一種檢測超埋深管道的外壁防腐層的破損點的裝置和方法與流程

本發明屬于地下管道探測技術領域，具體涉及一種用于檢測超埋深管道的外壁防腐層的破損點的裝置和方法。

背景技術：

隨著我國石油化工業的迅速發展及城市公用設施建設速度的提高，地下金屬管道建設也在飛速的發展。但同時，地下金屬管道也經常受到各種有害物質的腐蝕，管線的腐蝕給人類和社會環境帶來巨大的經濟損失和社會安全帶來的問題日益突出。因此，用來輸送各用介質的鋼管均需要進行保護，避免土壤內各種腐蝕因素、化合物離子、細菌、有利于電路通過管道的各種條件或者雜散電流等的腐蝕。在實際應用中，鋼質管道外加防腐層保護是最常用的方法。保護管道外壁免遭土壤介質的電化學腐蝕，細菌腐蝕的目的。埋地管道防腐層由于諸多因素引起劣化，出現老化、發脆、剝離、脫落、最終導致金屬管道腐蝕穿孔，引起泄漏。防腐層劣化也同樣影響陰極保護效能，因為防腐層劣化后，金屬管道與大地不絕緣，保護電流散失，保護距離就會縮短，致使得不到保護的管線受腐蝕。因此，對地下管道防腐層狀況定期評估，并有計劃的進行檢漏和補漏是預防和避免因防腐層劣化而引發管線腐蝕的重要手段，近年來，在常規埋深管道防腐層檢測領域，國內外使用較多的方法就是人體電容法、ACVG、DCVG等方法，取得了較好的效果。但是隨著非開挖定向鉆技術的飛速發展，目前采用定向鉆施工的地下管線越來越多，而且埋深也越來越深，穿越河流、高速公路的管線現在有的埋深已經達到甚至超過30米，這么深的管道外防腐層檢測以上方法檢測效果均不理想。

在超埋深管道防腐層檢測領域，現有的防腐層破損點檢測均采用檢測兩探極間的電位差法，也就是通過信號強度的大小來識別防腐層破損點。如果增加兩探極間距離，電位差值會增加，但是容易受到地表環境因素影響，增加兩探極距離后電位差增加了，但是如果兩個檢測點地表土壤干濕度差異、土壤中介質差異等環境條件的存在，信號大不一定就有防腐層破損點，也可能是環境條件引起的，容易造成防腐層破損點誤判。

因此，需要一種檢測地下管道的外壁防腐層破損點的更精確方便的方法和裝置。

技術實現要素：

本發明的一個目的是提供一種檢測超埋深管道的外壁防腐層的破損點的裝置。

本發明的另一個目的是提供一種檢測超埋深管道的外壁防腐層的破損點的方法。

在一個方面，本發明提供的檢測超埋深管道的外壁防腐層的破損點的裝置包括發射器，其電連接至所述地下管道；兩根探極，每一根探極具有長形的、中空的主體，所述主體的一端具有探針且另一端具有握柄，所述握柄上設置有連接器，所述探針通過設置在所述主體內的導線與所述連接器電連接；檢測儀，包括電源單元、輸入保護單元、增益調節單元、放大處理單元、降噪濾波單元、單片機處理單元以及顯示單元；其中所述輸入保護單元的輸入端與所述探極的所述連接器電連接，所述輸入保護單元的輸出端、所述增益調節單元、所述放大處理單元、所述降噪濾波單元、所述單片機處理單元、所述顯示單元依次電連接。

在本發明中，術語“超埋深管道”通常指埋藏在地面下10-40米左右的管道且管道外壁被涂覆一層防腐層。

在本發明中，發射器用于向待測管道同時施加一組高頻率和兩組呈倍頻關系的低頻率的混合頻率交流信號，可以采用本領域常用的多種發射器。

在本發明中，高頻率通常指不小于128Hz的頻率，如128Hz、512Hz、1024Hz等，施加的一組高頻率通常用于確定靜態信號來確定合適的檢測區間等。

在本發明中，施加的兩組呈倍頻關系的低頻率用于基于相位比較電路來確定電流方向。在本發明中，通常高頻率是低頻率的10-300倍。在本發明中，示例性的兩組呈倍頻關系的低頻率可以是4Hz+8Hz、3Hz+6Hz、5Hz+10Hz等。

施加的高頻率和低頻率的大小可以根據現場條件進行選擇。

可選擇地，施加的頻率信號可以是正弦波、方波、鋸齒波等波形信號。

施加的頻率大小與檢測結果關系不大，只是不同的現場地理環境，信號施加的難易程度不同，信號傳輸距離也不同。

在本發明中，檢測儀用于檢測兩根探針之間的電位差值，由dB值來表示。

靜態信號通常指電位差值小于50mV。

可選地，探針是針狀的。

可選地，探針是金屬探針。

可選地，主體的所述另一端具有螺紋，從而與所述握柄螺紋連接。可選地，主體與探針集成為一體。

可選地，電源單元為本發明的裝置中的其他各單元提供電力；輸入保護單元用于對所采集到的電流信號進行限壓保護；所述增益調節單元用于對限壓保護后的電流信號進行增益調節；所述放大處理單元用于對增益調節后的電流信號進行放大處理；所述降噪濾波單元用于對放大后的信號進行降噪及濾波處理。

可選地，單片機處理單元基于相位比較電路。

可選地，顯示單元包括電流方向指示顯示單元和信號大小顯示單元。可選地，兩個單元為液晶顯示器或發光二極管。

可選地，顯示單位為單個單元，同時能夠顯示電流方向和信號大小。

在另一方面，本發明提供的使用上述裝置檢測超埋深管道的外壁防腐層的破損點的方法包括下述步驟：

步驟a：向所述管道同時施加三組信號，一組為高頻信號，另兩組為呈倍頻關系的低頻信號；

步驟b：將兩根探極連接到所述檢測儀并插入到所述管道的上方的土壤中，測量沿著所述管道的縱向方向的兩根探極之間的電位差值；

步驟c：基于施加的高頻信號調節兩根探極之間的距離來確定靜態信號，設定達到靜態信號時的兩根探極之間的距離為檢測區間；

步驟d：將兩組呈倍頻關系的低頻信號經放大、濾波后，將其中更低頻率的信號進行倍頻放大得到兩個頻率相同的信號，輸入到相位比較電路中識別各自信號的相位并進行比較，如果兩個信號相位相同，則表明電流方向向前；如果兩個信號的相位相差180°，則表明電流方向向后；

步驟e：基于檢測到的所述電流方向和所述電位差值，以所述檢測區間為步距沿著所述管道的縱向方向移動所述兩根探針，直至檢測到所述破損點。

可選地，在所述步驟d中，當所述電流方向向前時表明所述破損點在所述檢測區間的前方；當所述電流方向向后時表明所述破損點在所述檢測區間的后方。

可選地，在所述步驟e中，當所述檢測區間內不存在所述破損點時，所述電位差值基本上保持在所述靜態信號；當所述電位差值增大時表明所述檢測區間在接近所述破損點；當所述電位差值增大后又減小到接近零時，則所述檢測區間的中間位置是所述破損點。

本發明的裝置的工作和使用原理簡述如下：

單片機處理單元基于相位比較電路，即發射器施加兩組呈倍頻關系(例如4Hz和8Hz；3Hz和6Hz)的頻率信號；兩組信號經放大、濾波后，將其中更低頻率的信號(如4Hz)進行倍頻放大得到兩個頻率相同(如均為8Hz)的信號，輸入到相位比較電路識別各自信號的相位并進行比較，如果兩個信號相位相同，則顯示器向前指示；如果兩個信號的相位相差180°，則顯示器向后指示。

使用時，發射器施加一組高頻率和兩組低頻率的混合頻率的交流信號，兩根探極插入到土壤中采集信號，信號經過輸入保護單元進行限壓保護后，經增益調節、放大后，進行降噪及濾波處理，通過單片機處理單元處理后，信號的電平強度和電流方向，即電位差值和防腐層破損點的方向在顯示器中以箭頭和dB值顯示出來。

“前向”箭頭這表明防腐層破損點在檢測區間的前方；“后向”箭頭表明防腐層破損點在檢測區間的后方，由此可以確定防腐層破損點的方向。

電平強度反映了檢測區間距離防腐層破損點的遠近程度，檢測區間距離防腐層破損點越近，電平強度越高，反之，檢測區間距離防腐層破損點越遠，電平強度越低。在防腐層破損點兩側，電流方向正好相反，因此可以實現防腐層破損點的精確定位。

與現有技術比較，本發明的基于兩個探極之間的電流方向來識別防腐層破損點的優點在于：

1、所使用的裝置和操作方法簡單、抗干擾能力強、靈敏度和精度高，幾乎不受地表環境和土壤的干濕度的影響。

2、快速、精確地確定防腐層破損點的位置。

3、所使用的測量方法及裝置，除有效適用于超埋深管道防腐層破損點的檢測，也適用于常規埋深管道，適用范圍更廣。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

圖1是本發明的測試示意圖；

圖2是本發明裝置的探極結構示意圖；

圖3是本發明檢測儀的電原理方框圖。

圖1-3中，1為目標管道、2為防腐層破損點、3為探極、4為連接電纜、5為檢測儀；3-1為探針、3-2為主體、3-3為導線、3-4為握柄、3-5為連接器；5-1為電源單元、5-2輸入保護單元、5-3增益調節單元、5-4放大處理單元、5-5降噪濾波單元、5-6單片機處理單元，5-7電流方向指示顯示單元，5-8為信號大小顯示單元。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本申請具體實施例及相應的附圖對本申請技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域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，都屬于本申請保護的范圍。

下面參考附圖1-3來示例性地描述使用本發明的裝置檢測管道外壁腐蝕破損點的方法。

先利用埋地管道的測試樁上從管道管體引出的電纜線端子，連接發射器，給目標管道同時施加一組高頻率(如512Hz)和兩組低頻率(如4Hz+8Hz)兩組交流電信號。

兩根探極單獨使用，沿管道方向間隔一定距離插入到管道上方的土壤中并連接到檢測儀。利用施加的高頻率信號，調節兩根探極的間距確認靜態信號大小。當靜態信號穩定后，以此時兩根探極間的距離為步距沿管道縱向檢測。

施加的低頻率(4Hz+8Hz)的正弦波信號經放大、濾波后，將更低頻率的信號(如4Hz)進行倍頻放大得到兩個頻率相同(如均為8Hz)的信號，輸入到相位比較電路識別各自信號的相位并進行比較，如果兩個正弦波信號相位相同，則顯示單元中顯示管道中的電流為向前，由箭頭表示；如果兩個正弦波信號的相位相差180°，則顯示單元中顯示管道中的電流為向后，由箭頭表示。檢測儀的顯示單元中還顯示兩根探極間的電位差值，單位為dB。

當箭頭沿管道縱向指向前方時，說明防腐層破損點在檢測區間的前方，當箭頭沿管道縱向指向后方時，說明防腐層破損點在檢測區間的后方。

在管道防腐層沒有破損點的位置，兩探極間的電位差值，基本上保持靜態信號大小不變，當檢測到的兩探極間的電位差值增大時，說明檢測區間與防腐層破損點的距離在減小，即檢測區間正在接近防腐層破損點。

當檢測到的兩極間的電位差值增大后又減小到接近零時，說明檢測區間與防腐層破損點重合，即檢測區間的中間點就是防腐層破損點的位置。

從電位差值最小點繼續向前檢測，電位差值變大檢測一段距離后又回落到接近靜態信號。直到再次檢測到防腐層破損點時，兩根探極間的電位差值又增大。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的權利要求范圍之內。