈74(圖4)的感應電流。相對X軸78和y軸80圖示PEC感應電流波形82。如圖5所示,所示感應電流在約O. Olms內(nèi)迅速升高到相對穩(wěn)定的水平,并從約O. Olms持續(xù)到約50ms。隨后，電流急劇下降。圖5的下面部分不例了例如圖4所不傳感器52、54、56、58、60和62等讀出傳感器中產(chǎn)生的相應的電壓信號。對于該圖的下面部分，X軸86表不時間(ms)。y軸88表不信號電壓。傳感器電壓波形90相對圖5所示附圖上面部分的感應電流波形示例了相應的傳感器電壓。如圖所示，感應電流82迅速升高時傳感器電壓波形90的電壓水平較高。隨后，在PEC感應電流波形82所示的電流保持穩(wěn)定的同吋，電壓信號90值緩慢衰減。不同時刻的傳感器電壓波形90值可對應于管線12的損傷，這是因為傳感器接收的信號可受到管線受損區(qū)域的影響?？赏ㄟ^測量不同時刻的傳感器電壓波形90值，建立管線如管線12功效的數(shù)學模型。如圖5所示，可根據(jù)傳感器電壓波形90的測量結(jié)果，建立參數(shù)化曲線擬合方程。在測量操作中，可確定并存儲多個相應于傳感器電壓波形90的參量系數(shù)92。另外，通過僅僅將系數(shù)存儲在PIG 14的機載(on-board)存儲器中，可經(jīng)濟地保存相應于管線12代表性延長部分的數(shù)據(jù)，用于隨后的評價。參量系數(shù)92可隨后用于再現(xiàn)傳感器電壓波形90，以判明管線12表面中的潛在異常。為確定代表管線狀況的參量系數(shù)92,可將壓縮程序(compression routine)應用于對于傳感器電壓波形90獲得的實際值。認為這種參數(shù)化形式為在脈沖渦流傳感器正常工作過程中為實現(xiàn)其預期操作所期望的典型范圍的傳感器提離(lift-off)、樣品磁導率、樣品電導率和厚度條件下充分評價管線12的管壁提供了基礎(chǔ)。圖6為顯示可用于對PIG 14獲取的數(shù)據(jù)進行處理的電路的示范性實施方案的方框圖。該圖總體上由標記Iio表示?？刂颇K112用于控制脈沖發(fā)生器114，以向示范性 傳感器區(qū)段30提供PEC信號。在圖6所示的實施方案中，來自傳感器區(qū)段30上四列傳感器直線陣列中各列的數(shù)據(jù)傳輸至各自的預調(diào)節(jié)電路116、118、120或122。預調(diào)節(jié)電路116、118、120和122對數(shù)據(jù)進行初濾和限幅。經(jīng)預調(diào)節(jié)電路處理后，將數(shù)據(jù)傳輸至各自的多項式擬合電路124、126、128或130。多項式擬合電路124、126、128和130所采用的處理算法可進行運算，以對脈沖渦流響應進行多項式曲線擬合，從而能夠確定參考圖5解釋的上述多項式系數(shù)。將所獲取的各測點處每ー傳感器的系數(shù)記錄在機載數(shù)據(jù)存儲裝置如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)22中。通過僅僅存儲多項式系數(shù)，存儲在機載存儲裝置中的數(shù)據(jù)量可減少50-100倍。在數(shù)據(jù)采集過程中，額外的多路復用可用于減少數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)量。最后，所述算法包括低通濾波特征作為曲線擬合程序的一部分。在完成管線檢測之后，可使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)22與計算機連接以恢復所采集的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)相應于上述參量系數(shù)，將多項式系數(shù)代入傳遞函數(shù)，以計算任意檢測點處的壁厚值。所得波形的系數(shù)用于進行非線性傳遞函數(shù)擬合，建立擬合系數(shù)與檢測樣品(對其響應進行了測量)的厚度、磁導率、電導率和提離的關(guān)系。對具有未知物理參數(shù)的管線進行隨后的檢測時，將測得的脈沖渦流響應參數(shù)化，先前計算的傳遞函數(shù)用于求解擬合系數(shù)以及估算物理參數(shù)和傳感器提離?？砷_發(fā)定制軟件，以根據(jù)各傳感器在傳感器區(qū)段和傳感器分區(qū)中的位置為其提供合適的傳遞函數(shù)。可建立和分析被檢測管線表面的ニ維渦流圖像。圖像處理和分析的常規(guī)方法可用于定位存在不利的管壁減薄的部位?？蓪@些部位實施修復。圖7為顯示本發(fā)明示范性示范方案的PEC傳感器的示范性操作步驟的流程圖。該流程圖總體上由標記132表示。在方框134，該過程開始。在方框136，驅(qū)動脈沖渦流測量裝置例如圖I所示的PIG通過管線。如上所述，脈沖渦流測量裝置包括多個分區(qū)。所述多個分區(qū)中的每一分區(qū)適于在收縮位置和擴展位置之間移動，在收縮位置，多個傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，且各傳感器之間沒有間隙，在擴展位置，設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)上的傳感器之間存在至少ー個間隙。所述多個傳感器布置來使得在擴展位置設(shè)置在所述多個分區(qū)中第一分區(qū)周圍的傳感器之間的間隙與所述多個分區(qū)中至少第二分區(qū)周圍的多個傳感器中至少一部分的位置一致并與該位置縱向間隔。在方框138，將脈沖渦流測量裝置置于收縮位置，以利于沿管線的收縮部分行迸。在方框140，該過程結(jié)束。盡管在本申請中僅示例和描述了本發(fā)明的一些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出各種改進和變化。因而，應當理解的是，所附權(quán)利要求意圖覆蓋落入本發(fā)明真正構(gòu)思的所有改進和變化。權(quán)利要求
1.一種脈沖渦流管線檢測裝置，包括 多個分區(qū)，所述分區(qū)彼此縱向間隔且適于在收縮位置和擴展位置之間移動；和 多個脈沖渦流傳感器，在所述收縮位置，所述脈沖渦流傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，在所述擴展位置，所述多個分區(qū)中各分區(qū)的所述脈沖渦流傳感器之間存在至少ー個間隙，所述多個脈沖渦流傳感器布置來使所述多個分區(qū)的第一分區(qū)中的至少ー個間隙對準所述多個分區(qū)中其上設(shè)置有脈沖渦流傳感器的第二分區(qū)的一部分，從而所述多個脈沖渦流傳感器完全覆蓋管線的周邊。
2.權(quán)利要求I的脈沖渦流管線檢測裝置，其中所述多個分區(qū)中的各分區(qū)均包括多個傳感器區(qū)段。
3.權(quán)利要求2的脈沖渦流管線檢測裝置，其中所述多個脈沖渦流傳感器的一部分以直線陣列設(shè)置在所述多個傳感器區(qū)段的各區(qū)段上。
4.權(quán)利要求I的脈沖渦流管線檢測裝置，包括控制模塊，所述控制模塊向脈沖發(fā)生器提供信號，使所述脈沖發(fā)生器向驅(qū)動線圈傳送脈沖渦流輸入，以激勵所述多個脈沖渦流傳感器中的至少一部分。
5.權(quán)利要求4的脈沖渦流管線檢測裝置，其中所述驅(qū)動線圈鄰近所述多個脈沖渦流傳感器中的至少一部分放置。
6.權(quán)利要求I的脈沖渦流管線檢測裝置，包括預調(diào)節(jié)電路，所述預調(diào)節(jié)電路用于接收來自所述多個脈沖渦流傳感器的數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行濾波和限幅。
7.權(quán)利要求I的脈沖渦流管線檢測裝置，包括多項式擬合模塊，所述多項式擬合模塊用于接收所述多個脈沖渦流傳感器獲取的數(shù)據(jù)并計算多項式方程的至少ー個系數(shù)，所述多項式方程逼近相應于所述接收數(shù)據(jù)的波形。
8.權(quán)利要求7的脈沖渦流管線檢測裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于存儲所述至少ー個系數(shù)。
9.一種管線檢測儀(PIG)，包括 多個分區(qū)，所述分區(qū)彼此縱向間隔且適于在收縮位置和擴展位置之間移動； 多個脈沖渦流傳感器，在所述收縮位置，所述脈沖渦流傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，在所述擴展位置，所述多個分區(qū)中各分區(qū)的所述脈沖渦流傳感器之間具有至少ー個間隙，所述多個脈沖渦流傳感器布置來使所述多個分區(qū)的第一分區(qū)中的至少ー個間隙對準所述多個分區(qū)中其上設(shè)置有脈沖渦流傳感器的第二分區(qū)的一部分，從而所述多個脈沖渦流傳感器完全覆蓋管線的周邊； 數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于從所述多個脈沖渦流傳感器接收相應于管線狀況的數(shù)據(jù)；和 電源，所述電源用于向所述數(shù)據(jù)采集模塊供能。
10.權(quán)利要求9的PIG，包括定位元件，所述定位元件用于確定所述PIG在所述管線中的位置。
11.權(quán)利要求9的PIG，其中所述多個分區(qū)中的各分區(qū)均包括多個傳感器區(qū)段。
12.權(quán)利要求11的PIG，其中所述多個脈沖渦流傳感器的一部分以直線陣列設(shè)置在所述多個傳感器區(qū)段的各區(qū)段上。
13.權(quán)利要求9的PIG，包括控制模塊，所述控制模塊向脈沖發(fā)生器提供信號，使所述脈沖發(fā)生器向驅(qū)動線圈傳送脈沖渦流輸入，以激勵所述多個脈沖渦流傳感器的至少一部分。
14.權(quán)利要求13的PIG，其中所述驅(qū)動線圈鄰近所述多個脈沖渦流傳感器的至少一部分放置。
15.權(quán)利要求9的PIG，包括預調(diào)節(jié)電路，所述預調(diào)節(jié)電路用于接收來自所述多個脈沖渦流傳感器的數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行濾波和限幅。
16.權(quán)利要求9的PIG，包括多項式擬合模塊，所述多項式擬合模塊用于接收所述多個脈沖渦流傳感器獲取的數(shù)據(jù)并計算多項式方程的至少ー個系數(shù)，所述多項式方程逼近相應于所述接收數(shù)據(jù)的波形。
17.權(quán)利要求16的PIG，其中所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于存儲所述至少ー個系數(shù)。
18.—種評價管線的方法，包括 驅(qū)動脈沖渦流測量裝置通過管線，所述脈沖渦流測量裝置包括多個分區(qū)，所述多個分區(qū)中的各分區(qū)適于在收縮位置和擴展位置之間移動，在所述收縮位置，多個傳感器設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍且所述多個脈沖渦流傳感器之間沒有間隙，在所述擴展位置，設(shè)置在所述多個分區(qū)中各分區(qū)上的脈沖渦流傳感器之間存在至少ー個間隙，所述多個傳感器布置來使得在所述擴展位置設(shè)置在所述多個分區(qū)中第一分區(qū)周圍的脈沖渦流傳感器之間的所述間隙與所述多個分區(qū)中至少第二分區(qū)周圍的所述多個脈沖渦流傳感器中至少一部分的位置一致并與該位置縱向間隔，從而所述多個脈沖渦流傳感器完全覆蓋管線的周邊；和 將所述脈沖渦流測量裝置置于所述收縮位置，以沿所述管線的收縮部分行迸。
19.權(quán)利要求18的方法，包括向脈沖發(fā)生器提供信號，使所述脈沖發(fā)生器向驅(qū)動線圈傳送脈沖渦流輸入，以激勵所述多個脈沖渦流傳感器的至少一部分。
20.權(quán)利要求18的方法，包括 接收來自所述多個脈沖渦流傳感器的數(shù)據(jù)； 對所接收的數(shù)據(jù)進行濾波操作；和 對所接收的數(shù)據(jù)進行限幅操作。
21.權(quán)利要求18的方法，包括 對從所述多個脈沖渦流傳感器接收的數(shù)據(jù)進行多項式擬合操作；和計算多項式方程的至少ー個系數(shù)，所述多項式方程逼近相應于所述接收數(shù)據(jù)的波形。
22.權(quán)利要求21的方法，包括將所述至少ー個系數(shù)存儲在數(shù)據(jù)采集模塊中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈沖渦流管線檢測裝置。該脈沖渦流管線檢測裝置包括多個分區(qū)，所述多個分區(qū)彼此縱向相隔且適于在收縮位置和擴展位置之間移動；和多個傳感器，在收縮位置，所述多個傳感器設(shè)置在多個分區(qū)中各分區(qū)周邊的至少一部分的周圍，在擴展位置，多個分區(qū)中各分區(qū)的傳感器之間存在至少一個間隙，所述多個傳感器布置來使多個分區(qū)的第一分區(qū)中的至少一個間隙對準多個分區(qū)中其上設(shè)置有傳感器的第二分區(qū)的一部分。
文檔編號G01N27/90GK102680569SQ20121012510
公開日2012年9月19日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者安德魯.梅, 尤里.普洛特尼科夫, 施里達.納思, 王?，E 申請人:通用電氣公司