устройство для диагностики состояния внутренней поверхности труб

Формула изобретения

Устройство для диагностики состояния внутренней поверхности труб, содержащее измерительный блок, который содержит источники освещения контролируемой внутренней поверхности, в качестве которых выступают четыре полупроводниковых лазера, корпус измерительного блока, который подключен к блоку регистрации и обработки информации, измерительный блок имеет возможность перемещения внутри трубы, отличающееся тем, что четыре полупроводниковых лазера выполнены с возможностью регистрации электрического сигнала на p-n переходе при попадании в резонатор лазера излучения, отраженного от внутренней поверхности трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики состояния внутренней поверхности труб.

Известен дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб (Патент РФ 2379674, МПК G01N 29/04, опубл. 20.01.2010 г.), который содержит датчики визуального определения состояния внутренней поверхности трубопровода, установленные на кольцевом основании со смещенным центром тяжести в зазоре между двумя полусферами и на полом осевом окончании элемента гибкой связи перед несущим корпусом по ходу движения устройства, а датчики для определения пройденного пути установлены на полой оси, жестко связанной с кольцевым основанием со смещенным центром тяжести, с возможностью постоянной ориентации по направлению действия сил гравитации в задней части устройства.

Однако данное устройство не обеспечивает возможности выявления мелких дефектов поверхности и чувствительно к изменению температуры среды в процессе измерений.

Известно также устройство для обследования и диагностики трубопроводов (Патент РФ 2352921, МПК G01N 21/954, опубл. 20.09.2008 г.). Данный дефектоскоп включает корпус, в котором установлены телевизионная камера и кольцевая система направленного излучения света, состоящая из светодиодов. К корпусу прикреплен на кронштейнах отражатель света с зеркальной поверхностью, которая имеет вогнутую внутрь конусовидную форму. Лучи света, поступающие от светодиодов, отражаются от зеркальной поверхности и концентрируются на внутренней поверхности трубы в виде узкого кольцевого пояса S. Сигналы, поступающие в компьютер, позволяют определить продольные размеры дефектов и координаты положения дефектов по длине трубы. Технический результат изобретения - выявление дефектов в виде мелких неровностей, в том числе мелких неровностей продольного направления, на внутренних поверхностях труб и определение размеров и мест расположения этих неровностей.

Указанный технический результат достигается тем, что дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб включает корпус, привод продольного перемещения корпуса внутри обследуемой трубы, установленные в корпусе телевизионную камеру и кольцевую систему направленного излучения света, концентрически охватывающую объектив телевизионной камеры, монитор, связанный с телевизионной камерой, отражатель света, прикрепленный к корпусу на некотором расстоянии от телевизионной камеры, и средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами, при этом зеркальная поверхность отражателя света образована вращением кривой относительно оптической оси объектива телевизионной камеры и имеет вогнутую внутрь конусовидную форму, обеспечивающую концентрацию отраженных лучей света в виде узкого кольцевого пояса на внутренней поверхности обследуемой трубы. Данное устройство также чувствительно к изменениям температуры среды в процессе измерений.

Известен также оптический дефектоскоп для контроля внутренней поверхности жидкостных трубопроводов, который содержит измерительный блок, включающий лазерный излучатель и фотоприемник, расположенный в ходе лучей зеркально отраженного светового потока, которые помещены в корпус, состоящий из двух частей, соединенных герметично одетой цилиндрической обечайкой, имеющей четное количество оптически прозрачных окон с перемычками меньшей величины и имеющей возможность поворота на угол = /2n, где n - количество прозрачных окон, а между излучателем и фотоприемником установлен уголковый отражатель с возможностью вращения (Патент РФ2150690, МПК G01N 21/954, опубл. 10.06.2000 г.).

Однако данное устройство не обеспечивает высокой производительности дефектоскопии и не обеспечивает высокую точность дефектоскопии в сложных температурных условиях с одновременным определением формы поперечного сечения.

Наиболее близким к данному устройству является устройство для осуществления способа контроля внутренней поверхности дымовой трубы (Патент РФ 2152065б, МПК G02B 23/24, A61B 1/04, G01B 11/24, опубликовано 27.06.2000 г.), в котором источник подсветки выполнен из полупроводниковых лазеров, а конический отражатель выполнен из полупроводниковых лазеров, а конический отражатель выполнен в виде элементов системы отражателей, причем каждый из полупроводниковых лазеров расположен на одинаковом расстоянии от продольной оси трубы в одной поперечной плоскости с возможностью направления лазерного пучка на один из элементов системы отражателей посредством линз для формирования лазерного пучка, установленных между полупроводниковыми лазерами и соответствующими элементами системы отражателей.

Однако данное устройство имеет сложную оптическую систему с линзами и коническим отражателем для формирования кольцевого изображения и систему регистрации изображения.

Поставлена задача повышения точности выявления дефектов за счет исключения влияния температуры на результаты измерений с одновременным определением формы поперечного сечения трубы.

Данная задача решается за счет того, что в устройстве для диагностики состояния внутренней поверхности труб, содержащем измерительный блок, согласно изобретению измерительный блок содержит четыре полупроводниковых лазера, расположенные в корпусе, измерительный блок подключен к электродвигателю для перемещения его внутри трубы, корпус измерительного блока снабжен тремя опорами с пружинами, обеспечивающими его устойчивое положение, и подключен к блоку регистрации и обработки информации, а с помощью кабеля - с катушкой, по углу поворота которой осуществляется отсчет перемещений.

Устройство поясняется чертежами, где:

На фиг.1 изображена схема устройства,

на фиг.2 - расположение полупроводниковых лазеров в измерительном блоке и принцип измерения формы поперечного сечения трубопровода.

Устройство для диагностики состояния внутренней поверхности трубы состоит из измерительного блока 1, содержащего четыре полупроводниковых лазера 2, расположенных в корпусе измерительного блока 1, электродвигателя 3 для перемещения измерительного блока внутри трубопровода 4, трех опор 5 с пружинами 6 для обеспечения устойчивого положения прибора и перемещения внутри трубопровода 4, кабеля 7 для связи с блоком регистрации и обработки информации (на чертеже не показаны) и катушки 8.

Устройство работает следующим образом. В трубопроводе 4 помещается измерительный блок 1, содержащий четыре полупроводниковых лазера 2 и электродвигатель 3 для перемещения измерительного блока внутри трубы 4. Корпус измерительного блока снабжен тремя опорами 5 с пружинами 6, обеспечивающими устойчивое положение прибора и перемещение внутри трубопровода. Прибор соединен кабелем 7 с блоком регистрации обработки информации. Перед началом измерений кабель намотан на катушку 8. По углу поворота катушки 8 производится отсчет перемещения прибора внутри трубы 4. При перемещении измерительного блока 1 вдоль оси трубопровода 4 с помощью электродвигателя 3 излучение полупроводникового лазера 2 отражается от внутренней поверхности трубопровода 4 и вновь попадает в резонатор полупроводникового лазера, вызывая обратный сигнал, который изменяет напряжение на p-n-переходе. В измерительном блоке 1 регистрируются величины напряжений на p-n-переходе каждого из четырех полупроводниковых лазеров. Наличие дефектов в конкретной точке измерения определяется путем сравнения величины зарегистрированного сигнала с величиной, соответствующей бездефектной поверхности. Если эта разность превышает пороговую величину, принимается решение о наличии дефекта. Отсчет координат для определения места расположения дефектов ведется по углу поворота катушки 8.

Устройство позволяет определять форму сечения трубы следующим образом (фиг.2). Проводится измерение величины сигналов в диаметрально противоположных точках сечения, последующее их суммирование и сопоставление с результатом в перпендикулярном направлении, при этом измеряемой величиной являются оптоэлектронные сигналы обратной связи в каждом из четырех полупроводниковых лазеров.

Принцип действия прибора основан на использовании явления обратной связи в полупроводниковых лазерах, т.е. регистрации электрического сигнала на p-n-переходе при попадании в резонатор лазера излучения, отраженного от внешней поверхности.

Форма поперечного сечения трубы определяется следующим образом. Полупроводниковый лазер 2 состоит из четырех полупроводниковых лазеров 9, 10, 11 и 12 (фиг. 2), расположенных в измерительном блоке 1. Излучение полупроводникового лазера 9 направляется на внутреннюю поверхность трубопровода 4. Отраженное поверхностью излучение попадает в резонатор лазера 9, что приводит к изменению электрического сигнала на его p-n-переходе. Полученный результат суммируется с сигналом, зарегистрированным на p-n-переходе лазера 10. Это позволяет определить диаметр А. Аналогично определяется диаметр В при зондировании внутренней поверхности трубы полупроводниковыми лазерами 11 и 12. Полученные сигналы передаются в блок обработки информации с помощью кабеля 7.

Выявление повреждений поверхности основано на регистрации отраженного поверхностью излучения, измеряемой величиной является изменение напряжения на p-n-переходе полупроводникового лазера вследствие взаимодействия отраженного излучения с собственным излучением лазера.