BE1031841B1

BE1031841B1 - Bestimmung einer Integrität einer Rohrleitungswand

Info

Publication number: BE1031841B1
Application number: BE20235625A
Authority: BE
Inventors: Nourreddine Bouaoua
Original assignee: Rosenxt Holding Ag
Priority date: 2023-07-28
Filing date: 2023-07-28
Publication date: 2025-02-26
Also published as: AU2024317056A1; BE1031841A1; WO2025026848A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein akustisches Messwandlersystem (1) zur Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand (4) aus Karbonstahl, rostfreiem Stahl, Gusseisen oder Zement, aufweisend: zumindest zwei Messwandler (3), die jeweils konfiguriert sind, eine akustische Welle in Richtung der Rohrleitungswand (4) zu emittieren und eine von der Rohrleitungswand (4) erzeugte akustische Echo-Longitudinalwelle und eine von der Rohrleitungswand (4) erzeugte akustische Echo-Scherwelle zu detektieren; und eine jeweils mit den Messwandlern (3) signaltechnisch verbundene Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand (4) anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle zu bestimmen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren eines akustischen Messwandlersystems (1).

Description

Bestimmung einer Integrität einer Rohrleitungswand

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein akustisches Messwandlersystem zur Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand aus Kohlenstoffstahl, rostfreiem Stahl,

Gusseisen oder Zement.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand aus Kohlenstoffstahl, rostfreiem Stahl, Gusseisen oder Zement.

Hintergrund der Erfindung

Bislang bekannt sind Verfahren zur Inspektion, welche bei Öl- oder Gasrohrleitungen eingesetzt werden oder Verfahren zur Inspektion, die bei Wasserrohrleitungen eingesetzt werden. Öl- oder Gasrohrleitungen bestehen aus Karbonstahl oder rostfreiem Stahl.

Wasserrohrleitungen bestehen aus Gusseisen oder Zement. In Öl- oder Gasrohrleitungen tritt bei Ultraschall gestützten Inspektionsverfahren an einer Fehlstelle eine geringe

Schwächung des Signals auf im Vergleich zu einer Signalschwächung, welche an einer

Fehlstelle in einer Wasserrohrleitung erzeugt wird. Die Fehlstellen haben zudem unterschiedliche Eigenschaften in Öl-/Gasleitungen verglichen mit den Fehlstellen in

Wasserrohrleitungen. Bei Fehlstellen in einer Öl- oder Gasrohrleitung tritt zumeist keine

Materialveränderung auf. Dem hingegen tritt bei Fehlstellen in Gusseisen oder

Zementrohrleitungen zumeist auch eine Materialveränderung auf.

Beschreibung der Erfindung

Es ist vorliegend eine Aufgabe, verbessert gegenüber bekannten Verfahren die Integrität einer Rohrleitung bestimmen zu können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Fehlstellen an Rohrleitungen zu erkennen, welche aus einerseits

Karbonstahl oder rostfreiem Stahl bestehen können oder welche andererseits aus

Gusseisen oder Zement bestehen können. In anderen Worten, es soll bei beiden Arten von Rohrleitungen möglich sein, durch dasselbe System/Verfahren Fehlstellen zu bestimmen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Sofern technisch möglich, können die Lehren der Unteransprüche beliebig mit den Lehren der

Haupt- und Unteransprüche kombiniert werden.

Insbesondere wird die Aufgabe demnach gelöst durch ein akustisches

Messwandlersystem zur Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand aus

Karbonstahl, rostfreiem Stahl, Gusseisen oder Zement. Das Messwandlersystem weist auf: - zumindest einem Messwandler, der konfiguriert ist, eine akustische Welle in

Richtung der Rohrleitungswand zu emittieren und eine von der Rohrleitungswand erzeugte akustische Echo-Longitudinalwelle und eine von der Rohrleitungswand erzeugte akustische Echo-Scherwelle zu detektieren; und - eine mit dem Messwandler signaltechnisch verbundene Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand anhand einer auftretenden

Anderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen

Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-

Scherwelle zu bestimmen.

Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren, insbesondere eines akustischen Messwandlersystems, zur Bestimmung von einer

Integrität einer Rohrleitungswand aus Karbonstahl, rostfreiem Stahl, Gusseisen oder

Zement. Das Verfahren weist auf an Verfahrensschritten: - Emittieren, mittels zumindest eines Messwandlers, einer akustischen Welle in

Richtung der Rohrleitungswand und

- Detektieren, mittels des zumindest einen Messwandlers, einer von der

Rohrleitungswand erzeugten akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer von der Rohrleitungswand erzeugten akustischen Echo-Scherwelle; und - Bestimmen, mittels einer mit dem Messwandler signaltechnisch verbundenen

Steuereinheit, der Integrität der Rohrleitungswand anhand einer auftretenden

Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen

Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-

Scherwelle.

Esist bevorzugt, dass die Reihenfolge von Verfahrensschritten, soweit nicht technisch in einer expliziten Reihenfolge erforderlich, variiert werden kann. Besonders bevorzugt ist jedoch die vorgenannte Reihenfolge der Verfahrensschritte.

Nachfolgend werden vorteilige Aspekte der beanspruchten Erfindung erläutert und weiter nachfolgend bevorzugte modifizierte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Erläuterungen, insbesondere zu Vorteilen und Definitionen von Merkmalen, sind dem

Grunde nach beschreibende und bevorzugte, jedoch nicht limitierende Beispiele. Sofern eine Erläuterung limitierend ist, wird dies ausdrücklich erwähnt.

Die nachfolgend beschriebenen modifizierten Ausführungsformen können

Ausführungsformen des Messwandlersystems und Ausführungsformen mit entsprechenden Verfahrensmerkmale des computerimplementierten Verfahrens sein.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Erfindung eine Erkennung von Graphitisierung in

Gussrohrleitungen und eine Erkennung von Auslaugung in Zementrohrleitungen möglich ist. Gleichzeitig können Fehlstellen in Rohrleitungen aus Karbonstahl oder rostfreiem

Stahl erkannt werden. Dies ist besonders weil z.B. die Fehlstellen unterschiedliche

Eigenschaften haben. Bei Öl-/Gaspipelines ist Korrosion gleichbedeutend mit

Materialverlust. Bei Korrosion ändern sich keine Materialeigenschaften. Ebenso erfolgt keine Änderung der Materialdichte, Schallgeschwindigkeit, oder Dämpfung. Eine geringe Materialabschwächung der Ultraschallwellen macht die Messung der Wanddicke möglich. Der Nachweis von Korrosion kann durch eine Ultraschall-Wandstärkemessung erfolgen. Hierbei ist die Schallgeschwindigkeit konstant. Bei Wasserrohrleitungen ist

Korrosion nicht gleichbedeutend mit Materialverlust. Die Materialeigenschaften ändern sich bei Korrosion. Insbesondere erfolgt eine Änderung der Materialdichte. Es ändert sich hierdurch die Schallgeschwindigkeit und es erfolgt eine Abschwächung des

Ultraschallsignals.

Insbesondere eine hohe materialbedingte Absorption und Diffusion von

Ultraschallwellen macht eine Wanddickenmessung schwierig. In anderen Worten, der

Nachweis von Korrosion mit Ultraschall ist schwierig aufgrund einer Variation der

Schallgeschwindigkeit und keiner Variation oder einer Variation der Wanddicke.

Die Erkennung einer Fehlstelle mit einem Messwandler erfolgt beispielsweise unter

Anwendung eines Puls-Echo-Verfahrens (PE-Verfahren oder PE-Modus). Hierbei empfängt derselbe Messwandler von einer Rohrleitungswand reflektierte Ultraschall-

Echos, welcher zuvor Ultraschall in Richtung der Rohrleitungswand emittiert hat. In anderen Worten, für die Bestimmung der Integrität der Rohrleitungswand anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-

Scherwelle ist die Verwendung eines einzigen Messwandlers zum Emittieren und

Detektieren ausreichend. Bei dem System sind gemäß einer modifizierten, und bevorzugten, Ausführungsform zumindest zwei Messwandler an dem Messverfahren beteiligt. Das Verfahren ist mit einem Messwandler möglich. In einer

Minimalkonfiguration der modifizierten und bevorzugten Ausführungsform sollten beide

Messwandler betrieben werden, um Ultraschall in Richtung der Rohrleitungswand zu emittieren und jeweils ein Ultraschall-Echo zu detektieren.

Eine Steuereinheit ist mit dem zumindest einen, bei der modifizierten Ausführungsform mit den zumindest beiden Messwandlern verbunden. Bevorzugt ist die Steuereinheit mit jedem der am Messverfahren beteiligten Messwandler verbunden. Die Steuereinheit verarbeitet die Messsignale, welche den Ultraschall-Echos entsprechen. Die Steuereinheit vergleicht die jeweiligen akustischen Echo-Longitudinalwellen und die akustischen

Echo-Scherwellen. Die Steuereinheit setzt die Geschwindigkeiten von Echo-

Longitudinalwelle und Echo-Scherwelle in ein Verhältnis. Dieses Verhältnis bildet sie für jeden Messwandler, der am Messverfahren beteiligt ist und welcher ein Ultraschall-

Echo empfängt. Tritt eine Änderung dieses Geschwindigkeitsverhältnisses auf, kann basierend hierauf die Steuereinheit die Integrität der Rohrleitung bestimmen. Minimal lässt sich die Integrität der Rohrleitungswand unter Verwendung lediglich eines

Messwandlers bestimmen, anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses 5 zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer

Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle.

Bei lediglicher Anwendung des Pitch-Catch-Modus (PC-Verfahren oder PC-Modus) müssten zumindest drei Messwandler am Messverfahren beteiligt sein. Beispielsweise kann ein erster Messwandler Ultraschall in Richtung der Rohrleitungswand emittieren und die beiden anderen Messwandler können Ultraschallechos detektieren.

Es ist auch möglich, dass der PE-Modus und der PC-Modus kombiniert werden. In diesem Fall können minimal zwei Messwandler verwendet werden, wobei einer der beiden Messwandler Ultraschall emittiert und empfängt und der andere der beiden

Messwandler nur empfängt.

Weiterhin ist es möglich, Rohrleitungsmaterialtyp und -qualität zu identifizieren, sowie

Schweißart und -grad, und harte Flecken. Die Erfindung ist bei einer Ultraschall Inline-

Inspektion (ILI)-Inspektion anwendbar, und zwar für Niederfrequenz-Ultraschall und für

Hochfrequenz-Ultraschall.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Messwandler/den Messwandlern um normale

Messwandler. In anderen Worten, die normalen Messwandler sind Normal-Prüfköpfe.

Ein Normal-Prüfkopf ist ein Prüfkopf, der Ultraschall in Form von Longitudinalwellen senkrecht zu der Oberfläche der Rohrleitung in Richtung der Rohrleitung emittiert.

Besonders bevorzugt sind die Messwandler als ein normales Strahlsensor-Array angeordnet. Eine Ultraschall-Austrittsfläche/Eintrittsfläche der Messwandler kann kreisförmig ausgestaltet sein. Die Austrittsfläche kann plan sein oder eine konkave oder konvexe Wölbung aufweisen. Auch können die Messwandler ringförmig ausgestaltet sein.

Es kann Kombinationen von Messwandlern, beispielsweise in Form von gemeinsam in einen Trägerkörper einbaubaren Baueinheiten, geben, bei denen ein erster Messwandler kreisförmig ausgestaltet ist und ein zweiter Messwandler den ersten, kreisförmigen

Messwandler ringförmig umschließt. Es ist auch denkbar, dass mehrere Messwandler einander ringförmig umschlieBen. Es ist auch denkbar, dass mehrere Baueinheiten aus kreisförmigen und ringförmigen Messwandlern in einem oder mehreren Kreisen um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet sind.

Der Trägerkörper kann Ausrichtungsmittel aufweisen, um sich bezüglich der Rohrleitung derart auszurichten, dass eine Gerade, verlaufend durch einen länglichen Bereich maximaler Intensität des von der Messwandler-Austrittsfläche emittierten

Ultraschallstrahls, d. h. des Ultraschallstrahlkegels, parallel zu einer Flächennormalen einer zu einem Rohrinneren gerichteten Innenoberfläche der Rohrleitungswand ist.

Maximal haben die Gerade und die Flächennormale der Rohrleitungswand jedoch eine

Abweichung von 5 Grad zueinander in ihrer Ausrichtung.

Alternativ oder zusätzlich zu Ausrichtungsmitteln des Trägerkörpers kann der, oder jeder der, Messwandler entsprechend am Trägerkörper ausrichtbar sein. Alternativ oder zusätzlich sind Messwandler in Gruppen bezüglich des Trägerkörpers ausrichtbar. Dies kann beispielsweise durch den Messwandlerträger realisierbar sein. Demnach weist entweder der Messwandlerträger/jeder der Messwandlerträger und/oder der Trägerkörper

Ausrichtungsmittel auf, die geeignet sind, den/die Messwandler, welche Ultraschall in

Richtung der Rohrleitungswand emittieren, bezüglich der Rohrleitungswand auszurichten.

Im vorliegenden Kontext wird sich oftmals auf eine Rohrleitung bezogen. Es kann sich allgemein um ein beliebiges Werkstück handeln, welches aus Karbonstahl, rostfreiem

Stahl, Gusseisen oder Zement besteht.

Bevorzugt handelt es sich um das Ultraschallecho/die Ultraschallechos, die detektiert werden, jeweils um normale Ultraschallimpulsechos. Ein solches Ultraschallimpulsecho ist dasjenige Ultraschallecho, welches bezüglich einer Normalen einer Oberfläche der

Rohrleitung parallel oder mit einer maximalen Abweichung von fünf Grad bezüglich der

Normalen von einem Messwandler detektiert wird. Ein Ultraschallimpulsecho ist ein gepulstes Echo. Das Echo wird durch gepulsten Ultraschall erzeugt. Das

Ultraschallimpulsecho kann auch ein gechirptes Signal sein.

Bevorzugt sind die Messwandler des Systems konfiguriert und angeordnet, um eine

Phased-Array-Prüfung an der Rohrleitung vornehmen zu können. Die Kombination aus mechanischer Abtastung und elektronischer Strahlsteuerung bei der Phased-Array-

Prüfung erhöht die Fehlererkennung, da die Beschallung aus verschiedenen

Einfallswinkeln erfolgt. Sampling Phased Array führt die Datenerfassung durch

Anregung zylindrischer oder sphärischer Wellen durch, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit bei gleichzeitiger Abdeckung eines großen Bereichs in der Rohrleitung, welcher untersucht wird, kann bei der Abtastung von

Phased Array mit einer einzigen Beschallung (Single Shot) erreicht werden. Die zurückkehrenden Ultraschallechosignale aus einer einzigen Beschallung eines

Messwandlers werden von jedem einzelnen Messwandler erfasst. Die empfangenen

Signale werden dann insbesondere zur Rekonstruktion von A-Scans für einen oder mehrere beliebige Winkel und/oder Fokustiefen verwendet.

Bevorzugt wird eine niedrigere Frequenz für den Ultraschall in einem Bereich von einschließlich 100 KHz bis einschließlich 2000 KHz verwendet. Insbesondere wird

Ultraschall mit einer Zentralfrequenz im Bereich von 300 KHz bis 1200 KHz verwendet.

Bei diesem Frequenzbereich handelt es sich um einen niedrigeren

Ultraschallfrequenzbereich für Messwandler (engl.: „low-frequency ultrasound transducer“, LFUT). Der bevorzugte Frequenzbereich eignet sich besonders zur

Erkennung von Graphitisierung in Wasserleitungen aus Gusseisen oder Auslaugungen in

Zementleitungen von innen mit einem ILI-Tool. Im Vergleich zu Messwandlern mit höherer akustischer Frequenz (engl.: „high frequency ultrasound transducers“, HFUT) hat LFUT den Vorteil einer geringeren Dämpfung und der Fähigkeit zur Durchdringung aufgrund der seiner hohen Wellenlänge.

Insbesondere bei einer Verwendung geeigneter Einstellungen für den/die Messwandler in

PE-Modus und PC-Modus können Informationen über den Abstand, die Wanddicke, die

Korrosionsfläche und die Veränderung der Materialeigenschaften der Rohrleitungen bestimmen. Das gleiche Prinzip könnte auch für die Erkennung von Defekten in ölführenden Rohrleitungen, insbesondere Ölpipelines, verwendet werden, bei denen sich

Ablagerungen oder Zunder an der Innenwand der Pipeline abgelagert haben.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist ein akustisches Messwandlersystem zur

Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand aus Karbonstahl, rostfreiem

Stahl, Gusseisen oder Zement vorgesehen. Das Messwandlersystem weist auf: - zumindest zwei Messwandler, die jeweils konfiguriert sind, eine akustische Welle in Richtung der Rohrleitungswand zu emittieren und eine von der

Rohrleitungswand erzeugte akustische Echo-Longitudinalwelle und eine von der

Rohrleitungswand erzeugte akustische Echo-Scherwelle zu detektieren; und - eine mit den jeweiligen Messwandlern signaltechnisch verbundene Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand anhand einer auftretenden

Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen

Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-

Scherwelle zu bestimmen.

Weiter ist gemäß einer modifizierten Ausführungsform ein computerimplementiertes

Verfahren vorgesehen, insbesondere eines akustischen Messwandlersystems, zur

Stahl, Gusseisen oder Zement. Das Verfahren weist auf an Verfahrensschritten: - Emittieren, mittels zumindest eines von zumindest zwei Messwandlern, einer akustischen Welle in Richtung der Rohrleitungswand und - Detektieren, mittels der zumindest zwei Messwandler, einer von der

Rohrleitungswand erzeugten akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer von der Rohrleitungswand erzeugten akustischen Echo-Scherwelle; und - Bestimmen, mittels einer jeweils mit den Messwandlern signaltechnisch verbundenen Steuereinheit, der Integrität der Rohrleitungswand anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen

Echo-Scherwelle.

Die beiden zuvor beschriebenen modifizierten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass eine mit mehreren Messwandlern erzeugte Amplitude der Scherwellenmode gegenüber einer mit einem einzigen Messwandler erzeugten Amplitude der

Scherwellenmode vergrößert wird. In anderen Worten, bei einer Verwendung von zumindest zwei Messwandlern kann eine größere Amplitude der Scherwellenmode erzeugt werden und somit ein Schallgeschwindigkeitsverhältnis besser bewertet werden.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, von einem normalen Ultraschallimpulsecho die akustische Echo-

Longitudinalwelle und die akustische Echo-Scherwelle jeweils in Moden umzuwandeln, und aus den Moden der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der akustischen Echo-

Scherwelle die Änderung des Verhältnisses zu bestimmen.

Aus den Moden wird wiederum die jeweilige Geschwindigkeit für Echo-

Longitudinalwelle und Echo-Scherwelle bestimmt. In anderen Worten, die Steuereinheit ist konfiguriert, von dem normalen Ultraschallimpulsecho die akustische Echo-

Scherwelle die Änderung des Verhältnisses zu bestimmen.

Eine Umwandlung in eine Mode bedeutet, dass das Messsignal, umfassend die Echo-

Longitudinalwelle und die Echo-Scherwelle, als ein Kurvenverlauf dargestellt wird. Das

Messsignal wird hierbei als ein zeitlicher Verlauf des jeweils empfangenen

Ultraschallechos dargestellt. In anderen Worten, es handelt sich um eine Darstellung des

Signals als einen A-Scan.

Die zuvor beschriebene modifizierte Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Signal schnell verarbeitet werden kann. Es kann mit Vorteil zeiteffizient Information über das

Geschwindigkeitsverhältnis gewonnen werden.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand anhand einer auftretenden Änderung des Verhältnisses A zwischen der Geschwindigkeit der akustischen Echo-

Longitudinalwelle und der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle zu bestimmen, welches wie folgt definiert ist: 4-47 ct TI wobei c/ die Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle, ct die

Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle, 7# eine Ankunftszeit einer Mode der

Echo-Scherwelle, und 77 die Ankunftszeit einer Mode der Echo-Longitudinalwelle ist. In anderen Worten ist 7 die Ankunftszeit der akustischen Echo-Scherwellenmode, und 77 ist die Ankunftszeit der akustischen Echo-Longitudinalmode.

Bei der Ankunftszeit 77 handelt es sich um die Ankunftszeit der akustischen Echo-

Longitudinalmode an dem Messwandler. Bei der Ankunftszeit 7# handelt es sich um eine

Zeit, zu der messbar die Mode der akustischen Echo-Scherwelle an dem Messwandler ankommt. In anderen Worten, bei der Ankunftszeit 77 handelt es sich um einen

Zeitpunkt, an dem ein stationärer Zustand bei der akustischen Echo- Longitudinalwelle erreicht ist. Bei 74 handelt es sich um den Zeitpunkt, an dem bei dem Messsignal die

Mode der akustischen Echo-Scherwelle identifizierbar ist.

Das vorgeschlagene Verhältnis A ist mit Vorteil einfach und daher wenig rechenintensiv bestimmbar.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform weist das Messwandlersystem eine

Vielzahl von Messwandlern auf. Die Steuereinheit ist konfiguriert, die Änderung des

Verhältnisses zwischen der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle für jeden der Messwandler

Jeweils als Matrixelement einer Matrix darzustellen, wobei eine Dimension einer

Matrixzeile einer Anzahl N der Messwandler minus / entspricht.

Beispielsweise kann die Matrix bei einer solchen Darstellung direkt und einfach ausgewertet werden. Beispielsweise kann basierend auf einer solchen Matrix auch ein

Bild erstellt werden, in welchem je nach Größenordnung des Verhältnisses verschiedene

Farben gewählt werden.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform weist das Messwandlersystem eine

Vielzahl von Messwandlern auf, wobei in einem Puls-Echo-Modus der Messwandler die

Steuereinheit konfiguriert ist, für jeden der Messwandler sechs Matrizen mit N Spalten zu erstellen, wobei die Anzahl N der Spalten der Anzahl der Messwandler entspricht, wobei jede der Spalten zumindest einen Eintrag aufweist, wobei - eine erste Matrix als Einträge Laufzeit-Messwerte Time RF aufweist, wobei in einer linken Spalte der Laufzeit-Messwert eines schnellsten Puls-Echos entspricht, - eine zweite Matrix Fouriertransformationen ersten Grades der Laufzeit-

Messwerte aufweist, - eine dritte Matrix Fourier-Transformationen zweiten Grades der Laufzeit-

Messwerte aufweist, - eine vierte Matrix Amplituden-Messwerte aufweist, - eine fünfte Matrix Fouriertransformationen ersten Grades der Amplituden-

Messwerte aufweist, und - eine sechste Matrix Fourier-Transformationen zweiten Grades der Amplituden-

Messwerte aufweist.

Es hat sich gezeigt, dass die vorgeschlagene Verarbeitung in Matrizen ein gut geeigneter

Ausgangspunkt ist, um ein abweichendes Geschwindigkeitsverhältnis zu finden, womit wiederum auf die Fehlstelle geschlossen werden kann. Hierbei kann prinzipiell jeder der zuvor genannten sechs Matrizen für eine Bestimmung des Geschwindigkeitsverhältnisses herangezogen werden. Somit bestehen unabhängige Ausgangspunkte für eine weitere

Verarbeitung durch die Steuereinheit.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform weist das Messwandlersystem auf: e zumindest zwei Messwandler, einen Trägerkörper und zumindest einen

Messwandlerträger, e wobei die zumindest zwei Messwandler mit dem Messwandlerträger verbunden sind, e wobei der zumindest eine Messwandlerträger verschwenkbar und/oder von dem

Trägerkörper weg- und/oder zu dem Trägerkörper hinbewegbar ausgestaltet ist.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung hat den Vorteil, dass einzelne Einheiten gebildet werden können, für welche jeweils separat eine Auswertung zur Bestimmung der

Geschwindigkeitsverhältnisse erfolgt. Hierbei kann über den Messwandlerträger eine

Gruppe von Messwandlern mit Vorteil bezüglich der Rohrleitung ausgerichtet werden.

Das Messwandlersystem kann Messwandler umfassen, welche an dem

Messwandlerträger /mehreren Messwandlerträgern installiert sind und Messwandler umfassen, welche direkt auf einem Trägerkörper angeordnet sind. Der Trägerkörper ist länglich ausgebildet, und der Trägerkörper ist bevorzugt zylindrisch. Andere Formen des

Trägerkôrpers, wie zum Beispiel eine im Querschnitt fünfeckige, sechseckige, N-eckige

Ausgestaltung, sind denkbar.

Bevorzugt sind an dem Trägerkörper in Bewegungsrichtung des Messwandlersystems, oder beidseitig an jeweiligen Endbereichen, jeweils eine Vielzahl von Messwandlern auf einer Oberfläche des Trägerkörpers angeordnet, d. h. ohne Messwandlerträger, mit dem

Trägerkörper starr verbunden. Die Messwandler können kettenförmig den Trägerkörper umschließend mit dem Trägerkörper starr verbunden sein. Von den Endbereichen des

Trägerkörpers weiter entfernt liegend kann der Trägerkörper dann auf

Messwandlerträgern/auf einem Messwandlerträger angeordnete Messwandler aufweisen.

Wenn die starr angeordneten Messwandler eine Fehlstelle detektiert haben, können dann die auf dem Messwandlerträger angeordneten Messwandler bezüglich der

Rohrleitungswand ausgerichtet werden, wodurch mit Vorteil die Eigenschaften der

Fehlstelle genauer bestimmt werden können.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform weist das Messwandlersystem zumindest eine Messwandlerbaueinheit auf, wobei die Messwandlerbaueinheit eine Vielzahl von

Messwandlern aufweist, wobei die Messwandler in zumindest einem Kreis angeordnet sind, wobei in einem Kreismittelpunkt zumindest ein weiterer Messwandler angeordnet ist.

Es können eine Vielzahl von Messwandler-Anordnungen in Kreisen vorgesehen sein.

Die vorbeschriebene Anordnung ergibt mit Vorteil ein ausgezeichnetes Signal zu

Rausch-Verhältnis, wobei gleichzeitig eine sehr gute Bestimmung der

Geschwindigkeitsverhältnisse erfolgen kann.

Alternative Anordnungen von Messwandlern sind denkbar. Beispielsweise kann pro

Baueinheit, d. h. pro in den Trägerkörper einbaubarem Gerät oder pro

Messwandlerträger, ein emittierender Messwandler und ein detektierender Messwandler vorgesehen sein.

Alternativ oder zusätzlich können pro Baueinheit, d. h. pro in den Trägerkörper einbaubarem Gerät und/oder pro Messwandlerträger und/oder pro

Messwandlerbaueinheit, mehrere Ultraschall emittierende Messwandler und ein mittig zu den Ultraschall emittierenden Messwandlern angeordneter, Ultraschallechos detektierender Messwandler vorgesehen sein.

Alternativ oder zusätzlich können je Baueinheit, d. h. pro in den Trägerkörper einbaubarem Gerät und/oder pro Messwandlerträger und/oder pro

Messwandlerbaueinheit, ein detektierenden Messwandler und eine, den detektierenden

Messwandler ringförmig umschlieBender, emittierender Messwandler vorgesehen sein.

In anderen Worten ist ein zweiter Messwandler durch einen an seiner Austrittsfläche eingliedrigen Ring gebildet und innerhalb des Rings eine Eintrittsfläche eines ersten

Messwandlers angeordnet. Umgekehrt ist möglich, dass ein erster Messwandler durch einen an seiner Austrittsfläche eingliedrigen Ring gebildet ist und innerhalb des Rings eine Eintrittsfläche eines zweiten Messwandlers angeordnet ist.

Die Messwandler können je nach Betriebsmodus im PE-Modus oder PC-Modus als erster

Messwandler oder als zweiter Messwandler operieren.

Der erste Messwandler wird zum Betreiben des PE-Modus angesteuert, sowie zum

Betreiben des PC-Modus. Zusätzlich kann der erste Messwandler gleichzeitig in dem PC-

Modus und in dem PE-Modus angesteuert werden. Der zweite Messwandler wird im PC-

Modus angesteuert, um das von der Rohrleitungswand reflektierte Ultraschallecho zu detektieren.

Alternativ oder zusätzlich sind die Baueinheiten zueinander (kreisförmig) angeordnet.

Die Anzahl der in der Mitte angeordneten detektierenden Messwandler und/oder der in dem Kreis angeordneten emittierenden Messwandler ist nach Bedarf eines zu erreichenden Signal-Rausch-Verhältnisses, den Eigenschaften der Rohrleitung und einer

Größe des Messwandlersystems anpassbar. Die emittierenden Messwandler können auch in mehreren Kreisen unterschiedlicher Durchmesser um die detektierende(n)

Messwandler angeordnet sein.

Alternativ zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen sind die detektierenden

Messwandler in Kreisen um eine oder mehrere Ultraschall emittierende Messwandler angeordnet. Dies kann sowohl in einer Baueinheit als auch in mehreren Baueinheiten nach den vorbeschriebenen Prinzipien realisiert sein.

Die Messwandlerbaueinheiten sind beispielsweise auf einem Messwandlerträger angeordnet oder direkt auf dem Trägerkörper angeordnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Formulierung Figur ist in den Zeichnungen mit Fig. abgekürzt.

In den Zeichnungen zeigen

Figur la eine schematische Ansicht eines Messwandlersystems gemäß einem

Ausführungsbeispiel;

Figur 1b eine schematische Ansicht des Messwandlersystems gemäß einem anderen

Ausführungsbeispiel;

Figur 2a eine schematische Ansicht einer Baueinheit mit vier Messwandlern zur

Veranschaulichung einer Ausführungsform;

Figur 2b eine schematische Ansicht einer Wellenfront, welche durch eine

Baueinheit mit einer Vielzahl von Messwandlern erzeugt wird;

Figur 2c eine schematische Ansicht eines Sektorbilds zur Rekonstruktion gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 3a eine schematische Draufsicht auf eine Ultraschalleintritts-/Austrittsfläche einer Baueinheit eines Messwandlersystems gemäß einer

Ausführungsform;

Figur 3b eine schematische Draufsicht auf eine Ultraschalleintritts-/Austrittsfläche einer Baueinheit eines Messwandlersystems gemäß einer anderen

Ausführungsform;

Figur 3c eine schematische Draufsicht auf eine Ultraschalleintritts-/Austrittsfläche einer Baueinheit eines Messwandlersystems gemäß einer weiteren

Ausführungsform;

Fig. 4 eine schematische Ansicht der Messwandlerbaueinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer ersten Simulation zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsverhältnisses; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Simulation zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsverhältnisses.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbespiele

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, die im Rahmen der

Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Jedes

Merkmal, das für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann eigenständig oder in Kombination mit anderen Merkmalen in einem beliebigen anderen

Ausführungsbeispiel genutzt werden. Jedes Merkmal, das für ein Ausführungsbeispiel einer bestimmten Anspruchskategorie beschrieben wird, kann auch in entsprechender

Weise in einem Ausführungsbeispiel einer anderen Anspruchskategorie eingesetzt werden.

Figur la und Figur 1b zeigen zwei mögliche Ausführungsformen des akustischen

Messwandlersystems 1. Das akustische Messwandlersystem 1 weist einen Trägerkörper 2 auf. Auf dem Trägerkörper 2 sind eine Vielzahl von als Ultraschallwandler ausgestaltete

Messwandler 3 angeordnet. In anderen Worten, bei den Messwandlern 3 handelt es sich um Ultraschallsensoren. Diese Ultraschallsensoren können zur Erzeugung des

Ultraschalls piezoelektrische Elemente aufweisen. Der Trägerkörper 2 kann beispielsweise zylindrisch ausgestaltet sein.

Jeder der Messwandler 3 weist eine Austrittsfläche 3a auf, an der der Messwandler 3

Ultraschallstrahlen in Richtung einer Rohrleitungswand 4 einer Rohrleitung emittiert.

Die Austrittsfläche 3a der Messwandler 3 kann kreisförmig ausgestaltet sein. Die

Austrittsfläche 3a kann plan sein oder eine konkave oder konvexe Wölbung aufweisen.

Jeder der Messwandler 3 ist direkt am Trägerkörper 2 befestigt (siehe Figur 1a) oder mittelbar über einen Messwandlerträger 5 an dem Trägerkörper 2 (siehe Figur 1b) befestigt. Hierbei sei erwähnt, dass die Größenverhältnisse zwischen dem

Messwandlerträger 5 und dem Trägerkörper 2 nicht den in Figur 1b gezeigten

Größenverhältnissen entsprechen müssen. Im Falle einer Anordnung auf dem

Messwandlerträger 5 können beispielsweise mehrere Messwandler 3 als eine Gruppe von

Messwandlern 3 auf dem Messwandlerträger 5 angeordnet sein. Der

Messwandlerträger 5 kann dann die Messwandler 3 als Gruppe gemeinsam bewegen. Der

Messwandlerträger 5 ist verschwenkbar und/oder von dem Trägerkörper 2 weg- oder zu dem Trägerkörper 2 hinbewegbar ausgestaltet. Das Messwandlersystem 1 kann auch

Messwandler 3 umfassen, welche an dem Messwandlerträger 5/mehreren

Messwandlerträgern 5 installiert sind und Messwandler 3 umfassen, welche direkt auf dem Trägerkörper 2 angeordnet sind.

Die Austrittsfläche 3a jedes Messwandlers 3 ist senkrecht zu der Rohrleitungswand 4 an einer Oberfläche des Trägerkörpers 2 oder in/an dem Messwandlerträger 5 angeordnet.

Jede der Austrittsflächen 3a ist derart angeordnet und ausgestaltet, dass bei einer

Ausrichtung des Trägerkörpers 2 längs zu der Rohrleitung, d. h. einer Trägerkörper-

Längsachse zu einer Rohrleitungslängsachse, jeweils eine Gerade G3a, erstreckend durch einen Bereich maximaler Intensität des von der Austrittsfläche 3a emittierten

Ultraschallstrahls, parallel zu einer Flächennormalen N4a einer zu einem Rohrinneren gerichteten Innenoberfläche 4a der Rohrleitungswand 4 ist. Das System 1 bevorteilt eine

Untersuchung der Rohrleitungswand 4 bei Ausrichtungstoleranzen des durch die

Gerade G3a verlaufenden Bereichs maximaler Intensität des Ultraschallstrahls bis zu fünf

Grad bezüglich der Flächennormalen N4a der Rohrleitungswand 4. Eine parallele

Ausrichtung von G3a und N4a ist bevorteilt, wenn sich die innenliegende Oberfläche, d. h. die Innenoberfläche 4a, der Rohrleitungswand 4 und die Austrittsfläche 3a parallel zueinander erstrecken oder mit einer Ausrichtungstoleranz von maximal 5 Grad zueinander ausgerichtet sind. Der Trägerkörper 2 kann Ausrichtungsmittel aufweisen, um sich bezüglich der Rohrleitung entsprechend auszurichten. Alternativ oder zusätzlich kann jeder der Messwandler 3 entsprechend am Trägerkörper 2 ausrichtbar sein.

Alternativ oder zusätzlich sind die Messwandler 3 in Gruppen bezüglich des

Trägerkörpers 2 ausrichtbar. Dies kann beispielsweise durch den Messwandlerträger 5 realisierbar sein. Demnach weist entweder der Messwandlerträger 5/jeder der

Messwandlerträger 5 und/oder der Trägerkörper 2 Ausrichtungsmittel (nicht dargestellt) auf, die geeignet sind, den/die Messwandler 3 welche Ultraschall in Richtung der

Rohrleitungswand 4 emittieren, bezüglich der Rohrleitungswand 4 auszurichten.

Bei einem Puls-Echo-Modus (PE-Modus) werden insbesondere Normal-Prüfköpfe verwendet.

Das akustische Messwandlersystem 1 ist derart ausgelegt, dass es mehrere

Ultraschallsignale in dem Pulsechomodus (PE-Modus, engl. „pulse echo mode“) und in einem Pitch-Catch-Modus (PC-Modus) sendet und/oder empfängt. Hierbei werden elektronische Sende- und Empfangsparameter, d. h. ein Anregungssignal, ein

Verstärkungsfaktor und ein Filter für jeden Modus ausgewählt oder angepasst.

Der Pitch-Catch-Modus heißt auch Neigungsfangmodus. Bei dem PC-Modus und dem

PE-Modus erfolgt eine Korrosionserkennung aus einer Analyse der empfangenen

Ultraschallwellen. Bei dem PE-Modus emittiert der Messwandler 3 Ultraschall und detektiert ein Ultraschallecho. Bei dem PE-Modus können die gleichen Messwandler 3, die den Ultraschall emittieren, diesen detektieren.

Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen kann das Ansteuern der Messwandler 3 eine Kombination aus dem PE-Modus und dem PC-Modus sein. Beispielsweise kann bei der Kombination aus PE- und PC-Modus ein Messwandler 3 Ultraschall emittieren und einer oder mehrere andere Messwandler 3 ein Ultraschallecho detektiert/detektieren.

Die Messwandler 3 können als Einzelelement oder als Doppelelement ausgestaltet sein.

Bei einer Ausgestaltung als Einzelelement empfängt dieselbe Oberfläche, d. h. die

Austrittsfläche 3a, des Messwandlers 3, aus welcher die Ultraschallstrahlen ausgetreten sind, auch die Ultraschallechos. Bei einem Doppelelement sendet der Messwandler 3 über eine Austrittsfläche Ultraschall und empfängt über eine, von der Austrittsfläche abweichende Ultraschalleintrittsfläche (nicht mit zusätzlichem Bezugszeichen versehen)

Ultraschallechos. Bei den vorliegenden Figuren wird für die Ultraschall-Austrittsfläche das Bezugszeichen „3a“ verwendet. Jeder der Messwandler 3 kann prinzipiell auch dort die Ultraschall-Eintrittsfläche haben, wo in den Figuren die Ultraschall-Austrittsfläche 3a eingezeichnet ist.

Alternativ oder zusätzlich können als Messwandler 3 mehrere Elemente, d. h. mehrere

Einzel- oder Doppelelemente, insbesondere mehrere Einzelelemente, vorgesehen sein.

Die Messwandler 3 können mit einfacher oder doppelter Frequenz betrieben werden. Das

Betreiben mit doppelter Frequenz wird auch als ein Betreiben mit einer Oberwelle bezeichnet.

Die Messwandler 3 sind ausgelegt für ein „Low Frequency Ultrasound Testing“ (LFUT).

Die Messwandler 3 sind zu diesem Zweck ausgelegt, Ultraschall mit einer

Zentralfrequenz im Bereich von 300 KHz bis 1200 KHz, die eine Frequenzbandbreite von 100 KHz bis 2000 KHz abdeckt, zu erzeugen.

Die Anordnungen der beiden Ausführungsbeispiele der Figuren 1a und 1b sind dazu geeignet, Fehler, die eine flächige Ausdehnung im Schallfeld aufweisen, zu detektieren.

Bei Nutzung einer Vorlaufstrecke kann ein Sendeecho unterdrückt werden und zur

Messung dient dann eine Laufzeit des Ultraschalls zwischen einem Interfaceecho und einem Rückwandecho (RF). In Anwesenheit von Fehlern in der Rohrleitung, die in ihrer

Ausdehnung quer zum einfallenden Schallfeld orientiert sind, kommt es je nach Größe des Fehlers zur kompletten oder teilweisen Abdeckung des Rückwandechos. Dadurch kann näherungsweise die Ausdehnung bzw. Größe des Fehlers und durch die Laufzeit des Ultraschalls die Tiefenlage des betreffenden Fehlers gemessen werden.

In Figur 2a ist schematisch eine Baueinheit 6 dargestellt, welche vier Messwandler 3 0, 3_1,3_2, 3_3 aufweist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Baueinheit 6 auch der Messwandlerträger 5. Alternative Ausführungsformen, bei denen es sich um separate Teile handelt oder bei denen die Baueinheit 6 direkt in den Trägerkörper 2 integriert ist, sind denkbar.

Bei einer Auswertung sind in einer Matrix als Matrixelemente jeweils ein Messsignal über eine Zeitachse und entsprechend der Aperturinformation aufgetragen. In anderen

Worten, es sind die Messsignale der einzelnen Messwandler 3 0,3 1,3 2,3 3 entsprechend einer Anordnung der Messwandler 3_0, 3_1, 3_2, 3_3 bezüglich der

Rohrleitungswand 4 als ein Matrixelement in einer Matrix eingetragen. Bei der vorliegenden schematischen Anordnung werden vier Messwandler 3 0,3 1,3 2,3 3 verwendet. Jeder der vier Messwandler 3 0,3 1,3 2,3 3 empfängt Ultraschallechos.

Der Messwandler 3 0 emittiert zudem Ultraschall. Die Matrix Mij (t) ist dann gebildet mit j= 1...N, wobei N die Anzahl der Messwandler 3 0,3 1,3 2,3 3ist. 1 ist dann das

Sendeelement und j zeigt das Empfangselement an. Bei dem vorliegenden Beispiel hat die Matrix Mij entsprechend die Dimension 4 x 4. Entsprechend wäre zum Beispiel das

Messignal-Flement M02 der Matrix ein Echo-Signal, welches an dem Messwandler 3 2 empfangen wurde, wobei der Messwandler 3 0 derjenige Messwandler wäre, welcher

Ultraschall emittiert.

Eine detaillierte Analyse von Zeitbereichs-Aperturinformationen der einzelnen

Messwandler 3 0,3 1,3 2,3 3, d. h. eine Analyse der einzelnen Matrizen, auch als

Informationsmatrizen bezeichnet, zeigt, dass die Zeitsignale aufgrund der phasengesteuerten Erzeugung und Summierung dieser Signale verschwinden können.

Eine vollständige Informationsmatrix X Mij erhält man, wenn jeder Messwandler 3 0, 3 1,3 2,3 3 jeweils einmal ein Ultraschall emittierendes Element ist und für jeden der sendenden Messwandler eine Matrix Mij erstellt wird.

In Figur 2b ist veranschaulicht, wie bei einer Vielzahl von Messwandlern 3 0,...3 NN, bei denen der ganz links liegende Messwandler 3 0 und der ganz rechts liegende

Messwandler 3_N jeweils Ultraschall emittieren, eine Wellenfront von Ultraschall erzeugen und wie sich diese in der Rohrleitungswand 4 ausbreitet und von den anderen

Messwandlern 3 detektiert wird. Die Messwandler 3_0,...3_N sind Teil einer

Messwandlerbaueinheit 100. Der Einfachheit halber ist in den Figuren 2b und 2c stellvertretend für die Messwandler 3_0,...3_N das Bezugszeichen „3“ eingezeichnet.

Bei den Messwandlern 3_0 und 3_N kann es sich auch um einen einzigen ringförmigen

Messwandler 3 handeln, wobei dieser ringförmige Messwandler 3 die anderen

Messwandler 3_1,..3_N-1 dann umschließt. Die anderen Messwandler können ebenfalls ähnlich wie bei Jahresringen eines Baumstamms als eine Vielzahl voneinander umschlieBenden Ringen ausgestaltet sein.

In Figur 2c ist veranschaulicht, wie ein Sektorbild aufgebaut ist und wie eine Fehlstelle 7 in einem zeitaufgelösten Messsignal gefunden wird. Das zeitlich aufgelöste Messsignal wird auch als A-Scan oder A-Mode bezeichnet. Hierbei ist der Messwandler 3_6 derjenige Messwandler, der Ultraschall emittiert. Der Messwandler 3_4 weist dasjenige

Messsignal auf, welches einen Ausschlag aufweist, anhand welches die Fehlstelle 7 nachgewiesen werden kann. Das Sektorbild ist rasterförmig in der Rohrleitungswand 4 angedeutet.

Mit Bezugnahme auf die Figuren 3a bis 3c sind für einzelne Messwandler 3 die

Bezugszeichen 3A, 3B vergeben. Letztere Bezugszeichen beziehen sich auf eine bauliche

Form der Messwandler 3, wobei alle Messwandler 3 als erste oder als zweite

Messwandler 3A, 3B angesteuert werden können.

Das Messwandlersystem 1 umfasst zumindest eine Baueinheit 6. Die Baueinheit 6 des

Messwandlersystems 1 umfasst jeweils eine Steuereinheit (nicht dargestellt) und einen

Messwandler 3A, 3B. Alternativ kann gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform eine gemeinsame Steuereinheit für beide Messwandler 3A, 3B/für alle Messwandler vorgesehen sein. Die Steuereinheit muss nicht innerhalb einer der Baueinheiten 6 des

Messwandlersystems 1 integriert sein.

Die Figuren 3a bis 3c zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf eine Ultraschall-

Eintritts-/Austrittsfläche 3a (Bezugszeichen 3a aus Übersichtsgründen in den Figuren 3a bis 3c nicht eingezeichnet) einer Baueinheit 6 eines Messwandlersystems 1. In diesen

Ausführungsbeispielen sind Ultraschall emittierende und Ultraschall detektierende

Messwandler 3A, 3B in der Baueinheit 6 integriert. Die Messwandler 3A,3B können je nach Betriebsmodus im PE-Modus oder PC-Modus als erster Messwandler 3A oder als zweiter Messwandler 3B operieren.

Der erste Messwandler 3A wird zum Betreiben des PE-Modus angesteuert, sowie zum

Betreiben des PC-Modus. Zusätzlich kann der erste Messwandler 3A gleichzeitig in dem

PC-Modus und in dem PE-Modus angesteuert werden. Der zweite Messwandler 3B wird im PC-Modus angesteuert, um das von der Rohrleitungswand 4 reflektierte

Ultraschallecho zu detektieren.

Gemäß der Ausführungsform nach Figur 3a weist die Baueinheit 6 einen emittierenden

Messwandler 3B und einen detektierenden Messwandler 3A auf.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3b weist die Baueinheit 6 mehrere

Ultraschall emittierende Messwandler 3B und einen mittig zu den Ultraschall emittierenden Messwandlern 3B angeordnete, Ultraschallechos detektierenden

Messwandler 3A auf.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Figur 3c weist eine Baueinheit 6 einen detektierenden Messwandler 3A auf und eine, den detektierenden Messwandler 3A ringförmig umschließenden, emittierenden Messwandler 3B auf. In anderen Worten ist der zweite Messwandler 3B durch einen an seiner Austrittsfläche 3a eingliedrigen Ring gebildet und innerhalb des Rings eine Eintrittsfläche des ersten Messwandlers 3A angeordnet.

Alternativ oder zusätzlich sind die Baueinheiten 6 nach dem Ausführungsbeispiel der

Figur 3a oder 3c in einer Formation wie in Figur 3b dargestellt ist, zueinander (kreisförmig) angeordnet. Die Anzahl der in der Mitte angeordneten detektierenden

Messwandler 3A und/oder der in dem Kreis angeordneten emittierenden Messwandler 3B ist nach Bedarf eines zu erreichenden Signal-Rausch-Verhältnisses, den

Eigenschaften der Rohrleitung und einer Größe des Messwandlersystems 1 anpassbar.

Die emittierenden Messwandler 3B können auch in mehreren Kreisen unterschiedlicher

Durchmesser um die detektierende(n) Messwandler 3A angeordnet sein. Alternativ zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen sind die detektierenden Messwandler 3A in

Kreisen um eine oder mehrere Ultraschall emittierende Messwandler 3B angeordnet.

Dies kann sowohl in einer Baueinheit 6 als auch in mehreren Baueinheiten 6 nach den vorbeschriebenen Prinzipien realisiert sein.

In Figur 4 ist eine mögliche Ausführungsform des Messwandlersystems 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine den Baueinheiten 6 übergeordnete

Messwandlerbaueinheit 100, welche eine Vielzahl von Baueinheiten 6 aufweist.

Anhand dieser Anordnung des Messwandlersystems 1 soll eine Ausführungsform eines

Auswertungsverfahrens erläutert werden. Bei der Anordnung der Figur 4 sind eine

Vielzahl von Baueinheiten 6 vorgesehen, welche Ultraschallsignale senden/empfangen.

Die Messwandler 3 der jeweiligen Baueinheiten 6 sind zwecks einer Zuordnung in späteren Erläuterungen mit den Bezugszeichen 3_0, 3_1,...3_N versehen. Alle

Baueinheiten 6 können auf einem Messwandlerträger 5 angeordnet sein wie in Figur 4 dargestellt oder auf dem Trägerkörper 2. Auch können einzelne der Baueinheiten 6 auf einem Messwandlerträger 5 angeordnet sein und andere der Baueinheiten 6 können auf dem Trägerkörper 2 angeordnet sein.

Eine mittig auf dem Messwandlerträger 5 angeordnete Baueinheit 6 weist einen

Messwandler mit dem Bezugszeichen 3_0 auf. Die anderen um die Baueinheit 6 mit den

Messwandler 3_0 angeordneten Messwandler sind mit den Bezugszeichen 3_1, 3_2,...3_N versehen. Die jeweiligen Baueinheiten 6 umfassen jeweils eine Scheibe und einen um die Scheibe angeordneten Ring. Sowohl bei der Scheibe als auch bei dem Ring handelt es sich jeweils um Messwandler 3.

Das Auswertungsverfahren kombiniert empfangene Mehrfachsignale in einer

Datenmatrix, die als Eingabe für einen tomographischen Bewertungsalgorithmus der gescannten Rohrleitung dient.

Die Auswertung der erzeugten Bilder gibt Aufschluss über die Geometrie und Dicke der

Rohrleitung sowie die Lokalisierung und Größenbestimmung von Defekten in der

Rohrleitung. Im Vergleich zur Standardinspektion führt der tomographische

Inspektionsaufbau zu einer verbesserten Fehlererkennung, Empfindlichkeit und

Genauigkeit.

Sowohl für den PE- als auch für den PC-Modus werden drei Signale erfasst: - Rückwandecho- (RF-) Signal, und zwar ein Hochfrequenz- A-Scan Signal, - FFTI1-Signal, und zwar ein Signal der schnellen Fourier-Transformation des RF-

Signals, - FFT2-Signal, und zwar eine zweifache Fast-Fourier Fourier-Transformation des

RF-Signals.

Ein A-Scan-Signal entspricht einem zeitlichen Verlauf eines empfangenen

Ultraschallechos, welches aus einem emittierten Ultraschallimpuls erzeugt wird. Bei periodisch erzeugten Ultraschallimpulsen wird demnach für jeden der Ultraschallimpulse ein zeitlicher Verlauf, demnach ein A-Scan, erzeugt.

In dem Puls-Echo-Modus der Messwandler 3 0,3 1,3 N ist die Steuereinheit konfiguriert, für jeden der Messwandler 3 0,3 1, ..., 3_N sechs Matrizen mit N Spalten zu erstellen, wobei die Anzahl N der Spalten der Anzahl der Messwandlern 3 0, 3 1,..3_N entspricht, wobei jede der Spalten zumindest einen Eintrag aufweist. Hierbei weist - eine erste Matrix als Einträge Laufzeit-Messwerte Time RF auf, wobei in einer linken Spalte der Laufzeit-Messwert eines schnellsten Puls-Echos entspricht, - eine zweite Matrix Fouriertransformationen ersten Grades der Laufzeit-

Messwerte auf, - eine dritte Matrix Fourier-Transformationen zweiten Grades der Laufzeit-

Messwerte auf, - eine vierte Matrix Amplituden-Messwerte auf, - eine fünfte Matrix Fouriertransformationen ersten Grades der Amplituden-

Messwerte auf, und

- eine sechste Matrix Fourier-Transformationen zweiten Grades der Amplituden-

Messwerte auf.

Vorliegend werden im PE-Modus sechs Matrizen erzeugt, und zwar für jeden der

Messwandler3_0,3_1,...3_N: 1. PE Time RF = [PE Time RF 3 0,PE Time RF_ 3 1, … PE Time RF_ 3_N], 2. PE Frequency FFT] = [PE Frequency FFT1 3_0, PE Frequency FFT1 3 1, … PE Frequency FFT1 3 NJ. 3. PE Time FFT2 = [PE Time FFT2 3 _0, PE Time FFT2 3 1, …

PE Time FFT2 3 N] 4. PE Amplitude RF=[PE Amplitude RF 3 0,PE Amplitude RF 3 1, …

PE Amplitude RF 3 NJ. 5. PE Amplitude FFT1 =[PE Amplitude FFT1 3 0, PE Amplitude

FFT1 3 1, … PE Amplitude FFT1 3 NJ. 6. PE Amplitude FFT2 =[PE Amplitude FFT2 3 0, PE Amplitude

FFT2 3 1, ... PE Amplitude FFT2 3 N]

Bei der PC-Messung werden für jede Baugruppe 6 die von den Ringen umschlossenen

Scheiben als Sender und die Ringe als Empfänger verwendet. Die elektronischen Sende- und Empfangsparameter sind an den PE-Modus angepasst.

Dann wird die Scheibe 3 0 der mittigen Baugruppe 6 als Sender und alle übrigen

Scheiben3 1,3 2,...3_N als Empfänger verwendet. Eine ähnliche Messung wird für alle

Scheiben 3 0,3 1,3 2,...3_N bis zum letzten Messwandler 3_N durchgeführt.

Vorliegend werden die NxN PC-Messungen werden wie folgt durchgeführt.

PC Messung = | PC Measure RF 3 0,0 --- PC Measure RF 3 0, N [in

PC Measure RF 3 N,0 --- PC Measure RF 3 N,N

Für jede Messwandlerbaueinheit 100 werden sechs Matrizen wie folgt mit Messdaten gefüllt:

PC RF Time = |PC Time RF 3 0,0 ---PC Time RF 3 0, N pi:

IPC Time RF 3 N, 0 --- PC Time RF 3 N,N

PC RF Amplitude = |PC Amp. RF 3 0,0 --- PC Amp. RF 3 0,N [ii

PC Amp. RF 3 N, 0 --- PC Amp. RF 3 N,N

PC FFT1 Frequency= [PC Freq. FFT1 3 0,0 --- PC Freq. FFT1 3 0,N : 3

IPC Freq. FFT1_ 3 N,0---PC Freq. FFT1 3 0,N

PC FFT1 Amplitude= |PC Amp. FFT1 3 0,0---PC Amp. FFT1 3 0,N : 3

IPC Amp. FFT1 3 N,0--PC Amp. FFT1 3 N,N

PC FFT2 Time= |PC Time FFT2 3 0,0 --- PC Time FFT2 3 0,N [ii

IPC Time FFT2 3 N,0---PC Time FFT2 3 N,N

PC FFT2 Amplitude= [PC Amp. FFT2 3 0,0 ---PC Amp. FFT2 3 0,N : 3

IPC Amp. FFT2 3 N,0--PC Amp. FFT2 3 N,N

Die Steuereinheit des Messwandlersystems 1 wertet zumindest eine der Matrizen aus.

Die Steuereinheit ist mit den Messwandlern 3 signaltechnisch verbunden. Letztlich wird bei der Auswertung der Matrizen eine Integrität der Rohrleitungswand 4 bestimmt. Das bedeutet, dass eine Beschaffenheit bestimmt werden kann, z. B. das Vorliegen von

Fehlstellen oder Materialablagerungen.

Eine Echo-Longitudinalwelle oder eine Echo-Scherwelle können in jeder der Matrizen gesucht werden. In anderen Worten, jede der Matrizen, betreffend RF-Signal und/oder

FFT1 und/oder FFT2, kann für eine Auswertung herangezogen werden. Die Echo-

Longitudinalwelle ist diejenige Welle, welche durch ein Material der

Rohrleitungswand 4 erzeugt wird. Die Echo-Scherwelle ist diejenige Welle, welche durch ein Material erzeugt wird, welches abweichend von dem Material der

Rohrleitungswand 4 ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Material um eine

Graphitisierung einer gusseisernen Rohrleitungswand 4 oder einer Auslaugung in einer

Rohrleitungswand 4 aus Zement handeln. In anderen Worten, eine Auswertung der

Matrizen hilft auch bei der Erkennung von Materialveränderungen an der

Rohrleitungswand 4. Beispielsweise kann das Verfahren bei einer Ultraschall-Inline-

Inspection Tool (ILI) zur Materialcharakterisierung verwendet werden.

Die Steuereinheit ist konfiguriert, die Integrität der Rohrleitungswand 4 anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-

Scherwelle zu bestimmen. Hierbei ist die Steuereinheit konfiguriert, von einem normalen

Ultraschallimpulsecho die akustische Echo-Longitudinalwelle und die akustische Echo-

Scherwelle jeweils in Moden umzuwandeln, und aus den Moden der akustischen Echo-

Longitudinalwelle und der akustischen Echo-Scherwelle die Änderung des Verhältnisses zu bestimmen.

Die Integrität der Rohrleitungswand 4 wird anhand einer auftretenden Änderung eines

Verhältnisses 4 zwischen der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle bestimmt, welches wie folgt definiert ist:

A=cl/ct=TVITI wobei c/ die Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle, cf die

Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle, 77 eine Ankunftszeit einer Mode der akustischen Echo-Longitudinalwelle und 77 eine Ankunftszeit einer Mode der akustischen Echo-Scherwelle ist.

Das Messwandlersystem 1 weist vorliegend eine Vielzahl von Messwandlern 3 0, 3 1,...,3_N auf. Die Steuereinheit ist konfiguriert, die Änderung des Verhältnisses zwischen der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der

Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle für jeden der Messwandler 3 0, 3 1,..,3_N jeweils als Matrixelement einer Matrix darzustellen, wobei eine Dimension einer Matrixzeile einer Anzahl N der Messwandler 3 0,3 1,...,3_N minus 1 entspricht.

In den Figuren 5 und 6 sind Simulationen einer Bestimmung eines akustischen

Geschwindigkeitsverhältnisses A dargestellt. Bei der Simulation der Figur 5 wurde ein 5

MHz Echo-Puls bei einer Wanddicke der Rohrleitung 4 von 20 mm und einer SO von 40 mm angenommen. Bei der Simulation der Figur 6 wurde ein 0,6 MHz Echo-Chirp bei einer Wanddicke der Rohrleitung 4 von 20 mm und einer SO von 40 mm angenommen.

Bei dem Graphen links oben ist in beiden Figuren 5 und 6 jeweils ein zeitlicher Verlauf der Amplitude aufgezeichnet (RF S1). Bei dem Graphen rechts oben ist in beiden

Figuren 5 und 6 jeweils eine Fouriertransformierte ersten Grades von dem zeitlichen

Verlauf der Amplitude aufgezeichnet (Processed S2). Bei dem Graphen links unten ist in beiden Figuren 5 und 6 jeweils eine Fouriertransformierte zweiten Grades von dem zeitlichen Verlauf der Amplitude aufgezeichnet (Processed S3). Bei dem Graphen rechts unten ist in beiden Figuren 5 und 6 jeweils eine Fouriertransformierte dritten Grades von dem zeitlichen Verlauf der Amplitude aufgezeichnet (Processed S4). Bei beiden

Simulationen der Figuren 5 und 6 ergibt sich ein Geschwindigkeitsverhältnis A von 1,8.

Bezugszeichenliste 1 akustisches Messwandlersystem 2 Trägerkörper 3 Messwandler 3a Austrittsfläche des Messwandlers 3A erster Messwandler 3B zweiter Messwandler 30,3 .1,...3.N

Messwandler 4 Rohrleitungswand 4a Innenoberfläche der Rohrleitungswand 5 Messwandlerträger 6 Baueinheit 7 Fehlstelle 100 Messwandlerbaueinheit

G3a Flächennormale der Austrittsfläche

N4a Flächennormale der Rohrleitungswand

Claims

Patentansprüche

1. Akustisches Messwandlersystem (1) zur Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand (4) aus Karbonstahl, rostfreiem Stahl, Gusseisen oder Zement, aufweisend: zumindest einen Messwandler (3, 3_0, 3_1,...,3_N), der konfiguriert ist, eine akustische Welle in Richtung der Rohrleitungswand (4) zu emittieren und eine von der Rohrleitungswand (4) erzeugte akustische Echo-Longitudinalwelle und eine von der Rohrleitungswand (4) erzeugte akustische Echo-Scherwelle zu detektieren; und eine mit dem Messwandler (3, 3_0, 3_1,...,3_N) signaltechnisch verbundene Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand (4) anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo- Scherwelle zu bestimmen.

2. Akustisches Messwandlersystem nach Anspruch 1, aufweisend: zumindest zwei Messwandler (3, 3_0, 3_1,...,3_N), die jeweils konfiguriert sind, eine akustische Welle in Richtung der Rohrleitungswand (4) zu emittieren und eine von der Rohrleitungswand (4) erzeugte akustische Echo-Longitudinalwelle und eine von der Rohrleitungswand (4) erzeugte akustische Echo-Scherwelle zu detektieren; und eine jeweils mit den Messwandlern (3, 3_0, 3_1,...,3_N) signaltechnisch verbundene Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand (4) anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle zu bestimmen.

3. Akustisches Messwandlersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, von einem normalen Ultraschallimpulsecho die akustische Echo- Longitudinalwelle und die akustische Echo-Scherwelle jeweils in Moden umzuwandeln, und aus den Moden der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der akustischen Echo- Scherwelle die Änderung des Verhältnisses zu bestimmen.

4. Akustisches Messwandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, die Integrität der Rohrleitungswand (4) anhand einer auftretenden Änderung des Verhältnisses A zwischen der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der Geschwindigkeit der akustischen Echo- Scherwelle zu bestimmen, welches wie folgt definiert ist: a _ TE ct TV wobei c/ die Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle, cf die Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle, 77 eine Ankunftszeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle, 7# eine Ankunftszeit der akustischen Echo-Scherwelle ist.

5. Akustisches Messwandlersystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend eine Vielzahl von Messwandlern (3 0,3 1,...,3_N), wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, die Änderung des Verhältnisses zwischen der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und der Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle für jeden der Messwandler (3 0,3 1,...,3_N) jeweils als Matrixelement einer Matrix darzustellen, wobei eine Dimension einer Matrixzeile einer Anzahl N der Messwandler (3 0,3 1,...,3_N) minus / entspricht.

6. Akustisches Messwandlersystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend eine Vielzahl von Messwandlern (3 0,3 1,...,3_N), wobei in einem Puls-Echo-Modus der Messwandler (3 0,3 1,...,3_N) die Steuereinheit konfiguriert ist, für jeden der Messwandler sechs Matrizen mit N Spalten zu erstellen, wobei die Anzahl N der Spalten der Anzahl der Messwandler entspricht, wobei jede der Spalten zumindest einen Eintrag aufweist, wobei - eine erste Matrix als Einträge Laufzeit-Messwerte Time RF aufweist, wobei in einer linken Spalte der Laufzeit-Messwert eines schnellsten Puls-Echos entspricht, - eine zweite Matrix Fouriertransformationen ersten Grades der Laufzeit-Messwerte aufweist, - eine dritte Matrix Fourier-Transformationen zweiten Grades der Laufzeit- Messwerte aufweist, - eine vierte Matrix Amplituden-Messwerte aufweist,

- eine fünfte Matrix Fouriertransformationen ersten Grades der Amplituden- Messwerte aufweist, und - eine sechste Matrix Fourier-Transformationen zweiten Grades der Amplituden- Messwerte aufweist.

7. Akustisches Messwandlersystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend: - zumindest zwei Messwandler (3), einen Trägerkörper (2) und zumindest einen Messwandlerträger (5), wobei die zumindest zwei Messwandler (3) mit dem Messwandlerträger (5) verbunden sind, wobei der zumindest eine Messwandlerträger (5) verschwenkbar und/oder von dem Trägerkörper (2) weg- und/oder zu dem Trägerkörper (2) hinbewegbar ausgestaltet ist.

8. Akustisches Messwandlersystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend zumindest eine Messwandlerbaueinheit (100), wobei die Messwandlerbaueinheit (100) eine Vielzahl von Messwandlern (3_0, 3_1,...,3_N) aufweist, wobei die Messwandler (3_0, 3_1,...,3_N) in zumindest einem Kreis angeordnet sind, wobei in einem Kreismittelpunkt zumindest ein weiterer Messwandler (3_0,3_1,...,3_N) angeordnet ist.

9. Computerimplementiertes Verfahren eines akustischen Messwandlersystems (1) zur Bestimmung von einer Integrität einer Rohrleitungswand (4) aus Karbonstahl, rostfreiem Stahl, Gusseisen oder Zement, das Verfahren aufweisend: Emittieren, mittels zumindest eines Messwandlers (3, 3_0,3_1,...,3_N), einer akustischen Welle in Richtung der Rohrleitungswand (4) und Detektieren, mittels des zumindest einen Messwandlers (3,3 0,3 1,...,3_N), einer von der Rohrleitungswand (4) erzeugten akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer von der Rohrleitungswand (4) erzeugten akustischen Echo-Scherwelle; und Bestimmen, mittels einer mit dem Messwandler (3, 3_0,3_1,...,3_N) signaltechnisch verbundenen Steuereinheit, der Integrität der Rohrleitungswand (4) anhand einer auftretenden Änderung eines Verhältnisses zwischen einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Longitudinalwelle und einer Geschwindigkeit der akustischen Echo-Scherwelle.