RU2229708C2 - Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines - Google Patents

Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines Download PDF

Info

Publication number
RU2229708C2
RU2229708C2 RU2002119698/28A RU2002119698A RU2229708C2 RU 2229708 C2 RU2229708 C2 RU 2229708C2 RU 2002119698/28 A RU2002119698/28 A RU 2002119698/28A RU 2002119698 A RU2002119698 A RU 2002119698A RU 2229708 C2 RU2229708 C2 RU 2229708C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
signals
pipe
correlation function
delay time
Prior art date
Application number
RU2002119698/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002119698A (en
Inventor
Ф.В. Кармазинов (RU)
Ф.В. Кармазинов
ев А.Н. Бел (RU)
А.Н. Беляев
дкин Е.И. Пр (RU)
Е.И. Прядкин
В.И. Дикарев (RU)
В.И. Дикарев
Original Assignee
Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" filed Critical Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга"
Priority to RU2002119698/28A priority Critical patent/RU2229708C2/en
Publication of RU2002119698A publication Critical patent/RU2002119698A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2229708C2 publication Critical patent/RU2229708C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/048Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: nondestructive inspection of pipe-lines, instrumentation. SUBSTANCE: process detecting flaws in pipe-lines consists in placement of pair of acoustic transducers on ends of tested section of pipe-line. One transducer in each pair records longitudinal oscillations and another transducer registers lateral vibrations. Oscillations generated by flaw are recorded by all transducers simultaneously with their subsequent filtration to isolate signals with frequency of 1000-2500 Hz; signals of acoustic transducers in each pair are compared with one another to extract signals from flaws. Signals from transducers of longitudinal oscillations generated by flaw are converted to digital codes, high-frequency phase oscillations are modulated by digital code from one transducer, phase-shifted signal is power amplified, emitted into the air, detected at another end of tested section of pipe-line, multiplied and divided by phase in two, harmonic voltage is extracted, its initial phase is stabilized, multiplied with phase-shifted signal, modulating digital code is derived, delayed in time, multiplied with another digital code, cross correlation function of digital codes is isolated, delay time is varied till maximal value of cross correlation function is achieved, maximal value of cross correlation function is maintained by automatic change of delay time, delay time is recorded, position of flaw in tested section of pipe-line is established and recorded. EFFECT: enhanced productivity of process, increased length of sections of pipe-line diagnosed reliably. 2 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован для обнаружения дефектов в трубопроводах, преимущественно коррозионных дефектов в трубопроводах центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения коммунальных хозяйств городов.The proposed method relates to a control and measuring technique and can be used to detect defects in pipelines, mainly corrosion defects in central heating pipelines, hot and cold water supply of municipal utilities in cities.

К коррозионным дефектам относятся:Corrosion defects include:

- локальное утончение стенки трубы до толщины менее 50% от номинала;- local thinning of the pipe wall to a thickness of less than 50% of the nominal;

- серия язв, охватывающих площадь с осевым простиранием более 100 мм;- a series of ulcers covering an area with an axial strike of more than 100 mm;

- дефекты сварных швов;- defects in welds;

- раскрытие трещин, через которые идет истечение воды различной, в том числе и малой, интенсивности и другие.- opening of cracks through which there is a flow of water of various, including low, intensity and others.

Известны способы обнаружения дефектов в трубопроводах (авторские свидетельства СССР № 380909, 411268, 642575, 934269, 1216551, 1283566, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1705709, 1733837, 1777014, 1778597, 1812386; патенты РФ № 2135887, 2138037; патенты США № 4289019, 4570477, 5038614; патент Великобритании № 1349129; патент Франции № 2498325; патенты Японии № 59-38537, 60-24900, 63-22531; Трубопроводный транспорт жидкости и газа. М., 1993 и другие).Known methods for detecting defects in pipelines (USSR author's certificate No. 380909, 411268, 642575, 934269, 1216551, 1283566, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1705709, 1733837, 1777014, 1778597, 1812386; Russian patents No. 21353787, 213; No. 4289019, 4570477, 5038614; UK patent No. 1349129; French patent No. 2498325; Japanese patents No. 59-38537, 60-24900, 63-22531; Pipeline transport of liquid and gas. M., 1993 and others).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является “Способ обнаружения коррозионных дефектов в трубопроводах водоснабжения” (патент РФ № 2138037, G 01 N 29/04, 1998), который и выбран в качестве прототипа.Of the known methods, the closest to the proposed one is the “Method for the detection of corrosion defects in water supply pipelines” (RF patent No. 2138037, G 01 N 29/04, 1998), which is selected as a prototype.

Данный способ может быть использован для контроля состояния трубопроводов центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения коммунальных хозяйств городов. Упрощение процесса определения местоположения дефекта и его характера, а также независимость процесса определения от свойств материала контролируемой среды достигается тем, что по концам исследуемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, один из которых в каждой паре регистрирует продольные колебания, а другой - поперечные колебания. После обработки сигналов от датчиков определяют местоположение и характер обнаруженного дефекта.This method can be used to monitor the status of central heating pipelines, hot and cold water supply of municipal utilities in cities. The simplification of the process of determining the location of a defect and its nature, as well as the independence of the determination process from the material properties of the controlled medium, is achieved by the fact that pairs of acoustic sensors are installed at the ends of the studied section of the pipeline, one of which records longitudinal vibrations in each pair and the other transverse vibrations. After processing the signals from the sensors, the location and nature of the detected defect is determined.

Недостатками известного способа являются низкая производительность, обусловленная необходимостью прокладывать кабель между датчиками, устанавливаемыми на концах контролируемого участка трубопровода, и невозможность его применения в ряде ситуаций, например на переходах через транспортные магистрали кабельная связь не используется.The disadvantages of this method are the low productivity due to the need to lay the cable between the sensors installed at the ends of the monitored section of the pipeline, and the impossibility of its use in a number of situations, for example, cable crossings are not used at the crossings through transport routes.

Технической задачей изобретения является повышение производительности и увеличение длин надежно диагностируемых секций трубопроводов центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения коммунальных хозяйств городов.An object of the invention is to increase productivity and increase the lengths of reliably diagnosed sections of pipelines of central heating, hot and cold water supply of municipal utilities in cities.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу обнаружения дефектов в трубопроводах, по которому на концах контролируемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, в каждой паре одним датчиком фиксируют продольные колебания, а другим - поперечные колебания, при этом регистрацию колебаний, генерируемых дефектом, осуществляют всеми датчиками одновременно с последующей их фильтрацией для выделения сигналов с частотой 1000-2500 Гц и сравнивают сигналы акустических датчиков в каждой паре между собой для выделения сигналов от дефекта, сигналы от датчиков продольных колебаний, генерируемых дефектом, преобразуют в цифровые коды, цифровым кодом одного из датчиков манипулируют высокочастотное колебание по фазе, усиливают полученный фазоманипулируемый сигнал по мощности, излучают его в эфир, принимают фазоманипулированный сигнал на другом конце контролируемого участка трубопровода, умножают и делят его фазу на два, выделяют гармоническое напряжение, стабилизируют его начальную фазу, перемножают с принимаемым фазоманипулированным сигналом, выделяют модулирующий цифровой код, задерживают его по времени, перемножают с другим цифровым кодом, выделяют взаимную корреляционную функцию цифровых кодов, изменяют время задержки до получения максимального значения взаимной корреляционной функции, поддерживают максимальное значение взаимной корреляционной функции автоматическим изменением времени задержки, фиксируют время задержки, определяют местоположение дефекта на контролируемом участке трубопровода и регистрируют его.The problem is solved in that according to the method for detecting defects in pipelines, according to which pairs of acoustic sensors are installed at the ends of the monitored section of the pipeline, longitudinal vibrations are detected with one sensor and transverse vibrations with the other, while all the vibrations generated by the defect are recorded by all sensors simultaneously with their subsequent filtering to extract signals with a frequency of 1000-2500 Hz and compare the signals of acoustic sensors in each pair with each other to highlight I signals from the defect, the signals from the longitudinal oscillation sensors generated by the defect are converted into digital codes, the digital code of one of the sensors manipulates the high-frequency oscillation in phase, amplifies the received phase-manipulated signal by power, emits it into the air, receives the phase-manipulated signal at the other end of the controlled area pipelines, multiply and divide its phase into two, isolate the harmonic voltage, stabilize its initial phase, multiply with the received phase-manipulated signal, isolate they modulate the digital code, delay it in time, multiply it with another digital code, select the cross-correlation function of the digital codes, change the delay time until the maximum value of the cross-correlation function is obtained, maintain the maximum value of the cross-correlation function by automatically changing the delay time, fix the delay time, determine the location of the defect in the controlled section of the pipeline and register it.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1.The structural diagram of a device that implements the proposed method is presented in figure 1.

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.2.Timing diagrams explaining the principle of operation of the device shown in figure 2.

Устройство содержит трубопровод 1, дефект 2 и пары акустических датчиков 3.1 и 4.1, 3.2 и 4.2. При этом датчиками 3.1 и 3.2 фиксируют продольные колебания, а датчиками 4.1 и 4.2 - поперечные колебания, генерируемые дефектом 2. В качестве дефектов преобладают коррозионные дефекты, к которым относятся:The device contains a pipeline 1, defect 2 and pairs of acoustic sensors 3.1 and 4.1, 3.2 and 4.2. In this case, longitudinal vibrations are detected by sensors 3.1 and 3.2, and transverse vibrations generated by defect 2 by sensors 4.1 and 4.2. Corrosion defects predominate as defects, which include:

- локальное утончение стенки трубы до толщины менее 50% от номинала;- local thinning of the pipe wall to a thickness of less than 50% of the nominal;

- серия язв, охватывающих площадь с осевым простиранием более 100 мм;- a series of ulcers covering an area with an axial strike of more than 100 mm;

- дефекты сварных швов;- defects in welds;

- раскрытие трещин, через которые идет истечение воды различной, в том числе и малой, интенсивности и другие.- opening of cracks through which there is a flow of water of various, including low, intensity and others.

Ток воды (волна давления) воздействует на место утончения стенки трубы, что вызывает вынужденные колебания последней (мембранный эффект) и генерирование соответствующей продольной волны, которая распространяется по воде с соответствующей скоростью V=1200 м/с. Колебания от утончения стенки трубы, как правило, носят импульсный характер с частотой в диапазоне 1000-2500 Гц. Взаимодействие продольной волны давления от дефекта 2 со стенкой трубы в конкретной точке эквивалентно известному решению задачи о действии сосредоточенной динамической силы на оболочку и в соответствии с решением приводит к преобладанию продольных перемещений стенки трубы над поперечными.The water flow (pressure wave) affects the place of thinning of the pipe wall, which causes the forced vibrations of the pipe (membrane effect) and the generation of the corresponding longitudinal wave, which propagates through the water with the corresponding velocity V = 1200 m / s. Fluctuations from thinning of the pipe wall, as a rule, are pulsed in nature with a frequency in the range of 1000-2500 Hz. The interaction of the longitudinal pressure wave from defect 2 with the pipe wall at a specific point is equivalent to the well-known solution to the problem of the action of a concentrated dynamic force on the shell and, in accordance with the solution, the longitudinal movements of the pipe wall over the transverse ones predominate.

Кроме того, труба находится под воздействием различного рода колебаний, связанных с током воды и ее конструкций. Эти колебания в основном обусловливают возникновение стоячих волн и волн Рэлея (волны поперечных смещений).In addition, the pipe is under the influence of various kinds of vibrations associated with the flow of water and its structures. These oscillations mainly cause the appearance of standing waves and Rayleigh waves (waves of transverse displacements).

Таким образом, в точке постановки датчиков продольные и поперечные смещения будут обусловлены суперпозицией двух основных волн, причем продольные смещения будут иметь по амплитуде больше компонент, связанных с излучением волны дефектом, чем поперечные. Датчики 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 преобразуют акустические колебания в электрические сигналы. К датчикам последовательно подключены усилители электрических сигналов 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 и фильтры 7.1, 7.2, 8.1, 8.2, обеспечивающие выделение сигналов в частотном диапазоне 1000-2500 Гц. К фильтрам последовательно подключены блок 9.1 (9.2) сравнения и ключ 10.1 (10.2) и аналого-цифровой преобразователь 11.1 (11.2). К выходу аналого-цифрового преобразователя 11.2 последовательно подключены фазовый манипулятор 13, второй вход которого соединен с выходом генератора 12 высокой частоты, усилитель 14 мощности и передающая антенна 15. К выходу приемной антенны 16 последовательно подключены усилитель 17 высокой частоты, удвоитель 18 фазы, делитель 19 фазы на два, узкополосный фильтр 20, частотный детектор 21, триггер 22, балансный переключатель 23, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 20, фазовый детектор 24, второй вход которого соединен с вторым выходом усилителя 17 высокой частоты, блок 26 регулируемой задержки, перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 11.1, фильтр 28 нижних частот, индикатор 29 уровня корреляционной функции, экстремальный регулятор 30, блок 26 регулируемой задержки, указатель 31 временной задержки, вычислительный блок 32 и блок 33 регистрации. Блок 26 регулируемой задержки, перемножитель 27, фильтр 28 нижних частот, индикатор 29 уровня корреляционной функции и экстремальный регулятор 30 образуют коррелятор 25.Thus, at the point of sensor installation, the longitudinal and transverse displacements will be due to the superposition of the two main waves, and the longitudinal displacements will have in amplitude more components associated with the radiation of the wave from the defect than the transverse ones. Sensors 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 convert acoustic vibrations into electrical signals. Amplifiers of electrical signals 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 and filters 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 are connected to the sensors in series, which provide the selection of signals in the frequency range of 1000-2500 Hz. The comparison unit 9.1 (9.2) and the switch 10.1 (10.2) and the analog-to-digital converter 11.1 (11.2) are connected in series to the filters. To the output of the analog-to-digital converter 11.2, a phase manipulator 13 is connected in series, the second input of which is connected to the output of the high-frequency generator 12, a power amplifier 14 and a transmitting antenna 15. A high-frequency amplifier 17, a phase doubler 18, and a divider 19 are connected in series to the output of the receiving antenna 16 two phases, a narrow-band filter 20, a frequency detector 21, a trigger 22, a balance switch 23, the second input of which is connected to the output of the narrow-band filter 20, a phase detector 24, the second input of which is connected to the second the output of the high-frequency amplifier 17, an adjustable delay unit 26, a multiplier 27, the second input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter 11.1, a low-pass filter 28, a correlation function level indicator 29, an extreme regulator 30, an adjustable delay unit 26, a time delay indicator 31 computing unit 32 and registration unit 33. The adjustable delay unit 26, the multiplier 27, the low-pass filter 28, the correlation function level indicator 29 and the extreme controller 30 form a correlator 25.

Способ обнаружения дефектов осуществляется следующим образом.A method for detecting defects is as follows.

Способ предназначен для обнаружения и определения местоположения коррозионных дефектов в трубопроводах диаметром более 80 мм, имеющих толщину стенки 5-15 мм, по которым осуществляется перекачка продукта или теплоносителя, в частности воды.The method is intended to detect and determine the location of corrosion defects in pipelines with a diameter of more than 80 mm, having a wall thickness of 5-15 mm, through which the product or coolant is pumped, in particular water.

В основе способа лежит явление излучения колебаний акустических частот (эмиссии) при воздействии тока воды (динамического давления) на указанные дефекты.The method is based on the phenomenon of emission of acoustic frequency vibrations (emissions) when a water current (dynamic pressure) acts on these defects.

Виброакустические сигналы, возбуждаемые дефектом 2, распространяются вдоль трубопровода 1 в обоих направлениях и воспринимаются датчиками 3.1, 4.1 и 3.2, 4.2, с выходов которых электрические сигналы поступают на усилители 5.1, 6.1 и 5.2, 6.2 соответственно. С помощью фильтров 7.1, 8.1 и 7.2, 8.2 осуществляется выделение рабочей полосы частот (1000-2500 Гц).Vibroacoustic signals excited by defect 2 propagate along pipeline 1 in both directions and are sensed by sensors 3.1, 4.1 and 3.2, 4.2, from the outputs of which electric signals are fed to amplifiers 5.1, 6.1 and 5.2, 6.2, respectively. With the help of filters 7.1, 8.1 and 7.2, 8.2, the working frequency band (1000-2500 Hz) is allocated.

С целью выделения сигналов от дефекта 2 на фоне колебаний трубы как целого проводится автокорреляция по записям продольных и поперечных колебаний, а затем осуществляется сравнение результатов автокорреляции указанных записей в блоках 9.1 и 9.2 сравнения.In order to isolate the signals from defect 2 against the background of pipe vibrations as a whole, autocorrelation is carried out according to the records of longitudinal and transverse vibrations, and then the results of autocorrelation of these records are compared in comparison blocks 9.1 and 9.2.

При наличии дефекта на контролируемом участке трубопровода блоки 9.1 и 9.2 сравнения срабатывают и формируют постоянные напряжения, которые поступают на управляющие входы ключей 10.1 и 10.2, открывая их. В исходном состоянии ключи 10.1 и 10.2 всегда закрыты. При этом электрические сигналы, соответствующие продольным акустическим колебаниям, генерируемые дефектом 2, через открытые ключи 10.1 и 10.2 поступают на аналого-цифровые преобразователи 11.1 и 11.2 и преобразуются в цифровые коды. С выхода первого аналого-цифрового преобразователя 11.1 цифровой код поступает на первый вход коррелятора 25 непосредственно. Из-за большого пространственного удаления второго аналого-цифрового преобразователя 11.2 от коррелятора 25 для передачи цифрового кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 11.2 на второй вход коррелятора 25 используется радиоканал.If there is a defect in the controlled section of the pipeline, the comparison blocks 9.1 and 9.2 are activated and form constant voltages, which are supplied to the control inputs of the keys 10.1 and 10.2, opening them. In the initial state, keys 10.1 and 10.2 are always closed. In this case, electrical signals corresponding to longitudinal acoustic vibrations generated by defect 2, through the public keys 10.1 and 10.2, are fed to analog-to-digital converters 11.1 and 11.2 and converted into digital codes. From the output of the first analog-to-digital converter 11.1, the digital code is fed directly to the first input of the correlator 25. Due to the large spatial distance of the second analog-to-digital converter 11.2 from the correlator 25, a radio channel is used to transmit a digital code from the output of the analog-to-digital converter 11.2 to the second input of the correlator 25.

С этой целью генератором 12 формируется высокочастотное колебание (фиг.2, а)For this purpose, a high-frequency oscillation is generated by the generator 12 (Fig. 2, a)

Uc(t)=Uc·cos(ωct+φc),U c (t) = U c cos (ω c t + φ c ),

0≤t≤Tc,0≤t≤T c ,

где Uc, ωc, φc, Тс - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 13, на второй вход которого подается модулирующий код М(t) (фиг. 2, б) с выхода второго аналого-цифрового преобразователя 11.2. На выходе фазового манипулятора 13 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг. 2, в).where U c , ω c , φ c , T c is the amplitude, carrier frequency, initial phase, and duration of the high-frequency oscillation, which arrives at the first input of the phase manipulator 13, the second input of which is supplied with the modulating code M (t) (Fig. 2, b) from the output of the second analog-to-digital converter 11.2. At the output of the phase manipulator 13, a phase-shift (PSK) signal is generated (Fig. 2, c).

U1(t)=Uc·cos[ωct+φk(t)+φс],U 1 (t) = U c · cos [ω c t + φ k (t) + φ s ],

0≤t≤Tc,0≤t≤T c ,

где φk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φk(t)=const при Kτэ<t<(К+1)·τэ и может изменяться скачком при t=Kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=0, 1, 2,...N-1);where φ k (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M (t), and φ k (t) = const for Kτ e <t <(K + 1) · Τ e and can change abruptly at t = Kτ e , i.e. at the boundaries between elementary premises (K = 0, 1, 2, ... N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс, (Тс=N·τэ).τ e , N - the duration and number of chips that make up a signal of duration T s (T s = N · τ e ).

Этот сигнал после усиления в усилителе 14 мощности излучается передающей антенной 15 в эфир, принимается приемной антенной 16 и после усиления в усилителе 17 высокой частоты поступает на первый вход фазового детектора 24, который представляет собой последовательно включенные перемножитель и фильтр нижних частот. Одновременно ФМн-сигнал поступает на вход удвоителя 18 фазы, который может быть выполнен в виде перемножителя, на два входа которого подается один и тот же ФМн-сигнал. На входе удвоителя 18 фазы образуется гармоническое напряжение (фиг.2, г)This signal, after amplification in the power amplifier 14, is transmitted by the transmitting antenna 15 to the ether, received by the receiving antenna 16, and after amplification in the high-frequency amplifier 17, is fed to the first input of the phase detector 24, which is a series multiplier and a low-pass filter. At the same time, the PSK signal is fed to the input of the phase doubler 18, which can be made in the form of a multiplier, the same PSK signal is fed to two inputs of which. At the input of the phase doubler 18, a harmonic voltage is generated (Fig. 2, g)

U2(t)=U2·cos(2ωct+2φс),U 2 (t) = U 2 cos (2ω c t + 2φ s ),

0≤t≤Tc,0≤t≤T c ,

где U2=0,5К1·U 2 c ;where U 2 = 0.5K 1 · U 2 c ;

K1 - коэффициент передачи перемножителя, в котором манипуляция фазы уже отсутствует. Это напряжение поступает на вход делителя 19 фазы на два, на выходе которого образуется следующее гармоническое напряжение (фиг.2, д)K 1 - transmission coefficient of the multiplier, in which phase manipulation is already absent. This voltage is fed to the input of the phase divider 19 into two, the output of which is formed by the following harmonic voltage (figure 2, d)

U3(t)=U2·cos(ωct+φc),U 3 (t) = U 2 cos (ω c t + φ c ),

0≤t≤Tc.0≤t≤T c .

Начальная фаза полученного гармонического напряжения может иметь два устойчивых значения: φc и φc+π. Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления фазы на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на πThe initial phase of the obtained harmonic voltage can have two stable values: φ c and φ c + π. This is easy to show analytically. If you make a division similar to the previous one, but previously adding an angle of 2π to the argument, which does not change the initial voltage, then after dividing the phase by two, you get the voltage shifted in phase by π

U3’(t)=U2·cos[(2ωct+2φc+2π)/2]=U2·cos(ωct+φc+π).U 3 '(t) = U 2 · cos [(2ω c t + 2φ c + 2π) / 2] = U 2 · cos (ω c t + φ c + π).

Следовательно, двузначность начальной фазы полученного гармонического напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность начальной фазы объясняется неустойчивой работой делителя 19 фазы на два. Это явление получило название “обратной работы” и присуще всем известным устройствам (Пистолькориа А.А., Сифорова В.И., Костала Д.Ф., Травина Г.А.), которые выделяют опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов, непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала.Therefore, the ambiguity of the initial phase of the obtained harmonic voltage follows from the fission process itself. The physically indicated ambiguity of the initial phase is explained by the unstable operation of the phase divider 19 into two. This phenomenon is called “reverse operation” and is inherent in all known devices (Pistolkoria A.A., Siforova V.I., Kostala D.F., Travina G.A.), which emit the reference voltage necessary for the synchronous detection of FMN signals directly from the received QPSK signal.

Явление “обратной работы” обусловлено скачкообразными переходами начальной фазы опорного напряжения из одного состояния φс в другое φс+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени (например, t1, t2) (фиг.2, д). При этом на выходе фазового детектора 24 выделяется искаженный аналог модулирующего кода M1(t) (фиг.2, е), что снижает достоверность определения местоположения дефекта 2.The phenomenon of “reverse work” is due to spasmodic transitions of the initial phase of the reference voltage from one state φ s to another φ s + π under the influence of noise, short termination of reception, and other factors. These transitions during the reception of the QPSK signal occur at random times (for example, t 1 , t 2 ) (figure 2, e). At the same time, at the output of the phase detector 24, a distorted analog of the modulating code M 1 (t) is extracted (Fig. 2, e), which reduces the reliability of determining the location of the defect 2.

Для стабилизации фазы опорного напряжения и устранения явления “обратной работы” используются настольный детектор 21, триггер 22 и балансный переключатель 23.To stabilize the phase of the reference voltage and eliminate the phenomenon of “reverse operation”, a desktop detector 21, a trigger 22, and a balance switch 23 are used.

При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения на +180° в момент времени t1 (фиг.2, д) на выходе частотного детектора 21 образуется положительный короткий импульс, а при скачке начальной фазы на -180° в момент времени t2 (возвращение начальной фазы в первоначальное состояние) - отрицательный импульс (фиг.2, ж). Знакочередующие короткие импульсы с выхода частотного детектора 21 (фиг.2, ж) управляют работой триггера 22, выходное напряжение которого (фиг.2, з), в свою очередь, управляет работой балансного переключателя 23.When the initial phase of the reference voltage jumps by 180 ° at time t 1 (Fig. 2, e), a positive short pulse is generated at the output of frequency detector 21, and when the initial phase jumps by -180 ° at time t 2 (return of the initial phase to the initial state) is a negative impulse (figure 2, g). Alternating short pulses from the output of the frequency detector 21 (FIG. 2, g) control the operation of the trigger 22, the output voltage of which (FIG. 2, h), in turn, controls the operation of the balance switch 23.

В устойчивом состоянии, когда начальная фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 22 образуется отрицательное напряжение и балансный переключатель 23 находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода узкополосного фильтра 20 на опорный вход фазового детектора 24 без изменения.In a stable state, when the initial phase of the reference voltage coincides, for example, with the zero phase of the received PSK signal, a negative voltage is generated at the output of the trigger 22 and the balance switch 23 is in its initial position, at which the reference voltage is supplied from the output of the narrow-band filter 20 to the reference the input of the phase detector 24 without change.

При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения на +180°, обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 19 фазы на два под действием помех, триггер 22 положительным импульсом (фиг.2, з) с выхода частотного детектора 21 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 22 в момент времени t1 становится и остается положительным до очередного скачка фазы в момент времени t2, который возвращает начальную фазу опорного напряжения в первоначальное состояние. Положительное выходное напряжение триггера 22 переводит балансный переключатель 23 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 20 поступает на опорный выход фазового детектора 24 с изменением начальной фазы на -180°. Это позволяет устранить нестабильность начальной фазы опорного напряжения и связанную с ней “обратную работу”.When an abrupt change in the initial phase of the reference voltage by + 180 °, caused, for example, by the unstable operation of the phase divider 19 into two under the influence of interference, the trigger 22 positive pulse (figure 2, h) from the output of the frequency detector 21 is transferred to another stable state. In this case, the output voltage of the trigger 22 at time t 1 becomes and remains positive until the next phase jump at time t 2 , which returns the initial phase of the reference voltage to its original state. The positive output voltage of the trigger 22 transfers the balance switch 23 to another stable state, in which the reference voltage from the output of the narrow-band filter 20 is supplied to the reference output of the phase detector 24 with a change in the initial phase by -180 °. This eliminates the instability of the initial phase of the reference voltage and the associated “reverse work”.

Следовательно, частотный детектор 21 обеспечивает обнаружение момента возникновения “обратной работы 2, а триггер 22 и балансный переключатель 23 устраняют ее.Therefore, the frequency detector 21 provides detection of the moment of occurrence of “reverse operation 2, and the trigger 22 and the balance switch 23 eliminate it.

При этом на опорный вход фазового детектора 24 поступает опорное напряжение со стабильной начальной фазой (фиг.2, и).In this case, the reference voltage with a stable initial phase (Fig. 2, and) is supplied to the reference input of the phase detector 24.

U4(t)=U2·cos(ωct+φс),U 4 (t) = U 2 · cos (ω c t + φ s ),

0≤t≤Tc.0≤t≤T c .

На выходе фазового детектора 24 образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, к)At the output of the phase detector 24, a low-frequency voltage is generated (figure 2, k)

Uн(t)=Uн·cosφk(t),U n (t) = U n cosφ k (t),

0≤t≤Tc,0≤t≤T c ,

где Uн=0,5К2·Uc·U2;where U n = 0,5K 2 · U c · U 2 ;

К2 - коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональный модулирующему коду M(t).To 2 - the gain of the phase detector, proportional to the modulating code M (t).

Данное напряжение поступает на второй вход коррелятора 25, состоящего из блока 26 регулируемой задержки, перемножителя 27, фильтра 28 нижних частот, индикатора 29 уровня корреляционной функции и экстремального регулятора 30. Получаемая на выходе коррелятора 25 взаимно корреляционная функция R(τ), измеряемая индикатором 29, имеет максимальное значение при равенстве введенной регулируемой задержки τ транспортному запаздыванию сигнала одного датчика по отношению к сигналу другого датчика. Экстремальный регулятор 30 поддерживает значение R(τ) на максимальном уровне, воздействуя на блок 26 регулируемой задержки. Шкала 31 блока 26 регулируемой задержки градуируется непосредственно в значениях разности времени прихода продольных волн на концы контролируемого участка трубопровода 1.This voltage is supplied to the second input of the correlator 25, consisting of an adjustable delay unit 26, a multiplier 27, a low-pass filter 28, a correlation function level indicator 29 and an extremal regulator 30. The correlation function R (τ) obtained at the output of the correlator 25, measured by the indicator 29 , has a maximum value when the introduced adjustable delay τ is equal to the transport delay of the signal of one sensor with respect to the signal of another sensor. The extreme controller 30 maintains the value of R (τ) at the maximum level by acting on the adjustable delay unit 26. The scale 31 of the adjustable delay unit 26 is graded directly in the values of the difference in the time of arrival of longitudinal waves at the ends of the monitored section of the pipeline 1.

Определив разность времени прихода продольных волн (t1, t2), генерируемых дефектом 2, на концы контролируемого участка протяженностью R (фиг.1), в вычислительном блоке 32 определяется местоположение дефекта 2Having determined the time difference of arrival of longitudinal waves (t 1 , t 2 ) generated by defect 2 at the ends of the monitored section of length R (Fig. 1), the location of defect 2 is determined in computing unit 32

L=0,5[R(1-Vср/с)-(с2-V 2 ср )/с·(t2-t1)],L = 0.5 [R (1-V sr / s) - (s 2 -V 2 wed ) / s · (t 2 -t 1 )],

где с - скорость акустических волн;where c is the speed of acoustic waves;

Vcp - средняя скорость движения транспортируемого продукта (вода, нефть, газ и т.п.), которое фиксируется блоком 33 регистрации.V cp is the average speed of the transported product (water, oil, gas, etc.), which is recorded by the registration unit 33.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение производительности и увеличение длин надежно диагностируемых секций трубопроводов центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения коммунальных хозяйств городов. Это достигается применением радиоканала и корреляционной обработкой используемых ФМн-сигналов. Данные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность обнаружения и разделения. Сигналов, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.Thus, the proposed method in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides increased productivity and increased lengths of reliably diagnosed sections of central heating pipelines, hot and cold water supply of municipal utilities. This is achieved by using the radio channel and the correlation processing of the used PSK signals. These signals allow the use of a new type of selection - structural selection. This means that there is a new possibility of detection and separation. Signals operating in the same frequency band and at the same time intervals.

Сложные ФМн-сигналы обладают также высокой энергетической и структурной скрытностью.Complex QPSK signals also have high energy and structural secrecy.

Для выделения модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала используется его синхронное детектирование. Причем опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, выделяется непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. А возникающее при этом явление “обратной работы” устраняется стабилизацией начальной фазы опорного напряжения, которое осуществляется с помощью частотного детектора, триггера и балансного переключателя.To isolate the modulating code M (t) from the received QPSK signal, its synchronous detection is used. Moreover, the reference voltage required for synchronous detection of the received PSK signal is extracted directly from the received PSK signal. And the phenomenon of “reverse operation” arising from this is eliminated by stabilizing the initial phase of the reference voltage, which is carried out using a frequency detector, trigger, and balance switch.

Claims (1)

Способ обнаружения дефектов в трубопроводах, преимущественно коррозионных дефектов в трубопроводах водоснабжения, по которому на концах контролируемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, в каждой паре одним датчиком фиксируют продольные колебания, а другим - поперечные колебания, при этом регистрацию колебаний, генерируемых дефектом, осуществляют всеми датчиками одновременно с последующей их фильтрацией для выделения сигналов с частотой 1000-2500 Гц и сравнивают сигналы акустических датчиков в каждой паре между собой для выделения сигналов от дефектов, отличающийся тем, что сигналы от датчиков продольных колебаний, генерируемых дефектом, преобразуют в цифровые коды, цифровым кодом одного из датчиков манипулируют высокочастотное колебание по фазе, усиливают полученный фазоманипулированный сигнал по мощности, излучают его в эфир, принимают фазоманипулированный сигнал на другом конце контролируемого участка трубопровода, умножают и делят его фазу на два, выделяют гармоническое напряжение, стабилизируют его начальную фазу, перемножают с принимаемым фазоманипулированным сигналом, выделяют модулирующий цифровой код, задерживают его по времени, перемножают с другим цифровым кодом, выделяют взаимную корреляционную функцию цифровых кодов, изменяют время задержки до получения максимального значения взаимной корреляционной функции, поддерживают максимальное значение взаимной корреляционной функции автоматическим изменением времени задержки, фиксируют время задержки, определяют местоположение дефекта на контролируемом участке трубопровода и регистрируют его.A method for detecting defects in pipelines, mainly corrosion defects in water supply pipelines, by which pairs of acoustic sensors are installed at the ends of the pipeline section to be monitored, longitudinal vibrations are recorded with one sensor and transverse vibrations with the other, and all oscillations generated by the defect are recorded by all sensors simultaneously with their subsequent filtering to extract signals with a frequency of 1000-2500 Hz and compare the signals of acoustic sensors in each pair m I am waiting for myself to isolate signals from defects, characterized in that the signals from the longitudinal vibration sensors generated by the defect are converted into digital codes, the high-frequency phase oscillation is manipulated with the digital code of one of the sensors, the received phase-manipulated signal is amplified by power, emitted, transmitted phase-shifted signal at the other end of the monitored section of the pipeline, multiply and divide its phase into two, isolate the harmonic voltage, stabilize its initial phase, multiply with with an accepted phase-manipulated signal, a modulating digital code is extracted, it is delayed by time, it is multiplied with another digital code, the mutual correlation function of the digital codes is extracted, the delay time is changed until the maximum value of the mutual correlation function is obtained, the maximum value of the mutual correlation function is automatically changed by the delay time, fixed delay time, determine the location of the defect in a controlled section of the pipeline and register it.
RU2002119698/28A 2002-07-25 2002-07-25 Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines RU2229708C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002119698/28A RU2229708C2 (en) 2002-07-25 2002-07-25 Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002119698/28A RU2229708C2 (en) 2002-07-25 2002-07-25 Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002119698A RU2002119698A (en) 2004-03-10
RU2229708C2 true RU2229708C2 (en) 2004-05-27

Family

ID=32678704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002119698/28A RU2229708C2 (en) 2002-07-25 2002-07-25 Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2229708C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450264C2 (en) * 2010-04-09 2012-05-10 Алексей Славович Амирагов Method of detecting defects in pipelines
RU2451932C1 (en) * 2010-10-11 2012-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method of measuring corrosion of main pipelines
RU2474812C1 (en) * 2011-07-27 2013-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Method of detecting defects in pipelines
RU2513045C2 (en) * 2009-12-09 2014-04-20 Арева Нп Гмбх Machine inner space control system
RU2626583C1 (en) * 2016-08-29 2017-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" Method for detecting and classifying changes in parameters of pipeline jacket and its environment
RU2691125C1 (en) * 2018-07-31 2019-06-11 Акционерное общество "НИПИгазпереработка" (АО "НИПИГАЗ") Corrosion control method for walls of heat insulated equipment and pipelines (versions)
RU2758249C1 (en) * 2021-03-22 2021-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Method for detecting pipe corrosion areas by isolating elastic standing waves from microseisms

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702787A (en) * 2019-10-17 2020-01-17 常州大学 Large-scale storage tank bottom plate corrosion immersion acoustic global detection method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2513045C2 (en) * 2009-12-09 2014-04-20 Арева Нп Гмбх Machine inner space control system
RU2450264C2 (en) * 2010-04-09 2012-05-10 Алексей Славович Амирагов Method of detecting defects in pipelines
RU2451932C1 (en) * 2010-10-11 2012-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method of measuring corrosion of main pipelines
RU2474812C1 (en) * 2011-07-27 2013-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Method of detecting defects in pipelines
RU2626583C1 (en) * 2016-08-29 2017-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" Method for detecting and classifying changes in parameters of pipeline jacket and its environment
RU2691125C1 (en) * 2018-07-31 2019-06-11 Акционерное общество "НИПИгазпереработка" (АО "НИПИГАЗ") Corrosion control method for walls of heat insulated equipment and pipelines (versions)
RU2758249C1 (en) * 2021-03-22 2021-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Method for detecting pipe corrosion areas by isolating elastic standing waves from microseisms

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002119698A (en) 2004-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2158669C (en) Underground conduit defect localization
US4289019A (en) Method and means of passive detection of leaks in buried pipes
US4327576A (en) Acoustic leak detector
RU2229708C2 (en) Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines
KR100298474B1 (en) Ultrasonic flow measurement method
KR100276462B1 (en) Ultrasonic flow velocity measuring apparatus.
US4566084A (en) Acoustic velocity measurements in materials using a regenerative method
RU2685578C1 (en) Method for remote monitoring and diagnostics of condition of structures and engineering structures and device for its implementation
EP3164680B1 (en) Method of measuring time of flight of an ultrasound pulse
RU2196312C2 (en) Facility to search for point of leakage in trunk pipe-line
RU2302584C1 (en) Device for detecting sites of leakage on main pipelines
JP2533699B2 (en) Acoustic leak detector
SU992897A1 (en) Analog apparatus for locating pressure pipeline damages
CN102182937A (en) Pipeline leakage vibration signal acquisition enhancing device
RU2703836C1 (en) Ultrasonic locator measurement error compensation device
RU2414689C1 (en) Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes
RU2650747C1 (en) Method and device for determining the location of the pipeline passage
RU2620023C1 (en) Method of determining the place of the flow in the pipeline and the device for its implementation
JP3215847B2 (en) Flow velocity measurement method
RU2010227C1 (en) Method of fixing location of acoustic emission sources in pipe-lines
RU2319984C2 (en) System for definition of the vibrations of water surface
SU1276936A1 (en) Method of detecting leakage spot in pipelines
RU2258865C1 (en) Method of detecting location of leakage in pipelines
JP2723291B2 (en) Ultrasonic sensor
JP2002236113A (en) Piping inspection device and method, and piping inspection system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120726