DE2352532A1

DE2352532A1 - Verfahren und vorrichtung zur akustischen ermittlung von leckstellen

Info

Publication number: DE2352532A1
Application number: DE19732352532
Authority: DE
Inventors: Jeffrey L Thompson
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1974-05-16
Also published as: GB1452788A; GB1452789A; US3838593A; CA994903A; JPS4979290A

Description

Verfahren und Torrichtung zur akustischen Ermittlung

von Leckstellen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Leckstellen in Behältern wie z.B. Lagertanks. Dabei soll die Ermittlung mit einer hohen Empfindlichkeit schnell, einfach und auf eine sichere Weise erfolgen, um den Zeitaufwands der zur Inspektion "und Unterhaltung von Lagerbehältern erforderlich ist, zu veivriitgern und Leckstellen in neugebauten Tanks zu ermittelnd- Wenn die Leckstelle bekannt ist, bevor der !Tank entleert wird oder bevor er überhaupt in Betrieb genommen ist, kann die erforderliche Inspektion und Reparatur sehr stark beschleunigt werden. Ein Ermittlungssystem, das die oben aufgeführten Eigenschaften besitzt, ist im besonderen für große Behälter erwünscht, da bei diesen die Bodenfläche mehr als 2 800 qm ausmachen kann, wobei etwa 2000 m Schweißnähte aufgebracht werden müssen und jede dieser

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Nähte möglicherweise eine Leckstelle aufweisen kann. Es hat sich gezeigt, daß gerade bei neuen Tanks sehr oft Leckstellen auf nicht reparierte Abzugslöcher zurückzuführen sind. Bei "bereits bestehenden Tanks ist das Problem ebenso groß, obwohl diese kleiner als die neueren Tanks sein können, da durch die Korrosion am Boden Leckstellen auch in anderen Bereichen als den Schweißnähten entstehen können. Es besteht außerdem ein Bedürfnis für eine derartige Leckstellenermittlung in Pipelines und Lagerbehältern für festes Gut·

Gegenwärtig führt man die Ermittlung iron Leckstellen bei niedrigem Druck durch, indem man die Abnahme des Plüssigkeitsstandes mißt, das abgeführte Behälter- oder Pipelinevolumen mit dem entnommenem Volumen vergleicht und eine direkte, genaue Beobachtung durchführt. Bei den gegenwärtigen Verfahren *ur akustischen Leckstellen©rmittlung von Gasbehältern unter hohem Druck wird ein einsiger Aufnahmesensor verwendet, mittels welchem eine verdächtige Fläche in sehr geringem Abstand abgetastet wird, wobei auch eine Ausrichtung des Sensors erfolgen kann (beispielsweise indem man eine zylindrische Umhüllung oder Reflektoren an dem Sensor anbringt oder indem man eine Abschirmung verwendet, um die Störgeräusche von außerhalb zu vermindern), so daß sich der Abstand von der wahrscheinlichen Leckstelle vergrößern läßt. Ss ist zwar bekannt, eine Vielzahl von stationären Sensoren und einen Vielpunkt-Korrelator zu verwenden; ein derartiges Vorgehen ist jedoch äußerst kompliziert und mit erheblichen Kosten verbunden. Die bislang bekannten ausrichtbaren Sensoren werden jedoch durch Interferenz leicht.überlagert, da alle ermittelten akustischen Geräusche auf einer nicht auflösbaren Basis addiert werden, so daß eine Fehlanzeige entsteht,

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wenn eine verhältnismäßig schwache Quelle bei einem relativ starken Umgebungsgeräusch ermittelt werden soll.

Die Probleme der Leckgeräuscherzeugung treten nicht nur bei Lagertanks, sondern auch bei Hochdruck-Pipelines und Festatoff-Lagersystemen auf. Den Stand der Technik betreffende, sich mit dem Problem der Leckstellenermittlung und Lokalisierung befassende Veröffentlichungen sind die amerikanischen Patentschriften

Ur. 2 940 302,

3 170 152,

3 264 864,

3 413 653, 3 462 240, 3 478 576, 3 508 433, 3 517 546 und 3 561 256.

Diese Patente befassen sich hauptsächlich mit der akustischen Ermittlung und Lokalisierung von Leckstellen in Pipelines. Ein weiteres Patent befaßt sich mit der Anwendung akustischer Hilfsmittel zur Bestimmung von Leckstellen in einem Reservoir, wobei im Abstand voneinander angeordnete Schalldetektoren und eine binaurale Zentriertechnik angewendet werden. Ein derartiges System wird in der amerikanischen Patentschrift 1 886 914 beschrieben, während sich die amerikanische Patentschrift 2 989 726 mit einer Autokorrelationstechnik befaßt.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur akustischen Ermittlung von Leckstellen und im besonde-

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ren auf ein neuartiges System, bei welchem die mathematische Korrelationstechnik auf einen Punkt zurückgeführt wird, in welchem eine komplexe Multiplikation zur Anwendung kommt- Nach der Erfindung werden "bewegliche Sensoren und ein Einpunktkorrelatbr eingesetzt, um die Geräuschquelle bei einem vorhandenen Umgebungsgeräusch mit einer größeren Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und Sicherheit zu ermitteln und zu lokalisieren, als dies mittels herkömmlicher Systeme und Techniken erreichbar war.

Bei dem erfindungsgemäßen System zur akustischen Ermittlung und Lokalisierung einer Leckstelle oder einer Geräuschquelle, wie beispielsweise einer Flüssigkeits- oder Gasleckstelle, bei Vorhandensein eines Umgebungsgeräusches werden normalerseise zwei bewegliche Sensoren in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet, wobei die Sensorenausgänge verstärkt und elektronisch miteinander multipliziert werden. Die Durchschnittszeit dieses momentanen Produktes ist sehr gering, außer wenn nahezu identische Signale miteinander multipliziert werden. Nimmt man ein zufälliges Sensoreingangsgeräusch an, so wird das Kriterium eines sehr geringen, momentanen Produktes erfüllt sein mit der Ausnahme, wenn die Sensoren den gleichen Abstand von dem Geräusch haben. Bei einer Drehung des Sensortragarmes wird dieser die Sensoren an einen Punkt bringen, an welchem sie gleich weit von der Leckstelle oder der Geräuschquelle entfernt sind. In dieser Lage liegt die Geräuschquelle in einer Ebene, die senkrecht zur Achse des Tragarmes läuft und diesen schneidet, und der Ausgang des !Correlators, der die resultierenden Ausgangssignale aufnimmt, zeigt ein Maximum an. Indem man eine verdächtige Fläche in einer oder mehr Ebenen abtastet, kann eine Geräuschquelle oder Leckstelle auch in einem größeren Abstand lo-

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kalisiert werden^ Die Unterdrückung von Störgeräuschen wird mit Hilfe einer elektronischen Schaltung erreicht, die nur auf nahezu identische Eingänge reagiert. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich nicht nur auf die Ermittlung und Lokalisierung von Leckstellen an großen Lagertanks verwenden, sondern auch auf Leckstellen und Strömungsabweichungen in der Gasphase oder in Hochdruck-ilüssigkeitssystemen wie beispielsweise Pipelines. Die Ermittlung kann von außen durchgeführt werden, indem man entsprechende Sensoren verwendet, oder aber auch von innen, wobei die Sensoren und die damit verbundenen Systemkomponenten innerhalb der Pipeline vorgesehen sind.
Die Erfindung eignet sich auch zur Überwachung verdächtiger Bereiche in Feststoffsystemen, wie beispielsweise für Maschinenrahmen und ähnliches.

Die Erfindung soll im folgenden anhand einer Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.' Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine nach der Erfindung aufgebaute Leckgeräusch-Korrelationsvorrichtung,

i"ig. 2 eine graphische Darstellung des Korrelatorausganges, aufgetragen über die Strahldre'hung, um die Arbeitsweise der Erfindung zu erläutern,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Korrelatorschaltung,

Fig. 4- einen angenommenen Plan eines Tankbodens, auf dem die

Leckgeräuschrichtungen eingezeichnet sind, die man durch die Anwendung der Erfindung erhält,

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I¹Ig. 5 die Anwendung der Erfindung auf ein Fe st stoff syst em

und
Fig. 6 die Anwendung der Erfindung innerhalb einer Pipeline.

In Fig. 1 ist in schematischer Weise das System nach der Erfindung zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckstelle oder Geräuschquelle gezeigt. Fach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung 10 in einen Lagertank (der nicht ganz dargestellt ist) eingetaucht, der bis zu einem Niveau 12 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die dargestellte Vorrichtung ist mit einer vertikalen Sonde 14 versehen, an deren unterem Ende eine horizontale Verbindungsstrebe 16 befestigt ist. Die Strebe kann derart angeordnet sein, daß sie sich relativ zur Sonde 14 dreht, oder andererseits kann sie derart mit der Sonde in Verbindung stehen, daß, wenn die letztere gedreht wird, sich die Strebe gleichzeitig mitdreht. Die Sondenanordnung kann so aufgebaut sein, daß sie sich (in der Art eines Schirmes) zusammenklappen läßt, so daß sie durch eine öffnung geringen Durchmessers in den Tank hineingebracht werden kann. Die Drehung kann entweder von Hand oder auch automatisch erfolgen, indem man eine entsprechende Drehvorrichtung vorsieht. Es kann, auch eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten Sensorenpaaren vorgesehen sein, die in der Drehebene der Strebe 16 liegen und jeweils paarweise so geschaltet werden, daß der Eindruck einer Drehung der Sonde entsteht. An den Enden der drehbaren Strebe ist jeweils ein Sensor 18a und 18b befestigt. Wenn das System innerhalb einer Flüssigkeit eingesetzt wird, können für die Sensoren Hydrophone eingesetzt werden, die einen herkömmlichen Aufbau besitzen und vorzugsweise in dem gewünschten Geräuschbereich auf eine relativ flache Frequenz ansprechen, wobei nor-

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malerweise ein innerer Vorverstärker eingebaut ist» Diese Sensoren sind über die Kabel 22 mit einem Korrelator 20 (s.Fig.3) verbunden, der die von den Sensoren aufgenommenen Signale verarbeitet. Der Korrelatorausgang wird durch ein herkömmliches Meßinstrument 24 überwacht. Es kann auch erwünscht sein, ein Oszilloskop (nicht dargestellt) während der Durchführung der Untersuchung einzusetzen, um sicherzustellen, daß Störgeräusche, wie solche, die durch lumpen, Getriebekasten und ähnliches verursacht werden, in dem ermittelten Signal nicht auftauchen.

Wenn die Sensoren genau auf die Geräuschquelle 26 ausgerichtet sind, haben beide Sensoren 18a und 18b den gleichen Abstand von der Geräuschquelle und nehmen dementsprechend identische Signale auf. Der Korrelator 20, der anschließend noch eingehend beschrieben werden soll, ermittelt die Ähnlichkeit der beiden Signale und erzeugt eine sichtbare Anzeige auf dem Meßinstrument 24, das dem Grad der Übereinstimmung der Signale proportional ist. Wenn die Geräuschquelle öder die Sensor-Haltestrebe 16 so bewegt wird, daß die Strebe nicht mehr auf die Quelle 26 ausgerichtet ist ("ausgerichtet" bedeutet, daß jeder Sensor gleichen Abstand von der Geräuschquelle hat), wird durch die unterschiedliche Entfernung der Sensoren von der Quelle bewirkt, daß zu einem bestimmten Augenblick die Sensoren unterschiedliche Eingangs signale aufnehmen.- In dieser Situation ermittelt der Korrelator eine geringe oder gar keine Übereinstimmung zwischen den Signalen und erzeugt dementspr@efe.end keinen maximalen Ausschlag des Meßinstrumentes. In d.er Praxis nimmt, zwar der weiter entfernte Sensor das gleiche Signal auf, das durch den üähergeleganen Sensor empfunden wird, es tritt jedoch eine zeitliche Verschiebung aufgrund der unterschiedlichen Weg-

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länge zu den Sensoren auf. Die Winkelempfindlichkeit entsprechend der Drehung der die Sensoren tragenden Strebe ist somit eine Funktion des Abstandes zwischen den Sensoren, und zwar in der Weise, daß ein geringer Abstand der Sensoren eine grobe Winkelempfindlichkeit ergibt, während ein großer Abstand zu einem sehr hohen Winkelauflösungsvermögen führt.

Wie bereits erwähnt, wird durch die Korrelatorschaltung die Übereinstimmung der beiden Signale ermittelt, indem sie zu einem bestimmten Zeitpunkt miteinander multipliziert und die Produkte über einen Zeitraum eines geringen Bruchteiles einer Sekunde integriert werden. Dieses ist schematisch in Pig. 2 erläutert. Zum Zwecke der Erläuterung nimmt man an, daß die Geräuschquelle 26 einen Hechteckimpuls aussendet, dessen Empfang durch die Sensoren auf der rechten Seite der Figur angezeigt ist. Die Sensoren 18a und 18b sind in Hg. 2A so dargestellt, daß sie auf eine Seite der Quelle gerichtet sind, wobei die Normalebene durch die Mitte des Strebe 16 verläuft. In Fig. 2B sind die Sensoren auf die Geräuschquelle 26 ausgerichtet, während in Fig. 2C die Sensoren auf die andere Seite der Quelle 26 gerichtet sind. Nimmt man an, daß die Quelle 26 bei einer Zeit t_Q einen Rechteckimpuls aussendet, nehmen die Sensoren 18a und 18b einen Impuls zu verschiedenen Zeiten auf entsprechend ihrem Abstand von der Quelle. In Fig. 2A nimmt der Sensor 18a den Impuls als erster auf und erzeugt ein Ausgangssignal 18a¹ ; das Produkt der beiden Sensor-Ausgangssignale ist jedoch Null, bis der Sensor 18b gleichzeitig den Impuls aufnimmt und ein Ausgangssignal 18b¹ erzeugt. Das Produkt der beiden Signale -18a¹ und 18b¹ wird als Wellenform 28 in Fig. 2A dargestellt. Die Anzeige des Meßinstrumentes 24 entspricht der Fläche innerhalb des Produktes 28. Dem-

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entsprechend wirti. das Produkt auf Null abfallen, wenn der Impuls des Sensors 18a endet. In Fig. 2B besitzen die Sensoren einen gleichen Abstand von der Quelle, und die Ausgangssignale 18a¹' und 18b¹¹ erzeugen ein Produkt 30, das zu einer Maximal anzeige des Meßinstrumentes 24- führt, da die beiden Sensor-Ausgangssignale gleichzeitig abgegeben werden. In ähnlicher Weise wird in Fig. 2C das Signal 18b''' von dem Sensor 18b vor Beginn des Signales 18a¹'' von dem Sensor 18a abgegeben. Das führt zu einem Produkt^signal 32, das, wie der Ausschlag des Instrumentes 24· zeigt, geringer ist als der Maximalausschlag gemäß I¹Ig. 2B* Die Korrelation, d.h. die Fläche, die durch.das Produktsignal 28, 30 und 32 dargestellt wird, entspricht genau der Winkellage der Haltestrebe 16. Wie durch einen Vergleich der Figuren 2B mit den Figuren 2A und 20 deutlich wird, tritt das Maximalsignal 30 auf, wenn die Strebe 16 senkrecht zur Vertikalebene liegt, die durch die Sonde 14 und die Geräuschquelle 26 verläuft. Die vorangehenden, sich mit der Korrelation beschäftigenden kurzen Erläuterungen dürften in Bezug auf die Erfindung hinreichend sein. Eine eingehende Diskussion dieses Themenbereiches ist beispielsweise aus dem Buch "Detection of Signals and Noise" von A.D. Whelan, Chapter 2, Academic Press, 1971 zu entnehmen.

Im folgenden wird Bezug auf Fig. 3 genommen, die ein Blockschaltbild der Korrelatorschaltung 20 darstellt. Die Eingange des !Correlators sind mit X und Y bezeichnet entsprechend den Signaleingängen, die von den Sensoren 18a und 18b aufgenommen werden. Ein Jedes dieser Signale wird über die Kabel 22 in einen Filtervorverstärker 34· eingegeben. Jeder der Filtervorverstärker verstärkt die aufgenommenen Signale und unterdrückt

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auch die Informationen niederer !Frequenz, die unterhalb einer vorbestimmten Frequenzgrenze liegen. Der verstärkte und gefilterte Signalausgang wird dann einem Multiplikator 36 zugeführt, der die phasenempfindliche Multiplikation durchführt. Der Ausgang des Multiplikators wird durch einen Verstärker 38 hindurch-

die

geleitet, der Signalimpedanz ausgleicht. Ein Widerstand/Kondensator-Ausgleichsfilter 40 ist an den Ausgang des Verstärkers 38 angeschlossen und leitet die eigentliche Korrelation ab. Der Ausgang dieses Filters wird dann mit Hilfe eines Meßverstärkers 42 verstärkt, um einen hinreichenden Antrieb für das Meßinstrument 24 verfügbar zu haben. Das momentane Produkt, das von dem Multiplikator-Ausgleichsverstärker 38 kommt, kann vor der Filterung auf ©inem Oszilloskop beobachtet werden um festzustellen, ob periodische Geräusche vorhanden sind, die die Betriebsweise des Systems beeinflussen können. Auch bei der Anwesenheit eines derartigen Geräusches zeigt das Oszilloskop die Korrelation für eine Geräuschquelle, wie beispielsweise eine Leckstelle.

Eine entsprechende Energiezufuhr (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, die jedoch verhältnismäßig stabil sein sollte. Wenn eine herkömmliche Energieversorgung eingesetzt wird, sollte diese ausgeglichen werden, da jegliche plötzlichen Veränderungen in der Zufuhr sich in einer Fehlanzeige des Instrumentes niederschlagen können.

Der Filtervorverstärker 34 besitzt einen herkömmlichen Aufbau unter Verwendung von Transistoren oder integrierten Schaltungen, während der Verstärker außerdem mit einer Eückkopplungsschleife versehen sein kann, um die Verstärkung und den Be-

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triebspunkt der Anordnung zu stabilisieren, wahrend er außerdem hone Filterdurehflußcharakteristika aufweisen soll.

Bei dem Korrelator seifest handelt es sich um einen komplexen oder phasenempfindlichen Multiplikator, der üblicherweise einen Standardmultiplikator enthält. Der Zweck des Ausgleichsverstärkers 38 liegt darin, die Ausgangsimpedanz des Multiplikators 36 zu vermindern und außerdem Störspannungen zu unterdrücken. Es ist erforderlich, daß dieser Verstärker mindestens die doppelte volle Bandbreite der verwendbaren Signaleingangsfrequenzen aufweist, da während des Multiplikationsprozesses das EingangsfrequenzSpektrum verdoppelt wird. Es kann ein Standardverstärker verwendet werden, obwohl eine normale Verstärkerschaltung, die z.B. integriert sein kann, hinreicht. Bei dem Meßinstrumentverstärker 4-2 handelt es sich um einen herkömmlichen Verstärker, der an das Meßinstrument 24-angeschlossen ist. Ein Verstärkungsschalter (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, um die Meßinstrumentempfindlichkeit für sehr schwache Signale zu erhöhen. Eine Nullpunktsunterdruckangskontrolle kann vorgesehen sein, um geringe Veränderungen anzuzeigen, die einem hohen Hintergrundsignal überlagert werden.

Der Vorgang zur Bestimmung und Lokalisierung einer Leckstelle in einem Vorratstank soll nun im einzelnen erläutert werden. Um die Leckstellenermittlung und -lokalisierung durchzuführen, ist es zweckmäßig, einen UntersuchungsZeitraum auszusuchen, bei welchem verhältnismäßig laute Umgebungsgeräusche im Bereich des Tankes minimal sind (d.h. ein Geräuschniveau, das die normale Unterhaltung stört). Ein Pumpen des Tankinhaltes sollte während der Dauer der Untersuchung unterbleiben. Zu-

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nächst sollten vorbereitende Untersuchungen (beispielsweise mit Gas) durchgeführt werden umfestzustellen, welche Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sind.

Wenn eine sichere und verhältnismäßig ruhige Umgebung sichergestellt ist, wird die erfindungsgemäße Anordnung aufgebaut. Die Sensorkabel 22 werden an die Signaleingänge X und T angeschlossen. Das Oszillosköp kann angeschlossen und die Energiezufuhr eingeschaltet werden. Eine qualitative Untersuchung des Systems bezüglich seiner Einsatzbereitschaft kann durchgeführt werden, indem man manuell beide Sensoren gleichzeitig anstößt und am Meßinstrument und Oszillosköp feststellt, ob entsprechende Anzeigen erscheinen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Sensoren und die Anordnung zur Verarbeitung des Signals betriebsbereit sind. Um das System in einer eingehenderen Weise zu untersuchen, kann man eine Signalquelle im inneren des Tankes oder an der Tankhülle anbringen, die dann von dem System lokalisiert wird. Hierdurch kann man die Betriebsbereitschaft und Empfindlichkeit des Systems prüfen.

Wie im Zusammenhang des in Fig. 4- dargestellten Planes des .Tankbodens 48 erläutert werden soll, wird die Untersuchung begonnen, indem man die Sonde in den Inhalt des Tankes absenkt. Die Sensoren behalten ihre ursprüngliche Lage bei und das Meßinstrument und das Oszillosköp werden bezüglich aufgenommener Signale beobachtet. Die Zugangsöffnungen 50, 52, 54 und 56, die in dem Deckel des Tankes vorgesehen sind, können zum Zwecke des Absenkens der Sonde in den Tank 4-6 verwendet werden. Geräusche, die nicht von einer Leckstelle stammen, wie z.B. solche, die auf die Rotation von Maschinen zurückzuführen sind,

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■beeinflussen die Instrumentenanzeige} sie lassen sich jedoch deutlich von dem Oszilloskop entnehmen, da sie dort als periodische oder wiederholtare Signale auftauchen. Wenn derartige periodische Geräusche bemerkt werden, sollte man versuchen, die Geräuschquelle ausfindig zu machen und abzustellen, da sie die Interpretation der Untersuchung erschweren kann. Nachdem dies erreicht worden ist, wird die Sonde langsam um 360 gedreht, während sie in den Inhalt des Tankes eingetaucht ist. Das Meßinstrument und/oder das Oszilloskop solltengleichzeitig überwacht werden, da sich Leckstellenanzeigen auf beiden Indikatoren als eine scharfe Inderung des Signalniveaus niederschlagen. Wenn derartige Anzeichen "beobachtet werden, sollte eine Eichtungslinie, wie z.B. 62a_? auf einer Zeichnung des Tankes eingezeichnet werden, die von der entsprechenden Zugangsöffnung ausgeht, in diesem ITaIIe beispielsweise-die öffnung 50, und in der von der Sonde angezeigten Richtung bis zu "beiden Wänden des Tankes 46 verläuft. Diese Bichtungslinie 62a zeigt an sich die zentrale Ebene an, die senkrecht auf der Haltestrebe für die Sensoren steht. Die Eichtungslinie 62b erhält man auf ähnliche Weise. Somit geben die Bichtungslinien 62a und 62b allgemein die Fläche zur Lokalisierung des verdächtigen Leckstellenbereiches an. Um eine genaue Lokalisierung zu gewährleisten sollten drei oder vier Rotationen der Sonde durchgeführt werden. Die oben beschriebene Prozedur wird dann von einer anderen Zugangsöffnung 52 aus wiederholt. Indem man den Vorgang, der im Zusammenhang mit der Zugangsöffnung 50 beschrie-

wiederhol^
ben wurde, erhält man weitere Hichtungslinien 64a und 64b. Um eine genaue Lokalisierung der Leckstelle zu erhalten, wiederholt man vorzugsweise diesen Vorgang durch insgesamt drei oder mehr Zugangsöffnungen. Wie die Figur 4 zeigt, wurde die Unter-

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suchung auch, von der Zugangsöffnung 54 durchgeführt, wobei man weitere Richtungslinien 66a und 66b erhielt. Wenn geräuscherzeugende Leckstellen innerhalb des Tankes vorhanden sind, wird dies auf dem Plan des Tankes durch die Überschneidung von drei oder mehr Eichtungslinien in einem Punkt angezeigt. Die Leckstellenlokalisierung wird beispielsweise durch die Punkte und 60 angegeben. Dies entspricht dem Schnittpunkt der Hichtungslinien 62a, 64a und 66a sowie 62b, 64b und 66b. Die lokalisierte "Stelle" ist in Wirklichkeit eine vertikale Linie, die durch die Schnittgerade dreier ©dar mehr vertikaler Ebenen gebildet wird« Sollte sich di© Stelle an einer Wand befinden, so kann die senkrechte Höhe der Leckstelle gefunden werden,- indem man die Hydrophon© vertikal übereinander anordnet und die Haltestrebe um eine horizontale Achse dreht, die senkrecht auf der für die Leckstelle angezeigten Hiehtting steht. Das maximale Signal seigt sieJa., wenn die Strebe auf die Leckstelle ausgerichtet ist, womit die Stelle auch in vertikaler Sichtung lokalisiert ist.

Es gibt gewisse Charakteristika ©ines akustischen Leckstellensignals, die die vorgeschriebene Signalverarbeitungstechnik für ein hochempfindliches Untersuchungsverfahren als sehr geeignet erscheinen lassen«, Das erzeugte Signal wird kontinuierlich ausgesandt, d.h. es treten keine bestimmten, identifizierbaren scharfen Spitzen auf» Demnach ist ein© Dreiecksvermessung durch Bestimmung der Differenz der Ankunftszeit nicht möglich. Außerdem ist das Signal zufällig, d.h. die in einem Augenblick ermittelten Signale sind nickt gleich denen, die in der Vergangenheit oder Zukunft ermittelt worden sind oder werden, und somit ist jeder Zeitabschnitt des Signals einmalig. Indem man die

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Vorteile der vorangehend beschriebenen Oharakteristika ausnutzt, bildet das (erfindungsgemäße Verfahren ein äußerst zweckmäßiges System zur Ermittlung und Lokalisierung von Leckstellen-Geräuschquellen.

Die beschriebene Verarbeitungstechnik für ein Ein-Punkt-Korrelationssignal zur Ermittlung der Geräuschenergie und zur Lokalisierung der Geräuschquelle eignet sich im besonderen bei Anwendung auf Leckstellen, die bei einem geringen Druck vorliegen, sehr gut für die Ermittlung durch akustische Hilfsmittel.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit Tank-Leckstellen und im besonderen mit Flüssigkeiten beschrieben worden ist, kann sie auch in einer Luftumgebung eingesetzt werden, indem man akustische Mikrophone als Sensoren einsetzt und eine entsprechende Anordnung zu deren Ausrichtung verwendet. Man kann die Erfindung auch für eine Pipeline 70 (s. Fig. 6) verwenden, indem man die erforderliche Schaltung, Aufnahmegeräte, Energiezufuhr usw. in einem abgeschlossenen Block 72 unterbringt. Der Block wird mit Hilfe des Produkt stromes durch die Pipeline befördert und trägt ein Paar Sensoren 74-a, 7^-b, die außen an dem Blockbehälter 72 befestigt sind«, Eine entsprechende Halte- und Ausrichtanordnung, die mit 76 bezeichnet ist, ist an den gegenüberliegenden Enden des Blockes vorgesehen, während außerdem schallabsorbierende Schalen 78 verwendet werden, um das Umgebungsgeräusch zu vermindern* Wenn eine Leekstelle zwischen den Sensoren liegt, erscheint ein Maximalaussehlag und, indem man die Bewegung des Blockes innerhalb der Pipeline verfolgt, läßt sich die Leckstelle leicht bestimmen.

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Di© i^iiiaipiea der Erfindung laisstn sich auch zur Überwachung verdächtiger Stellen in Feststo-ffsystemen, wie "beispielsweise HasGh.±n®nratomen und ähnlichem, verwanden,= Eine typische derartige Anordnung ist in lig« 5 dargesM.lt. Wenn man Kontaktmikrophone ©d@r BescMemiigmigsaesser verwendet, kann- man mittels d©r Gharakteristika des Geräo.@ßk®s_s das durch, diese Abnehmer aufgenommen wir&₈ den Zustand eines Elementes, wie "beispielsweise eines Lagers ₉ auf der Basis der Geräiisehleitung bestimmen _o Wenn man das Lager 82 der Holle 84_S das sich in dem Masehinengehäuse oder -rahmen 86 "befindet, zwischen den Sensoren 88a_s 881 anordnet s können JFT@iai.ger aus ehe eliminiert werden. D®r Abstand "Dⁿ der Sensoren wird fesstissat als der mittlere Abstaad yob. &©h Lager auf dem U®g_s d@H der ISehall ia dem Gehäuse folgte Wenn man di© Gesamtgerluaeharnfnaha© am Terstärkereingaag in Vsrgleiefe. sii d©a 3Tilt©raO.sgsuig HiBt₃ erhält man ein Haß für das GeräiiseL·., das iEa.erfe.gLLl) des zn untersuehenden Lagers od©r Zahnrades erseugt uirdo S© kaas maa₈ wenn man dieses G-ersxiseJfa. ait einem entsprechenden Bezugsgeräiasch Tergleicht, das in ©ines Lag®r oder eia©a Zahnrad iron liekainitem Zustand erzeugt wird j den augenblicklichen Zustand (g_oB_o die Schadhaftigkeit) eines Elementes "bestism©aο Di® Seasorsa können paarweise -EUT Überwachung irersciiiedener Teile ©ines Systems angeordnet werden j wobei maa. dureh, ein® ©atspreeliende Schaltung auf einer rotierenden Basis eine vollständige Überwachung der Maschine dmrehfiiiir©n ismno Bei dem Eiasata- des vor1b©sdb.rielbenen Verfahrens köniFfein Teil oder mekrer© T®il@ ersetst werden, bevor sie völlig zu Brucfe gehen uad somit ein Abschalten der Maschine verursachen«,

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Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zur Ermittlung mid Lokalisierung ein©r Geräuschquelle, dadurch g@kennssiekn.et, daß man

a) ein Paar Sensoren im Abstand voneinander in der Umgebung des auf Geräuschquellen zu untersuchenden Bereiches anordnet,

b) mit Hilfe der Sensoren den auf Geräuschquellen zu untersuchenden Bereich überwacht _s

c) die Ausgangssignal® dsr S©asor@n überwacht? waß,

d) ein iaisgangssignal als !funktion des momentanen Produktes

der Sensorausgangssigaal© darstellt»

ο Verfahren nach Angprmek i, dadmrek gek@nns©i©^a@t_s daß man

e) einen Plan das au uat©rsme3a@E.aen Bereiches anfertigt und in diesen ein® Linie einzeichnet, die d@r Ebtme entspricht, di© in der Mitt® senkrecht au d@r ¥@rbindungs~ linie'der Sensoren angeordnet ist,

f) die Sehritte a), Is), e) wiederholt und

g) dies mindestens an swai verschiedenen Stellen durchführt«

3» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur exakten Lokalisierung der Geräuschquelle die Sensoren senkrecht zu der ursprünglichen Stellung anordnet und die Schritte b), c) und d) wiederholt.

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4. Verfahren nach Ansprach I₁ dadurch gekennzeichnet, daß man die Sensoren derart anordnet, daß die von der zu überwachenden Stelle bis zu den Sensoren verlaufenden Schallwege gleich sind.

5· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den -Ansprüchen 1 /bis 4, gekennzeichnet durch ein Paar Sensoren (18a_s 18b) sur Ermittlung einer Geräuschquelle und zur Bereitstellung von Ausgang s signal en 5 wofeai die Sensoren (18a, 18b) auf einer Qaerstrebe (16) in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet @ind₉ während die Sensoren (18a, 18b) an eine Sehaltuag (20_s 3^) ©ng® sehlos sen sind, άχ® die Ausgengssignaie 'd©r Sensoren, aufzunehmen und ein Ausgangs signal zu erzeugen varHag₈ das ©in© Funktion des mementasea Produktes der Signalsüisgäng© der- Sensoren ist.

6. Vorrichtung nach Aasprmeh, 5_S dadracah gekemisseichnetj daß die Sensoren (1Sa₅ 18b) na ©in© Acks© drehbar sind·

7. Vorrichtung naeh lnspruefe 6_S dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (18a_s 18b) an dan Enden einer Querstrebe (16) "befestigt sind/ die siok an eisern lad© einer senkrecht au der Querstrebe angeordneten Sond© (14) befindet«

8. Vorrichtung nach Ansprach 7$ dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (14-) fest mit der Querstrebe (16) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (18a, 18b) Hydrophone sur Ermittlung von Geräuschen in einem flüssigen Medium sind.

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. 19.

Yorrielitiiang naen Ansprmefe 5₉

die Sensoren (18a_s 18Tb) ©Jkas.tisen© Mikrophon© sisr !mittlimg v©a Gerätsehigs. ia gasforaigea, H@di@n siado

ο Vorrichtung naeh. Aasprucli 5? äadiircla g©fe©aa^©iela©"fe₉ daß mittels der Sensoren (88&_? 8Sb) diii'ck ©ia©n !©stgteff übertragen© Geräuselie aiifnelaiabiir sindo

ο Vorrieh.tmng naeh. Äaspruek 5 s dadureJa g®]£©naseiefcji©t_s daß isinerfeall» d©r Schaltung (2O₉ 34-) ©is- VörTSrst&k@r (3^·) zur Λ-afäoSsjie der Ausgangs signal© dar S@nsor©n (18a₉ 18te) ©in Ifeltiplikater-(36) sur Aufnahme der Ausgangssignalβ der Yorves¹ stärker (3^)₉ ei& Ausgleieksirerstirker (58), der mit dem Aiasgang d©s MnltipÄat@rs (5δ) ia I steht, sötji© ©in Filter (40) aur Int@gri©rmng d©s gangssignals des Aⁱasgl®ieksv©rstärl£@E'S. (J8) Yorg@g©ii®n ist.

ο Torriehtiang n&eh Aasprucli. 12 ₉ .dadmrefe, g@keEnsQiefea.©t₉ dal an d©n Ausgang d©s !liters (40) ein© A (24) aiHg©seliloss@n isto

nack Aaspraek 12_? dadiircfe,. g©k©aag®ienn@t_? daß an d©n Amsgang des Filters (40) ©in© Alaraverrientlang as,-sgn ist, di© bei tfeersetoeiten ©ia©s Y©rb©stiiimt@ des Filt©raiasgs2ig©s in Tätigkeit setsfear ist_s

Yorrielktmng naca Anipmefe 12 ₉ dadiarefe g@k©na.s©i©ta.@t ₉ daß an d©n Multiplikator (36) ©in© Aaordmang siar Irgomgmag ©in©s G-esamfb©an,gsg©räiisea©s ^ag©sekloss©a. i@t₉ während

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an dem Ausgang des Filters (40) eine Anordnung zum Vergleich des ermittelten Korrelationsgeräusches mit dem Gesamtgeräusch in Verbindung steht zur Erzeugung einer Anzeige, wenn das ermittelte Korrelationsgeräusch ein yorbestimmtes Niveau überschreitet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (74a, 74b) innerhalb einer Pipeline (70) in Richtung des Produktstromes verschiebbar angeordnet sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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