一种管道腐蚀检测仪及其检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种管道腐蚀检测仪及其检测方法。其中，管道腐蚀检测仪包括：管道爬行器、多个太赫兹探测及接收装置、太赫兹检测系统、数据处理系统及腐蚀程度显示面板；其中，管道爬行器将携带有多个太赫兹探测及接收装置的多个探头运送到待检管道内部，太赫兹探测及接收装置接收太赫兹检测系统发出的激光，激发太赫兹波，并将待检管道内部表面反射的太赫兹信号传送给太赫兹检测系统，太赫兹检测系统根据待检管道内部表面反射的太赫兹信号生成太赫兹光谱信息传输给数据处理系统，数据处理系统对太赫兹光谱信息进行处理，生成太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系，并显示在腐蚀程度显示面板上。
【专利说明】一种管道腐蚀检测仪及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管道腐蚀检测领域，尤其涉及一种对管道腐蚀进行检测的装置和方法，具体的讲是一种基于太赫兹时域光谱技术进行管道腐蚀程度检测的检测仪及其检测方法。
【背景技术】
[0002]管道作为石油工业的大动脉，对于石油、天然气的运输极其重要。然而在服役过程中，管道会因腐蚀等原因发生穿孔、断裂等失效，造成油气泄露，甚至引发燃烧、爆炸等灾难性事故，是管道使用过程中最危险的毒瘤。管道失效发生的原因多种多样，无法预言和避免，因此，定期对管道进行检测，获得管道的服役状况，及时发现失效点并采取相应的防护措施对油气输运工程来说显得尤为重要。
[0003]在新的技术问世之前，漏磁检测技术因其既不受管壁蜡层厚度影响也没有集肤效应，再加上其结构简单、耗能少和可信度较高等优点，目前被广泛地应用在长输油气管道、炼油厂管网、市政管网和海底管线的在线腐蚀检测上。在这一方面，加拿大，英国，美国走在了世界前列，世界上能独立生产实用漏磁检测装置的研究单位主要集中在德美法日加等工业强国，国内的相关技术则起步较晚。虽然陆续有自主创新的检测仪问世，但仅仅是小范围内试用，且检测的可信度较低，大规模的使用仍需从国外进口设备，为此支付高额的设备以及技术服务费用，耗费大量的人力和物力。
[0004]因此，解决埋地管道因失效断裂造成的安全问题不仅要发展一种安全、便捷、可靠的检测技术，还要考虑到人力、物力的投入程度，不适当的投入会导致安全形式或经济效益受损，只有采取同管道的安全状况相适应的技术措施，才能保证安全生产和经济效益双重目标。
[0005]太赫兹(THz，Terahertz)波通常是指频率在0.1THz-1OTHz (波长在300 μ m?3mm)之间的电磁波，其波段在微波和红外之间，属于远红外波段。太赫兹时域光谱系统是一种相关探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅和相位信息。与传统光源相比具有瞬态性、指纹性、高穿透能力等许多独特的性质，因此太赫兹在能源、环保、安检、生物医疗领域都具有巨大的应用价值。
[0006]太赫兹光谱无损检测技术以其所具有的高分辨率、高灵敏性及无损探伤能力等特点，为金属管道失效检测提供了一种新的检测思路，目前还没有应用太赫兹时域光谱技术检测管道腐蚀的相关技术。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种对金属管道腐蚀程度进行检测的检测仪及其检测方法，以弥补现有腐蚀检测技术不足的缺点。
[0008]为了达到上述目的，本发明实施例提供一种管道腐蚀检测仪，包括:管道爬行器、多个太赫兹探测及接收装置、太赫兹检测系统、数据处理系统及腐蚀程度显示面板；其中，所述管道爬行器的顶端具有多个探头，所述多个太赫兹探测及接收装置分别位于所述多个探头上，并通过光纤与所述太赫兹检测系统相连接，所述太赫兹检测系统与所述数据处理系统相连接，所述腐蚀程度显示面板连接所述数据处理系统；所述管道爬行器将携带有所述多个太赫兹探测及接收装置的多个探头运送到待检管道内部，所述太赫兹探测及接收装置接收所述太赫兹检测系统发出的激光，激发太赫兹波，并将所述待检管道内部表面反射的太赫兹信号传送给所述太赫兹检测系统，所述太赫兹检测系统根据所述待检管道内部表面反射的太赫兹信号生成太赫兹光谱信息传输给所述数据处理系统，所述数据处理系统对所述太赫兹光谱信息进行处理，生成太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系，并显示在所述腐蚀程度显示面板上。
[0009]进一步地，在一实施例中，所述太赫兹探测及接收装置包括太赫兹探测器和太赫兹接收器；所述太赫兹探测器用于接收所述太赫兹检测系统发出的激光，激发太赫兹波；所述太赫兹接收器用于接收太赫兹波经过所述待测管道内部表面反射的太赫兹信号。
[0010]进一步地，在一实施例中，所述太赫兹探测器和太赫兹接收器为光纤式，并且同方向固定结合。
[0011 ] 进一步地，在一实施例中，所述光纤内嵌于所述管道爬行器的探头连杆中，通过所述管道爬行器的探头连杆并经过所述管道爬行器内部与所述太赫兹检测系统相连接，实现信号的传送。
[0012]进一步地，在一实施例中，所述太赫兹检测系统包括微型激光器及太赫兹光谱仪；所述微型激光器发射激光，所述激光通过光纤传输到所述太赫兹探测器，激发太赫兹波；所述太赫兹光谱仪通过光纤接收所述太赫兹波经过所述待测管道内部表面反射的太赫兹信号，生成所述太赫兹光谱信息传送给所述数据处理系统。
[0013]进一步地，在一实施例中，所述数据处理系统还用于接收未知管道的太赫兹光谱信息，将其与所述太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系进行比对，生成所述未知管道的腐蚀检测结果。
[0014]进一步地，在一实施例中，所述腐蚀程度显示面板为一液晶显示面板。
[0015]为了达到上述目的，本发明实施例还提供一种管道腐蚀检测仪进行管道腐蚀检测的方法，包括:(I)测量未服役管道的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号作为参考信号，测量已知不同服役时间的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号，作为样品信号；(2)将所述参考信号和样品信号的太赫兹时域光谱信号进行傅里叶变换分别得到参考信号和样品信号的频域谱图，并进一步生成所述已知不同服役时间的管道内壁的反射率；(3)根据所述反射率与服役时间，建立相对应的太赫兹腐蚀程度检测数据库；(4)接收待检管道的太赫兹时域光谱信号，将其与所述太赫兹腐蚀程度检测数据库进行比对，得到所述待检管道的服役时间，生成腐蚀程度评价结果。
[0016]进一步地，在一实施例中，在所述步骤(3)建立了太赫兹腐蚀程度检测数据库后，还包括:对多段已知服役时间的管道内壁进行反射式太赫兹时域光谱检测，验证所述太赫兹腐蚀程度检测数据库的准确性，若不准确，进行校正。
[0017]进一步地，在一实施例中，在所述步骤(I)中，为了提高信噪比，采集多条所述未服役管道的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号以及多条已知不同服役时间的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号，取平均值作为最终的参考信号和样品信号。
[0018]本发明实施例的管道腐蚀程度检测仪及其检测方法，利用太赫兹时域光谱技术测量管道腐蚀程度。该检测仪器结构简单，操作方便，对腐蚀程度的检测精确度高、系统稳定性好，安全可靠、适用范围广，并且具有操作简单，检测快速，数据处理过程简单，重复性好，结果精确度高等优点。因此，本发明为腐蚀程度检测提供了一种新的方法，对利用太赫兹时域光谱技术检测管道腐蚀程度具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例的管道腐蚀检测仪的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例的管道腐蚀检测仪中的管道爬行器探头的结构示意图；
[0022]图3为利用本发明实施例的管道腐蚀检测仪进行管道腐蚀检测的方法流程图；
[0023]图4为本发明利用太赫兹时域光谱技术测得的不同粗糙表面的多点太赫兹检测光谱峰值图；
[0024]图5为本发明利用太赫兹时域光谱技术测得的不同粗糙表面的多点太赫兹检测光谱峰值平均值图；
[0025]图6为本发明利用太赫兹时域光谱技术测得的实际腐蚀铁片的反射率图。
[0026]附图标号:
[0027]2-管道内壁；
[0028]3-太赫兹探测器；
[0029]4-探头连杆；
[0030]5-太赫兹接收器；
[0031]6-太赫兹波。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]图1为本发明实施例的管道腐蚀检测仪的结构示意图。如图所示，本实施例的管道腐蚀检测仪包括管道爬行器101、多个太赫兹探测及接收装置102、太赫兹检测系统103、数据处理系统104及腐蚀程度显示面板105。
[0034]其中，所述管道爬行器101的顶端具有多个探头，所述多个太赫兹探测及接收装置102分别位于所述多个探头上，并通过光纤与所述太赫兹检测系统103相连接，所述太赫兹检测系统103与所述数据处理系统104相连接，所述腐蚀程度显示面板105连接所述数据处理系统104。
[0035]所述管道爬行器101将携带有所述多个太赫兹探测及接收装置102的多个探头运送到待检管道内部，所述太赫兹探测及接收装置102接收所述太赫兹检测系统103发出的激光，激发太赫兹波，并将所述待检管道内部表面反射的太赫兹信号传送给所述太赫兹检测系统103，所述太赫兹检测系统103根据所述待检管道内部表面反射的太赫兹信号生成太赫兹光谱信息传输给所述数据处理系统104，所述数据处理系统104对所述太赫兹光谱信息进行处理，生成太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系，并显示在所述腐蚀程度显示面板105上。
[0036]在本实施例中，所述太赫兹探测及接收装置102包括太赫兹探测器和太赫兹接收器，两者都位于管道爬行器101的探头上。所述太赫兹探测器用于接收所述太赫兹检测系统发出的激光，激发太赫兹波；所述太赫兹接收器用于接收太赫兹波经过所述待测管道内部表面反射的太赫兹信号。并且，所述太赫兹探测器和太赫兹接收器为光纤式探测器和接收器，并且同方向固定结合，从而确定接收到的信号为管道表面信息的太赫兹反射信号。
[0037]图2为本发明实施例的管道腐蚀检测仪中的管道爬行器探头的结构示意图。如图所示，多个探头均布于管道爬行器101的顶端，其数量可为4个、6个、8个或更多。其中，太赫兹探测器3和太赫兹接收器5分别位于爬行器探头上，所述光纤内嵌于所述管道爬行器的探头连杆4中，通过所述管道爬行器101的探头连杆4并经过所述管道爬行器101内部与所述太赫兹检测系统103相连接，实现信号的传送。
[0038]当管道爬行器101将携带太赫兹探测器及接收器的探头运送到目标检测管道内部后，多个探头上的太赫兹探测器及接收器同时对管道内壁进行检测，实现多点同时在线扫描。所述太赫兹探测器3通过光纤接收所述太赫兹检测系统103发出的激光，激发太赫兹波6，太赫兹波打到管道内壁上，管道内壁反射带有管道内壁信息的太赫兹信号6给太赫兹接收器5，太赫兹接收器5将带有管道内壁信息的太赫兹信号6传送给太赫兹检测系统103。
[0039]在本实施例中，所述太赫兹检测系统103包括微型激光器及太赫兹光谱仪。所述微型激光器发射激光，所述激光通过光纤传输到所述太赫兹探测器3，激发太赫兹波；所述太赫兹光谱仪通过光纤接收所述太赫兹波经过所述待测管道内部表面反射的太赫兹信号，生成所述太赫兹光谱信息传送给所述数据处理系统104。其中，太赫兹光谱仪为小型的高度集成的太赫兹时域光谱检测仪，并且为反射式太赫兹光谱仪。
[0040]在本实施例中，所述数据处理系统104还用于接收未知管道的太赫兹光谱信息，将其与所述太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系进行比对，生成所述未知管道的腐蚀检测结果。数据处理系统104包括管道内壁太赫兹反射时域光谱直接处理软件、已建立的数据库及数据分析软件。对已知腐蚀程度的管道进行多点扫描，经过太赫兹反射时域光谱直接处理软件得到多点数据进行处理，建立腐蚀程度与太赫兹光谱信号的腐蚀监测数据库。根据得到的数据库和数据分析软件，对太赫兹光谱信息与腐蚀程度进行转换，将得到的腐蚀程度评价结果直观显示在腐蚀程度显示面板105上。
[0041]在本实施例中，所述腐蚀程度显示面板105可以为液晶显示面板，用于显示腐蚀程度评价结果。
[0042]图3为利用本发明实施例的管道腐蚀检测仪进行管道腐蚀检测的方法流程图。如图所示，本实施例的管道腐蚀检测方法包括:
[0043]步骤S101，测量未服役管道的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号作为参考信号，测量已知不同服役时间的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号，作为样品信号；步骤S102，将所述参考信号和样品信号的太赫兹时域光谱信号进行傅里叶变换分别得到参考信号和样品信号的频域谱图，并将样品信号的频域波形与参考信号的频域波形取比，进一步生成所述已知不同服役时间的管道内壁的反射率；步骤S103，根据所述反射率与服役时间，建立相对应的太赫兹腐蚀程度检测数据库；步骤S104，接收待检管道的太赫兹时域光谱信号，将其与所述太赫兹腐蚀程度检测数据库进行比对，得到所述待检管道的服役时间，生成腐蚀程度评价结果。
[0044]在本实施例中，由于管道服役过程中会由于点蚀、坑蚀、腐蚀产物的附着等造成管道表面平整性的相应变化，即管道表面粗糙度的变化。图4为本发明利用太赫兹时域光谱技术测得的不同粗糙表面的多点太赫兹检测光谱峰值图。对两种加工工艺的已知粗糙度值得标准粗糙度对比样块进行多点(本实施例中每一粗糙度值的样品取6个不同点:dotl、dot2、dot3、dot4、dot5、dot6)检测。由图4中可以看到，当样品表面粗糙度较小时，多点检测的时域峰值结果较为分散；随着表面粗糙度的增大，其多点检测结果逐渐集中。两种不同加工工艺下均检测到相同变化规律，证明这种分散性是正确的，并且只与表面粗糙度有关。根据这一规律，所述的腐蚀检测仪上多个探测器及接收器同时检测得到的太赫兹光谱信号在较小范围内越分散。对图4测得的数据进行处理，得到如图5所示规律:粗糙度越小，平均值越大，这反应在反射率上趋势相同。图6为本发明利用太赫兹时域光谱技术测得的实际腐蚀铁片的反射率图，插图为反射率与反应时间的变化关系。从图中可以看到，铁片反射率随腐蚀时间的增长逐渐变小。根据图5、图6所示数据规律即可建立太赫兹腐蚀程度检测数据库。
[0045]其中，在所述步骤S103建立了太赫兹腐蚀程度检测数据库后，还包括:对多段已知服役时间的管道内壁进行反射式太赫兹时域光谱检测，验证所述太赫兹腐蚀程度检测数据库的准确性，若不准确，进行校正，最终得到精确的数据库。
[0046]其中，在所述步骤SlOl中，为了提高信噪比，采集多条所述未服役管道的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号以及多条已知不同服役时间的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号，取平均值作为最终的参考信号和样品信号。例如，每片样品可以采集3条时域光谱信号，取平均值作为最终的参考信号和样品信号。在本实施例中对两种加工工艺标准粗糙度对比样片进行多点扫描，得到时域峰值测量结果如图4所示。
[0047]本发明实施例的管道腐蚀程度检测仪及其检测方法，利用太赫兹时域光谱技术测量管道腐蚀程度。该检测仪器结构简单，操作方便，对腐蚀程度的检测精确度高、系统稳定性好，安全可靠、适用范围广，并且具有操作简单，检测快速，数据处理过程简单，重复性好，结果精确度高等优点。因此，本发明为腐蚀程度检测提供了一种新的方法，对利用太赫兹时域光谱技术检测管道腐蚀程度具有重要意义。
[0048]本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种管道腐蚀检测仪，其特征在于，包括:管道爬行器、多个太赫兹探测及接收装置、太赫兹检测系统、数据处理系统及腐蚀程度显示面板； 其中，所述管道爬行器的顶端具有多个探头，所述多个太赫兹探测及接收装置分别位于所述多个探头上，并通过光纤与所述太赫兹检测系统相连接，所述太赫兹检测系统与所述数据处理系统相连接，所述腐蚀程度显示面板连接所述数据处理系统； 所述管道爬行器将携带有所述多个太赫兹探测及接收装置的多个探头运送到待检管道内部，所述太赫兹探测及接收装置接收所述太赫兹检测系统发出的激光，激发太赫兹波，并将所述待检管道内部表面反射的太赫兹信号传送给所述太赫兹检测系统，所述太赫兹检测系统根据所述待检管道内部表面反射的太赫兹信号生成太赫兹光谱信息传输给所述数据处理系统，所述数据处理系统对所述太赫兹光谱信息进行处理，生成太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系，并显示在所述腐蚀程度显示面板上。
2.根据权利要求1所述的管道腐蚀检测仪，其特征在于，所述太赫兹探测及接收装置包括太赫兹探测器和太赫兹接收器； 所述太赫兹探测器用于接收所述太赫兹检测系统发出的激光，激发太赫兹波； 所述太赫兹接收器用于接收太赫兹波经过所述待测管道内部表面反射的太赫兹信号。
3.根据权利要求2所述的管道腐蚀检测仪，其特征在于，所述太赫兹探测器和太赫兹接收器为光纤式，并且同方向固定结合。
4.根据权利要求1所述的管道腐蚀检测仪，其特征在于，所述光纤内嵌于所述管道爬行器的探头连杆中，通过所述管道爬行器的探头连杆并经过所述管道爬行器内部与所述太赫兹检测系统相连接，实现信号的传送。
5.根据权利要求1所述的管道腐蚀检测仪，其特征在于，所述太赫兹检测系统包括微型激光器及太赫兹光谱仪； 所述微型激光器发射激光，所述激光通过光纤传输到所述太赫兹探测器，激发太赫兹波； 所述太赫兹光谱仪通过光纤接收所述太赫兹波经过所述待测管道内部表面反射的太赫兹信号，生成所述太赫兹光谱信息传送给所述数据处理系统。
6.根据权利要求1所述的管道腐蚀检测仪，其特征在于，所述数据处理系统还用于接收未知管道的太赫兹光谱信息，将其与所述太赫兹光谱信息与腐蚀程度的对应关系进行比对，生成所述未知管道的腐蚀检测结果。
7.根据权利要求1所述的管道腐蚀检测仪，其特征在于，所述腐蚀程度显示面板为一液晶显示面板。
8.一种利用权利要求1所述的管道腐蚀检测仪进行管道腐蚀检测的方法，其特征在于，所述方法包括: (1)测量未服役管道的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号作为参考信号，测量已知不同服役时间的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号，作为样品信号； (2)将所述参考信号和样品信号的太赫兹时域光谱信号进行傅里叶变换分别得到参考信号和样品信号的频域谱图，并进一步生成所述已知不同服役时间的管道内壁的反射率； (3)根据所述反射率与服役时间，建立相对应的太赫兹腐蚀程度检测数据库； (4)接收待检管道的太赫兹时域光谱信号，将其与所述太赫兹腐蚀程度检测数据库进行比对，得到所述待检管道的服役时间，生成腐蚀程度评价结果。
9.根据权利要求8所述的管道腐蚀检测的方法，其特征在于，在所述步骤(3)建立了太赫兹腐蚀程度检测数据库后，还包括: 对多段已知服役时间的管道内壁进行反射式太赫兹时域光谱检测，验证所述太赫兹腐蚀程度检测数据库的准确性，若不准确，进行校正。
10.根据权利要求8所述的管道腐蚀检测的方法，其特征在于，在所述步骤(I)中，为了提高信噪比，采集多条所述未服役管道的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号以及多条已知不同服役时间的管道内壁的反射式太赫兹时域光谱信号，取平均值作为最终的参考信号和样品信号。
【文档编号】G01N21/3586GK104132906SQ201410372875
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】赵卉, 刘红兰, 邬嫡波, 赵昆, 孙青
申请人:中国石油大学(北京), 中国计量科学研究院