DE2414204B2

DE2414204B2 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR WIRELESS CONTROL OF GAS OR LIQUID FLOW OR FILLED SYSTEMS, PIPELINES, CONTAINERS OR THE LIKE.

Info

Publication number: DE2414204B2
Application number: DE19742414204
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Echterhoff, Wilfried, 2105 Seevetal; Bartkus, Hartmut, 2107 Rosengarten
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1974-03-25
Publication date: 1977-05-18
Also published as: DE2414204A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drahtlosen Kontrollieren von gas- odsr flüssigkeitsdurchströmten oder -gefüllten Systemen wie Rohrleitungen, Behältern od. dgl. unter Verwendung von Impulsen wie Wellen oder Teilen von Wellen als Informationsträger, die als Signale von festen Sendern ausgestrahlt werden und mit denen das jeweilige Medium und/oder die dieses umgebende Wandung beaufschlagt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for wireless monitoring of gas or liquid through which there is a flow or -filled systems such as pipelines, containers or the like using pulses such as waves or sharing of waves as information carriers that are broadcast as signals from fixed transmitters and with which the respective medium and / or the surrounding wall is acted upon, as well as a Facility for carrying out this procedure.

Eine regelmäßige Kontrolle von Gas- oder Ölleitungen oder Behältern für solche Medien ist erforderlich, weil durch die unterschiedlichsten Einflüsse Druckwellen auftreten, die zur Zerstörung der Wandungen führen können. Ganz allgemein üblich ist für die Erfaßbarkeit solcher Zerstörungen heute noch die Verwendung mechanischer Anzeigegeräte wie Manometer, Druck-Regular checks of gas or oil lines or containers for such media are necessary, because pressure waves occur due to the most varied of influences, which lead to the destruction of the walls can. It is still very common today to use it to ensure that such destruction can be detected mechanical display devices such as pressure gauges, pressure

meßdosen od. dgl, von denen Anzeigelampen oder Bandschreiber in Tätigkeit gesetzt werden.measuring doses or the like, of which indicator lights or Tape recorder are put into operation.

Zur drahtlosen Kontrolle ist aber schon ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt geworden (US-PS 3055 209), bei dem ein an der Erdoberfläche entlang der zu kontrollierenden Leitung beweglicher Empfänger verwendet wird, mit dem man die Intensität der von einem Sender ausgestrahlten Schallwellen mißt Da nun in unmittelbarer Umgebung eines Lecks die vom Empfänger aufgenommene Schallwellenenergie am stärksten ist und sich bei Entfernung von der Leckstelle abschwächt, kann man in Anwendung dieser Erkenntnis durch Registrierung der Schallintensität die Lage eines Lecks bestimmen. Zu diesem Zweck muß man den Empfänger nach Art eines Minensuchgerätes entlang der Leitung oder der Oberfläche des Behälters bewegen. Infolge des starken Energieverlustes der Wellen mit zunehmender Entfernung vom Sender ist es aber in der Praxis außerordentlich schwierig und in vielen Fällen fast unmöglich, auch nur in geringer Entfei-nung von der Leckstelle dieselbe mit ausreichend großer Sicherheit überhaupt festzustellen. Auch ist dieses Verfahren in unwegsamem Gelände kaum zu praktizieren, und es erfordert einen groGen Aufwand an Zeit und Personal.However, a method of the type described at the beginning has already become known for wireless control (US-PS 3055 209), in which a movable on the earth's surface along the line to be controlled Receiver is used, with which one measures the intensity of the sound waves emitted by a transmitter Since the sound wave energy absorbed by the receiver is now in the immediate vicinity of a leak is strongest and weakens when moving away from the leak, one can apply this knowledge determine the location of a leak by registering the sound intensity. For this purpose you have to use the Receiver in the manner of a mine detector along the line or the surface of the container move. As a result of the strong energy loss of the waves with increasing distance from the transmitter, it is but in practice it is extremely difficult and in many cases almost impossible, even if only slightly Removal of the leakage point is sufficient with great certainty. This method is also hardly possible in rough terrain practice, and it requires a great deal of time and manpower.

Aus diesem Grunde werden heute bei Uberland-Olleitungen üblicherweise Leckkontrollen nach wie vor derart durchgeführt daß die betreffenden Trassen durch Land- oder Luftfahrzeuge kontrolliert werden. Dies ist jeidoch ebenfalls recht kostspielig, so daß in aller Regel eine Kontrolle nur einmal täglich mittels Flugzeug oder Hubschrauber durchgeführt werden kann, aber wegen der in den letzten Jahren aufgetretenen Schäden ist es im Interesse des Umweltschutzes geboten, selbst eine so kostspielige und hinsichtlich ihres Wirkungsgrades nicht ergiebige Überwachung fortzusetzen.For this reason, leak checks are still usually carried out on overland oil pipelines today carried out in such a way that the routes in question are controlled by land or air vehicles. This is however, it is also quite expensive, so that, as a rule, a check is only carried out once a day by means of an airplane or Helicopter can be carried, but because of the damage that has occurred in recent years it is in the interests of environmental protection, even such an expensive one and not in terms of its efficiency to continue productive surveillance.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde lif.-gt, ohne Einsatz beweglicher Hilfs-, insbesondere Detektionsmittel oder Flugzeuge Aussagen über die verschiedensten Parameter wie Druck, Temperatur, Strömungsverhältnisse etc. in wirtschaftlich einfacher Weise machen zu können.This is where the invention comes in, which is based on the task lif.-gt, without the use of movable auxiliary, in particular detection means or aircraft statements about various parameters such as pressure, To be able to make temperature, flow conditions, etc. in an economically simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeniäß dadurch gelöst, daß die Signale an vorherbestimmten und -festgelegten Stellen des zu kontrollierenden Systems durch darin angeordnete Reflektoren nach Modulation durch die von diesen Stellen zu übertragenden Meßwerte innerhalb des Systems zu einem fest angeordneten Empfänger reflektiert und dort registriert werden. Dieses Verfahren ermöglicht es in einfacher Weise, Informationen innerhalb der Leitungs- oder Behältersysteme zu übermitteln, d.h. unter Verwendung des jeweiligen Mediums und/oder der dieses unmittelbar umgebenen Wandung für den Weg vom Sender zur Meßstelle und wieder zurück, um Aufschluß über bestimmte Verhältnisse wie Beschaffenheit der Wandung, Druck, Geschwindigkeit etc. zu erlangen. Damit wird einerseits die Verwendung irgendwelcher mechanisch zu bewegender Gegenstände wie Meßsonden oder Flugzeuge überflüssig, während zugleich eine Beeinflussung des heute ohnehin mit Frequenzen überbelegten freien Raumes verhindert wird, weil eben die Übertragung auf das Leitungs- oder Behältersystem selbst beschränkt bleibt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem als Signale nieder- oder hochfrequente elektromagnetische Wellen, Infra- oder Ultraschallwellen oder auch nur kurze Impulse, also Teile von Wellen als InformationsträgerAccording to the invention, this object is achieved by that the signals at predetermined and fixed points of the system to be controlled through therein arranged reflectors after modulation by the measured values to be transmitted from these locations reflected within the system to a fixed receiver and registered there. This method makes it possible in a simple manner to transmit information within the line or container systems, i.e. using the respective medium and / or the wall immediately surrounding it for the route from the transmitter to Measuring point and back again to obtain information about certain conditions such as the nature of the wall, pressure, speed, etc. In order to on the one hand the use of any mechanically moving objects such as measuring probes or aircraft superfluous, while at the same time influencing the today anyway with frequencies Overcrowded free space is prevented because the transmission to the line or container system itself remains limited. Another advantage of the method according to the invention, in which as signals low or high frequency electromagnetic waves, infra or ultrasonic waves or even only short ones Impulses, i.e. parts of waves as information carriers

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verwendet werden können, die an definierten Punkten des zu kontrollierenden Systems reflektiert und als Signal, d.h. praktisch als »Echo« an den Empfänger zurückgelangen, liegt darin, daß diese Informationen nicht ausschließlich für Überwachungszwecke, z. B. für die Kontrolle der Wandungsdichtheit verwendet zu werden brauchen, sondern daß sie ebensogut der Steuerung des Strömungsmediums, z. B. der Geschwindigkeit, des Druckes, der Temperatur desselben od. dgl. dienen können. Entscheidend ist dabei, daß nicht nur eine einfache Reflexion des oder der Signale stattfindet, sondern daß an der Reflexionsstelle eine Modulation durch geeignete Thermometer, Druckmeßdosen, Dehnungsmeßstreifen oder andere Meßwertaufnehmer erfolgt, wodurch die eigentlichen Reflexionseigenschaften des Reflektors bzw. Resonators verändert und die Signale in gewünschter Weise moduliert werden. Die Reflektoren können vor allen Dingen an solchen Stellen des zu kontrollierenden Systems angebracht sein, an denen bestimmte Verhältnisse interessieren und es nicht nur auf den Betriebszustand kennzeichnende Größen ankommt Unter derartigen Stellen sind 2. B. solche zu verstehen, an denen infolge hoher Belastung durch Vibration, z. B. infolge einer Straßenüberführung, eine Rohrleitung besonders bruch- und damit leckgefährdet ist oder an denen aus bestimmten Gründen Druck oder Temperatur einer besonderen Überwachung bedürfen.can be used that are reflected at defined points of the system to be controlled and as Signal, i.e. practically as an »echo« to the receiver get back is that this information not exclusively for monitoring purposes, e.g. B. used to control the wall tightness will need, but that they just as well the control of the flow medium, z. B. the speed, the pressure, the temperature of the same or the like. Can serve. It is crucial that not only a simple reflection of the signal or signals takes place, but that a modulation takes place at the reflection point by means of suitable thermometers, pressure cells, strain gauges or other transducers takes place, whereby the actual reflection properties of the reflector or resonator changed and the Signals are modulated in the desired manner. Above all, the reflectors can be used in such places of the system to be controlled must be appropriate, in which certain conditions are of interest and it is not only variables that characterize the operating state are important understand where due to high exposure to vibration, e.g. B. as a result of an overpass, a Pipeline is particularly prone to breakage and therefore leakage or where, for certain reasons, pressure or Temperature require special monitoring.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Modulation und Reflexion in dem zu prüfenden System über in definierten Abständen vorgesehene Schwingkreise, z. B. Resonatoren, erfolgen. Man erhält so die Möglichkeit, sowohl über kürzere als auch über längere Distanzen Informationen zu vermitteln, wobei im ersteren Falle der Schwingkreis als passiver, im zweiten Fall als aktiver Strahler ausgebildet sein sollte.In an advantageous development of the invention, the modulation and reflection in the test can System via oscillating circuits provided at defined intervals, e.g. B. resonators take place. You get so the possibility of over shorter as well as over To convey information longer distances, whereby in the former case the resonant circuit is more passive, in the second case should be designed as an active radiator.

Will man ständig über die Verhältnisse orientiert sein, so kann die Abstrahlung der Signale der festen Sender vorzugsweise kontinuierlich erfolgen.If you want to be constantly informed about the situation, the radiation of the signals from the fixed transmitters preferably take place continuously.

Um zu vermeiden, daß die reflektierten Signale infolge von Querschnittsveränderungen der Rohrleitungen, scharfen Krümmungen od. dgl. verfälscht oder sonstwie beeinträchtigt werden, indem zusätzliche Reflexionen hervorgerufen werden, ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß solche zusätzlichen Reflexionen mittels Ausblendung beseitigt werden. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um eine Verfahrensweise, wie sie von der Festzielunterdrückung bei Radargeräten her bekannt istIn order to avoid that the reflected signals as a result of changes in the cross-section of the pipelines, sharp curvatures od. The like. Falsified or otherwise impaired by additional Reflections are caused, is provided according to an advantageous embodiment of the invention, that such additional reflections are eliminated by masking. It is here essentially a procedure as it is known from fixed target suppression in radar devices is

Zur Durchführung gelangt das erfindungsgemäße v> Verfahren vorzugsweise mittels einer Einrichtung, die in bekannter Weise einen Sender für Signale, einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Empfänger und ein mit dem Empfänger gekoppeltes Aufzeichnungs-ZAuswertungsgerät umfaßt, und bei der in bevorzugter Ausbildung die Resonatoren in festen, definierten Abständen in dem zu kontrollierenden System angeordnet und Sender und Empfänger als in ihrer Lage zu den Resonatoren fest angeordnete Einheit ausgebildet sind. Für die Kontrolle von Erdölleitungen besonders geeignet ist eine Ausführungsform der Erfindung, die in bekannter Weise einen als Ultraschallwellengeber ausgebildeten Sender umfaßt und bei der die Resonatoren durch Druckaufnehmer, Dehnungsmeßstreifen oder Temperaturfühler gesteuerte Schwingkreise sind.To carry out the inventive v> method preferably passes by means of a device which comprises a transmitter for signals, a tuned to the signal frequency receiver and coupled to the receiver recording ZAuswertungsgerät in known manner, and in which, in a preferred embodiment, the resonators in solid, Defined distances are arranged in the system to be controlled and the transmitter and receiver are designed as a unit that is fixedly arranged in their position in relation to the resonators. An embodiment of the invention is particularly suitable for the control of oil pipelines, which comprises, in a known manner, a transmitter designed as an ultrasonic wave transmitter and in which the resonators are oscillating circuits controlled by pressure transducers, strain gauges or temperature sensors.

Die mit der Erfindung und den als bevorzugt beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten und Einrichtungen insgesamt erzielbaren Vorteile liegen besonders darin, daß man mit verhältnismäßig geringen Sendeleistungen in der Größenordnung von 500 bis 1000 W, verglichen mit dem Aufwand traditioneller Überwachungsmethoden, Entfernungen in der Größenordnung von 100 bis 150 km erfassen kann, was wiederum bedeutet, daß von einer Zentralstation aus, da in beiden Richtungen gesendet und empfangen werden kann, insgesamt 200 bis 300 km erfaßbar sind. Eine Steigerung ist unter besonderen Verhältnissen, beispielsweise bei sehr engen Krümmungsradien in Rohrleitungen, durch den Einbau reflektierender Spiegel gegeben, die zur Reichweitenvergrößerung beitragen.With the invention and the embodiments and facilities described as preferred overall achievable advantages are particularly that one with relatively low transmission powers on the order of 500 to 1000 W compared to the cost of traditional monitoring methods, Can cover distances on the order of 100 to 150 km, which in turn means that from a central station, since it is possible to send and receive in both directions, a total of 200 to 300 km can be recorded. An increase is under special circumstances, for example at very narrow radii of curvature in pipelines, given by the installation of reflective mirrors, which are used for Contribute to an increase in reach.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert:An exemplary embodiment of the invention is described in greater detail below with reference to the schematic drawing explained:

Zur Durchführung der Kontrollen ist eine kombinierte Sende- und Empfangsstation 1 eingerichtet, die einen Leistungsgenerator, ein Kontrollgerät, einen Empfänger und eine automatische Auswertungseinrichtung umfaßt. Von dieser Sende- und Empfangsstation 1 aus läuft eine Leitung 2 zu einem zu kontrollierenden Rohrleitungssystem 3. Die Leitung 2 endet an dem Rohrleitungssystem 3 in einem Ultraschallgeber 4, der zugleich mit einem Ultraschallempfänger kombiniert und fest angeordnet ist. Durch den Ultraschallgeber 4 wird die von der Leitung 2 übermittelte Energie in Ultraschallwellen umgesetzt, die das Rohrleitungssystem 3 durchlaufen.To carry out the controls, a combined transmitting and receiving station 1 is set up, the one Power generator, a control device, a receiver and an automatic evaluation device includes. A line 2 runs from this transmitting and receiving station 1 to one to be controlled Pipeline system 3. The line 2 ends at the pipeline system 3 in an ultrasonic generator 4, the at the same time combined with an ultrasonic receiver and arranged in a fixed manner. By the ultrasonic transducer 4 the energy transmitted by the line 2 is converted into ultrasonic waves, which the pipeline system 3 run through.

In definierten Abständen zum als Einheit 4 eingebildeten kombinierten Ultraschallgeber/-Empfänger sind in dem Rohrleitungssystem 3 Resonatoren 5 für Ultraschallwellen angeordnet. Diese Resonatoren 5 sind kombiniert mit hier nicht näher dargestellten Druckmeßeinrichtungen, z. B. Druckmeßdosen, Dehnungsmeßstreifen oder auch mit Temperaturfühlern oder Durchflußmengenmessern. Ferner ist das System Resonator/Meßeinrichtung mit einem Modulator versehen. In dieser Gesamteinrichtung wird der ankommende Impuls mit der Information der Meßeinrichtung beaufschlagt und als »Echo« zum Ultraschallempfänger 4 zurückgestrahlt. Von hier aus gelangt dieser modulierte Impuls über die Leitung 2 zu dem Gerät 1 und wird dort entsprechend verarbeitet, wobei gegebenenfalls die Alarmeinrichtung 1 in Tätigkeit gesetzt oder Steuervorgänge ausgelöst werden können.At defined distances from the combined ultrasound transmitter / receiver, which is shown as unit 4, are in the pipeline system 3 resonators 5 arranged for ultrasonic waves. These resonators 5 are combined with pressure measuring devices not shown here, e.g. B. pressure cells, strain gauges or with temperature sensors or flow meters. Furthermore, the system is Provide resonator / measuring device with a modulator. In this overall facility, the incoming The information from the measuring device is applied to the impulse and as an "echo" to the ultrasonic receiver 4 reflected back. From here, this modulated pulse arrives at device 1 via line 2 and is processed there accordingly, the alarm device 1 being activated or, if necessary Control processes can be triggered.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum drahtlosen Kontrollieren von gas- oder flüssigkeitsdurchströmten oder -gefüllten Systemen wie Rohrleitungen, Behältern od. dgl. unter Verwendung von Impulsen wie Wellen oder Teilen von Wellen als Informationsträger, die als Signale von festen Sendern ausgestrahlt v/erden und mit denen das jeweilige Medium und/oder die dieses umgebende Wandung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale an vorherbestimmten und -festgelegten Stellen des zu kontrollierenden Systems durch darin angeordnete Reflektoren nach Modulation durch die von diesen Stellen zu übertragenden Meßwerte innerhalb des Systems zu einem fest angeordneten Empfänger reflektiert und dort registriert werden.1. Method for wireless monitoring of gas or liquid through or filled Systems such as pipes, containers or the like. Using pulses such as waves or Splitting of waves as information carriers that are broadcast as signals from fixed transmitters and with which the respective medium and / or this surrounding wall is acted upon, thereby characterized in that the signals at predetermined and fixed points of the system to be controlled by reflectors arranged therein after modulation by the from these points The measured values transmitted within the system are reflected to a fixed receiver and be registered there.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation und Reflexion über in definierten Abständen vorgesehene Schwingkreise, z. B. Resonatoren, erfolgt2. The method according to claim 1, characterized in that the modulation and reflection on in defined distances provided oscillating circuits, z. B. resonators takes place

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung der Signale der festen Sender kontinuierlich erfolgt3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation of the signals fixed transmitter takes place continuously

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das modulierte und reflektierte Signal als Übertragungssignal für Druck, Durchflußmenge, Temperatur etc. verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the modulated and reflected signal is used as a transmission signal for pressure, flow rate, temperature, etc.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß in dem zu kontrollierenden System durch feste Hindernisse hervorgerufene zusätzliche Reflexionen durch Ausblendung, ζ. Β. durch Torschaltung beseitigt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in the system to be controlled by fixed obstacles caused additional reflections by masking, ζ. Β. can be eliminated by gate switching.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Sender für Signale, einem auf die Signalfrequenz abgestimmten Empfänger und einem mit dem Empfänger gekoppelten Aufzeichnungs-/Auswertungsgerät, dadurch gekennzeichnet daß die Resonatoren (S) in festen, definierten Abständen in dem zu kontrollierenden System (3) angeordnet und Sender und Empfänger als in ihrer Lage zu den Resonatoren fest angeordnete Einheit (4) ausgebildet sind.6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5 with a transmitter for signals, one receiver tuned to the signal frequency and one with the receiver coupled recording / evaluation device, characterized in that the resonators (S) in fixed, defined distances in the system to be controlled (3) and transmitters and Receivers are designed as a unit (4) which is fixedly arranged in its position relative to the resonators.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 mit einem als Ultraschallwellengeber ausgebildeten Sender, dadurch gekennzeichnet daß die Resonatoren (5) durch Druckaufnehmer, Dehnungsmeßstreifen oder Temperaturfühler gesteuerte Schwingkreise sind.7. Device according to claim 6 with a transmitter designed as an ultrasonic wave transmitter, characterized in that the resonators (5) are oscillating circuits controlled by pressure transducers, strain gauges or temperature sensors.