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DE4328031A1 - Fault detection system for drainage pipes - using pig supporting video camera for visual examination and radar antenna - Google Patents

Fault detection system for drainage pipes - using pig supporting video camera for visual examination and radar antenna

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Publication number
DE4328031A1
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DE
Germany
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antenna
video camera
pipe
antenna arrangement
control center
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE4328031A
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German (de)
Inventor
Klaus Peter
Albert Dipl Ing Fisch
Lutz Dipl Ing Jacob
Michael Dr Bockmair
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Deutsche Aerospace AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Aerospace AG filed Critical Deutsche Aerospace AG
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Abstract

The fault detection system uses a video camera attached to a pig which is moved along the pipe and linked via a cable to an external control centre, from which both the pig and the camera are controlled. The position of the pig along the pipe is evaluated from the payed out cable length. The pig also carries an antenna rotated about the longitudinal pipe axis using electromagnetic waves selected so that they penetrate the material of the pipe wall, with evaluation of the echo signals for correlation with the video signals provided by the camera. Pref. the antenna is used for a FM short-wave radar system. ADVANTAGE - Allows detection of pipe faults which are not optically visible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlstelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for recognizing a Flaw according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Erkennen von Fehlstelle in sogenannten nicht begehbaren Rohren, insbesondere Kanalisationsrohren, mit einem Innendurchmes­ ser kleiner 1 m. Es ist bekannt, ein derartiges von innen dadurch auf eine mögliche Fehlstelle zu überprüfen, daß an einem sogenannten Kontrollschacht (Kontrollöffnung) ein sogenannter Molch in das zu überprüfende Rohr eingebracht wird. Dieser Molch besteht aus einem elektrisch angetrie­ benen Fahrwagen, an dem zumindest eine Videokamera und ge­ gebenenfalls eine zugehörige Beleuchtungseinrichtung befe­ stigt ist. Der Molch ist über mindestens ein Kabel mit einer Steuerzentrale verbunden, die sich außerhalb des Kontrollschachts (Kontrollöffnung) befindet und die bei­ spielsweise in einem Kraftfahrzeug installiert wird. In der Steuerzentrale erfolgt eine Fernbedienung des Fahrwa­ gens und/oder der Videokamera sowie eine Auswertung der von der Videokamera ausgesandten (Video-)Signale.The invention relates in particular to recognition of defects in so-called inaccessible pipes, especially sewer pipes with an inside diameter less than 1 m. It is known such from the inside thereby to check for a possible fault that a so-called inspection shaft (inspection opening) so-called newt introduced into the pipe to be checked becomes. This newt consists of an electrically driven benen trolley, at least one video camera and ge if necessary, an associated lighting device is increasing. The pig is connected to at least one cable  a control center connected outside of Inspection shaft (inspection opening) is located and at for example, is installed in a motor vehicle. In The control center is remotely controlled gens and / or the video camera and an evaluation of the (Video) signals emitted by the video camera.

Ein solches Verfahren hat den Nachteil, daß lediglich eine Auswertung im sichtbaren optischen Spektralbereich und/oder in einem daran angrenzenden Spektralbereich, z. B. dem Infrarotbereich, ermöglicht wird. Damit ist in nachteiliger Weise lediglich ein Teil der möglichen Fehl­ stellen erkennbar.Such a method has the disadvantage that only one Evaluation in the visible optical spectral range and / or in an adjacent spectral range, e.g. B. the infrared range. With that is in disadvantageously only part of the possible mistake make recognizable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren anzugeben, mit dem in kostengünstiger und zuverlässiger Weise eine optisch nicht erkennbare Fehl­ stelle erkennbar wird.The invention has for its object a genus to specify moderate procedure with which in less expensive and reliably an optically undetectable fault position becomes recognizable.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This problem is solved by the in the characteristic Part of claim 1 specified features. Advantage sticky refinements and / or further training are the Removable subclaims.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine mögliche Fehlstelle erkennbar wird, z. B. eine Korrosion an der Außenseite des Rohres, ein dem Rohr benachbarter Hohlraum, sowie eine Hinterspülung des Rohres.A first advantage of the invention is that a possible flaw becomes recognizable, e.g. B. corrosion on the outside of the tube, one adjacent to the tube Cavity, as well as a backwashing of the pipe.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß insbesondere nicht begehbare Kanalisationsrohre, die einen Innendurch­ messer kleiner 1 Meter besitzen, im allgemeinen aus einem nichtmetallischen Material, z. B. gebranntem Ton, Keramik oder Beton, bestehen. Ein solches Material ist zumindest zum Teil für elektromagnetische Strahlung durchlässig, die auch in der Radartechnik verwendet wird. Zur Überprüfung solche Rohre sind daher aus der Radartechnik an sich be­ kannte Verfahren anwendbar. Die Kombination solcher Ver­ fahren mit den bereits erwähnten optischen Verfahren er­ möglicht eine kostengünstige, zuverlässige und schnelle Überprüfung eines Rohres.The invention is based on the knowledge that in particular sewer pipes that cannot be walked through, possess knives smaller than 1 meter, generally from one  non-metallic material, e.g. B. fired clay, ceramics or concrete. Such a material is at least partially permeable to electromagnetic radiation, the is also used in radar technology. For checking Such tubes are therefore from the radar technology itself known methods applicable. The combination of such ver drive with the optical methods already mentioned enables a cost-effective, reliable and fast Checking a pipe.

Zum Überprüfen eines Kanalisationsrohres, das im Erdboden verlegt ist, kann das nachfolgend beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft mit einem Verfahren kombiniert wer­ den, das in der am gleichen Tag eingereichten deutschen Patentanmeldung P . . . (internes Aktenzeichen: UL 92/66) näher beschrieben ist.To check a sewer pipe that is in the ground The procedure described below can be misplaced particularly advantageously combined with a method the one in the German submitted on the same day Patent application P. . . (internal file number: UL 92/66) is described in more detail.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.The invention is described below with reference to exemplary embodiments play explained in more detail.

Bei dem eingangs erwähnten Fahrwagen, der zumindest mit einer Videokamera bestückt ist, wird an seinem vorderen Ende (dem Kabelanschluß gegenüberliegenden Ende) eine um die Längsachse des Molches oder des Rohres drehbare Anten­ nenanordnung angebracht. Diese befindet sich vorzugsweise innerhalb eines sogenannten Radoms, das die Antennenanord­ nung vor Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, schützt. Die Antennenanordnung wird für eine breitbandige elektromagnetische Strahlung ausgelegt, z. B. für den Fre­ quenzbereich 1 GHz bis 2 GHz oder 2 GHz bis 4 GHz oder 6 GHz bis 10 GHz oder eine Kombination der Frequenzbereiche. Dabei ist der gewählte Frequenzbereich von dem Anwendungs­ fall abhängig, insbesondere von Bodenbeschaffenheit sowie der gewünschten Eindringtiefe und/oder Tiefenauflösung. Die Antennenanordnung besteht aus einer Sendeantenne, die vorzugsweise als Hornstrahler ausgebildet wird, und einer davon getrennten Empfangsantenne, die z. B. ebenfalls ein Hornstrahler ist. Alternativ dazu sind weitere breitban­ dige Antennenanordnungen, z. B. Spiralantennen, verwendbar. Die Antennenanordnung wird nach einem aus der Radartech­ nik bekannten FMCW-Verfahren ("frequency modulation conti­ nous wave") betrieben,: das auch als (Radar-)Dauerstrich- Verfahren mit einer Frequenzmodulation bezeichnet werden kann. (Es wird beispielsweise mit einer Sendeleistung von 30 mW, einer Rampendauer von 12,8 ms sowie einer Abtast­ frequenz von 7 kHz gearbeitet.) Vorzugsweise wird die Mo­ dulation des FMCW-Radars mit einer linearen Kennlinie aus­ gebildet, um einen linearen Zusammenhang zwischen den Echozentren und der abgemischten Niederfrequenz zu erhal­ ten. Die reflektierten, z. B. von der Rohrinnenwand, der Rohraußenwand, dem das Rohr umgebenden Material, Strah­ lungsanteile werden von der Antennenanordnung empfangen, mit einem aus der Radartechnik bekannten Verfahren mit Hilfe der Datenverarbeitungsanlage verarbeitet und auf ei­ nem Sichtschirm dargestellt, vorzugsweise in einer räumli­ chen dreidimensionalen Darstellungsweise (3D-Darstellung). Damit ist eine zuverlässige und kostengünstige Erkennung und/oder Klassifizierung von Fehlstellen und/oder der diese umgebenden Bereiche, z. B. Hohlräume, Hinterspülun­ gen, kontaminierte Erdbereiche, möglich. Es sind auch mög­ liche Fehlstellen, z. B. Korrosion der Außenwand, erkenn­ bar.In the carriage mentioned at the beginning, which at least with A video camera is populated on its front One end (opposite the cable connection) the longitudinal axis of the pig or tube rotatable antenna attached arrangement. This is preferably located within a so-called radome, which is the antenna array against environmental influences, especially moisture, protects. The antenna arrangement is for a broadband designed electromagnetic radiation, for. B. for Fre Frequency range 1 GHz to 2 GHz or 2 GHz to 4 GHz or 6 GHz to 10 GHz or a combination of the frequency ranges. The selected frequency range is based on the application case dependent, in particular on the nature of the floor and  the desired depth of penetration and / or depth resolution. The antenna arrangement consists of a transmitting antenna is preferably designed as a horn, and one of which separate receiving antenna, the z. B. also a Horn blaster is. Alternatively, there are more broadband Dige antenna arrangements, for. B. spiral antennas can be used. The antenna arrangement is based on one of the radar tech known FMCW method ("frequency modulation conti nous wave ") operated: also as a (radar) continuous wave Methods with a frequency modulation can be called can. (It is, for example, with a transmission power of 30 mW, a ramp duration of 12.8 ms and a scan frequency of 7 kHz.) The Mo the FMCW radar with a linear characteristic formed a linear relationship between the Echo centers and the mixed low frequency The reflected, e.g. B. from the inner tube wall, the Pipe outer wall, the material surrounding the pipe, beam shares are received by the antenna arrangement, with a method known from radar technology Processed using the data processing system and on egg Nem screen shown, preferably in a room Chen three-dimensional representation (3D representation). This is a reliable and inexpensive detection and / or classification of defects and / or the these surrounding areas, e.g. B. cavities, backwash contaminated areas of the earth. It is also possible Liche defects, e.g. B. corrosion of the outer wall bar.

Es ist nun besonders vorteilhaft, diese 3D-Darstellungen mit den von der Videokamera erzeugten (optischen) Auswer­ tungen zu kombinieren. Dieses ist möglich, da die Anord­ nungen der Videokamera und der Antennenanordnung auf dem Molch bekannt sind. Weiterhin wird die räumliche Lage des Molches sowie die Lage (Blickrichtung) der Videokamera so­ wie der Antennenanordnung mit Hilfe von Lagesensoren er­ mittelt. Mit diesen Informationen ist eine zuverlässige Zuordnung der an sich unterschiedlichen (voneinander unab­ hängigen) Daten möglich. Eine solche Kombination ermög­ licht eine besonders genaue und zuverlässige Ermittlung und Klassifikation einer Fehlstelle.It is now particularly advantageous to have these 3D representations with the (optical) ejector generated by the video camera  to combine. This is possible because of the arrangement of the video camera and the antenna arrangement on the Newt are known. Furthermore, the spatial location of the Molches as well as the position (direction of view) of the video camera like the antenna arrangement with the help of position sensors he averages. Having this information is reliable Assignment of the different (independent from each other dependent) data possible. Such a combination enables light a particularly precise and reliable determination and classification of a defect.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs­ beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an­ wendbar. Beispielsweise ist es möglich, die Frequenz und/oder den Frequenzbereich der Antennenanordnung um­ schaltbar zu gestalten, z. B. auf einen Frequenzbereich kleiner 2 GHz. Damit ist es beispielsweise möglich, mit einer hohen Frequenz die Wandung des Rohres zu überprüfen und bei einer Fehlstelle, z. B. einem Loch, auf eine nied­ rige Frequenz umzuschalten, um damit die genauen Ausmaße eines möglicherweise kontaminierten Erdreiches zu ermit­ teln. Weiterhin ist es möglich, andere Rohre, z. B. Was­ serrohre, zu überprüfen sowie von einer Schutz- und/oder Isolierschicht ummantelte Rohre.The invention is not based on the embodiment described examples limited, but analogously to others reversible. For example, it is possible to change the frequency and / or the frequency range of the antenna arrangement switchable design, e.g. B. on a frequency range less than 2 GHz. This makes it possible, for example, with to check the wall of the pipe at a high frequency and in the event of a fault, e.g. B. a hole on a low frequency to switch to the exact dimensions of a possibly contaminated soil teln. It is also possible to use other pipes, e.g. B. What serrohre to check and from a protective and / or Insulating layer covered pipes.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erkennen einer Fehlstelle in einem Rohr, insbesondere in einem Kanalisationsrohr, wobei
  • - ein Fahrwagen in dem Rohr bewegt wird,
  • - auf dem Fahrwagen zumindest eine Videokamera befestigt wird,
  • - der Fahrwagen und die Videokamera über ein Kabel mit ei­ ner Steuerzentrale, die sich außerhalb des Rohres befin­ det und in der eine Steuerung des Fahrwagens und der Vi­ deokamera sowie eine Auswertung der Signale der Videoka­ mera erfolgt, verbunden werden und
  • - der Ort des Fahrwagens mit Hilfe der Länge des abgespul­ ten Kabels bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet
  • - daß an dem Fahrwagen zusätzlich eine um die Längsachse des Rohres drehbare Antennenanordnung befestigt wird,
  • - daß die Antennenanordnung eine Sende- und eine Empfangsantenne für elektromagnetische Strahlung enthält,
  • - daß die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit von dem Material der Wandung des Rohres so gewählt wird, daß die Wandung von der Strahlung zumindest teilweise durchdrungen wird,
  • - daß von der Wandung und/oder von dem das Rohr um­ gebenden Material reflektierte Strahlung von der Empfangsantenne empfangen und in der Steuerzen­ trale ausgewertet wird, und
  • - daß die von der Videokamera und der Empfangsan­ tenne ausgesandten Signale in der Steuerzentrale korreliert und auf einem Sichtschirm dargestellt werden.
1. A method for detecting a fault in a pipe, in particular in a sewer pipe, wherein
  • - a carriage is moved in the tube,
  • at least one video camera is attached to the trolley,
  • - The trolley and the video camera via a cable with egg ner control center, which is located outside the pipe and in which a control of the trolley and the video camera and an evaluation of the signals of the Videoka mera takes place, and
  • - The location of the trolley is determined with the help of the length of the cable spooled, characterized
  • that an antenna arrangement rotatable about the longitudinal axis of the tube is additionally fastened to the carriage,
  • that the antenna arrangement contains a transmitting and a receiving antenna for electromagnetic radiation,
  • that the frequency of the electromagnetic radiation is selected as a function of the material of the wall of the tube so that the wall is at least partially penetrated by the radiation,
  • - That from the wall and / or from the tube around giving material reflected radiation received by the receiving antenna and evaluated in the control center, and
  • - That the signals emitted by the video camera and the receiving antenna are correlated in the control center and displayed on a screen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung nach einem aus der Radartechnik be­ kannten FMCW-Verfahren betrieben wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the antenna arrangement according to be from radar technology known FMCW process is operated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die von der Antennenanordnung empfange­ nen Signale in der Steuerzentrale mit Hilfe einer digital arbeitenden Datenverarbeitungsanlage ausgewertet und zu­ mindest räumlich zweidimensionaler Form auf einem Sicht­ schirm dargestellt werden.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized ge indicates that the antenna array is receiving signals in the control center using a digital working data processing system evaluated and  at least spatially two-dimensional shape in one view screen. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerzentrale
  • - die von der Videokamera ausgesandten Videosignale auf einem Sichtschirm dargestellt werden,
  • - die von der Antennenanordnung empfangenen Signale auf einem Sichtschirm dargestellt werden und
  • - zumindest bei Vorliegen einer Fehlstelle die Dar­ stellung der Videokamera und der Antennenanordnung korreliert werden.
4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the control center
  • the video signals emitted by the video camera are displayed on a display screen,
  • - The signals received by the antenna arrangement are displayed on a screen and
  • - At least in the presence of a defect, the Dar position of the video camera and the antenna arrangement are correlated.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine breitbandige elektromagnetische Strahlung zur Anwendung gebracht wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that a broadband electromagnetic Radiation is applied. 6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Antennenanordnung entweder mindestens eine einzelne Antenne, die sowohl als Sende- oder Empfangsantenne dient oder in einer anderen Ausfüh­ rung als Anordnung aus zwei Antennen, die als getrennte Sende-/Empfangsantennen fungieren, ausgebildet werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that for the antenna arrangement either at least one single antenna, which can be used as a or receiving antenna or in another version tion as an arrangement of two antennas, which as separate Transmit / receive antennas function, are trained. 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung mindestens eine Horn- und/oder Spiralantenne enthält. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the antenna arrangement at least one Contains horn and / or spiral antenna.   7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung sich innerhalb eines Radoms befindet.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the antenna arrangement is within of a radome.
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