專(zhuān)利名稱(chēng)：用于測(cè)量導(dǎo)電體的壁厚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)由導(dǎo)電材料構(gòu)成的物體的電磁檢測(cè)的方法。在該電磁檢測(cè)方法中使用一種探測(cè)器，該探測(cè)器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈，和一個(gè)用于提供表示由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度或該電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及測(cè)量壁的厚度及對(duì)于提升距離(lift-off)中未知的變化對(duì)測(cè)量出的壁厚進(jìn)行校正。提升距離是指探測(cè)器到物體鄰近該探測(cè)器的表面之間的距離，相對(duì)在物體反面的遠(yuǎn)離該探測(cè)器的表面來(lái)說(shuō)，該鄰近表面離探測(cè)器最近。
背景技術(shù)：
適合利用根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)探測(cè)的物體的例子有金屬片或諸如管道，導(dǎo)管或容器的容器裝置的壁，這些物體的曲率半徑大于其厚度。導(dǎo)電材料可以是例如碳鋼或不銹鋼的任何導(dǎo)電材料。根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步的應(yīng)用是對(duì)絕緣層的厚度的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是為了更精確地測(cè)量物體的厚度。為此，本發(fā)明提供一種用探測(cè)器測(cè)量導(dǎo)電體的壁厚的方法，該探測(cè)器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈，和一個(gè)用于提供表示由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度或該電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)，其中該接收器系統(tǒng)包括第一接收器和與第一接收器分隔開(kāi)的第二接收器，該方法包括以下步驟(a)將探測(cè)器配置在物體附近并與物體鄰近該探測(cè)器的表面有一定距離之處；
(b)通過(guò)激活發(fā)射器在物體內(nèi)感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并記錄接收器隨時(shí)間變化的信號(hào)，其中Vl(t)為第一接收器隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)而Vu(t)為第二接收器隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)；(c)根據(jù)兩信號(hào)中之一的特征來(lái)測(cè)量壁厚；(d)結(jié)合Vl(t)和Vu(t)計(jì)算特征值Φ；和(e)利用對(duì)于探測(cè)器與鄰近表面之間距離的不同值而預(yù)定的壁厚與特征值之間的關(guān)系，對(duì)于探測(cè)器與物體的鄰近該探測(cè)器的表面間的距離來(lái)校正被測(cè)量出的壁厚。


下面將以例舉方式，參考附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖2顯示對(duì)于提升距離校正測(cè)量出的壁厚的各圖形。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1進(jìn)行說(shuō)明。由導(dǎo)電材料構(gòu)成的物體用標(biāo)號(hào)2來(lái)表示，探測(cè)器用標(biāo)號(hào)4來(lái)表示。該探測(cè)器4包括一個(gè)用于在物體2中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈6，和一個(gè)用于提供表示由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度或該電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)，其中該接收器系統(tǒng)包括第一接收器8和與第一接收器分隔開(kāi)的第二接收器10。發(fā)射器線圈6與一個(gè)用于激勵(lì)該發(fā)射器線圈的設(shè)備(圖中未示出)相連，該接收器系統(tǒng)與一個(gè)用于記錄來(lái)自該接收器系統(tǒng)的信號(hào)的設(shè)備(圖中未示出)相連。探測(cè)器4與鄰近表面12間的距離用l來(lái)表示，探測(cè)器4與物體2之間的空間例如充滿覆蓋該鄰近探測(cè)器的表面12的一個(gè)絕緣層(圖中未示出)。接收器8和10之間的距離是距離l的倍數(shù)，適宜是為距離l的0.1到0.9倍。
在正常操作過(guò)程中，探測(cè)器4配置在物體2的上方并接近該物體2的鄰近該探測(cè)器的表面12。
通過(guò)激勵(lì)發(fā)射器線圈6(激勵(lì)和突然去激勵(lì))在物體2內(nèi)感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流。隨時(shí)間的變化記錄下接收器8和10的信號(hào)。第一接收器8隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)用Vl(t)表示，第二接收器10隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)用Vu(t)表示。Vl(t)和Vu(t)表示磁場(chǎng)的強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。在圖1所示的實(shí)施例中，接收器是線圈8和10，被記錄的信號(hào)指示磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，且接收器線圈的直徑是距離l的倍數(shù)，適宜是為距離l的0.1到0.9倍。
然而，當(dāng)接收器是霍爾效應(yīng)變換器，或當(dāng)對(duì)來(lái)自線圈的信號(hào)積分時(shí)，該信號(hào)指示磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
用信號(hào)Vl(t)和Vu(t)中之一來(lái)確定物體的厚度，并應(yīng)用信號(hào)Vl(t)和Vu(t)兩者來(lái)計(jì)算特征值Φ。為完整起見(jiàn)，我們加入聲明，對(duì)于本發(fā)明，Vl(t)是不是來(lái)自接收器8的信號(hào)和Vu(t)是不是來(lái)自接收器10的信號(hào)，或者相反地，Vl(t)是不是來(lái)自接收器10的信號(hào)和Vu(t)是不是來(lái)自接收器8的信號(hào)，這些都是無(wú)關(guān)緊要的。
本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如要進(jìn)行校正，只需同時(shí)確定特征值Φm和壁的厚度WTm即可。
利用渦流電流測(cè)量導(dǎo)電體的壁的厚度的現(xiàn)有技術(shù)，例如參見(jiàn)國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)WO 98/02 714號(hào)和歐洲專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)第321112號(hào)。當(dāng)測(cè)量一個(gè)未知的壁厚時(shí)，有三種壁的厚度(1)實(shí)際的壁厚或真實(shí)的壁厚，(2)被測(cè)量出的壁厚(在校正前)和(3)已校正過(guò)的壁厚。校正被測(cè)量出的壁厚是為了獲得比校正前的被測(cè)量出的壁厚更接近于實(shí)際壁厚的壁的厚度。
在實(shí)踐中，被測(cè)量出的壁厚隨提升距離而變化。假如能夠利用距離L上的信息來(lái)校正被測(cè)量出的壁厚，則可使壁厚的測(cè)量更精確。本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種校正方法，其中不必知道該距離或提升距離。
為了測(cè)量壁的厚度，將探測(cè)器4配置在物體2的附近并與需要確定厚度的物體2的鄰近該探測(cè)器的表面12相距L之處。
在正常操作過(guò)程中，通過(guò)激勵(lì)發(fā)射器在物體2內(nèi)感應(yīng)出渦流電流，并且隨時(shí)間(t)的變化記錄下第一接收器8的信號(hào)Vl(t)和第二接收器10的信號(hào)Vu(t)。
根據(jù)信號(hào)Vl(t)和Vu(t)中至少之一的特征，利用已知方法來(lái)確定物體的壁厚WTm。這能夠確定信號(hào)在某一特定時(shí)刻的幅度，并將該幅度同為厚度已知的試驗(yàn)物體在該時(shí)刻所確定的幅度進(jìn)行比較?？商鎿Q地，可以利用所謂的臨界時(shí)刻，該臨界時(shí)刻是指中斷對(duì)發(fā)射器的激勵(lì)后物體內(nèi)產(chǎn)生的渦流電流到達(dá)物體遠(yuǎn)離探測(cè)器的表面的時(shí)間。另一種方法包括計(jì)算信號(hào)在兩個(gè)預(yù)定時(shí)間之間的積分并根據(jù)計(jì)算值來(lái)獲得有關(guān)厚度的信息。又一種方法是確定信號(hào)從第一數(shù)值衰變至第二數(shù)值所需的時(shí)間并根據(jù)壁厚與時(shí)間之間的關(guān)系來(lái)獲得厚度。
結(jié)合使用信號(hào)Vl(t)和Vu(t)可計(jì)算特征值Φm。
然后，利用對(duì)于探測(cè)器與鄰近探測(cè)器的表面間距離的不同值而預(yù)定的壁厚與特征值之間的關(guān)系，對(duì)于探測(cè)器4與物體2的鄰近探測(cè)器的表面間的未知距離L來(lái)校正測(cè)量出的壁厚WTm。這種關(guān)系在同一物體或有類(lèi)似電磁特性的物體的某一點(diǎn)上確定。請(qǐng)注意，未知距離L可能沿著物體隨位置而變化。
下面參考圖2進(jìn)行說(shuō)明。圖2顯示了一種能夠?qū)μ嵘嚯x校正被測(cè)量出的壁厚的方法。
從具有已知壁厚WTk的物體出發(fā)，測(cè)量出信號(hào)Vl(t)和Vu(t)。然后通過(guò)該信號(hào)可確定壁厚WTm和特征值Φ。在同一地點(diǎn)為若干不同的提升距離重復(fù)上述步驟。圖2A繪出了壁厚和特征值，其中橫坐標(biāo)軸為提升距離L，縱坐標(biāo)軸為壁的厚度WT和特征值Φ。實(shí)線是被測(cè)量出的壁厚作為提升距離的函數(shù)，虛線是特征值作為提升距離的函數(shù)。點(diǎn)a，b，c，d，e，f和g是被測(cè)量出的值。校正就是在點(diǎn)c測(cè)量出的壁厚WTm(c)等于已知壁厚WTk。
然后從圖2A可以得出圖2B。圖2B顯示被測(cè)量出的壁厚作為特征值的函數(shù)。
校正因子CF可從圖2B確定并在圖2C中繪出。校正因子CF為已知壁厚除以被測(cè)出的壁厚，對(duì)Φc校正因子等于1，對(duì)Φ＜Φc校正因子大于1，對(duì)Φ＞Φc校正因子小于1。為了獲得校正因子作為特征值的連續(xù)函數(shù)，將這些點(diǎn)連成一條曲線。
要校正同一物體(或有類(lèi)似電磁特性的物體)對(duì)未知的提升距離測(cè)量出的壁厚，用特征值Φm來(lái)校正該被測(cè)量出的壁厚WTm。該被校正的壁厚WTm是Wtcorr＝WTm·CF(Φm)。
可替換地，被測(cè)量出的壁厚與特征值之間的關(guān)系(如圖2B)大約呈線性。該線性關(guān)系的斜率等于壁厚的變分δWTl除以特征值的變分δΦl的商。被校正的壁厚是Wtcorr＝WTm+(Φ2-Φ0)(δWTl/δΦl)，其中Φ2是關(guān)于未知壁厚的特征值，Φ0是校正因子等于1時(shí)的特征值(在圖2C中為Φc)。
適宜地，對(duì)于物體的被測(cè)出的溫度再次校準(zhǔn)被校正的壁厚。這通過(guò)在校準(zhǔn)溫度T0處確定被測(cè)出的壁厚的變分δWT除以溫度的變分δT的商來(lái)完成；并用如下公式Wtcorr2＝Wtcorr+(T-T0)(δWT/δT)來(lái)計(jì)算被校準(zhǔn)的壁厚。
適宜地，通過(guò)結(jié)合Vl(t)和Vu(t)來(lái)計(jì)算特征值Φ，這包括用如下公式確定特征值Φ=Σi=1nVu(t0+(i-1)Δ)Σi=1nVl(t0+(i-1)Δ)]]>其中t0是起始時(shí)間，Δ為取樣間隔，n為包括在求和中的取樣的數(shù)量。
在如圖1所示的探測(cè)器4的實(shí)施例中，接收器8和10在垂直方向(垂直于物體2的鄰近探測(cè)器的表面12)中一個(gè)位于另一個(gè)上方。在一個(gè)可替換的實(shí)施例(未顯示出)中，接收器天線裝置在水平方向(平行于鄰近探測(cè)器的表面12)相互隔開(kāi)。當(dāng)使用開(kāi)口端朝向物體的一個(gè)U形鐵心時(shí)，此結(jié)構(gòu)特別有用。U形鐵心在兩端包括一個(gè)發(fā)射器線圈和一個(gè)接收器線圈，而第二接收器線圈裝配在該U形鐵心旁邊。
絕緣層下的腐蝕發(fā)生在涂有絕緣材料的管道。絕緣材料通常用一個(gè)金屬包層來(lái)防雨。該金屬包層被稱(chēng)為“護(hù)套”。該護(hù)套通常由鋁或鋼制成且大約厚0.7mm。護(hù)套以分段的形式進(jìn)行應(yīng)用，每段的典型長(zhǎng)度為1m。通過(guò)將兩個(gè)護(hù)套段部分地交迭來(lái)阻止水的進(jìn)入。在利用渦流電流進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)中，護(hù)套不需要去除。在一級(jí)近似的程度上，護(hù)套的影響為對(duì)接收信號(hào)的一個(gè)Δt的延遲如果沒(méi)有護(hù)套時(shí)信號(hào)為s(t)，那么在有護(hù)套時(shí)信號(hào)大約為s(t-Δt)。沿著護(hù)套段Δt的大小變化如下相對(duì)于護(hù)套段的中間，靠近護(hù)套段交迭處的Δt更大。延遲Δt的變化對(duì)常規(guī)的脈沖型渦流電流方法影響如下Δt的變化表現(xiàn)為被測(cè)量的鋼的厚度的虛假的變化。本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于使用兩個(gè)接收器，因此根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)金屬護(hù)套的存在更不靈敏。一個(gè)原因?yàn)?，在?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，特征值Φ幾乎不依賴(lài)于時(shí)間tΦ(t)≈Φ(t-Δt)，其中Φ(τ)=Σi=1nVu(τ+(i-1)Δ)Σi=1nVl(τ+(i-1)Δ)]]>在后一個(gè)等式中τ＝t或τ＝t-Δt。
權(quán)利要求
1.一種用探測(cè)器測(cè)量導(dǎo)電體的壁厚的方法，其中該探測(cè)器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈，和一個(gè)用于提供表示由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度或該電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)，其中該接收器系統(tǒng)包括第一接收器和與該第一接收器分隔開(kāi)的第二接收器，該方法包括以下步驟(a)將探測(cè)器配置在物體附近并與該物體鄰近該探測(cè)器的表面有一定距離處；(b)通過(guò)激勵(lì)發(fā)射器在物體內(nèi)感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并記錄接收器隨時(shí)間變化的信號(hào)，其中Vl(t)為第一接收器隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)而Vu(t)為第二接收器隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)；(c)根據(jù)兩信號(hào)中之一的一個(gè)特征來(lái)測(cè)量壁厚；(d)結(jié)合Vl(t)和Vu(t)來(lái)計(jì)算特征值Φ；和(e)利用對(duì)于探測(cè)器與鄰近該探測(cè)器的表面之間距離的不同值而預(yù)定的壁厚與特征值之間的關(guān)系，對(duì)于探測(cè)器與物體的鄰近該探測(cè)器的表面間的距離來(lái)校正被測(cè)量出的壁厚。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中校正被測(cè)量出的壁厚包括測(cè)量壁厚和對(duì)于不同的提升距離數(shù)值為具有已知壁厚的物體確定特征值；得出被測(cè)量出的壁厚與特征值之間的關(guān)系，并從該關(guān)系中獲取校正因子；通過(guò)用關(guān)于該特征值的校正因子乘以被測(cè)量出的壁厚來(lái)確定被校正的壁厚。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中校正被測(cè)量出的壁厚WTm包括確定校正因子等于1時(shí)的特征值Φ0；從被測(cè)量出的壁厚與特征值之間的關(guān)系得出壁厚的變分δWTl除以特征值的變分δΦl的商；對(duì)于未知的提升距離校正已被測(cè)量出的壁的厚度為Wtcorr＝WTm+(Φ2-Φ0)(δWTl/δΦl)，其中Φ2是與壁厚WTm一起被測(cè)量的特征值。
4.如權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括測(cè)量物體的溫度并對(duì)于該溫度校正已被校正的壁厚。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中對(duì)于該溫度校正已被校正的壁厚包括在校準(zhǔn)溫度T0處確定被測(cè)出的壁厚的變分δWT除以溫度的變分δT的商；并用如下公式Wtcorr2＝Wtcorr+(T-T0)(δWT/δT)來(lái)計(jì)算被校準(zhǔn)的壁厚。
6.如權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中通過(guò)結(jié)合Vl(t)和Vu(t)來(lái)計(jì)算特征值Φ包括用如下公式確定特征值Φ=Σi=1nVu(t0+(i-1)Δ)Σi=1nVl(t0+(i-1)Δ)]]>其中t0是起始時(shí)間，Δ為取樣間隔，n為包括在求和中的取樣的數(shù)量。
7.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中接收器系統(tǒng)包括一個(gè)第一接收器線圈和一個(gè)與該第一接收器線圈相互隔開(kāi)的第二接收器線圈，并且其中的信號(hào)表示渦流電流的變化，其中的Vl和Vu分別是第一和第二接收器線圈終端的電壓。
全文摘要
一種用探測(cè)器(4)測(cè)量導(dǎo)電體(2)的壁厚的方法，其中的探測(cè)器(4)包括一個(gè)發(fā)射器線圈(6)，一個(gè)第一接收器(8)和一個(gè)第二接收器(10)，該方法包括將探測(cè)器(4)配置在物體(2)附近；在物體(2)內(nèi)感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并記錄接收器隨時(shí)間變化的信號(hào)；根據(jù)兩信號(hào)中之一的特征來(lái)測(cè)量壁厚；結(jié)合V
文檔編號(hào)G01B7/02GK1447902SQ01814484
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者保陸斯·卡洛陸斯·尼克拉斯·科勞森, 馬克·西奧多爾·陸易杰爾, 約翰·范·德·斯蒂恩 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司