Способ внутритрубного ультразвукового контроля

Способ внутритрубного ультразвукового контроля

Реферат

 

Изобретение относится к способам ультразвуковой дефектоскопии трубопроводов большой протяженности и может быть использовано для обнаружения и идентификации дефектов магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, а также газопроводов. Увеличение дальности обследуемого за один диагностический пропуск участка трубопровода достигается за счет того, что пропускают внутри трубопровода инспекционный снаряд с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, в процессе пропуска испускают зондирующие ультразвуковые импульсы и принимают отраженные ультразвуковые импульсы, соответствующие указанным зондирующим импульсам, с помощью ультразвуковых датчиков, усиливают электрические импульсы с датчиков, соответствующие принятым ультразвуковым импульсам, преобразовывают в цифровую форму амплитудные значения электрических импульсов, преобразовывают и хранят данные измерений. Перед приемом отраженных ультразвуковых импульсов измеряют амплитуду сигнала с ультразвукового датчика. Диапазон аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, устанавливают как функцию указанной измеренной амплитуды. 23 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способам ультразвукового контроля трубопроводов большой протяженности, главным образом, магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, а также газопроводов при условии обеспечения акустической связи между ультразвуковыми датчиками и стенками трубопровода (например, с помощью жидкостной пробки) путем пропуска внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, преобразования и записи данных измерений в накопитель цифровых данных в процессе пропуска и обработки полученных данных после выполнения пропуска с целью идентификации дефектов стенок трубопровода, определения параметров идентифицированных дефектов и их положения на трубопроводе.

Известен способ внутритрубного ультразвукового контроля [1]-[3] путем пропуска внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, путем испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема соответствующих отраженных ультразвуковых импульсов.

Известен также способ внутритрубного ультразвукового контроля [4]-[9] путем пропуска внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, путем испускания зондирующих ультразвуковых импульсов в процессе пропуска и приема соответствующих ультразвуковых импульсов, отраженных от внутренней и внешней стенок трубопровода, измерения времени хода указанных импульсов.

С течением времени параметры электронного оборудования меняются, что приводит к изменению уровня шумов электронных трактов. В связи с этим меняется полезная часть оцифровываемого импульса от датчика.

Известен способ внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов [10] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных ультразвуковых импульсов, соответствующих указанным зондирующим импульсам, с помощью ультразвуковых датчиков, усиления электрических импульсов с датчиков, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, преобразования и хранения данных измерений.

Способ характеризуется тем, что из принятых ультразвуковых импульсов по времени прихода выделяют зеркальный ультразвуковой импульс, преобразуют электрические импульсы, соответствующие выделенным зеркальным ультразвуковым импульсам, в управляющее напряжение, зависящее от амплитуды зеркального импульса, с помощью управляющего напряжения управляют коэффициентом усиления для импульсов, отраженных от дефектов. При этом выполняют также компенсацию температурной нестабильности усиления и временную регулировку усиления.

К достоинству этого способа относится то, что изменение коэффициента усиления электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, позволяет принимать ультразвуковые импульсы с большим затуханием.

К основному недостатку указанного способа относится то, что способ практически неприменим для приема ультразвуковых импульсов, прошедших многократные отражения из-за практической невозможности выделения в режиме on-line с качеством, достаточным для формирования управляющего напряжения, зеркальных импульсов с заданными параметрами среди всех ультразвуковых импульсов, переотраженных различными путями.

Прототипом заявленного способа является способ внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов [11] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных ультразвуковых импульсов, соответствующих указанным зондирующим импульсам, с помощью ультразвуковых датчиков, усиления электрических импульсов с датчиков, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, преобразования и хранения данных измерений.

Способ по прототипу характеризуется тем, что моменты приема первого и второго ультразвукового импульса определяют по достижении электрическим импульсом, соответствующим принятому ультразвуковому импульсу, некоторого порогового значения. Амплитуды электрических импульсов оцифровывают с частотой 28 МГц и разрешением 8 бит.

На аналоговом компараторе предустанавливают порог и используют изменение состояния на выходе компаратора при поступлении на вход компаратора электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, для запуска операций оцифровки импульсов и обработки полученных цифровых данных. Оцифрованные амплитуды сравнивают с цифровым порогом. Значение цифрового порога может меняться в зависимости от числа импульсов, достигших установленного цифрового порога. Преобразованные цифровые данные записывают в накопитель цифровых данных.

Использование цифрового порога позволяет изменять критерии режекции импульсов и отбрасывать шумовые импульсы при увеличении уровня шумов путем повышения порога, однако это сопровождается уменьшением полезной части оцифрованного импульса и используемых разрядов АЦП, и способ по прототипу не позволяет исключить уменьшение числа используемых разрядов АЦП из всего диапазона разрядов АЦП при увеличении уровня шумов электронных трактов.

Заявленный способ внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов также выполняют путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных ультразвуковых импульсов, соответствующих указанным зондирующим импульсам, с помощью ультразвуковых датчиков, усиления электрических импульсов с датчиков, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, преобразования и хранения данных измерений.

Заявленный способ отличается от способа по прототипу тем, что перед приемом отраженных ультразвуковых импульсов измеряют амплитуду сигнала с ультразвукового датчика, диапазон аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, устанавливают как функцию указанной измеренной амплитуды сигнала.

Основной технический результат, получаемый в результате реализации заявленного изобретения, - увеличение дальности обследуемого за один диагностический пропуск участка трубопровода.

Механизм достижения указанного технического результата состоит в том, что регулирование диапазона аналого-цифрового преобразования позволяет оцифровывать с заданной разрядностью только надшумовую часть амплитуды импульса при различных значениях амплитуды шумовых сигналов, это позволяет не применять АЦП с большей разрядностью, чем необходимо для измерений, из-за резервирования нескольких разрядов под возможное увеличение уровня шумов. Таким образом, это позволяет при заданной разрядности полезной части амплитудных значений уменьшить разрядность получаемых значений, соответствующих оцифрованным амплитудам, и уменьшить таким образом объем оцифрованных данных, и соответственно, при заданной емкости накопителей цифровых данных увеличить проходимую за один пропуск дистанцию. В предпочтительном варианте перед приемом отраженных ультразвуковых импульсов измеряют амплитуду шумового сигнала (амплитуды шумовых импульсов) с ультразвукового датчика. Указанное измерение амплитуды сигнала выполняют перед испусканием зондирующих ультразвуковых импульсов при отсутствии отраженных ультразвуковых импульсов.

Диапазон аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, устанавливают путем установки уровня напряжения на входе аналого-цифрового преобразователя относительно нижней границы диапазона аналого-цифрового преобразователя по напряжению.

Указанная реализация способа позволяет повышать или понижать уровень импульсов так, чтобы уровень шумов (уровень импульсов с датчиков при отсутствии отраженных ультразвуковых импульсов) был немного ниже или немного выше нижней границы входного диапазона АЦП по напряжению. Последующая последовательная подстройка коэффициентов усиления позволяет при этом условии обеспечить нахождение максимально допустимой амплитуды импульса вблизи верхней границы входного диапазона АЦП по напряжению, что в результате дает максимальное использование разрядов АЦП для оцифровки надшумовой части амплитуд электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам.

Для выставления указанного диапазона аналого-цифрового преобразования амплитуд импульсов используют сумматор, усиленные электрические импульсы, соответствующие принятым ультразвуковым импульсам, подают на один из входов сумматора, с выхода сумматора импульсы подают на вход аналого-цифрового преобразователя, на второй вход сумматора подают напряжение, зависящее от указанной ранее измеренной амплитуды сигнала с ультразвукового датчика. Сумматор позволяет регулировать уровень напряжения для импульсов на входе АЦП и регулировать тем самым диапазон аналого-цифрового преобразования амплитуд (установленный диапазон аналого-цифрового преобразования по абсолютному значению при этом не меняется).

В предпочтительном варианте реализации напряжение подают на второй вход сумматора через фильтр низких частот, постоянная времени фильтра составляет 0,3-3,0 мкс, что позволяет исключить искажения формы импульсов из-за влияния импульсов наводок, с которыми суммируются полезные импульсы с датчиков. На второй вход сумматора подают напряжение с цифро-аналогового преобразователя, который позволяет организовать цифровое управление настройкой диапазона аналого-цифрового преобразования как в процессе сборки инспекционного снаряда, так и автоматически непосредственно перед применением снаряда. Указанное измерение амплитуды сигнала выполняют периодически несколько раз. Предпочтительно указанное измерение амплитуды сигнала выполняют в течение промежутка времени от 50 до 300 мкс с периодом опроса от 3 до 30 мкс. Указанное измерение амплитуды сигнала выполняют в течение промежутка времени, который составляет от 8 до 30 периодов опроса. Указанный диапазон для периода опроса достаточен для выполнения измерений шумового сигнала, проверок условий и корректировки диапазона. Заявленный промежуток времени позволяет выполнить достаточное число измерений и исключить неоправданное изменение диапазона из-за ошибки, возникающей в связи с характером шумовых импульсов, амплитуда которых в одном измерении может существенно отличаться от среднего значения.

В дальнейшее развитие изобретения после измерения указанной ранее амплитуды сигнала с ультразвукового датчика выполняют проверку условия, состоящего в том, что разность указанной измеренной амплитуды сигнала и нижней границы диапазона аналого-цифрового преобразования по напряжению меньше заданного нижнего порогового значения, нижнюю границу указанного ранее диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, снижают при выполнении указанного условия.

Выполняют измерение оцифрованной амплитуды указанного ранее сигнала с ультразвукового датчика, после указанного измерения выполняют проверку условия, состоящего в том, что измеренная оцифрованная амплитуда сигнала меньше заданного нижнего порогового значения, нижнюю границу указанного ранее диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, снижают при выполнении указанного условия. Нижнее пороговое значение составляет 0,3-3% ширины диапазона аналого-цифрового преобразования амплитуд. Нижнюю границу диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений импульса снижают путем увеличения уровня напряжения на входе аналого-цифрового преобразователя (относительно нижней границы диапазона аналого-цифрового преобразователя по напряжению).

После измерения указанной ранее амплитуды сигнала с ультразвукового датчика выполняют проверку условия, состоящего в том, что разность указанной измеренной амплитуды сигнала и нижней границы диапазона аналого-цифрового преобразования по напряжению больше заданного верхнего порогового значения, нижнюю границу указанного ранее диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, увеличивают при выполнении указанного условия.

Выполняют измерение оцифрованной амплитуды указанного ранее сигнала с ультразвукового датчика, после указанного измерения выполняют проверку условия, состоящего в том, что оцифрованная измеренная амплитуда сигнала больше заданного верхнего порогового значения, нижнюю границу указанного ранее диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, увеличивают при выполнении указанного условия. Верхнее пороговое значение составляет 2-15% ширины диапазона аналого-цифрового преобразования амплитуд. Нижнюю границу диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений увеличивают путем снижения уровня напряжения на входе аналого-цифрового преобразователя (относительно нижней границы диапазона аналого-цифрового преобразователя по напряжению).

Заданный диапазон, в котором должны находиться амплитуды шумовых импульсов, обеспечивает эффект "растягивания" надшумовой амплитуды импульса с ультразвукового датчика на диапазон АЦП в зависимости от уровня шумов. Большая ширина области, в которую могут попадать амплитуды шумовых импульсов, делает неэффективной регулировку диапазона, малая ширина области практически неудобна для настройки, поскольку в этом случае из-за случайного характера шумовых импульсов их амплитуда для разных измерений за один период измерения может быть и выше, и ниже допустимой области.

Выполняют измерение оцифрованной амплитуды указанного ранее сигнала с ультразвукового датчика при частоте оцифровывания амплитуд от 10 до 100МГц. После установки указанного диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений перед пропуском инспекционного снаряда внутри трубопровода возбуждают ультразвуковой датчик электрическим импульсом с заданными параметрами, испускают таким образом ультразвуковой импульс в направлении пластины с трещиноподобным дефектом с заданными параметрами и принимают соответствующий ультразвуковой импульс, отраженный от указанного дефекта (с помощью того же или другого ультразвукового датчика), преобразуют соответствующие электрические импульсы от ультразвукового датчика, оцифровывают и записывают в средства преобразования и хранения цифровых данных амплитуды электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам. Реализация указанного алгоритма позволяет автоматически определять значения коэффициентов усиления как непосредственно перед пропуском инспекционного снаряда, так и (при толщинометрии трубопровода) на технологических стадиях пропуска снаряда. В указанной реализации принимают ультразвуковой импульс, отраженный от трещиноподобного дефекта заданной глубины.

В предпочтительной реализации принимают ультразвуковые импульсы от нескольких трещиноподобных дефектов разной глубины, оцифровывают и записывают в средства преобразования и хранения цифровых данных пиковые значения электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам. При отражении ультразвукового импульса от трещиноподобного дефекта амплитуда импульса в максимуме характеризует глубину трещины, поэтому указанные измерения позволяют установить однозначное соответствие между амплитудами принимаемых импульсов в максимуме и глубиной трещиноподобных дефектов, которым соответствуют отраженные импульсы. При измерениях с пластиной коэффициент усиления электрических импульсов от ультразвуковых датчиков устанавливают в зависимости от пикового значения электрического импульса, соответствующего указанному здесь принятому импульсу. В предпочтительной реализации после установки коэффициента усиления повторяют указанные ранее действия по измерению амплитуды сигнала с ультразвукового датчика при отсутствии принятых ультразвуковых импульсов и установке диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов, соответствующих принятым ультразвуковым импульсам, как функции указанной измеренной амплитуды сигнала, измерения с установкой коэффициента усиления и измерения с установкой диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений электрических импульсов выполняют циклично несколько раз. Коды, соответствующие указанным коэффициентам усиления, записывают в запоминающее устройство. Поскольку при изменении уровня импульсов меняется положение максимума импульса в разрядах АЦП, изменение коэффициента усиления позволяет выставить максимум в допустимую область максимума в разрядах АЦП. Это, в свою очередь, смещает положение амплитуд шумовых импульсов, но в меньшей степени. Данный алгоритм повторения цикла смещения уровня импульсов и коэффициента усиления позволяет последовательно подстроить и уровень импульсов (диапазон оцифровываемых амплитудных значений), и положение максимума импульса от ультразвукового датчика путем подстройки коэффициента усиления.

На фиг. 1 изображен внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп в одном из конструктивных исполнений; на фиг.2 изображена схема, иллюстрирующая ход зондирующих ультразвуковых импульсов, испускаемых по нормали внутренней стенки трубопровода; на фиг.3 изображена схема, иллюстрирующая ход зондирующих ультразвуковых импульсов, испускаемых под углом к нормали внутренней стенки трубопровода; на фиг.4 изображена измеренная с помощью инспекционного снаряда зависимость толщины стенки трубопровода от пройденной внутри трубопровода дистанции на некотором участке обследованного трубопровода; на фиг.5 изображена зависимость амплитуды электрического импульса, соответствующего ультразвуковому импульсу, отраженному от трещиноподобного дефекта, от глубины дефекта; на фиг.6 изображена схема ультразвукового зондирования, регистрации отраженных ультразвуковых импульсов, преобразования и сохранения данных измерений; на фиг.7 изображено графическое отображение измеренных данных о толщине стенки трубопровода для некоторого участка обследованного трубопровода, позволяющее идентифицировать сварные швы; на фиг. 8 изображено графическое отображение измеренных данных о толщине стенки трубопровода для некоторого участка обследованного трубопровода, позволяющее идентифицировать коррозионные потери металла.

В результате решения задачи повышения эффективности внутритрубного контроля магистральных трубопроводов были разработаны и изготовлены внутритрубные ультразвуковые дефектоскопы (внутритрубные инспекционные снаряды) для обследования нефтепроводов, газопроводов, конденсатопроводов, нефтепродуктопроводов номинальным диаметром от 10" до 56". Изготовленные в предпочтительном исполнении инспекционные снаряды выдерживают давление среды до 80 атм, имеют проходимость около 85% номинального диаметра трубопровода, работают при температурах перекачиваемой среды от 0 до +70^oС, минимальный проходимый радиус поворота около 1,5 диаметра трубопровода. В снарядах реализованы виды взрывозащиты "Взрывонепроницаемая оболочка", "Искробезопасная электрическая цепь", "Специальный вид взрывозащиты" при токе потребления аппаратуры снарядов не более 14А.

Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп для обследования трубопровода диаметром 38"-56" с толщиной стенки 4-30 мм в одном из конструктивных исполнений изображен на фиг.1 и включает в себя: корпус 1, образующий взрывонепроницаемую оболочку, в которой располагается источник питания и электронная аппаратура для измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений на основе бортового компьютера, управляющего работой инспекционного снаряда в процессе его движения внутри трубопровода. В качестве источника питания устанавливаются аккумуляторные батареи или батареи гальванических элементов общей емкостью до 1000 Ач.

В хвостовой части снаряда установлены ультразвуковые датчики 2, попеременно излучающие и принимающие ультразвуковые импульсы. Установленные на корпусе снаряда полиуретановые манжеты 3 обеспечивают центровку снаряда внутри трубопровода и продвижение снаряда потоком перекачиваемой по трубопроводу среды. Колеса установленных на корпусе дефектоскопа одометров 4 прижимаются к внутренней стенке трубопровода. При движении снаряда одометры генерируют импульсы, число которых пропорционально измеренной одометром дистанции, импульсы от одометров проходят обработку в схеме, обеспечивающей согласование времени запуска ультразвуковых датчиков с показаниями одометров, информация о длине пройденного пути, измеренная одометрами, записывается в накопитель бортового компьютера и позволяет после выполнения диагностического пропуска и обработки накопленных данных определить положение дефектов на трубопроводе и, соответственно, место последующей экскавации и ремонта трубопровода.

Инспекционный снаряд помещают в трубопровод и включают перекачку продукта (нефти, нефтепродукта) по трубопроводу. В процессе движения внутритрубного ультразвукового дефектоскопа внутри трубопровода ультразвуковые датчики периодически испускают ультразвуковые импульсы.

При решении задачи ультразвуковой толщинометрии ультразвуковые импульсы 24 (фиг.2) испускаются перпендикулярно внутренней поверхности трубопровода. Указанные импульсы частично отражаются от внутренней стенки трубопровода 21, от внешней стенки трубопровода 22 или от области дефекта 23, например расслоения металла в стенке трубы. Частично ультразвуковые импульсы 29 проходят через границу сред, образуемую внешней стенкой трубопровода.

После испускания ультразвуковых импульсов ультразвуковые датчики переключаются в режим приема отраженных импульсов и принимают импульсы 25, отраженные от внутренней стенки, импульсы 27, 28, отраженные от внешней стенки трубы, либо импульсы 26, отраженные от указанной области дефекта стенки.

С целью обнаружения трещин в стенке трубопровода ультразвуковые импульсы 32 (фиг. 3) испускают под углом около 15-21^o (предпочтительно 17-19^o) к нормали внутренней поверхности трубопровода. Указанные импульсы частично отражаются от внутренней стенки трубопровода 21, от внешней стенки трубопровода 22 или от трещиноподобного дефекта 31. Частично ультразвуковые импульсы 33 проходят через границы сред или отражаются 34, ослабляя тем самым полезный отраженный импульс 35.

После испускания ультразвуковых импульсов ультразвуковые датчики переключаются в режим приема отраженных импульсов и принимают импульсы 35, отраженные от трещиноподобного дефекта 31.

Фиг. 4 иллюстрирует зависимость толщины стенки трубопровода по длине трубопровода. Участки 41, 42 и 43 на фиг.4 соответствуют участкам трубопровода, на которых используются трубы с различной номинальной толщиной стенки: 10 мм для участка 41, 8,2 мм для участка 42 и 10 мм для участка 43. Разность в номинальной толщине в данном случае составляет около 20%, при этом ультразвуковые импульсы, отраженные от дефекта стенки трубопровода меньшей толщины, испытывают меньшее затухание, чем импульсы, отраженные от дефекта стенки трубопровода большей толщины, и при фиксированном значении коэффициента усиления дефектам с одинаковыми геометрическими параметрами в стенках разной толщины соответствовали бы различные значения амплитуд принимаемых импульсов.

Последовательный запуск и опрос ультразвуковых датчиков 61, возбуждаемых генераторами 71, реализуется с помощью мультиплексора 70, обеспечивающего последовательный запуск генераторов 71, и сумматора 60, обеспечивающего последовательный опрос датчиков 61. Сигнал запуска датчика, поступающий на вход мультиплексора 70, последовательно инициирует генераторы 71, которые, соответственно, последовательно возбуждают ультразвуковые датчики 61 импульсом напряжения 300 В. Кроме того, сигнал запуска датчика поступает на управляющий вход сумматора 60, синхронизируя прием импульсов с датчиков 61. Сигнал (импульс) с датчиков 61 снимается через сумматор 60 на регулируемый усилитель 75, с выхода которого импульс от датчика проходит через логарифмический усилитель 76 на один из входов сумматора 77. Коэффициент усиления регулируемого усилителя 75 устанавливается с помощью цифроаналогового преобразователя 83, управляемого модулем преобразования цифровых данных. С выхода сумматора 77 импульс поступает в АЦП 78, где производится аналого-цифровое преобразование амплитуды импульса, оцифрованные амплитуды из АЦП 78 подаются в модуль преобразования цифровых данных 79 и на один из входов схемы измерения уровня шума 85, на второй вход схемы 85 подают опорное значение из модуля 79. Значение с выхода 85 подают на вход формирователя 86 кода цифроаналогового преобразователя 87. Аналоговое значение с ЦАП 87 через фильтр низких частот 88 подают на второй вход сумматора 77. На третий вход сумматора 77 подают значение нижней границы диапазона оцифровывания с выхода АЦП 78. Преобразованные в модуле 79 цифровые данные подают в бортовой компьютер 80, где данные записывают в накопитель цифровых данных 81, данные записывают в файлы с записью времени открытия и времени закрытия файла по таймеру 82. Таймер 82 синхронизируют с тактовым генератором 84.

Для синхронизации режима сканирования (излучения зондирующих импульсов) реализована схема 94 обработки одометрических данных от одометров 91, 92, 93 (фиг. 6). Выходы одометров 91, 92, 93 подключены к входам схемы 94, выход схемы 94, соответствующий запуску ультразвуковых датчиков, подключен к одному из входов схемы 79, выход которой, соответствующий запуску ультразвуковых импульсов, подключен к входу мультиплексора 70 и сумматора 60. Данные, определяющие режим обработки одометрических данных в схеме 94, поступают из схемы 79 в схему 94, из схемы 94 поступают преобразованные одометрические данные в схему 79. Выход таймера 84 также подключен к одному из входов схемы 94.

Возможности аппаратной реализации элементов 75-78, 83, 87, 88 хорошо известны из уровня техники, и в инспекционных снарядах ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" указанные элементы реализованы на микросхемах Analog Devices: регулируемый усилитель 75 - AD603, логарифмический усилитель 76 - AD640, сумматор 77 - AD8041, АЦП 78 - AD9050, ЦАП 83 и 87 - AD558, фильтр низких частот в виде RC-фильтра. Элементы 79, 85, 86 с учетом требования компактности оборудования, подлежащего пропуску внутри трубопровода, реализованы на программируемой микросхеме Xilinx ХС5210.

Устройство работает следующим образом.

В силу того, что в каждой измерительной системе имеются небольшие случайно флуктурирующие сигналы, которые добавляются при каждом измерении к измеряемому сигналу, и, кроме того, в измерительной системе существуют и другие источники возмущений, которые могут затемнять полезный сигнал, например электрические наводки, перед пропуском снаряда внутри трубопровода выполняют измерения уровня шума в измерительной системе: перед испусканием зондирующих ультразвуковых импульсов при отсутствии отраженных ультразвуковых импульсов измеряют амплитуду шумового сигнала с одного из ультразвуковых датчиков 61 с помощью измерителя 85.

Усиленные электрические сигналы с ультразвуковых датчиков (в том числе и усиленные электрические импульсы, соответствующие принятым ультразвуковым импульсам - во время выполнения операций по излучению ультразвуковых импульсов и приему отраженных ультразвуковых импульсов) подают на один из входов сумматора 77, с выхода сумматора сигналы подают на вход аналого-цифрового преобразователя 78, на второй вход сумматора 77 через фильтр низких частот 88 с постоянной времени фильтра 1 мкс подают напряжение с цифроаналогового преобразователя 87.

Измерение шумовой амплитуды выполняют в течение промежутка времени около 120 мкс с периодом около 8 мкс, т.е. промежуток времени составляет 16 периодов опроса. При ширине 8-разрядного АЦП 256 значений (от 0 до 255) допустимым является уровень шумов, при котором оцифрованная амплитуда шума не менее 2 и не более 15.

В модуле 85 выполняют проверку условия, состоящего в том, что оцифрованная измеренная амплитуда меньше 2, - значение из модуля 79 (1% ширины диапазона аналого-цифрового преобразования амплитуд), нижнюю границу диапазона снижают при выполнении указанного условия. Нижнюю границу диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений снижают путем увеличения уровня напряжения на выходе ЦАП 87 и, соответственно, на входе АЦП 78 относительно диапазона напряжения аналого-цифрового преобразования, устанавливаемого на аналого-цифровом преобразователе (от 2В до 3В) путем формирования соответствующего кода в модуле 86 по сигналу из модуля 85.

Выполняют также проверку условия, состоящего в том, что оцифрованная измеренная амплитуда больше 16 (6% ширины диапазона аналого-цифрового преобразования амплитуд), нижнюю границу диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений увеличивают при выполнении указанного условия. Нижнюю границу диапазона аналого-цифрового преобразования амплитудных значений увеличивают путем снижения уровня напряжения на выходе ЦАП 87 и, соответственно, на входе АЦП 78 относительно диапазона напряжения аналого-цифрового преобразования, устанавливаемого на аналого-цифровом преобразователе (от 2В до 3В) путем формирования соответствующего кода в модуле 86 по сигналу из модуля 85.

Таким образом, диапазон аналого-цифрового преобразования амплитудных значений устанавливают как функцию измеренной амплитуды следующим образом: если аргумент функции (обозначим его А) - указанное измеренное амплитудное значение А<2, то значение функции U=U₀+(2-А); если А>15, то значение функции U=U₀+(15-А); если 2А15, то значение функции U=U₀, где U₀ - значение напряжения с ЦАП 87 на момент измерения амплитуды сигнала до его изменения в соответствии с указанной функцией.

То есть каждому значению измеренной амплитуды сигнала (при отсутствии принятых ультразвуковых импульсов) однозначно соответствует значение напряжения, подаваемое с помощью ЦАП 87 на вход сумматора 77. В представленном примере функция формирования цифрового значения напряжения (кода для ЦАП) в зависимости от области определения измеренного амплитудного значения реализуется в формирователе 86.

Микросхемы, реализующие такие функции, хорошо известны как арифметические устройства и могут быть представлены, в частности, микросхемами ТТЛ К530ИК1 или К1533ИП3 (зарубежный аналог: LS181) - [12] стр. 135, 140 или аналогичными микросхемами КМОП. В то же время в представленном варианте описан более сложный способ последовательного изменения напряжения на втором входе сумматора 77 за 16 измерений амплитудного значения с периодом 8 мкс. Так, если после первого измерения на выходе АЦП 78 А=18, что больше 15, поэтому напряжение на выходе ЦАП 87 уменьшают на 1 и в следующем измерении измеренная амплитуда на выходе АЦП 78 А=17, что также больше 15, поэтому напряжение на выходе ЦАП 87 опять уменьшают, при следующем измерении А=16, что больше 15, напряжение на выходе ЦАП 87 опять уменьшают, и при следующем измерении А=15, и при последующих 12 измерениях напряжение на выходе ЦАП не меняют. Таким образом, в результате цикла измерений напряжение уменьшили на 3 единицы.

Если напряжение уменьшать за один раз, первое измеренное значение А=18, что больше 15, и в соответствии с описанной выше функцией U-U₀ = (15-А) = -3, т. е. то же самое значение, которое получено при последовательном изменении напряжения.

При значении А<2 ситуация аналогична: изменения напряжения на выходе ЦАП 87 совпадают при разовом изменении на требуемую величину и при последовательном изменении. Преимуществом же продемонстрированного способа последовательного изменения напряжения на выходе ЦАП 87 и, соответственно, на втором входе сумматора 77 - выполнение корректировки диапазона не на основе единичного измерения, а на основе серии измерений, которая снижает вероятность ошибки в измерении указанной амплитуды сигнала с ультразвукового датчика, тем более такого сложного сигнала, каким является сигнал с датчика при отсутствии полезного сигнала с указанного датчика.

В процессе измерений амплитуд сигналов измеряют оцифрованные амплитуды при частоте оцифровывания 30 МГц.

Таким образом, если на выходе ЦАП 87 и на выходе усилителя 76 напряжение равно нулю, то на выходе сумматора 78 напряжение равно 2В и является постоянной составляющей на входе АЦП. Тогда, если на выходе усилителя появляется сигнал с амплитудой, равной 0,5В, а на выходе ЦАП 87 по-прежнему напряжение равно нулю, то на выходе сумматора (и входе АЦП 78) постоянная составляющая равна 2В, а амплитуда сигнала представлена напряжением от 2 до 2,5В.

Далее, если на выходе ЦАП 87 напряжение равно 0,05В, а при отсутствии принятого ультразвукового импульса амплитуда сигнала на выходе усилителя 76 равна 0,03В, то уровень постоянной составляющей на выходе сумматора (и входе АЦП 78) составляет 2,05В, а амплитуда измеренного сигнала представлена напряжением от 2,05 до 2,08В. АЦП 78 производит оцифровку только от 2 до 3В, поэтому такому сигналу на выходе АЦП будет соответствовать амплитуда 20 значений 8-разрядного АЦП.

Указанное значение поступает на вход схемы сравнения 85, на второй вход которой поступают опорные значения 2 (нижнее пороговое значение аналого-цифрового преобразования) и 15 (верхнее пороговое значение аналого-цифрового преобразования), на выходе схемы 85 формируется и подается на формирователь 86 код, соответствующий случаю, когда измеренная амплитуда больше 15. В соответствии с кодом из схемы сравнения 85 формирователь 86 формирует на входе ЦАП 87 код, соответствующий уменьшению напряжения на выходе ЦАП на единицу в кодах АЦП 78 и, соответственно, на 1/256В в аналоговых единицах. Таким образом, на выходе ЦАП выставляется значение нап