DE4008250A1 - Transmitting information signals in pipelines - using pipeline material as conductive medium for coded acoustic waves - Google Patents

Transmitting information signals in pipelines - using pipeline material as conductive medium for coded acoustic waves

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Abstract

The information signals are transmitted in pipelines (1) such that the pipe material is used as conductive medium for coded acoustic waves. Pref. the pipeline(s) has in appropriate spacings (12) sound couplers (10,11), the spacing corresponding to the reach of the acoustic waves. The couplers are capable to transmit acoustic oscillations to the pipe material and/or to receive such oscillations from the pipe. The oscillations are either regenerated and amplified for conducting as an acoustic wave to the next coupler, or conducted outwards as signals to be further processed. Alternatively, the medium (0), contg. in the pipeline is used as a conductor for coded acoustic waves. USE/ADVANTAGE - Monitoring remote heating pipelines etc., with facility to apply subsequently modern sensor systems.

Description

Metallische oder nichtmetallische Rohrleitungen dienen dem Trans­ port von Medien. In Fernheizungssystemen dient das transportierte Medium der Wärmekonvektion. Die Überwachung solcher Rohrsysteme auf Undichtigkeiten und andere unerwünschte Zustände erfordert die Nutzung von Nachrichtenwegen entweder zwischen den Meßstellen (z. B. einem Sensor in einem Fernheizungsschacht) und einer Warte, in der die Zustandsmeldungen empfangen und ausgewertet werden, oder zwischen dem Sensor und einem Punkt, der dafür geeignet ist, die empfangenen Meldungen auf vorhandenen Nachrichtenwegen zur Warte weiterzuleiten.Metallic or non-metallic pipelines are used for trans port of media. This is used in district heating systems Medium of heat convection. Monitoring such pipe systems for leaks and other undesirable conditions requires that Use of communication channels either between the measuring points (e.g. a sensor in a district heating shaft) and a control room, in which the status messages are received and evaluated, or between the sensor and a point that is suitable the received messages on existing communication channels Wait to forward.

Nicht immer sind Nachrichtenwege zwischen einer Meßstelle und der Warte oder zwischen Meßstelle und dem Punkt, der dafür geeignet ist, die empfangenen Meldungen auf vorhandenen Nachrichtenwegen zur Warte weiterzuleiten, vorhanden oder können mit vertretbarem Aufwand (z. B. durch Verlegung von elektrisch oder optisch leiten­ den Kabeln oder Nutzung der Funktechnik) nachgerüstet werden. Na­ mentlich da, wo sich die Fernheizungsschächte innerhalb öffent­ licher Verkehrsflächen befinden, ist eine Nachrüstung mit hohem Bau- und Erhaltungsaufwand verbunden.Communication paths between a measuring point and the are not always Wait or between the measuring point and the point that is suitable for it is, the received messages on existing communication channels forward to the waiting room, available or can be reasonably priced Effort (e.g. by laying electrical or optical cables cables or use of radio technology). Well wherever the district heating shafts are located inside the traffic areas is a retrofit with high Construction and maintenance costs connected.

Bei Rohrleitungssystemen, bei denen nicht von vornherein für eine Nachrichtenverbindung gesorgt wurde und bei denen deren nachträg­ liche Herstellung aufgrund örtlicher Gegebenheiten nicht oder nur schwer möglich ist, wird eine Überwachung in der Praxis daher nicht durch moderne Sensorik und Nachrichtentechnik durchgeführt, sondern durch turnusmäßige Entsendung von Personal zur Überprüfung kritischer Bereiche. Dies verursacht hohe Personalkosten und erlaubt keine kontinuierliche Zustandsüberwachung.For piping systems that are not designed for one Communication was taken care of and whose subsequent due to local conditions not or only monitoring is therefore difficult in practice not carried out by modern sensors and communications technology, but by regularly sending personnel for review  critical areas. This causes high personnel costs and does not allow continuous condition monitoring.

Die erfindungsgemäßen Verfahren lösen das zuvor aufgezeigte Pro­ blem dadurch, daß sie das Rohrmaterial (1) selbst oder das im Rohr enthaltene Medium (0) als Nachrichtenweg nutzen, und zwar derge­ stalt, daß die Nachrichten durch modulierte Schallwellen übertra­ gen werden, die sich im Rohrmaterial (1) oder im Medium (0), wel­ ches sich in der Rohrleitung (1) befindet, ausbreiten.The method according to the invention solve the problem outlined above by using the pipe material ( 1 ) itself or the medium contained in the pipe ( 0 ) as a communication path, namely in such a way that the messages are transmitted by modulated sound waves that are transmitted in Spread the pipe material ( 1 ) or in the medium ( 0 ), which is located in the pipe ( 1 ).

Die Anwendungsfälle der Erfindung sind in der Regel dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zum Betreiben der Schallkoppeleinheit erfor­ derliche Energie nicht über Kabelwege herangeführt werden kann, und daß die zur Übertragung benutzten Schallfrequenzen nicht im hörbaren Frequenzbereich liegen dürfen, um akustische Belästigun­ gen von Menschen zu vermeiden.The applications of the invention are usually ge indicates that the necessary to operate the sound coupling unit energy cannot be brought in via cable routes, and that the sound frequencies used for transmission are not in the audible frequency range may lie around acoustic nuisance to avoid human beings.

Wenn die Materialkonstanten des Rohrleitungsmaterials (1) eine Schallübertragung über eine geeignete Entfernung (12), die im kon­ kreten Fall der Fernheizungsschachtüberwachung im Bereich von 100 m liegt, zulassen, kann die Nachrichtenübertragung gemäß Anspruch 1 und 2 derart realisiert werden, daß in Entfernungen (12), deren Größen innerhalb der geeigneten Entfernung liegen, Schallkoppeleinheiten (10, 11) in die bestehenden Rohrleitungen (1) integriert werden.If the material constants of the pipeline material ( 1 ) permit sound transmission over a suitable distance ( 12 ), which in the specific case of district heating shaft monitoring is in the range of 100 m, the message transmission can be implemented in such a way that at distances ( 12 ), the sizes of which are within the appropriate distance, sound coupling units ( 10 , 11 ) are integrated into the existing pipes ( 1 ).

Diese Schallkoppeleinheiten (10, 11) müssen folgende Funktionen erfüllen:These sound coupling units ( 10 , 11 ) must perform the following functions:

F1 - Bidirektionale Schallenergiekopplung mit dem Rohrmaterial (1),
F3 - Bidirektionale Koppelmöglichkeit zur Sensorik,
F4 - Bidirektionale Koppelmöglichkeit in ein verfügbares Nachrich­ tennetz.F1 - bi-directional sound energy coupling with the pipe material ( 1 ),
F3 - bidirectional coupling option for sensors,
F4 - Bidirectional coupling option in an available message network.

Können die Schallkoppeleinheiten (10, 11) die oben beschriebenen Funktionen realisieren und sind sie in der oben beschriebenen Art in die Rohrleitung (1) integriert, kann mit diesen Schallkoppel­ einheiten (10, 11) ein Nachrichtenübertragungssystem aufgebaut werden, welches zu folgendem in der Lage ist:Can the sound coupling units (10, 11) to realize the functions described above and they are incorporated in the manner described above in the pipeline (1), can use these acoustic coupling units (10, 11) a message transmission system can be constructed which the follow able is:

  • - Nachrichten von der Sensorik, die einer Schallkoppel­ einheit (N+x) zugeordnet ist, können zu einer benachbarten Schallkoppeleinheit (N+x-1) übertragen werden, die diese Nachrichten für die Fälle x-1 ungleich 0 regeneriert an die nächste Schallkoppeleinheit (N+x-2) weiterleitet usw. bis x-n=0 ist. Von dieser Schallkoppeleinheit (N) können diese Nachrichten über ein verfügbares Nachrichtennetz in Richtung Warte übertragen werden.- Messages from the sensors that a sound coupling unit (N + x) is assigned to an adjacent one Sound coupling unit (N + x-1) are transmitted this Messages for the cases x-1 not equal to 0 regenerate to the next sound coupling unit (N + x-2) forwards to x-n = 0. From this sound coupling unit (N) they can Messages via an available news network towards Wait to be transferred.
  • - Nachrichten, die von der Warte über ein verfügbares Nach­ richtennetz zu einer Schallkoppeleinheit (N) übertragen wurden, können von dieser Schallkoppeleinheit (N) entweder an die nächste Schallkoppeleinheit (N+1) weitergeleitet werden oder wenn die Nachrichten für die Sensorik, die sich bei der Schallkoppeleinheit (N) befindet, bestimmt waren, an die Sensorik übergeben werden usw.- Messages from the control room about an available night directional network were transmitted to a sound coupling unit (N), can from this sound coupling unit (N) either to the next sound coupling unit (N + 1) or if the news for the sensors that are in the Sound coupling unit (N) is located, were to which Sensors are handed over etc.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den prinzipiellen Aufbau einer Schall­ koppeleinheit (10, 11), die für die Nachrichtenübertragung unter Nutzung der Verfahren nach Anspruch 1 und 2 eingesetzt werden kann. Fig. 1 shows in section the basic structure of a sound coupling unit ( 10 , 11 ), which can be used for message transmission using the method according to claim 1 and 2.

Diese Schallkoppeleinheit (10, 11) besteht aus einem Rohrstück (1), dessen Nennweite der Nennweite des Rohrsystems an der jeweiligen Stelle entspricht, einer Schwingeinheit (2), die die Funktion F1 realisiert, einer Ansteuerelektronik (4) für die Schwingeinheit (2), einer Steuereinheit (5) der Schallkoppel­ einheit (10, 11), einer bidirektionalen Schnittstelle (6) zwischen der Steuereinheit (5) und der Ansteuerelektronik (4), einer bidirektionalen Schnittstelle (7) zwischen der Steuereinheit (5) und der Sensorik, die die Funktion F3 realisiert, einer bidirektionalen Schnittstelle (8) zwischen der Steuereinheit (5) und dem Nachrichtennetz, die die Funktion F4 realisiert, und einer Kabelverbindung (9) zwischen der Steuereinheit (5) und der Ansteuerelektronik (4).This sound coupling unit ( 10 , 11 ) consists of a piece of pipe ( 1 ), the nominal size of which corresponds to the nominal size of the pipe system at the respective point, an oscillating unit ( 2 ) that implements function F1, control electronics ( 4 ) for the oscillating unit ( 2 ) , a control unit ( 5 ) of the sound coupling unit ( 10 , 11 ), a bidirectional interface ( 6 ) between the control unit ( 5 ) and the control electronics ( 4 ), a bidirectional interface ( 7 ) between the control unit ( 5 ) and the sensor system, which realizes the function F3, a bidirectional interface ( 8 ) between the control unit ( 5 ) and the communication network, which realizes the function F4, and a cable connection ( 9 ) between the control unit ( 5 ) and the control electronics ( 4 ).

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Nachrichtenübertra­ gungssystems, das auf Verfahren nach Anspruch 1 und 2 oder auf Verfahren nach Anspruch 3 und 4 basiert. Fig. 2 shows the basic structure of a message transmission system based on the method according to claim 1 and 2 or on the method according to claim 3 and 4.

Dieses Nachrichtenübertragungssystem besteht aus dem Rohrleitungs­ material (1) oder dem Medium (0), welches sich in den Rohrleitun­ gen (1) befindet und der Schallkoppeleinheit (10) nach Fig. 1 oder Fig. 3, in deren Nähe ein verfügbares Nachrichtennetz ist und den Schallkoppeleinheiten (11) nach Fig. 1 oder Fig. 3, in deren Nähe kein verfügbares Nachrichtennetz ist.This communication system consists of the pipeline material ( 1 ) or the medium ( 0 ), which is in the pipeline conditions ( 1 ) and the sound coupling unit ( 10 ) according to Fig. 1 or Fig. 3, in the vicinity of which there is an available communication network and the acoustic coupling units (11) according to Fig. 1 or Fig. 3, in the vicinity thereof is no available communication network.

Wenn die Materialkonstanten des Mediums (0), welches sich in der Rohrleitung (1) befindet, eine Schallübertragung über eine ge­ eignete Entfernung (12), die im konkreten Fall der Fernheizungs­ schachtüberwachung im Bereich von 100 m liegt, zulassen, kann die Nachrichtenübertragung gemäß Anspruch 3 und 4 derart realisiert werden, daß in Entfernungen (12), deren Größen innerhalb der geeigneten Entfernung liegen, Schallkoppeleinheiten (10, 11) derart in die bestehenden Rohrleitungen (1) integriert werden, daß eine Schallenergiekopplung mit dem Medium (0), welches sich in der Rohrleitung (1) befindet, möglich ist.If the material constants of the medium ( 0 ), which is in the pipeline ( 1 ), allow sound transmission over a suitable distance ( 12 ), which in the specific case of district heating shaft monitoring is in the range of 100 m, the message transmission can be carried out accordingly Claims 3 and 4 can be implemented in such a way that sound distances ( 10 , 11 ) are integrated into the existing pipelines ( 1 ) at distances ( 12 ), the sizes of which lie within the suitable distance, such that sound energy coupling with the medium ( 0 ), which is in the pipeline ( 1 ) is possible.

Diese Schallkoppeleinheiten (10, 11) müssen folgende Funktionen erfüllen:These sound coupling units ( 10 , 11 ) must perform the following functions:

F2 - Bidirektionale Schallenergiekopplung mit dem Medium (0), das sich im Rohrsystem (1) befindet,
F3 - Bidirektionale Koppelmöglichkeit zur Sensorik,
F4 - Bidirektionale Koppelmöglichkeit in ein verfügbares Nachrich­ tennetz.F2 - bidirectional sound energy coupling with the medium ( 0 ), which is located in the pipe system ( 1 ),
F3 - bidirectional coupling option for sensors,
F4 - Bidirectional coupling option in an available message network.

Können die Schallkoppeleinheiten (10, 11) die oben beschriebenen Funktionen realisieren und sind sie in der oben beschriebenen Art in das Rohrsystem (1) integriert, kann mit diesen Schallkoppelein­ heiten (10, 11) ein Nachrichtenübertragungssystem aufgebaut werden, welches zu folgendem in der Lage ist:Can the sound coupling units (10, 11) to realize the functions described above and they are incorporated in the manner described above in the pipe system (1), can use these Schallkoppelein units (10, 11) a message transmission system can be constructed which the follow able is:

  • - Nachrichten von der Sensorik, die einer Schallkoppel­ einheit (N+x) zugeordnet ist, können zu einer benachbarten Schallkoppeleinheit (N+x-1) übertragen werden, die diese Nachrichten für die Fälle x-1 ungleich 0 regeneriert an die nächste Schallkoppeleinheit (N+x-2) weiterleitet usw. bis x-n = 0 ist. Von dieser Schallkoppeleinheit (N) können diese Nachrichten über ein verfügbares Nachrichtennetz in Richtung Warte übertragen werden.- Messages from the sensors that a sound coupling unit (N + x) is assigned to an adjacent one Sound coupling unit (N + x-1) are transmitted this Messages for the cases x-1 not equal to 0 regenerate to the next sound coupling unit (N + x-2) forwards to x-n = 0. From this sound coupling unit (N) they can Messages via an available news network towards Wait to be transferred.
  • - Nachrichten, die von der Warte über ein verfügbares Nachrichtennetz zu einer Schallkoppeleinheit (N) übertragen wurden, können von dieser Schallkoppeleinheit (N) entweder an die nächste Schallkoppeleinheit (N+1) weitergeleitet werden oder, wenn die Nachrichten für die Sensorik, die sich bei der Schallkoppeleinheit (N) befindet, bestimmt waren, an die Sensorik übergeben werden usw.- Messages from the control room via an available Transmit message network to a sound coupling unit (N) from this sound coupling unit (N) either the next sound coupling unit (N + 1) are forwarded or, if the news for the sensors that are in the Sound coupling unit (N) is located, were to which Sensors are handed over etc.

Fig. 3 zeigt im Schnitt den prinzipiellen Aufbau einer Schall­ koppeleinheit (10, 11), die für die Nachrichtenübertragung unter Nutzung der Verfahren nach Anspruch 3 und 4 eingesetzt werden kann. Fig. 3 shows in section the basic structure of a sound coupling unit ( 10 , 11 ), which can be used for message transmission using the method according to claim 3 and 4.

Diese Schallkoppeleinheit (10, 11) besteht aus einem Rohrstück (1), dessen Nennweite der Nennweite des Rohrsystems an der jeweiligen Stelle entspricht, einer Schwingeinheit (3), die die Funktion F2 realisiert, einer Ansteuerelektronik (4) für die Schwingeinheit (3), einer Steuereinheit (5) der Schallkoppeleinheit (10, 11), einer bidirektionalen Schnittstelle (6) zwischen der Steuereinheit (5) und der Ansteuerelektronik (4), einer bidirektionalen Schnittstelle (7) zwischen der Steuereinheit (5) und der Sensorik, die die Funktion F3 realisiert, einer bidirektionalen Schnittstelle (8) zwischen der Steuereinheit (5) und dem Nachrichtennetz, die die Funktion F4 realisiert, und einer Kabelverbindung (9) zwischen der Steuereinheit (5) und der Ansteuerelektronik (4).This sound coupling unit ( 10 , 11 ) consists of a pipe section ( 1 ), the nominal width of which corresponds to the nominal width of the pipe system at the respective point, an oscillating unit ( 3 ) that implements function F2, control electronics ( 4 ) for the oscillating unit ( 3 ) , a control unit ( 5 ) of the sound coupling unit ( 10 , 11 ), a bidirectional interface ( 6 ) between the control unit ( 5 ) and the control electronics ( 4 ), a bidirectional interface ( 7 ) between the control unit ( 5 ) and the sensor system, the realizes the function F3, a bidirectional interface ( 8 ) between the control unit ( 5 ) and the communication network, which realizes the function F4, and a cable connection ( 9 ) between the control unit ( 5 ) and the control electronics ( 4 ).

Claims (4)

1. Verfahren zur Übermittlung von Nachrichten in Rohrleitungen (1), dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrmaterial als Leitme­ dium für kodierte Schallwellen dient.1. A method for transmitting messages in pipes ( 1 ), characterized in that the pipe material serves as Leitme medium for coded sound waves. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (1) in geeigneten Abständen (12) , die der Reich­ weite der Schallwellen im Rohrmaterial (1) entsprechen, mit Schallkoppeleinheiten (10, 11) versehen sind, die in der Lage sind, Schallschwingungen auf das Rohrmaterial (1) zu übertra­ gen und/oder Schallschwingungen vom Rohrmaterial (1) zu em­ pfangen, um diese entweder regeneriert und verstärkt als Schallwelle an die nächste Schallkoppeleinheit (10, 11) weiterzuleiten oder als weiterverarbeitbare Signale nach außen zu leiten.2. The method according to claim 1, characterized in that the pipes ( 1 ) are provided at suitable intervals ( 12 ), which correspond to the range of the sound waves in the pipe material ( 1 ), with sound coupling units ( 10 , 11 ) which are capable are to transmit sound vibrations to the pipe material ( 1 ) and / or to receive sound vibrations from the pipe material ( 1 ) in order to either transmit this regenerated and amplified as a sound wave to the next sound coupling unit ( 10 , 11 ) or to the outside as further processable signals conduct. 3. Verfahren zur Übermittlung von Nachrichten in Rohrleitungen (1), dadurch gekennzeichnet, daß das sich im Rohr befindliche Medium (0) als Leitmedium für kodierte Schallwellen dient.3. A method for transmitting messages in pipes ( 1 ), characterized in that the medium in the pipe ( 0 ) serves as the leading medium for coded sound waves. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Me­ dium (0), welches von der Rohrleitung (1) beinhaltet wird, in geeigneten Abständen (12), die der Reichweite der Schallwellen im Medium (0) entsprechen, mit Schallkoppeleinheiten (10, 11) versehen ist, die in der Lage sind, Schallschwingungen auf das in der Rohrleitung (1) befindliche Medium (0) zu übertragen und/oder Schallschwingungen vom in der Rohrleitung (1) befind­ lichem Medium (0) zu empfangen, um diese entweder regeneriert und verstärkt als Schallwelle an die nächste Schallkoppel­ einheit (10, 11) weiterzuleiten oder als weiterverarbeitbare Signale nach außen zu leiten.4. The method according to claim 3, characterized in that the medium ( 0 ), which is contained by the pipeline ( 1 ), at suitable intervals ( 12 ), which correspond to the range of the sound waves in the medium ( 0 ), with sound coupling units ( 10, 11) provided, which are able to transmit sound vibrations to the top in the pipeline (1) medium (0) and / or sound vibrations from befind Lichem in the pipeline (1) medium (0) to receive, in order these are either regenerated and amplified as a sound wave to the next sound coupling unit ( 10 , 11 ) or forwarded as further processable signals to the outside.
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