專利名稱：鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀的制作方法
在石油輸送等行業(yè)中，廣泛使用著泡沫塑料防腐保溫層的鋼質(zhì)管道，其結(jié)構(gòu)如

圖1所示;鋼質(zhì)管芯〔1〕泡沫層〔2〕夾殼層〔3〕。其中泡沫層厚約5cm，主要起保溫防腐作用，夾殼層厚0.5cm，且具有一定強(qiáng)度，具有防雨隔潮及保護(hù)泡沫層的作用。由于生產(chǎn)過程是將鋼管套入夾層中后進(jìn)行發(fā)泡的，泡沫層難免出現(xiàn)體積不等的空洞和裂紋等缺險，因為泡沫層夾在夾殼層與鋼管之間，其缺陷無法直觀檢查，它們對管道的安全使用造成很大的威脅。
到目前為止，國內(nèi)外尚無專門儀器對這種缺陷進(jìn)行有效地檢測。國內(nèi)廠家采用直觀剖析和人工敲擊的方法進(jìn)行質(zhì)量檢查。前種方法是破壞性的，損耗大，效率低，只能進(jìn)行極小批量抽樣檢查，無法滿足重要地段管道鋪設(shè)的質(zhì)量要求。人工敲擊判斷方法由于管道外層塑料夾殼與泡沫層常常脫開，且有1cm左右空隙，這種情況敲擊法很容易誤判斷。
本發(fā)明的目的在于提供一種鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀，該檢測儀可以方便地對管道的夾殼層內(nèi)的泡沫層的質(zhì)量進(jìn)行檢測并顯示缺陷所在的部位。
本發(fā)明提供的檢測儀器是通過行走機(jī)構(gòu)帶動電容傳感器在被測管道上移動，通過電容量的變化率經(jīng)過合理的數(shù)據(jù)處理，以此判斷泡沫保溫層的質(zhì)量，并通過顯示系統(tǒng)顯示出管道保溫層無殘或有殘，并準(zhǔn)確顯示殘區(qū)的位置。
本發(fā)明提供的檢測儀器主要由以下3個部分組成檢測環(huán)及顯示部分，信號斷別部分，行走機(jī)構(gòu)。
1。檢測環(huán)及顯示部分
如圖2所示檢測環(huán)是由12個彼此獨立的電容傳感器的探頭〔5〕均勻地圍成一環(huán)狀結(jié)構(gòu)，鉗套在外殼中〔4〕，每個傳感器探頭是由動極板、C/f轉(zhuǎn)換電路及極板屏敞罩三部分組成。鋼質(zhì)管道作為電容傳感器的公共靜極板。檢測環(huán)由可開啟、閉合的兩半環(huán)組成。檢測時將環(huán)套打開，扣套在待測管外，每個傳感器在彈簧的作用下與管壁保持良好的接觸。動極板由敷銅板制成。電容傳感器的原理雖然簡單，但其抗干擾能力非常弱，尤其是多個電容極板并聯(lián)排列時，互相間的影響更為明顯。因此，每個動極板均設(shè)置一個由金屬薄板制成的屏敞罩，以盡量降低各極板間電場的相互干擾。每個電容探頭均附有C/f轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示。
檢測環(huán)上，每個探頭兩端均有兩個信號燈〔6〕對應(yīng)指示缺陷位置，環(huán)面還分布有四個綠色信號燈〔7〕作為無殘時的指示，信號判別部分的機(jī)箱上裝有蜂鳴器作為殘區(qū)的報警。
2.信號判別部分如系統(tǒng)框圖(圖3)所示，本儀器共設(shè)置12個電容探頭，對于每一個探頭有一套電容/頻率(C/f)轉(zhuǎn)換電路，將12路頻率信號送入主機(jī)，微機(jī)控制的12路模擬開關(guān)，依次選擇12路信號中的1路送入頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(f/D轉(zhuǎn)換)進(jìn)行采樣。f/D轉(zhuǎn)換電路采用了一種半周期計數(shù)的高速高精度轉(zhuǎn)換方法，其原理框圖見圖4a，圖4b是它的時序。由圖可見，這一轉(zhuǎn)換過程并不是直接計數(shù)電容傳感器的輸出信號TS1，而是在TS的半周期時間內(nèi)計數(shù)由74LS14和10MHZ石英晶體振蕩器輸出的頻率為10MHZ的fo信號，TS直接控制計數(shù)器的T允許端，這就保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。而石英晶體振蕩器輸出信號fo的穩(wěn)定性是不成問題的，漂移僅為2HZ。CLR，PS信號由微機(jī)程序控制，由輸出接口74LS77輸出。每次轉(zhuǎn)換先對3個4位計數(shù)器74LS161計數(shù)器清零，再發(fā)出PS信號，它保證計數(shù)器不對TS信號一個以上的半周期計數(shù)。圖4b的N為計數(shù)器計入的fo脈沖數(shù)，它由計數(shù)器轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字量，經(jīng)輸入接口輸入微機(jī)。
為了提高f/D轉(zhuǎn)換精度，TS信號是由傳感器輸出信號八分頻得到。導(dǎo)出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號與頻率信號的關(guān)系N＝4fo/f若f＝16kHZ，則N＝2500同時dN=- (4fo)/(f2) df保溫層有空洞時f增加3QHZ。由上式可得出數(shù)字量減少5。另外，對單個極板，單次采樣的平均采樣時間為to＝38Qμs從以上分析可知，采用半周期計數(shù)方法，比直接計數(shù)傳感器輸出信號，其轉(zhuǎn)換精度和速度都得到大幅度提高。這些數(shù)據(jù)存放在隨機(jī)存儲器6116中，然后由微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
由于檢測儀是在行走中進(jìn)行檢測，機(jī)械的行走振動，必將引起電容探頭動靜極板間距離的變化，對電容傳感器輸出信號造成極大干擾，如果不加任何處理，直接用它進(jìn)行分析判斷，則根本得不到正確的結(jié)果。必須用微型計算機(jī)對信號進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理。同時，由于設(shè)計出了前述的高速f/D轉(zhuǎn)換方法，可以對信號進(jìn)行大量采樣，為數(shù)據(jù)處理提供了基礎(chǔ)。
每次分析判斷對每個極板采樣12次，在此期間，檢測環(huán)向前移動4mm，使12次采樣不是在管道的一個固定位置上，而是分布在4mm這樣一個微小距離上，這些信號更真實的反映了保溫層的實際情況。
第一級濾波是將每個傳感器12采樣值中的最大值和最小值去掉，一般情況下初始采樣值的粗大誤差可除掉。經(jīng)實驗測試分析，干擾信號是高頻成分，第二次濾波采用的是低通平均濾波，把余下的十個初始采樣值相加，作為第n次采樣的總采樣值。記作Mn，這樣在濾波的同時，也使信號幅度加大了。為了對信號進(jìn)一步平滑加工，又采用了第三級的三項遞推平均濾波Mn=13Σi=13Mn-(i-1)]]>信號經(jīng)過這樣三級數(shù)字濾波，基本上已能反映被測管道保溫層的情況，在此基礎(chǔ)上計算電容量的變化率△M＝Mn+1-Mn根據(jù)△M的大小，就可以判斷出是否有缺陷出現(xiàn)。
圖5為C/f轉(zhuǎn)換電路，圖6為I/O板原理圖，圖7為280-CPU主板圖。
3.行走機(jī)構(gòu)防腐保溫層缺陷的檢測是靠檢測環(huán)在管道上動態(tài)行走進(jìn)行的，其驅(qū)動機(jī)構(gòu)是由直流電機(jī)通過鋼絲繩〔8〕的牽引行走車〔9〕再由行走車帶動檢測環(huán)〔10〕實現(xiàn)檢測目的。檢測環(huán)掛在行走車上進(jìn)行動態(tài)檢測時，電機(jī)電源置于電機(jī)附近其示意圖見圖8。
在檢測時，將檢測環(huán)套在待測管道上，主機(jī)箱和穩(wěn)壓電源分掛在兩側(cè)。首先選擇K1-K4(見圖6)預(yù)置檢測精度。通電后按復(fù)位鍵，此時程序開始自動執(zhí)行，由微機(jī)控制檢測過程。由于開關(guān)上的四個功能鍵行走、檢測，殘走、反向進(jìn)行控制。
行走健控制檢測環(huán)的正向行走或停止，是進(jìn)行檢測的必要條件。檢測鍵決定何時開始檢測、此時，程序?qū)?2路傳感器進(jìn)行循回采樣、分析判斷，若發(fā)現(xiàn)缺陷，將給出檢測環(huán)停止、相應(yīng)區(qū)域紅燈亮和音響報警等輸出信息，原地等待進(jìn)一步處理。殘走鍵是在有殘停車后，控制檢測環(huán)，在殘區(qū)繼續(xù)行走檢測，當(dāng)殘區(qū)結(jié)束后，檢測環(huán)，再度自動停止，且相應(yīng)紅燈滅，指示殘區(qū)結(jié)束，之后，若抬起殘走鍵，將繼續(xù)進(jìn)行正常檢測。反射鍵是控制檢測環(huán)反向行走的。
本發(fā)明提供的鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀為該項檢測提供了可靠的檢測方法。該儀器使用方便，可靠性強(qiáng)，便于生產(chǎn)廠家快速批量對產(chǎn)品進(jìn)行檢測。
權(quán)利要求
1.一種鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀其特征是由行走機(jī)構(gòu)帶動的檢測環(huán)在被測管道上移動，其電容量的變化率經(jīng)信號判別部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示系統(tǒng)顯示保溫層的無殘和有殘，所述的A檢測環(huán)由12個彼此獨立的電容傳感器探頭[5]圍成可開啟的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，每個傳感器探頭是由動極板、c/f轉(zhuǎn)換電路極板屏敞罩組成B信號判別部分由電容傳感器經(jīng)c/f轉(zhuǎn)換電路輸出的頻率信號在半周期時間內(nèi)計數(shù)由74LSi4和10MHZ石英晶體振蕩器輸出頻率為10MHZ的f。信號由計數(shù)器轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀其特征是電容傳感器探頭的動極板由敷銅板制成，鋼質(zhì)管道作為電容傳感器的共公靜極板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀其特征是由直流電機(jī)通過鋼絲繩〔8〕的牽引車〔9〕再由行走車帶動檢測環(huán)〔10〕進(jìn)行檢測。
全文摘要
本發(fā)明提供的鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層缺陷檢測儀是用于鋼質(zhì)管道與夾層中的泡沫塑料保溫層的缺陷檢測用儀器。該檢測儀是通過直流電機(jī)驅(qū)動的行走機(jī)構(gòu)帶動電容傳感器在被測管道上移動，通過電容量的變化率經(jīng)過合理的數(shù)據(jù)處理，以此判斷泡沫保溫層的質(zhì)量，并通過顯示系統(tǒng)顯示出管道保溫層無殘或有殘，并準(zhǔn)確顯示殘區(qū)的位置。該儀器使用方便，可靠性強(qiáng)，便于生產(chǎn)廠家快速批量對產(chǎn)品進(jìn)行檢測。
文檔編號G01N27/24GK1054134SQ90100688
公開日1991年8月28日 申請日期1990年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月15日
發(fā)明者張濤, 冉昭明, 杜振漢, 喻支重, 黃培森, 徐苓安, 趙斌, 呂明偉, 梁根松 申請人:天津大學(xué), 中國石油天然氣總公司管道局