Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы и технические средства диагностирования технического состояния стальных трубопроводных систем 8
1.1. Проблемы технической диагностики трубопроводных систем. Пути решения с помощью методов и технических средств не- 0 разрушающего контроля стальных изделий
1.2. Методы и технические средства внутритрубной диагностики стальных трубопроводов
1.3. Методы и технические средства дистанционного и наружного контроля поверхности стальных трубопроводов 19
Выводы 24
Глава 2. Исследование и анализ сигнала вихретокового преобразователя над стальной трубой
2.1. Анализ сигнала дифференциального вихретокового преобразователя над дефектами сплошности стальной трубы 26
2.2. Анализ сигнала дифференциального вихретокового преобразователя над сварным швом стальной трубы 39
2.3.Спектральный и вейвлетный анализ сигнала дифференци ального вихретокового преобразователя над дефектами сплошности в стальной трубе 42
Выводы 47
Глава 3. Вейвлетное преобразование сигнала вихретокового преобразователя и повышение выявляемости дефектов сплошности в стальной трубе
3.1. Поиск оптимальных параметров вейвлетного преобразова- 48
ния сигнала дифференциального вихретокового преобразователя
3.2. Оптимальное вейвлетное преобразование сигнала вихретокового преобразователя над дефектами сплошности в стальной трубе . 53
3.3. Оптимальное вейвлетное преобразование сигнала вихретокового преобразователя над сварным швом стального трубы с дефектом сплошности Выводы 68
Глава 4. Исследование информативности сигнала вихрето кового преобразователя и оценка геометрических параметров Q дефектов сплошности в стальной трубе
4.1. Оценка количества информации в сигнале дифференциаль ного вихретокового преобразователя о параметрах дефекта сплошно- м сти в стальной трубе
4.2. Условия оценки геометрических параметров дефекта сплошности в стальной трубе с заданной точностью 78
4.3. Определение геометрических параметров дефекта сплош ности в стальной трубе на основе детерминированных признаков
классификации 83
Выводы 87
Глава 5. Разработка автоматизированного сканера дефектоскопа АСД «Вихрь» для контроля наружной поверхности о стального трубопровода
5.1. Общее устройство автоматизированного сканера дефектоскопа АСД «Вихрь» 88
5.2. Описание программного обеспечения автоматизированного сканера-дефектоскопа АСД «Вихрь» 94
5.3. Результаты лабораторных и стендовых испытаний автоматизированного сканера-дефектоскопа АСД «Вихрь» 97
Выводы 104
Основные выводы и рекомендации 105
Список использованной литературы
- Методы и технические средства внутритрубной диагностики стальных трубопроводов
- Анализ сигнала дифференциального вихретокового преобразователя над сварным швом стальной трубы
- Оптимальное вейвлетное преобразование сигнала вихретокового преобразователя над дефектами сплошности в стальной трубе
- Условия оценки геометрических параметров дефекта сплошности в стальной трубе с заданной точностью
Введение к работе
Актуальность темы
Обеспечение безопасности эксплуатации трубопроводных систем является одной из важных задач современной технической диагностики. Для ее решения применяются технологии дистанционного, внутритрубного и наружного контроля стальных трубопроводов различного назначения (газопроводы, нефтепроводы, нефтепродуктопроводы, технологические трубопроводы и т.д.).
При внутритрубной диагностике широко используются магнитные сканеры, ультразвуковые дефектоскопы-снаряды и их комбинации, электромагнитно-акустические сканеры, обеспечивающие эффективное выявление дефектов сплошности на внутренней поверхности и в теле стального трубопровода.
Это позволяет своевременно выявлять накопленные повреждения, оценивать фактическое техническое состояние стальных трубопроводов, расчетным способом оценивать их остаточный ресурс, назначить состав, объемы и сроки ремонтных работ и реконструкции поврежденных участков стальных трубопроводов.
Изучение характера выявленных дефектов стальных трубопроводов показывает, что наиболее опасными являются дефекты сплошности металла, возникающие в зонах концентрации механических напряжений и быстро развивающиеся стресс-коррозионные трещины. Характерной особенностью стресс-коррозионных трещин является их расположение колониями, при этом преимущественная ориентация этих трещин направлена вдоль оси стальной трубы. Не менее опасны, с точки зрения возникновения утечек газа, дефекты сплошности металла типа коррозии - язвы и вмятины.
Опыт технической диагностики показывает, что для эффективного осуществления выборочного ремонта и реконструкция отдельных участков стальных трубопроводов оказывается недостаточным объем и качество диагностической информации, получаемой техническими средствами дистанционного и внутритрубного контроля из-за их невысокой чувствительности к дефектам наружной поверхности стальной трубы и стресс-коррозионным трещинам металла.
Наиболее надежная и достоверная диагностическая информация о состоянии стального трубопровода получается при их контроле техническими средствами наружного контроля, при этом наибольшей эффективностью контроля обладают сканеры-дефектоскопы, которые позволяют проводить автоматизированный контроль поверхности открытых стальных трубопроводов без вмешательства оператора.
Осуществление измерения, математической обработки, визуального представления и документирования результатов контроля стального трубопровода в режиме реального времени, позволяют успешно применять автоматизированные сканеры-дефектоскопы в составе ремонтных колонн, осуществляющих ремонт и замену устаревшего защитного изоляционного покрытия (переизоляции) стального трубопровода.
Несмотря на наличие более высоких технических характеристик (по сравнению с внутритрубными дефектоскопами), существующие магнитные и ультразвуковые сканеры-дефектоскопы имеют существенные недостатки, ограничивающие их широкое применение: затруднено выявление стресс-коррозионных трещин в металле с глубинами менее 10% толщины стенки стального трубопровода; не всегда удается распознать и количественно оценить геометрические параметры близко расположенных дефектов (группа дефектов сплошности); сложно установить тип дефекта сплошности и т.д.
Данные проблемы могут быть успешно решены при использовании электромагнитных (вихретоковых) методов контроля материалов и стальных изделий, которые обладают наибольшей чувствительностью к поверхностным дефектам сплошности металла, в том числе, к стресс-коррозионным трещинам в стальной трубе и дефектам сварного шва и околошовной зоны стальной трубы.
Результаты предварительных исследований показывают перспективность создания электромагнитных (вихретоковых) сканеров-дефектоскопов для автоматизированного контроля качества стальных трубопроводов с наружной поверхности.
В связи с этим создание автоматизированного сканера-дефектоскопа для вихретокового контроля стального трубопровода с наружной поверхности трубы является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы - создание автоматизированного сканера-дефектоскопа для вихретокового контроля стального трубопровода.
Основные задачи работы
-
Анализ и обобщение современного состояния решения проблемы технической диагностики стальных трубопроводов различного назначения техническими средствами неразрушающего контроля.
-
Теоретические и экспериментальные исследования зависимости информативных параметров сигнала дифференциального вихретокового преобразователя (ВТП) от геометрических параметров дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе. Определение наиболее информативных признаков классификации дефектов сплошности в стальной трубе.
-
Разработка методов цифровой обработки измеренного сигнала дифференциального ВТП для повышения выявляемое дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе, в сварном шве и околошовной зоне трубы.
-
Создание методики распознавания типа и оценки геометрических параметров дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе, в сварном шве и околошовной зоне трубы.
-
Разработка автоматизированного сканера-дефектоскопа для вихретокового контроля стального трубопровода с наружной поверхности трубы.
Методы решения поставленных задач
Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных исследований сигнала дифференциального ВТП от геометрических параметров дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе, в сварном шве и околошовной зоне стальной трубы.
При проведении исследований применялись магнитные и электромагнитные (вихретоковые) методы неразрушающего контроля материалов и стальных изделий, основы теории электродинамики твердых тел, теории распознавания образов, теории вероятности и численных методов математики.
Научная новизна
1. Установлена возможность надежной классификации дефектов
сплошности в стальной трубе по величине фазы и полярности сигнала диф
ференциального ВТП на две группы: «Трещина», «Коррозия металла».
-
Разработана методика поиска оптимальных параметров вейвлетного преобразования сигнала дифференциального ВТП, позволяющая значительно повысить выявляемость дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе.
-
Разработана методика исключения мешающего влияния сварного шва стальной трубы на сигнал дифференциального ВТП, основанная на разности относительных коэффициентов вейвлетного преобразования.
Предложен способ восстановления формы сигнала дифференциального ВТП над дефектом сварного шва стальной трубы на основе обратного вейвлетного преобразования относительных коэффициентов.
-
Установлена совокупность наиболее информативных признаков классификации дефекта сплошности на основе сигнала дифференциального ВТП и их оптимальное количество для оценки глубины трещины и коррозии металла в стальной трубе с приемлемой для практики точностью.
-
Предложен многопараметровый способ оценки геометрических параметров дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе, в сварном шве и околошовной зоне трубы, обладающий высокой достоверностью результатов.
На защиту выносятся результаты научных исследований по созданию автоматизированного сканера-дефектоскопа для вихретокового контроля стального трубопровода, на основе применения наиболее информативных признаков классификации дефектов сплошности типа трещин и коррозии металла в стальной трубе.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Предложенные методы поиска оптимальных параметров вейвлетного преобразования сигнала дифференциального ВТП позволяют повысить достоверность электромагнитного контроля стальных труб за счет значительного повышения соотношения сигнал/шум в сигнале дифференциального ВТП над трещиной минимальной глубины.
Разработанная методика исключения мешающего влияния сварного шва стальной трубы на сигнал дифференциального ВТП позволяет надежно выявлять и распознавать дефекты сплошности в сварном шве и околошовной зоне стальной трубы.
По результатам научных исследований создан автоматизированный сканер-дефектоскоп АСД «Вихрь» для вихретокового контроля стального трубопровода с наружной поверхности трубы, который прошел успешные стендовые испытания в ООО «Газпром ВНИИГАЗ».
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на 16 Международной деловой встрече «Диагностика-2006» (г. Сочи, 17-21 апреля 2006 г.); 3 Российской научно-технической конференции «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 2007 г.); 6 Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г. Москва, 2007 г.); Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и её приложения в естествознании» (г. Уфа, 14-18 октября 2012 г.); 6 Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и её приложения в естествознании» (г. Уфа, 9-13 октября 2013 г.); Совещании главных инженеров в РАО «Газпром» (г. Москва, 12 мая 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Достижения физики неразрушающего контроля» (Республика Беларусь, г. Минск, 15 октября 2013 г.).
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 126 наименований, 3 приложения. Она содержит 145 страниц машинописного текста, 16 таблиц и 35 рисунков.
Методы и технические средства внутритрубной диагностики стальных трубопроводов
Магнитный снаряд-дефектоскоп позволяет выявить в стальной трубе области коррозии металла и дефекты сплошности типа трещины, дефекты в продольных и поперечных сварных швах.
Для большинства магнитных дефектоскопов геометрические параметры минимального выявляемого дефекта сплошности стальной трубы имеют примерно следующие значения: - точечная (питтинговая) коррозия металла на поверхности с размерами 38 х 38 при глубине h = 0,48 и выше (для стальной трубы толщиной стенки 8=10 мм линейные размеры выявляемой точечной коррозии металла равны 30 х 30 х 4 мм); - обширная коррозия металла на поверхности с размерами свыше 38 х 38 при глубине h = 0,28 и выше (для стальной трубы толщиной стенки 8=10 мм линейные размеры выявляемой обширной коррозии металла равны 30 х 30 х 2 мм); - поверхностная трещина, имеющая глубину до h= 0,28 и выше (для стальной трубы толщиной стенки 8=10 мм минимальная глубина выявляемой трещины равна h = 2 мм).
Следует заметить, что выявляемость дефектов сплошности стальной трубы магнитным дефектоскопом зависит от многих факторов: от вариации скорости движения снаряда-дефектоскопа, чистоты внутренней поверхности стального трубопровода и т.д. Так как величина сигнала преобразователя зависит от месторасположения дефекта сплошности внутри металла
(дефекты на внутренней поверхности трубы, внутренний дефект, дефекты на наружной поверхности трубы) и от его линейных размеров (глубина, ширина, протяженность), то выявляемость дефектов сплошности разных типоразмеров в стальных трубах является различной.
Например, внутритрубным магнитным дефектоскопом достаточно сложно выявить дефекты сплошности, расположенные на наружной поверхности стальной трубы и дефекты сплошности с малым раскрытием. Трудно обнаруживается точечная коррозия и обширная коррозия металла с плавным переходом границы и слабым изменением глубины. Затрудняется также выявление и разрешение стресс-коррозионных трещин, расположенных на поверхности стальной трубы отдельными группами, установление типа дефекта сплошности [12, 35].
Математический аппарат для анализа и интерпретации измеренных сигналов внутритрубного магнитного дефектоскопа является весьма сложным, при этом величина методической погрешности в результатах распознавания дефектов сплошности стального трубопровода в ряде случаев может быть весьма значительной.
Более высокую точность измерения толщины стенки стальной трубы и глубины дефекта сплошности имеют внутритрубные ультразвуковые дефектоскопы (точность 0,2 мм - 0,5 мм) («Ультраскан» (Германия), UltraScan DUO, «Ультраскан WM», «Ультраскан CD» (РФ)) [14, 98, 105, 199, 122-123]. Однако для них необходимо обеспечение надежного контакта акустических преобразователей с поверхностью стальной трубы, роль которого играет перекачиваемый жидкий нефтепродукт (при диагностике стального газопровода внутри стальной трубы предварительно создается водяная пробка протяжённостью до 1 км) и более высокая степень очистки внутренней полости стального трубопровода от отложений нефтепродуктов и загрязнений.
Для ультразвуковых внутритрубных дефектоскопов присущ ряд ограничений и недостатков: - для акустических преобразователей существует «мертвая зона» -толщина металла, где невозможен контроль (для внутритрубных ультразвуковых дефектоскопов она составляет около 3,5 мм); - уменьшение длины ультразвуковой волны с целью уменьшения размеров мертвой зоны и для выявления более мелких дефектов сплошности имеет ограничение, которое связано со значительным ростом рассеивания энергии ультразвуковой волны с проникновением вглубь металла; - слабо выявляются стресс-коррозионные трещины, расположенные перпендикулярно к поверхности стальной трубы, при этом наблюдается значительное искажение отраженных акустических волн от группы близко расположенных дефектов сплошности.
Также следует отметить сложность методики математического анализа измеренных сигналов внутритрубного ультразвукового дефектоскопа, существенный уровень зашумленности акустического сигнала, связанной со случайным изменением свойств акустического контакта между преобразователями и металлом стальной трубы.
Для преодоления недостатков, присущих внутритрубным магнитным и ультразвуковым дефектоскопам, разрабатываются конструкции снарядов-дефектоскопов, в которых применяются комбинированные методы НК. В дефектоскопах RoCorr MFLUT, RoCorr MFL SIC (Швейцария), ДКК (РФ) используется комбинация магнитных, электромагнитных (вихретоковых) и ультразвуковых диагностических технологий.
Разрабатываются также системы внутритрубной диагностики на базе технологии ЭМАП («GE_EMATScan tool», «EMATScan CD», «ROSEN EMAT Inspection Tool» и др.), которые обладают возможностью осуществления НК стального трубопровода без применения контактной жидкости, более надежно выявляют стресс-коррозионные трещины и дефекты сплошности в околошовной зоне и в сварных швах стальной трубы [123-125]. Перспективным представляется техническое решение по созданию аппарата внутритрубного контроля и способа перемещения его в магистральном газопроводе с заданной равномерной скоростью (патент РФ №2451867), однако в литературе отсутствуют данные о его реализации.
Опыт применения внутритрубной дефектоскопии стальных трубопроводов показал, что она является наиболее эффективным методом поиска дефектов в линейной части сети магистральных трубопроводов, имеющей огромную протяженность. Однако практика внутритрубной диагностики показала также недостаточную чувствительность внутритрубных дефектоскопов к стресс-коррозионным дефектам металла.
Как указывается в работе [63], «чувствительность внутритрубного дефектоскопа позволяет выявлять трещины с глубинами более 10% толщины стенки трубы, следовательно, трещины глубиной до 2 мм в наиболее распространенном сортаменте труб Dy = 1400 мм не обнаруживаются. Впоследствии трещины с такими глубинами, и особенно их колонии, уже при испытаниях могут дать непредсказуемый рост».
Анализ сигнала дифференциального вихретокового преобразователя над сварным швом стальной трубы
Оптимальная вейвлетная функция (3.1) для вейвлетного преобразования измеренного сигнала ВТП (3.2) определяется выбором соответствующих значений масштабирующего параметра а и параметров вейвлетной функции zb z2. Область значений масштабирующего параметра а и параметров Zi, z2 вейвлетной функции (3.1), описывающих оптимальные вейвлетные функции для рассмотренных дефектов сплошности, позволяет обоснованно выбирать из этой области те значения, которые наилучшим образом подходят для вейвлет-анализа сигналов ВТП, полученных над реальными дефектами сплошности металла в стальной трубе.
Оптимальные значения масштабирующего параметра а и параметров вейвлетной функции zi, z2 (3.1) определяем методом наименьших квадратов, при котором критерием оптимальности вейвлетной функции является наименьшее значение среднеквадратичного отклонения ее значений от соответствующих значений измеренного сигнала ВТП, то есть осуществляется равномерное приближение формы вейвлетной функции к форме измеренного сигнала [8, 35]. Составим следующий функционал, состоящий из измеренного сигнала абсолютного канала дифференциального ВТП и вейвлетной функции: л2 N U(x) 4,zrz )= X j = l (3.3) —J--\/(x.,a,z1,z2) m где U(XJ) - значения измеренного сигнала ВТП (j = 1, 2, ... N), Um -амплитуда сигнала ВТП над дефектом сплошности металла.
В функционале (3.3) амплитуды измеренного сигнала абсолютного ВТП и вейвлетной функции i(x) (3.1а) приведены к единице, при этом вейвлетная функция имеет следующий вид: .(3.4) ґ Л2 х. х :2j=z7 + z: X. а V J + z; а v J Длительность вейвлетной функции (х) (или ее период) связана с ее параметрами формулой х = 2/z.z? , из которой следует, что с увеличением параметров вейвлетной функции (3.1а) происходит монотонное увеличение ее длительности (рис.3.2). хп, мм - І.6 !.4 1.2 6 z2 Z2 Рис.3.2. Зависимость длительности вейвлетной функции Ч і(х) от ее параметров 1 -zi=0.5, 2 - Zi=l, 3 — zi=2,4 —zi=3. Поэтому для вейвлет-анализа широких сигналов в вейвлетной функции (3.1а) следует использовать сравнительно большие значения параметров Z\, z2, и наоборот.
Способ определения оптимальных параметров вейвлетной функции (3.1а) заключается в решении системы алгебраических уравнений, которые получаются на основе того, что в точке минимума функционала (3.3) выполняются следующие условия [8]: где a , zi , z2 - оптимальные значения масштабирующего параметра и параметров вейвлетной функции Fi(x) соответственно.
При поиске оптимальных параметров вейвлетного преобразования измеренного сигнала дифференциального канала ВТП в функционале (3.3) вместо сигнала U(x) используется градиент измеренного сигнала lL(x)= — и вместо вейвлетной функции Ч і(х) подставляется вейвлетная функция Ч Сх) (3.16), которая берется в виде, при котором амплитуда функции приведена к единице, то есть описывается следующей формулой:
Из формулы (3.7) следует, что с увеличением параметров вейвлетной функции (3.16) происходит монотонное увеличение расстояния между экстремумами функции (рис.3.3), поэтому для вейвлет-анализа широких сигналов в вейвлетной функции (3.16) также следует использовать сравнительно большие значения параметров zb z2, и наоборот. 3.2. Оптимальное вейвлетное преобразование сигнала вихретокового преобразователя над дефектами сплошности в стальной трубе
Исследования оптимальных параметров вейвлетного преобразования сигнала дифференциального ВТП были проведены над моделями дефектов сплошности в стальной трубе [6, 40]: - трещины с разной глубиной h, шириной 2Ь и протяженностью 2L, которые были изготовлены методом пропиливания металла (пропилы); - цилиндрические сверления (модели точечной коррозии металла) с разной глубиной h и диаметром d, которые были изготовлены методом фрезерования металла.
В таблице 3.1 приведены значения параметров оптимальной вейвлетной функции Ч і(х), определенные на основе минимизации функционала (3.3), используемой для вейвлет-преобразования измеренного сигнала абсолютного канала дифференциального ВТП над дефектами сплошности типа трещин и соответствующие минимальные значения функционала Fm (3.3).
На рис.3.4а показаны графики сигнала абсолютного канала дифференциального ВТП и соответствующей оптимальной вейвлетной функции. Видно, что форма вейвлетной функции весьма близка к форме измеренного сигнала дифференциального ВТП над дефектом сплошности типа трещины.
Из данных таблицы 3.1 следует, что для измеренных сигналов абсолютного канала дифференциального ВТП над рассмотренными дефектами сплошности типа трещины в стальной трубе: - значение параметра Ъ\ вейвлетной функции (х) меняется в интервале от 2 до 3 ед.; - значение параметра z2 вейвлетной функции Ч і(х) меняется в интервале от 15 до 22 ед.; - значение масштабирующего параметра вейвлетного преобразования
Оптимальное вейвлетное преобразование сигнала вихретокового преобразователя над дефектами сплошности в стальной трубе
Для исключения влияния сварного шва на сигнал дифференциального ВТП, повышения выявляемости и восстановления значений измеренного сигнала ВТП над дефектом сплошности, воспользуемся присущим для вейвлетного преобразования свойством избирательной локализации сигнала заданной длительности и формы, путем выбора значений масштабирующего параметра и других настроечных параметров вейвлетной функции алгебраического типа.
Этот подход весьма близок к способу удаления случайных помех и шумов на основе вейвлетного преобразования сигнала, при котором обнуляются коэффициенты вейвлетного преобразования, которые определяются шумами и помехами, далее путем осуществления обратного преобразования восстанавливаются значения измеренного сигнала [5, 41].
В данном случае сигнал ВТП, измеренный над сварным швом стальной трубы, является помехой при распознавании сигнала ВТП над дефектом сплошности металла. Дискретное вейвлетное преобразование измеренных сигналов абсолютного и дифференциального каналов ВТП осуществляется по следующим формулам: - сигнал абсолютного канала дифференциального ВТП U(x): WU(a,b)= U(x.)v/1fx.,a,z1,z2l (3.8a) где Ax = Xj+i - Xj - шаг изменения координаты x в измеренном сигнале дифференциального ВТП, п - количество отсчетов в сигнале; - сигнал вещественного канала дифференциального ВТП ReUi(x): WReU1(a,b)= ReU1(x.)V2fx.,a,21,z2l, (3.86) aV а і = О - сигнал мнимого канала дифференциального ВТП ImUi(x): WlmUjkb - E ImU1(xj)vi/2( xj,a,z1,z2j. (3.8в) Для локализации сварного шва с дефектом сплошности в измеренном сигнале абсолютного и дифференциального каналов ВТП, вычисляем коэффициенты вейвлетного преобразования по формулам (3.8а) - (3.8в) с заданными параметрами a, zb z2- Экстремумы коэффициентов преобразования приводим к 1, то есть, определяем относительные коэффициенты WU(a,b)/WUm(a,b), WUi(a,b)/WUim(a,b), где WUm(a,b) и WUim(a,b) - экстремумы коэффициентов вейвлетного преобразования (рис.3.5б- 3.76).
Для локализации лишь сварного шва в измеренном сигнале ВТП, вычисляем коэффициенты вейвлетного преобразования по формулам (3.8а) -(3.8в) с заданными параметрами ао, Zi0, z2o- Экстремумы коэффициентов преобразования приводим к 1, то есть, определяем относительные коэффициенты типа WU(a0,b)/WUm(a0,b) и WUi(a0,b)/WUim(ao,b), где WUm(a0,b), WUim(ao,b) - экстремумы коэффициентов вейвлетного преобразования (рис.3.5в - 3.7в).
Для подавления влияния сварного шва на измеренный сигнал дифференциального ВТП определяем разность относительных коэффициентов вейвлетного преобразования сигнала ВТП по следующим формулам: A WU(a,b) = WU(a,b)/WUm(a,b) - WU(ao,b)/WUm(a0,b), (3.9а) A WU!(a,b) = WU!(a,b)/WUlm(a,b) - WU a byWUUa b). (3.96) На рис.3.6 показано распределение сигнала вещественного канала дифференциального ВТП, которое получено над бездефектным сварным швом стальной трубы, а также соответствующие коэффициенты вейвлетного преобразования сигнала и их разность, полученные по формулам (3.86), (3.96).
Видно, что в коэффициентах вейвлетного преобразования сигнала ВТП значительно подавлено влияние сварного шва стальной трубы, при этом величина максимума в разности относительных коэффициентов вейвлетного преобразования не превышает 0.4 - 0.47 ед. (рис.3.5г).
Эти изменения обусловлены не полным совпадением формы распределения коэффициентов вейвлетного преобразования сигнала ВТП над бездефектным сварным швом (рис.3.56, 3.5в). a)
Сигнал вещественного канала дифференциального ВТП над бездефектным сварным швом стальной трубы (а), коэффициенты вейвлетного преобразования сигнала (б, в) и их разность (г), б) - а=1.2, zi= 1, Z2= 5, в) -ао =22.16, гю=0.614, Z20 =0.875 На рис.3.6 показан сигнал вещественного канала дифференциального ВТП, измеренного над сварным швом стальной трубы с трещиной естественного происхождения глубиной около 2.5 мм, а также соответствующие распределения коэффициентов вейвлетного преобразования данного сигнала и их разности (рис.3.66- З.бг). В измеренном сигнале и коэффициентах вейвлетного преобразования сигнала вещественного канала дифференциального ВТП появляется дополнительные экстремумы, связанные с дефектом сплошности в сварном шве стальной трубы (рис.3.6а, 3.66).
В разности относительных коэффициентов вейвлетного преобразования сигнала ВТП значительно подавлено влияние сварного шва, при этом величина максимума в распределении разности относительных коэффициентов составляет 0.73 - 0.82 ед. (рис.3.6г) и превышает это значение над бездефектным сварным швом стальной трубы более чем на 70% (рис.3.5г).
Координата расположения максимума в распределении разности относительных коэффициентов вейвлетного преобразования сигнала ВТП совпадает с месторасположением дефекта сплошности в сварном шве стальной трубы с координатой х =1381 мм.
На рис.3.7 показан сигнал абсолютного канала дифференциального ВТП над сварным швом стальной трубы с дефектом сплошности, коэффициенты вейвлетного преобразования данного сигнала и их разность.
Вычисление разности коэффициентов вейвлетного преобразования сигнала абсолютного канала ВТП над дефектным сварным швом, также позволяет подавить влияние сварного шва стальной трубы и локализовать в нем месторасположение дефекта сплошности по наличию максимума в этом распределении (рис.3.7г , х= 1381 мм) и повысить соотношение сигнал/шум в данном распределении до величины 1.82 ед.
Условия оценки геометрических параметров дефекта сплошности в стальной трубе с заданной точностью
Звенья цепи выполнены в виде платформ 1, 4, 5, 6, 7, 9 с колесами, расположенными на осях 11 (рис.5.За). Для обеспечения высокой стабильности величины шага сканирования и исключения заклинивания устройства звеньев, платформы цепи соединены между собой соединительными шпильками 12 с возможностью поворота звеньев относительно последних. Двигатели 15 установлены на двух платформах 7 и 9 с помощью кронштейнов 14. Валы двигателей 15 соединены с осями 11 колес 10 платформ 7 и 9 при помощи цепной передачи 16.
Блок ВТП 2 расположен на кронштейне 3, крепящемся к одному из звеньев-платформ с возможностью регулировки величины зазора между поверхностью ВТП и поверхностью стальной трубы. Кронштейн 3 с блоком ВТП 2 установлен на платформе 4, которая соединяет смежные звенья 1, 5 в цепи механизма перемещения (рис.5.3а).
Для обеспечения замыкания цепи механизма перемещения и с целью сохранения работоспособности сканера-дефектоскопа при колебаниях диаметра стального трубопровода в пределах одного типоразмера (например, для трубопроводов большого диаметра в пределах ±50 мм), конструкция цепи механизма перемещения оснащена упругой связью 17. Контроль качества металла стального трубопровода осуществляется накладными дифференциальными ВТП. Их применение позволяет существенно повысить чувствительность к дефектам сплошности металла, значительно уменьшить влияние случайных помех, связанных с неоднородностью электромагнитных свойств металла и случайными изменениями зазора между ВТП и металлом, выявлять дефекты сплошности, независимо от их ориентации на поверхности стальной трубы. Управление работой блоков и узлов сканера-дефектоскопа АСД «Вихрь» осуществляется командами с бортового промышленного компьютера (БК), который обеспечивает: - проверку технической исправности и режимов работы узлов и блоков; - управление режимами работы сканера-дефектоскопа (БЭП, БЭ, БВТП, БТ), установление настроечных параметров функциональных блоков; - получение измеренной информации с измерительного блока ВТП (БВТП), их предварительная обработка и форматирование; - передачу измеренной информации через телекоммуникационный блок (БТ) в удаленный персональный компьютер (ПК). Обмен служебной и измеренной информацией между БК и удаленным ПК осуществляется по беспроводному каналу связи Wi-Fi в масштабе реального времени. Узлы и блоки сканера-дефектоскопа питаются от БП, который имеет автономное питание от аккумуляторных батарей, обеспечивающих непрерывную работу АСД «Вихрь» в течение 6-8 часов.
Конструктивное (блочно - звеньевое) исполнение, сравнительно небольшие габариты и вес сканера-дефектоскопа АСД «Вихрь» позволяют его транспортировку в легких коммерческих автомобилях, без применения грузоподъемных механизмов, что весьма важно при техническом диагностировании стальных трубопроводов в полевых условиях.
Удаленный ПК снабжен специальным ПО, которое осуществляет прием и представление измеренной информация с измерительного блока ВТП сканера-дефектоскопа в виде графической развертки поверхности стального трубопровода на экране дисплея в режиме реального времени.
Описание программного обеспечения автоматизированного сканера-дефектоскопа АСД «Вихрь» ПО сканера-дефектоскопа АСД «Вихрь» имеет модульную структуру, которая состоит из следующих программных модулей: - организации обмена информации по беспроводному каналу связи и сохранения данных; - математической обработки измеренной информации с БВТП; -визуального представления результатов технического диагностирования стального трубопровода; -формирования базы данных результатов технического диагностирования стального трубопровода; - настройки электронного блока АСД; - позиционирования блока ВТП.
Линейные размеры графической развертки на экране дисплея ПК полностью согласованы с линейными размерами поверхности стальной трубы, при этом цветовая палитра развёртки отражает состояние металла стального трубопровода.
Это позволяет визуально обнаруживать и оценивать места наибольшего повреждения металла стального трубопровода [47].
На рис. 5.4 показаны графические развертки участка поверхности стального трубопровода на экране дисплея ПК, которые построены на основе измеренных сигналов абсолютного (рис. 5.4а) и мнимого (рис. 5.46) каналов дифференциальных ВТП сканера-дефектоскопа. На них отмечены месторасположение продольных и поперечных сварных швов стальной трубы, обнаруженных участков коррозионного повреждения металла и дефектов сплошности типа трещин.
