DE4200245C2 - Verfahren und Einrichtung zum Aufspüren eines aus einer Oberfläche austretenden Leckagestromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Durchfüh­ rung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung zum Aufspüren eines aus einer Oberfläche austretenden Leckagestromes.

Beim Austreten eines Leckagestromes aus einer Oberfläche entstehen charakteristische Schwingungen. Es ist bekannt, durch eine Erfassung und Auswertung solcher Schwingungen Leckagen festzustellen.

Ein bekanntes nach dieser Methode arbeitendes Lecksuchge­ rät nach dem Patent US 42 87 581 besteht aus einem Mikro­ fon, einem Verstärker, einem Filter, einem Detektor, einem Leistungsverstärker und einer Anzeigeeinheit. Bei diesem Gerät wird das von dem Leckagestrom verursachte akustische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt, aus dem durch Amplitudenmodulation ein Einhüllendensignal erzeugt wird, das nach vorheriger Verstärkung mit einem vorgege­ benen Schwellensignal verglichen wird. Dabei ist das Schwellensignal so ausgelegt, daß dessen Überschreitung durch das aus der Messung stammende Signal das Vorhanden­ sein eines Lecks bedeutet.

Ein weiteres Lecksuchgerät ist aus JP-B-63-67 344 bekannt. Dieses besteht aus einem Mikrofon, einem Verstärker, einem Detektor und drei Schwelleneinheiten. Eine der Schwellen­ einheiten ist an den Detektorausgang durch einen Integra­ tionsblock, einen Logikblock und eine Anzeigeneinheit an­ geschlossen.

Dieses Gerät funktioniert wie folgt.

Das akustische Signal eines Leckagestromes wird in ein elektrisches Signal verwandelt, das in Gleichstrom umgewan­ delt, auf die erste Schwelleneinheit, auf die zweite Schwelleneinheit und durch den Integrationsblock auf die dritte Schwelleneinheit gespeist wird. Das Ergebnis einer logischen Analyse der Ausgangssignale der Schwelleneinhei­ ten entscheidet über das Vorhandensein eines Lecks.

Der Nachteil der bekannten Verfahren und Geräte besteht in einer unzureichenden Empfindlichkeit gegenüber geringen Leckageströmen, bei denen das Leckagefluid, d. h. insbeson­ dere ein Gas, nur mit geringer Strömungsturbulenz austritt bzw. bei denen überhaupt keine Turbulenz mehr vorhanden ist. Der Grund für das Versagen in diesen Fällen besteht darin, daß bei der ausgewerteten Signaleinhüllenden nur die von turbulenter Strömung stammenden relativ niedrigen und damit hohe Störanteile enthaltenden Frequenzbereiche ausge­ wertet werden. So werden beispielsweise bei dem Verfahren nach der eingangs zitierten US 42 87 581 nur Frequenzen unter 3 kHz ausgewertet.

Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, die Empfindlichkeit der bisher bekannten Verfahren sowie die für diese verwendeten Geräte bei einer möglichst niedrig vorgegebenen Meßfehlerwahrscheinlichkeit zu erhö­ hen.

Gelöst wird dieses Problem durch die Anwendung eines Meß­ verfahrens nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand des An­ spruchs 2.

Spezielle Meßauswertungseinrichtungsanordnungen geben die Ansprüche 3 und 4 wieder.

Der aus dem in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 an­ gegebenen Einhüllendensignal erfindungsgemäß abgetrennte Hochfrequenzanteil ist eine Impulsfolge.

Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 werden daraus die Impulse mit geringer Dauer und geringer Amplitude be­ seitigt. Die verbliebenen Impulse werden nach der Amplitude und Dauer normiert und in ein Signal verwandelt, das der Wiederholungsfrequenz der verbliebenen Impulse proportional ist. Das auf diese Weise erhaltene Signal wird mit dem für die Leckage-Anzeige maßgebenden Schwellensignal verglichen.

Die gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik unter an­ derem entscheidende Maßnahme der Erfindung besteht darin, daß der Hochfrequenzteil der Einhüllenden, deren Signal nach entsprechender Bearbeitung mit dem Schwellensignal verglichen wird, für diese Bearbeitung abgesondert wird. Dies erhöht die Empfindlichkeit für die Lecksuche mit angegebener Feststellungsfehlerwahrscheinlichkeit erheb­ lich, weil dadurch nicht nur die Lecks mit starker Turbu­ lenz, sondern auch die Lecks mit schwacher Turbulenz oder gar ohne Turbulenz festgestellt werden können. Am besten werden die Vorteile der Erfindung bei einem breiten Kanal­ durchlassungsband vor dem Amplitudendetektor, beispiels­ weise 30 bis 60 kHz, realisiert.

Bei der Erfindung liegen also in der Signaleinhüllenden nicht nur die von turbulenter Leckageströmung stammenden Niedrigfrequenzsignale, sondern vor allem auch diejenigen Hochfrequenzsignale vor, die durch die Reibung des insbe­ sondere gasförmigen Leckagestromes gegen die Leckwände erzeugt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine bisher nicht erreichte Meßempfindlichkeit bei einer vorgegebenen extrem niedrigen Feststellungsfehlerwahrscheinlichkeit erzielt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den dazu geeigneten Einrichtungen können Lecks mit Gasaustrittsmengen unter 10 g pro Jahr (Erdgas und synthetische Gase, Kohlenwasserstof­ fe, Halogene, FCKW Typ R12, R22, R502, Ammoniak, Sauer­ stoff, Preßluft, und so weiter) sicher von Entfernung auf­ gespürt werden, d. h. mit wesentlich höherer Empfindlich­ keit als dies bisher möglich war.

Ein Ausführungsbeispiel für ein nach der Erfindung arbei­ tendes Lecksuchgerät ist in der Zeichnung schematisch dar­ gestellt.

Bei dieser Einrichtung sind folgende Bauteile hintereinan­ der geschaltet: Mikrofon 1, Verstärker 2, Bandpaßfilter 3, Amplituden-Detektor 4, Hochfrequenzfilter 5, Block für Einhüllendenhochfrequenzteilbearbeitung 6, Schwellenein­ heit 7 und Anzeigeeinheit 8.

Der Block für die Einhüllendenhochfrequenzteilbearbeitung 6 besteht aus einer Schwelleneinheit 9, einem Impulsdauerfil­ ter 10, einem Impulsformer 11 sowie einem Frequenz- und Impuls-Detektor 12.

Die erfindungsgemäße Lecksuche wird mit der aus den angege­ benen Bauteilen bestehenden Einrichtung wie folgt reali­ siert.

Das von einem Leckagestrom ausgelöste akustische Signal wird in ein elektrisches Signal mit Hilfe eines Mikrofons 1 verwandelt und in einem Verstärker 2 verstärkt, wobei der nützliche Teil des Frequenzspektrums mit Hilfe eines Band­ paßfilters 3 abgesondert wird. Nach dem Filtrieren wird das Signal auf einen Detektor 4 gespeist, in dem das Einhüllen­ densignal erzeugt wird. Aus diesem Signal wird dann der Hochfrequenzteil vom Hochfrequenzfilter 5 abgesondert, der durch das Kanaldurchlaßband vor dem Amplitudendetektor be­ stimmt wird. Das erhaltene Signal wird dem Bearbeitungs­ block 6 zugeführt. Dort wird es in ein Signal verwandelt, das in einer Schwelleneinheit 7 mit dem dortigen Schwellen­ signal verglichen wird. Bei einem ermittelten Signal ober­ halb des Schwellensignals wird in einer Einheit 8 eine Leckage angezeigt.

Der Block für die Einhüllendenhochfrequenzteilbearbeitung 6 funktioniert folgendermaßen.

Der Hochfrequenzteil der Einhüllenden wird auf eine Schwel­ leneinheit 9 gespeist, in der die Signale geringer Amplitu­ de beseitigt werden. Mit Hilfe eines Impulsdauerfilters 10 werden kurze Impulse aus der erhaltenen Impulsfolge besei­ tigt. Die verbliebenen Impulse werden auf einen Impulsfor­ mer 11 gespeist, in dem sie nach ihrer Dauer normiert wer­ den. Dabei wird von dem Impulsformer 11 eine Impulsfolge formiert, in der jedem einzelnen verbliebenen Impuls ein Impuls vorgegebener Dauer entspricht.

In einem Frequenz- und Impuls-Detektor 12 werden die for­ mierten Impulse in Gleichspannung umgewandelt, die propor­ tional der Wiederholungsfrequenz der formierten Impulse ist. Anschließend wird das formierte Signal auf die Schwelleneinheit 7 gespeist. Aus dem dortigen Vergleich leitet sich die Anzeige in der Einheit 8 ab.

Claims (5)

1. Verfahren zum Aufspüren eines aus einer Oberfläche austretenden, insbesondere gasförmigen Leckagestromes, bei dem ein von dem Leckagestrom verursachtes akustisches Sig­ nal in ein elektrisches Signal verwandelt, verstärkt, fre­ quenzselektiert und in ein Einhüllendensignal gebracht wird, um danach durch einen Vergleich mit einem vorgegeben­ en Leckage- und Nicht-Leckage-Zustände abgrenzenden Schwel­ lensignal bei über das Schwellensignal hinausgehenden Wer­ ten eine Leckage angezeigt zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Einhüllendensignal ein Hochfrequenzanteil aus­ gesondert und anschließend nach zusätzlicher Selektierung und Bearbeitung dem hierfür speziell ausgelegten Schwellen­ signal als Vergleichsgröße zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Einhüllendensignal ausgesonderte Hochfre­ quenzanteil von Signalen geringer Amplitude und geringer Dauer befreit, nach Amplitude und Dauer normiert und unter Berücksichtigung der Frequenz als Gleichspannungswert for­ miert wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2 mit folgenden in nachstehender Reihenfolge hintereinander geschalteten Bauelementen,

• a) Mikrofon (1) für eine Umwandlung des akustischen Signals in ein elektrisches Signal,
• b) Verstärker (2) für das Mikrofonsignal,
• c) Filter (3) für die Absonderung von Störfrequenzen,
• d) Amplituden-Detektor (4) zur Erzeugung eines Einhül­ lendensignals aus den von dem Filter durchgelassenen Signa­ len,
• e) Schwelleneinheit (7) für die Darstellung eines Ver­ gleichswert zum Feststellen des Vorliegens einer Leckage,
• f) Anzeigegerät (8) für das Ergebnis des Vergleichs in der Schwelleneinheit,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Amplituden-Detektor (4) vor der Schwelleneinheit (7) ein Hochfrequenzfilter (5) zur Abtrennung eines hochfrequenten Signalanteils nachgeschaltet ist, dem zur Weiterverarbeitung und anschließenden Einleitung dieses abgetrennten Signalanteils in die Schwelleneinheit (7) ein Einhüllendenhochfrequenzteilbearbeitungsblock (6) folgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einhüllendenhochfrequenzteilbearbeitungsblock (6) aus folgenden in der nachstehenden Reihenfolge hintereinander geschalteten Bauteilen besteht:

• a) Schwelleneinheit (9) für die Beseitigung von Signalen geringer Amplitude,
• b) Impulsdauerfilter (10) für die Beseitigung von Signalen mit kurzer Impulsdauer,
• c) Impulsformer (11) für die Normierung der von dem Im­ pulsdauerfilter stammenden abgeson­ derten Signale nach Impulsdauer,
• d) Frequenz- und Impuls-Detektor (12) zur Umwandlung der im Impulsformer formierten Impulse in Gleichspannung, die der Wiederholungsfre­ quenz der formierten Impulse proportional ist.