一種管道腐蝕檢測儀及其檢測方法
2023-09-20 12:58:30
一種管道腐蝕檢測儀及其檢測方法
【專利摘要】本發明提供了一種管道腐蝕檢測儀及其檢測方法。其中，管道腐蝕檢測儀包括：管道爬行器、多個太赫茲探測及接收裝置、太赫茲檢測系統、數據處理系統及腐蝕程度顯示面板；其中，管道爬行器將攜帶有多個太赫茲探測及接收裝置的多個探頭運送到待檢管道內部，太赫茲探測及接收裝置接收太赫茲檢測系統發出的雷射，激發太赫茲波，並將待檢管道內部表面反射的太赫茲信號傳送給太赫茲檢測系統，太赫茲檢測系統根據待檢管道內部表面反射的太赫茲信號生成太赫茲光譜信息傳輸給數據處理系統，數據處理系統對太赫茲光譜信息進行處理，生成太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係，並顯示在腐蝕程度顯示面板上。
【專利說明】一種管道腐蝕檢測儀及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及管道腐蝕檢測領域，尤其涉及一種對管道腐蝕進行檢測的裝置和方法，具體的講是一種基於太赫茲時域光譜技術進行管道腐蝕程度檢測的檢測儀及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]管道作為石油工業的大動脈，對於石油、天然氣的運輸極其重要。然而在服役過程中，管道會因腐蝕等原因發生穿孔、斷裂等失效，造成油氣洩露，甚至引發燃燒、爆炸等災難性事故，是管道使用過程中最危險的毒瘤。管道失效發生的原因多種多樣，無法預言和避免，因此，定期對管道進行檢測，獲得管道的服役狀況，及時發現失效點並採取相應的防護措施對油氣輸運工程來說顯得尤為重要。
[0003]在新的技術問世之前，漏磁檢測技術因其既不受管壁蠟層厚度影響也沒有集膚效應，再加上其結構簡單、耗能少和可信度較高等優點，目前被廣泛地應用在長輸油氣管道、煉油廠管網、市政管網和海底管線的在線腐蝕檢測上。在這一方面，加拿大，英國，美國走在了世界前列，世界上能獨立生產實用漏磁檢測裝置的研究單位主要集中在德美法日加等工業強國，國內的相關技術則起步較晚。雖然陸續有自主創新的檢測儀問世，但僅僅是小範圍內試用，且檢測的可信度較低，大規模的使用仍需從國外進口設備，為此支付高額的設備以及技術服務費用，耗費大量的人力和物力。
[0004]因此，解決埋地管道因失效斷裂造成的安全問題不僅要發展一種安全、便捷、可靠的檢測技術，還要考慮到人力、物力的投入程度，不適當的投入會導致安全形式或經濟效益受損，只有採取同管道的安全狀況相適應的技術措施，才能保證安全生產和經濟效益雙重目標。
[0005]太赫茲(THz，Terahertz)波通常是指頻率在0.1THz-1OTHz (波長在300 μ m?3mm)之間的電磁波，其波段在微波和紅外之間，屬於遠紅外波段。太赫茲時域光譜系統是一種相關探測技術，能夠同時獲得太赫茲脈衝的振幅和相位信息。與傳統光源相比具有瞬態性、指紋性、高穿透能力等許多獨特的性質，因此太赫茲在能源、環保、安檢、生物醫療領域都具有巨大的應用價值。
[0006]太赫茲光譜無損檢測技術以其所具有的高解析度、高靈敏性及無損探傷能力等特點，為金屬管道失效檢測提供了一種新的檢測思路，目前還沒有應用太赫茲時域光譜技術檢測管道腐蝕的相關技術。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種對金屬管道腐蝕程度進行檢測的檢測儀及其檢測方法，以彌補現有腐蝕檢測技術不足的缺點。
[0008]為了達到上述目的，本發明實施例提供一種管道腐蝕檢測儀，包括:管道爬行器、多個太赫茲探測及接收裝置、太赫茲檢測系統、數據處理系統及腐蝕程度顯示面板；其中，所述管道爬行器的頂端具有多個探頭，所述多個太赫茲探測及接收裝置分別位於所述多個探頭上，並通過光纖與所述太赫茲檢測系統相連接，所述太赫茲檢測系統與所述數據處理系統相連接，所述腐蝕程度顯示面板連接所述數據處理系統；所述管道爬行器將攜帶有所述多個太赫茲探測及接收裝置的多個探頭運送到待檢管道內部，所述太赫茲探測及接收裝置接收所述太赫茲檢測系統發出的雷射，激發太赫茲波，並將所述待檢管道內部表面反射的太赫茲信號傳送給所述太赫茲檢測系統，所述太赫茲檢測系統根據所述待檢管道內部表面反射的太赫茲信號生成太赫茲光譜信息傳輸給所述數據處理系統，所述數據處理系統對所述太赫茲光譜信息進行處理，生成太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係，並顯示在所述腐蝕程度顯示面板上。
[0009]進一步地，在一實施例中，所述太赫茲探測及接收裝置包括太赫茲探測器和太赫茲接收器；所述太赫茲探測器用於接收所述太赫茲檢測系統發出的雷射，激發太赫茲波；所述太赫茲接收器用於接收太赫茲波經過所述待測管道內部表面反射的太赫茲信號。
[0010]進一步地，在一實施例中，所述太赫茲探測器和太赫茲接收器為光纖式，並且同方向固定結合。
[0011 ] 進一步地，在一實施例中，所述光纖內嵌於所述管道爬行器的探頭連杆中，通過所述管道爬行器的探頭連杆並經過所述管道爬行器內部與所述太赫茲檢測系統相連接，實現信號的傳送。
[0012]進一步地，在一實施例中，所述太赫茲檢測系統包括微型雷射器及太赫茲光譜儀；所述微型雷射器發射雷射，所述雷射通過光纖傳輸到所述太赫茲探測器，激發太赫茲波；所述太赫茲光譜儀通過光纖接收所述太赫茲波經過所述待測管道內部表面反射的太赫茲信號，生成所述太赫茲光譜信息傳送給所述數據處理系統。
[0013]進一步地，在一實施例中，所述數據處理系統還用於接收未知管道的太赫茲光譜信息，將其與所述太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係進行比對，生成所述未知管道的腐蝕檢測結果。
[0014]進一步地，在一實施例中，所述腐蝕程度顯示面板為一液晶顯示面板。
[0015]為了達到上述目的，本發明實施例還提供一種管道腐蝕檢測儀進行管道腐蝕檢測的方法，包括:(I)測量未服役管道的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號作為參考信號，測量已知不同服役時間的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號，作為樣品信號；(2)將所述參考信號和樣品信號的太赫茲時域光譜信號進行傅立葉變換分別得到參考信號和樣品信號的頻域譜圖，並進一步生成所述已知不同服役時間的管道內壁的反射率；(3)根據所述反射率與服役時間，建立相對應的太赫茲腐蝕程度檢測資料庫；(4)接收待檢管道的太赫茲時域光譜信號，將其與所述太赫茲腐蝕程度檢測資料庫進行比對，得到所述待檢管道的服役時間，生成腐蝕程度評價結果。
[0016]進一步地，在一實施例中，在所述步驟(3)建立了太赫茲腐蝕程度檢測資料庫後，還包括:對多段已知服役時間的管道內壁進行反射式太赫茲時域光譜檢測，驗證所述太赫茲腐蝕程度檢測資料庫的準確性，若不準確，進行校正。
[0017]進一步地，在一實施例中，在所述步驟(I)中，為了提高信噪比，採集多條所述未服役管道的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號以及多條已知不同服役時間的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號，取平均值作為最終的參考信號和樣品信號。
[0018]本發明實施例的管道腐蝕程度檢測儀及其檢測方法，利用太赫茲時域光譜技術測量管道腐蝕程度。該檢測儀器結構簡單，操作方便，對腐蝕程度的檢測精確度高、系統穩定性好，安全可靠、適用範圍廣，並且具有操作簡單，檢測快速，數據處理過程簡單，重複性好，結果精確度高等優點。因此，本發明為腐蝕程度檢測提供了一種新的方法，對利用太赫茲時域光譜技術檢測管道腐蝕程度具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發明實施例的管道腐蝕檢測儀的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明實施例的管道腐蝕檢測儀中的管道爬行器探頭的結構示意圖；
[0022]圖3為利用本發明實施例的管道腐蝕檢測儀進行管道腐蝕檢測的方法流程圖；
[0023]圖4為本發明利用太赫茲時域光譜技術測得的不同粗糙表面的多點太赫茲檢測光譜峰值圖；
[0024]圖5為本發明利用太赫茲時域光譜技術測得的不同粗糙表面的多點太赫茲檢測光譜峰值平均值圖；
[0025]圖6為本發明利用太赫茲時域光譜技術測得的實際腐蝕鐵片的反射率圖。
[0026]附圖標號:
[0027]2-管道內壁；
[0028]3-太赫茲探測器；
[0029]4-探頭連杆；
[0030]5-太赫茲接收器；
[0031]6-太赫茲波。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0033]圖1為本發明實施例的管道腐蝕檢測儀的結構示意圖。如圖所示，本實施例的管道腐蝕檢測儀包括管道爬行器101、多個太赫茲探測及接收裝置102、太赫茲檢測系統103、數據處理系統104及腐蝕程度顯示面板105。
[0034]其中，所述管道爬行器101的頂端具有多個探頭，所述多個太赫茲探測及接收裝置102分別位於所述多個探頭上，並通過光纖與所述太赫茲檢測系統103相連接，所述太赫茲檢測系統103與所述數據處理系統104相連接，所述腐蝕程度顯示面板105連接所述數據處理系統104。
[0035]所述管道爬行器101將攜帶有所述多個太赫茲探測及接收裝置102的多個探頭運送到待檢管道內部，所述太赫茲探測及接收裝置102接收所述太赫茲檢測系統103發出的雷射，激發太赫茲波，並將所述待檢管道內部表面反射的太赫茲信號傳送給所述太赫茲檢測系統103，所述太赫茲檢測系統103根據所述待檢管道內部表面反射的太赫茲信號生成太赫茲光譜信息傳輸給所述數據處理系統104，所述數據處理系統104對所述太赫茲光譜信息進行處理，生成太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係，並顯示在所述腐蝕程度顯示面板105上。
[0036]在本實施例中，所述太赫茲探測及接收裝置102包括太赫茲探測器和太赫茲接收器，兩者都位於管道爬行器101的探頭上。所述太赫茲探測器用於接收所述太赫茲檢測系統發出的雷射，激發太赫茲波；所述太赫茲接收器用於接收太赫茲波經過所述待測管道內部表面反射的太赫茲信號。並且，所述太赫茲探測器和太赫茲接收器為光纖式探測器和接收器，並且同方向固定結合，從而確定接收到的信號為管道表面信息的太赫茲反射信號。
[0037]圖2為本發明實施例的管道腐蝕檢測儀中的管道爬行器探頭的結構示意圖。如圖所示，多個探頭均布於管道爬行器101的頂端，其數量可為4個、6個、8個或更多。其中，太赫茲探測器3和太赫茲接收器5分別位於爬行器探頭上，所述光纖內嵌於所述管道爬行器的探頭連杆4中，通過所述管道爬行器101的探頭連杆4並經過所述管道爬行器101內部與所述太赫茲檢測系統103相連接，實現信號的傳送。
[0038]當管道爬行器101將攜帶太赫茲探測器及接收器的探頭運送到目標檢測管道內部後，多個探頭上的太赫茲探測器及接收器同時對管道內壁進行檢測，實現多點同時在線掃描。所述太赫茲探測器3通過光纖接收所述太赫茲檢測系統103發出的雷射，激發太赫茲波6，太赫茲波打到管道內壁上，管道內壁反射帶有管道內壁信息的太赫茲信號6給太赫茲接收器5，太赫茲接收器5將帶有管道內壁信息的太赫茲信號6傳送給太赫茲檢測系統103。
[0039]在本實施例中，所述太赫茲檢測系統103包括微型雷射器及太赫茲光譜儀。所述微型雷射器發射雷射，所述雷射通過光纖傳輸到所述太赫茲探測器3，激發太赫茲波；所述太赫茲光譜儀通過光纖接收所述太赫茲波經過所述待測管道內部表面反射的太赫茲信號，生成所述太赫茲光譜信息傳送給所述數據處理系統104。其中，太赫茲光譜儀為小型的高度集成的太赫茲時域光譜檢測儀，並且為反射式太赫茲光譜儀。
[0040]在本實施例中，所述數據處理系統104還用於接收未知管道的太赫茲光譜信息，將其與所述太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係進行比對，生成所述未知管道的腐蝕檢測結果。數據處理系統104包括管道內壁太赫茲反射時域光譜直接處理軟體、已建立的資料庫及數據分析軟體。對已知腐蝕程度的管道進行多點掃描，經過太赫茲反射時域光譜直接處理軟體得到多點數據進行處理，建立腐蝕程度與太赫茲光譜信號的腐蝕監測資料庫。根據得到的資料庫和數據分析軟體，對太赫茲光譜信息與腐蝕程度進行轉換，將得到的腐蝕程度評價結果直觀顯示在腐蝕程度顯示面板105上。
[0041]在本實施例中，所述腐蝕程度顯示面板105可以為液晶顯示面板，用於顯示腐蝕程度評價結果。
[0042]圖3為利用本發明實施例的管道腐蝕檢測儀進行管道腐蝕檢測的方法流程圖。如圖所示，本實施例的管道腐蝕檢測方法包括:
[0043]步驟S101，測量未服役管道的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號作為參考信號，測量已知不同服役時間的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號，作為樣品信號；步驟S102，將所述參考信號和樣品信號的太赫茲時域光譜信號進行傅立葉變換分別得到參考信號和樣品信號的頻域譜圖，並將樣品信號的頻域波形與參考信號的頻域波形取比，進一步生成所述已知不同服役時間的管道內壁的反射率；步驟S103，根據所述反射率與服役時間，建立相對應的太赫茲腐蝕程度檢測資料庫；步驟S104，接收待檢管道的太赫茲時域光譜信號，將其與所述太赫茲腐蝕程度檢測資料庫進行比對，得到所述待檢管道的服役時間，生成腐蝕程度評價結果。
[0044]在本實施例中，由於管道服役過程中會由於點蝕、坑蝕、腐蝕產物的附著等造成管道表面平整性的相應變化，即管道表面粗糙度的變化。圖4為本發明利用太赫茲時域光譜技術測得的不同粗糙表面的多點太赫茲檢測光譜峰值圖。對兩種加工工藝的已知粗糙度值得標準粗糙度對比樣塊進行多點(本實施例中每一粗糙度值的樣品取6個不同點:dotl、dot2、dot3、dot4、dot5、dot6)檢測。由圖4中可以看到，當樣品表面粗糙度較小時，多點檢測的時域峰值結果較為分散；隨著表面粗糙度的增大，其多點檢測結果逐漸集中。兩種不同加工工藝下均檢測到相同變化規律，證明這種分散性是正確的，並且只與表面粗糙度有關。根據這一規律，所述的腐蝕檢測儀上多個探測器及接收器同時檢測得到的太赫茲光譜信號在較小範圍內越分散。對圖4測得的數據進行處理，得到如圖5所示規律:粗糙度越小，平均值越大，這反應在反射率上趨勢相同。圖6為本發明利用太赫茲時域光譜技術測得的實際腐蝕鐵片的反射率圖，插圖為反射率與反應時間的變化關係。從圖中可以看到，鐵片反射率隨腐蝕時間的增長逐漸變小。根據圖5、圖6所示數據規律即可建立太赫茲腐蝕程度檢測資料庫。
[0045]其中，在所述步驟S103建立了太赫茲腐蝕程度檢測資料庫後，還包括:對多段已知服役時間的管道內壁進行反射式太赫茲時域光譜檢測，驗證所述太赫茲腐蝕程度檢測資料庫的準確性，若不準確，進行校正，最終得到精確的資料庫。
[0046]其中，在所述步驟SlOl中，為了提高信噪比，採集多條所述未服役管道的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號以及多條已知不同服役時間的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號，取平均值作為最終的參考信號和樣品信號。例如，每片樣品可以採集3條時域光譜信號，取平均值作為最終的參考信號和樣品信號。在本實施例中對兩種加工工藝標準粗糙度對比樣片進行多點掃描，得到時域峰值測量結果如圖4所示。
[0047]本發明實施例的管道腐蝕程度檢測儀及其檢測方法，利用太赫茲時域光譜技術測量管道腐蝕程度。該檢測儀器結構簡單，操作方便，對腐蝕程度的檢測精確度高、系統穩定性好，安全可靠、適用範圍廣，並且具有操作簡單，檢測快速，數據處理過程簡單，重複性好，結果精確度高等優點。因此，本發明為腐蝕程度檢測提供了一種新的方法，對利用太赫茲時域光譜技術檢測管道腐蝕程度具有重要意義。
[0048]本發明中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，包括:管道爬行器、多個太赫茲探測及接收裝置、太赫茲檢測系統、數據處理系統及腐蝕程度顯示面板； 其中，所述管道爬行器的頂端具有多個探頭，所述多個太赫茲探測及接收裝置分別位於所述多個探頭上，並通過光纖與所述太赫茲檢測系統相連接，所述太赫茲檢測系統與所述數據處理系統相連接，所述腐蝕程度顯示面板連接所述數據處理系統； 所述管道爬行器將攜帶有所述多個太赫茲探測及接收裝置的多個探頭運送到待檢管道內部，所述太赫茲探測及接收裝置接收所述太赫茲檢測系統發出的雷射，激發太赫茲波，並將所述待檢管道內部表面反射的太赫茲信號傳送給所述太赫茲檢測系統，所述太赫茲檢測系統根據所述待檢管道內部表面反射的太赫茲信號生成太赫茲光譜信息傳輸給所述數據處理系統，所述數據處理系統對所述太赫茲光譜信息進行處理，生成太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係，並顯示在所述腐蝕程度顯示面板上。
2.根據權利要求1所述的管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，所述太赫茲探測及接收裝置包括太赫茲探測器和太赫茲接收器； 所述太赫茲探測器用於接收所述太赫茲檢測系統發出的雷射，激發太赫茲波； 所述太赫茲接收器用於接收太赫茲波經過所述待測管道內部表面反射的太赫茲信號。
3.根據權利要求2所述的管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，所述太赫茲探測器和太赫茲接收器為光纖式，並且同方向固定結合。
4.根據權利要求1所述的管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，所述光纖內嵌於所述管道爬行器的探頭連杆中，通過所述管道爬行器的探頭連杆並經過所述管道爬行器內部與所述太赫茲檢測系統相連接，實現信號的傳送。
5.根據權利要求1所述的管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，所述太赫茲檢測系統包括微型雷射器及太赫茲光譜儀； 所述微型雷射器發射雷射，所述雷射通過光纖傳輸到所述太赫茲探測器，激發太赫茲波； 所述太赫茲光譜儀通過光纖接收所述太赫茲波經過所述待測管道內部表面反射的太赫茲信號，生成所述太赫茲光譜信息傳送給所述數據處理系統。
6.根據權利要求1所述的管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，所述數據處理系統還用於接收未知管道的太赫茲光譜信息，將其與所述太赫茲光譜信息與腐蝕程度的對應關係進行比對，生成所述未知管道的腐蝕檢測結果。
7.根據權利要求1所述的管道腐蝕檢測儀，其特徵在於，所述腐蝕程度顯示面板為一液晶顯示面板。
8.一種利用權利要求1所述的管道腐蝕檢測儀進行管道腐蝕檢測的方法，其特徵在於，所述方法包括: (1)測量未服役管道的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號作為參考信號，測量已知不同服役時間的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號，作為樣品信號； (2)將所述參考信號和樣品信號的太赫茲時域光譜信號進行傅立葉變換分別得到參考信號和樣品信號的頻域譜圖，並進一步生成所述已知不同服役時間的管道內壁的反射率； (3)根據所述反射率與服役時間，建立相對應的太赫茲腐蝕程度檢測資料庫； (4)接收待檢管道的太赫茲時域光譜信號，將其與所述太赫茲腐蝕程度檢測資料庫進行比對，得到所述待檢管道的服役時間，生成腐蝕程度評價結果。
9.根據權利要求8所述的管道腐蝕檢測的方法，其特徵在於，在所述步驟(3)建立了太赫茲腐蝕程度檢測資料庫後，還包括: 對多段已知服役時間的管道內壁進行反射式太赫茲時域光譜檢測，驗證所述太赫茲腐蝕程度檢測資料庫的準確性，若不準確，進行校正。
10.根據權利要求8所述的管道腐蝕檢測的方法，其特徵在於，在所述步驟(I)中，為了提高信噪比，採集多條所述未服役管道的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號以及多條已知不同服役時間的管道內壁的反射式太赫茲時域光譜信號，取平均值作為最終的參考信號和樣品信號。
【文檔編號】G01N21/3586GK104132906SQ201410372875
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】趙卉, 劉紅蘭, 鄔嫡波, 趙昆, 孫青
申請人:中國石油大學(北京), 中國計量科學研究院