CN1054134A - 钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺陷检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供的钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺 陷检测仪是用于钢质管道与夹层中的泡沫塑料保温 层的缺陷检测用仪器。该检测仪是通过直流电机驱 动的行走机构带动电容传感器在被测管道上移动，通 过电容量的变化率经过合理的数据处理，以此判断泡 沫保温层的质量，并通过显示系统显示出管道保温层 无残或有残，并准确显示残区的位置。该仪器使用方 便，可靠性强，便于生产厂家快速批量对产品进行检 测。

Description

在石油输送等行业中，广泛使用着泡沫塑料防腐保温层的钢质管道，其结构如图1所示;钢质管芯〔1〕泡沫层〔2〕夹壳层〔3〕。其中泡沫层厚约5cm，主要起保温防腐作用，夹壳层厚0.5cm，且具有一定强度，具有防雨隔潮及保护泡沫层的作用。由于生产过程是将钢管套入夹层中后进行发泡的，泡沫层难免出现体积不等的空洞和裂纹等缺险，因为泡沫层夹在夹壳层与钢管之间，其缺陷无法直观检查，它们对管道的安全使用造成很大的威胁。

到目前为止，国内外尚无专门仪器对这种缺陷进行有效地检测。国内厂家采用直观剖析和人工敲击的方法进行质量检查。前种方法是破坏性的，损耗大，效率低，只能进行极小批量抽样检查，无法满足重要地段管道铺设的质量要求。人工敲击判断方法由于管道外层塑料夹壳与泡沫层常常脱开，且有1cm左右空隙，这种情况敲击法很容易误判断。

本发明的目的在于提供一种钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺陷检测仪，该检测仪可以方便地对管道的夹壳层内的泡沫层的质量进行检测并显示缺陷所在的部位。

本发明提供的检测仪器是通过行走机构带动电容传感器在被测管道上移动，通过电容量的变化率经过合理的数据处理，以此判断泡沫保温层的质量，并通过显示系统显示出管道保温层无残或有残，并准确显示残区的位置。

本发明提供的检测仪器主要由以下3个部分组成：检测环及显示部分，信号断别部分，行走机构。

1。检测环及显示部分：

如图2所示检测环是由12个彼此独立的电容传感器的探头〔5〕均匀地围成一环状结构，钳套在外壳中〔4〕，每个传感器探头是由动极板、C/f转换电路及极板屏敞罩三部分组成。钢质管道作为电容传感器的公共静极板。检测环由可开启、闭合的两半环组成。检测时将环套打开，扣套在待测管外，每个传感器在弹簧的作用下与管壁保持良好的接触。动极板由敷铜板制成。电容传感器的原理虽然简单，但其抗干扰能力非常弱，尤其是多个电容极板并联排列时，互相间的影响更为明显。因此，每个动极板均设置一个由金属薄板制成的屏敞罩，以尽量降低各极板间电场的相互干扰。每个电容探头均附有C/f转换电路，如图3所示。

检测环上，每个探头两端均有两个信号灯〔6〕对应指示缺陷位置，环面还分布有四个绿色信号灯〔7〕作为无残时的指示，信号判别部分的机箱上装有蜂鸣器作为残区的报警。

2.信号判别部分

如系统框图（图3）所示，本仪器共设置12个电容探头，对于每一个探头有一套电容/频率（C/f）转换电路，将12路频率信号送入主机，微机控制的12路模拟开关，依次选择12路信号中的1路送入频率/数字转换电路（f/D转换）进行采样。f/D转换电路采用了一种半周期计数的高速高精度转换方法，其原理框图见图4a，图4b是它的时序。由图可见，这一转换过程并不是直接计数电容传感器的输出信号TS₁，而是在TS的半周期时间内计数由74LS14和10MHZ石英晶体振荡器输出的频率为10MHZ的fo信号，TS直接控制计数器的T允许端，这就保证了转换的准确性。而石英晶体振荡器输出信号fo的稳定性是不成问题的，漂移仅为2H_Z。CLR，PS信号由微机程序控制，由输出接口74LS77输出。每次转换先对3个4位计数器74LS161计数器清零，再发出PS信号，它保证计数器不对TS信号一个以上的半周期计数。图4b的N为计数器计入的fo脉冲数，它由计数器转换成12位数字量，经输入接口输入微机。

为了提高f/D转换精度，TS信号是由传感器输出信号八分频得到。导出转换后的数字信号与频率信号的关系：

N＝4fo/f

若f＝16kH_Z，则N＝2500

同时：dN=- (4fo)/(f²) df

保温层有空洞时f增加3QH_Z。由上式可得出数字量减少5。另外，对单个极板，单次采样的平均采样时间为

to＝38Qμs

从以上分析可知，采用半周期计数方法，比直接计数传感器输出信号，其转换精度和速度都得到大幅度提高。这些数据存放在随机存储器6116中，然后由微机进行数据处理。

由于检测仪是在行走中进行检测，机械的行走振动，必将引起电容探头动静极板间距离的变化，对电容传感器输出信号造成极大干扰，如果不加任何处理，直接用它进行分析判断，则根本得不到正确的结果。必须用微型计算机对信号进行一系列的数据处理。同时，由于设计出了前述的高速f/D转换方法，可以对信号进行大量采样，为数据处理提供了基础。

每次分析判断对每个极板采样12次，在此期间，检测环向前移动4mm，使12次采样不是在管道的一个固定位置上，而是分布在4mm这样一个微小距离上，这些信号更真实的反映了保温层的实际情况。

第一级滤波是将每个传感器12采样值中的最大值和最小值去掉，一般情况下初始采样值的粗大误差可除掉。经实验测试分析，干扰信号是高频成分，第二次滤波采用的是低通平均滤波，把余下的十个初始采样值相加，作为第n次采样的总采样值。记作Mn，这样在滤波的同时，也使信号幅度加大了。为了对信号进一步平滑加工，又采用了第三级的三项递推平均滤波：

$\mathrm{Mn}=\frac{1}{3}\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Mn}-(i-1)$

信号经过这样三级数字滤波，基本上已能反映被测管道保温层的情况，在此基础上计算电容量的变化率：

△M＝M_n+1-M_n

根据△M的大小，就可以判断出是否有缺陷出现。

图5为C/f转换电路，图6为I/O板原理图，图7为280-CPU主板图。

3.行走机构

防腐保温层缺陷的检测是靠检测环在管道上动态行走进行的，其驱动机构是由直流电机通过钢丝绳〔8〕的牵引行走车〔9〕再由行走车带动检测环〔10〕实现检测目的。检测环挂在行走车上进行动态检测时，电机电源置于电机附近其示意图见图8。

在检测时，将检测环套在待测管道上，主机箱和稳压电源分挂在两侧。首先选择K₁-K₄（见图6）预置检测精度。通电后按复位键，此时程序开始自动执行，由微机控制检测过程。由于开关上的四个功能键：行走、检测，残走、反向进行控制。

行走健控制检测环的正向行走或停止，是进行检测的必要条件。检测键决定何时开始检测、此时，程序将对12路传感器进行循回采样、分析判断，若发现缺陷，将给出检测环停止、相应区域红灯亮和音响报警等输出信息，原地等待进一步处理。残走键是在有残停车后，控制检测环，在残区继续行走检测，当残区结束后，检测环，再度自动停止，且相应红灯灭，指示残区结束，之后，若抬起残走键，将继续进行正常检测。反射键是控制检测环反向行走的。

本发明提供的钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺陷检测仪为该项检测提供了可靠的检测方法。该仪器使用方便，可靠性强，便于生产厂家快速批量对产品进行检测。

Claims (3)

1、一种钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺陷检测仪其特征是由行走机构带动的检测环在被测管道上移动，其电容量的变化率经信号判别部分进行数据处理，由显示系统显示保温层的无残和有残，所述的：

A检测环由12个彼此独立的电容传感器探头[5]围成可开启的环状结构，每个传感器探头是由动极板、c/f转换电路极板屏敞罩组成

B信号判别部分由电容传感器经c/f转换电路输出的频率信号在半周期时间内计数由74LSi4和10MHZ石英晶体振荡器输出频率为10MHZ的f。信号由计数器转换成12位数字量。

2、根据权利要求1所述的钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺陷检测仪其特征是电容传感器探头的动极板由敷铜板制成，钢质管道作为电容传感器的共公静极板。

3、根据权利要求1所述的钢质管道泡沫塑料防腐保温层缺陷检测仪其特征是由直流电机通过钢丝绳〔8〕的牵引车〔9〕再由行走车带动检测环〔10〕进行检测。

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