توپک های هوشمند intelligent pigs

توپک هاي هوشمند MFL باسابقه ترين و رايجترين روش ارزيابي خط لوله جهت تشخيص نواحي خوردگي فلز در خطوط لوله نفت و گاز مي‌باشد. اين روش قادر است خوردگي فلز و بسياري از خرابي‌هاي خط لوله را با اطمينان بالايي آشكار سازد.­ گرچه MFL براي تعيين وضعيت هندسي و متالوژيكي خط لوله طراحي نشده است ولي در پاره‌اي از موارد براي نيل به اين منظور نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ارزيابي خط لوله به روش MFL معمولاً به منظور آشكار‌سازي، تعيين محل و تعيين مشخصات كاهش ضخامت (Metal Loss) و ساير خرابي‌‌ها (Anomaly) در خطوط انتقال نفت و گاز صورت مي‌گيرد. خرابي‌هاي خط لوله بسيار متنوع‌اند و همة انواع خرابي‌هاي خط لوله توسط High Resolution MFL قابل شناسايي نيستند. ولي اين توپك قادر است بسياري از خرابي‌هاي مهم و متداول خط لوله را با درصد اطمينان بالايي تشخيص دهد.
مفاهيم بكار رفته در روش MFL بسيار ساده مي‌باشد. امّا كاربرد آنها در ادوات ارزيابي خطوط لوله، تكنولوژي نسبتاً بالايي را طلب مي‌كند. در ادامه به اختصار به توضيح مفهوم روش MFL مي‌پردازيم.يك سيستم مغناطيس كننده كه معمولاً از نوع آهن رباي دائمي بوده و برروي بدنة توپك High Resolution MFL نصب مي‌شود. همواره در طول حركت توپك قسمتي از لوله را كه با آن در تماس است، مغناطيس مي‌كند و باعث عبور شار در آن قسمت از ديوارة لوله مي‌شود. وجود نواحي خراب در ديوارة لوله كه ضخامت كمتري نسبت به قسمتهاي ديگر ديوارة لوله دارند باعث ايجاد يك شار نشتي در اطراف اين قسمتها مي‌گردد. و اين به شرطي روي مي‌دهد كه ميزان شار عبوري از ديوارة لوله در حوالي حد اشباع مغناطيسي لوله باشد‏‏‏، در چنين شرايطي شار از هر دو طرف لوله (در ناحيه خرابي) نشت مي‌كند. سنسورهاي تعبيه شده برروي بدنه توپك كه به ديوارة لوله نزديك هستند دائماً ميزان شار نشتي از ديواره لوله را اندازه‌گيري مي‌كنند و در حوالي نقاط خراب از خط لوله به علت ايجاد شار نشتي بيشتر، خروجي سنسورها مقدار بيشتري را نشان مي‌دهد. خروجي سنسورها توسط يك سيستم نمونه‌برداري و ثبت داده، در حافظة سيستم ثبت مي‌شود و در انتهاي توپك‌راني، داده هاي ثبت شده در حافظة سيستم توسط سخت‌افزار رابط خاص به كامپيوتر وارد مي‌گردند و توسط نرم‌افزار تحليل داده مورد پردازش قرار مي‌گيرند تا عيوب خط لوله از آن استخراج گردد. لازم به ذكر است توپك مجهز به يك سيستم ادومتر است كه وظيفة فاصله‌يابي را در طول توپك‌راني برعهده دارد. ادومتر متشكل از يك يا چند چرخ و بازو است كه با ديوارة داخلي خط لوله در ارتباط است و با حركت توپك در داخل لوله، چرخ متصل به سر بازو مي‌چرخد و تعداد دور چرخش آن توسط سيستم ثبت داده، در حافظه ثبت مي‌گردد و از روي اين مقادير، فاصلة پيموده شده توسط توپك محاسبه مي‌گردد.تشخيص نوع خرابي از روي نحوة نشت شار در اطراف محل خرابي توسط سيستم تحليل داده، تشخيص داده مي‌شود و بسياري از انواع خرابي‌هاي متداول خط لوله بدين طريق قابل شناسايي مي‌باشند.  
  بخش سنسور و ابزار دقيق:
اين بخش كه در واقع قلب توپك MFL+  به شمار مي‌رود يكي از اصلي‌ترين بخش‌هاي توپك MFL+  است اين بخش شامل سنسور هاي مختلف مي‌شود كه هر يك از آنها وظيفه مشخص و جداگانه‌اي دارند . دسته اول از اين سنسورها عبارتند از :

الف) سنسور هاي نشست شار مغناطيسي (MFL  ):
 وظيفه اين سنسورها، تشخيص نشت شار مغناطسي ايجاد شده در خط لوله است كه در واقع مهمترين عامل كشف و آشكار سازي خرابي‌هاي خط لوله مي‌باشد و از اين لحاظ دقت و نوع اين سنسورها بر عملكرد كلي توپك بسيار تأثير دارد . اين سنسورها در فاصله بين دو قطب مگنت قرار مي‌گيرند و دائماً با ديواره داخلي لوله در تماسند.
در طي حركت توپك اگر هر گونه نقص و خرابي يا خوردگي در ديواره لوله موجود باشد، طبق پديده هال (Hall effect) شار مغناطيسي ايجاد شده در بدنه لوله نشت خواهد كرد و ميزان اين نشت توسط سنسورهاي نشت شار اندازه‌گيري مي‌شود.

ب )سنسورهاي ادومتر :
دومين دسته از سنسورهاي مورد استفاده در توپك MFL+  ، سنسورهاي ادومتر مي‌باشند. همانطور كه قبلاً ذكر شد سيستم ادومتر به منظور تشخيص مسافت طي شده توسط توپك بكار مي‌رود. سنسورهاي مورد استفاده در اين قسمت در واقع سوئيچ هستند و عملكرد سوئيچي دارند و از اين لحاظ با سنسورهاي قبلي فرق دارند . در بخش بعد در مورد نوع و مشخصات سنسورهاي فوق بيشتر صحبت خواهيم كرد.

پ )سنسورهاي اندازه‌گيري دما ، فشار و شتاب :
سوّمين دسته از سنسورها، سنسورهاي اندازه‌گيري دما ، فشار و شتاب هستند. وجود اين سنسورها در توپك MFL+  به دليل آگاهي از شرايط داخلي توپك MFL+  از قبيل دما، فشار و شتاب وارد بر قسمت‌هاي مختلف مي‌باشد. اطلاع از اين پارامترها ما را در تحليل ديناميكي رفتار توپك و  آگاهي از شرايط مدارات الكترونيكي داخل توپك، ياري مي‌دهد.

 بخش جمع آوري و ذخيره سازي داده :
اين بخش شامل سخت افزار مورد نياز براي جمع‌آوري داده از كليه سنسورها و ذخيره‌ سازي‌ داده‌ها درحافظه است به نحوي كه بتوان در پايان عمليات توپكراني توسط يك سيستم انتقال داده(Data Logger)، داده‌ها را از حافظه توپك به كامپيوتر انتقال داد. اين بخش به چهار قسمت عمده و مهم به شرح زير تقسيم مي‌شود :
 بخش فيلترها و مبدل‌هاي سگينال
بخش سخت‌افزار جمع‌اوري داده
بخش ذخيره داده و حافظه

 4. سخت‌افزار انتقال داده
 در بخش فيلتر و مبدل‌هاي سيگنال، سخت‌افزار لازم براي فيلتر كردن انواع نويزها و تغيير سطوح سيگنال دريافتي از سنسورها طراحي مي‌‌گردد . همچنين سيگنال دريافتي از سنسورها براي وارد شدن به بخش جمع آوري داده و تبديل به داده ديجيتال آماده مي‌گردد .در بخش سخت‌افزار جمع‌اوري داده، كليه سخت‌افزار لازم براي ديجيتال سازي و نمونه برداري از سنسورها، طراحي و پياده‌سازي مي‌گردد. اين بخش علاوه بر سخت‌افزار شامل نرم‌افزارهاي خاصي است كه بر روي كليه ميکروكنترلرها و ميكروپروسسورهاي سيستم پياده سازي مي‌‌گردد.بخش حافظه  شامل مجموعه بلوك‌هاي حافظه است كه وظيفه نگهداري و ثبت داده را بر عهده دارند.بخش انتقال داده نيز شامل سخت‌افزاري است كه در پايان عمليات توپك راني براي انتقال داده‌هاي ذخيره شده در حافظه توپك به كامپيوتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد

بخش پردازش داده و تشخيص الگو
اين بخش بيشتر شامل عمليات نرم‌افزاري مي‌شود و سخت‌افزار قابل ملاحظه‌اي درتوپك MFL نخواهد داشت ولي در نتيجه كار و عملكرد كلي توپك بسيار تأثيرگذار خواهد بود. از آنجا كه قرار است توپك MFL+  پس از طي خط لوله خرابيها، خوردگيها و به طور كلي عيوب خط لوله را همراه با اطلاعاتي از قبيل عمق، طول و عرض خرابيها و همچنين مكان خرابي گزارش نمايد، لذا مي‌بايست فرآيند تشخيص ويژگيهاي عيوب توسط يك نرم آفزار تشخيص الگو انجام گيرد و براي اين منظور لازم است يك سري داده نمونه جهت تهيه بانك داده اوليه تهيه و در اختيار بخش تشخيص الگو قرار گيرد