RU100268U1

RU100268U1 - LASER LOCATOR FOR DETECTING GAS LEAKS

Info

Publication number: RU100268U1
Application number: RU2010136068/28U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Салюков; Антон Александрович Глуховцев; Юрий Алексеевич Конюхов; Александр Владимирович Левченко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Промгазинжиниринг"
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2010-12-10

Abstract

1. Лазерный локатор для обнаружения утечек газа из газопроводов, размещенный на летательном аппарате, состоящий из двух инфракрасных лазерных излучателей с близкими длинами волн излучения, модуляторов, установленных на выходе каждого излучателя, двух лазерных излучателей красного луча с видимым излучением, зеркал, отражающих видимые лазерные лучи, лазерных зеркал, отражающих инфракрасные и видимые лазерные лучи на объект, телескопа, оптически сопряженного с системой лазерных зеркал и объектом, приемника инфракрасного излучения, расположенного в фокусе телескопа, и блока электроники, отличающийся тем, что конструктивно выполнен в виде моноблока, связанного с корпусом летательного аппарата посредством амортизационно-демпферной системы с возможностью исключения воздействия вибрации силовой установки и привода винтов летательного аппарата на элементы локатора, причем амортизационно-демпферная система расположена, по меньшей мере, с одной стороны моноблока. ! 2. Лазерный локатор по п.1, отличающийся тем, что включает универсальный механический адаптер для установки на летательный аппарат, оборудованный люком. 1. A laser locator for detecting gas leaks from gas pipelines, placed on an aircraft, consisting of two infrared laser emitters with similar radiation wavelengths, modulators installed at the output of each emitter, two red laser emitters of visible light, mirrors that reflect visible laser beams, laser mirrors reflecting infrared and visible laser beams on an object, a telescope optically coupled to a system of laser mirrors and an object, an infrared radiation receiver, position married to the focus of the telescope, and the electronics unit, characterized in that it is structurally made in the form of a monoblock connected to the body of the aircraft by means of a shock-absorbing-damper system with the possibility of eliminating the effects of vibration of the power plant and drive screws of the aircraft on the locator elements, moreover, the shock-absorbing-damper system located at least on one side of the monoblock. ! 2. The laser locator according to claim 1, characterized in that it includes a universal mechanical adapter for installation on an aircraft equipped with a hatch.

Description

Известно дистанционное устройство обнаружения малых концентраций газов, содержащее два непрерывных инфракрасных лазера с близкими длинами волн излучения, общие модулятор, коллиматор и оптическую систему, а также сопряженный с обследуемым объектом телескоп с установленным в его фокусе приемником излучения [1]. В данном устройстве длина волны излучения одного лазера совпадает с линией поглощения газа, а другой лазер имеет длину волны излучения, близкую, но не совпадающую с линией поглощения газа. Оба луча отражаются зеркальной системой на общие модулятор и коллиматор, а затем направляются на обследуемый объект. После отражения от земли излучение попадает в телескоп и фокусируется на приемнике излучения. При появлении возле объекта газа, являющегося основным компонентом природного газа, транспортируемого по магистральному газопроводу (МГ), луч от одного лазера поглощается, а от другого нет, и после обработки этих сигналов электронный блок фиксирует утечку.A remote device for detecting low gas concentrations is known, which contains two continuous infrared lasers with close radiation wavelengths, a common modulator, a collimator and an optical system, as well as a telescope coupled to the object being examined with a radiation receiver installed in its focus [1]. In this device, the radiation wavelength of one laser coincides with the gas absorption line, and the other laser has a radiation wavelength close to, but not coincident with, the gas absorption line. Both rays are reflected by a mirror system to a common modulator and collimator, and then sent to the object being examined. After reflection from the earth, the radiation enters the telescope and focuses on the radiation receiver. When a gas appears near the object, which is the main component of natural gas transported through the main gas pipeline (MG), the beam from one laser is absorbed, but not from the other, and after processing these signals, the electronic unit detects a leak.

Недостатком данного устройства является то, что у него затруднена настройка модулятора, который должен обеспечивать разный режим модуляции для каждого лазера и, кроме того, сложно настраивать зеркальную систему. Настройка к тому же может нарушиться из-за значительных вибраций, свойственных летательным аппаратам (самолетам, вертолетам).The disadvantage of this device is that it is difficult to configure the modulator, which must provide a different modulation mode for each laser and, in addition, it is difficult to configure the mirror system. In addition, the setting may be disturbed due to significant vibrations inherent in aircraft (aircraft, helicopters).

Известен вертолетный лазерный локатор утечек газа из магистральных газопроводов «Аэропоиск-3», который содержит два непрерывных инфракрасных лазера с близкими длинами волн излучения, модулятор на выходе каждого лазера, зеркальную систему для отражения лазерных лучей на общее лазерное зеркало, отражающее инфракрасные лучи на объект, телескоп, оптически сопряженный с объектом, приемник излучения, размещенный в фокусе телескопа, и электронный блок [2]. В этом устройстве каждый лазер имеет свой модулятор, управляемый электронным блоком, но оптическая система также сложна в настройке, так как на нее зеркальной системой подаются лучи от двух лазеров. Для этого один из лазеров дополнительно содержит два зеркала для направления его луча на общее лазерное зеркало, что усложняет настройку, а также снижает надежность устройства из-за возможности сбить эту настройку.Known helicopter laser locator of gas leaks from gas pipelines "Aeropoisk-3", which contains two continuous infrared lasers with close radiation wavelengths, a modulator at the output of each laser, a mirror system for reflecting laser beams to a common laser mirror that reflects infrared rays to the object, a telescope optically coupled to an object, a radiation receiver located at the focus of the telescope, and an electronic unit [2]. In this device, each laser has its own modulator, controlled by an electronic unit, but the optical system is also difficult to configure, since it receives rays from two lasers with a mirror system. For this, one of the lasers additionally contains two mirrors for directing its beam to a common laser mirror, which complicates the setup and also reduces the reliability of the device due to the ability to reset this setting.

Вышеупомянутым устройствам свойственен общий недостаток, связанный с тем, что лазерные инфракрасные лучи являются невидимыми и их след незаметен на земле, поэтому усложняется идентификация места утечки. Самолет или вертолет колеблется при полете, инфракрасные лучи уходят в сторону, а это приводит к неточностям в обнаружении места утечки газа или даже к их пропуску. По этой причине приходится дополнительно выполнять наземные работы по уточнению места утечки газа, которые являются трудоемкими и дорогими, особенно если их приходится выполнять на болотистой местности или в тайге. Существует много мест, где рядом проложено несколько газопроводов; в этом случае также необходима точная идентификация места утечки газа, поскольку утечки из соседнего газопровода могут повлиять на результаты обследуемой трассы МГ.The aforementioned devices have a common disadvantage associated with the fact that the laser infrared rays are invisible and their footprint is invisible on the ground, therefore, identification of the location of the leak is complicated. An airplane or a helicopter oscillates during a flight, infrared rays go to the side, and this leads to inaccuracies in detecting a gas leak or even to let them pass. For this reason, it is necessary to additionally perform ground work to clarify the place of gas leakage, which are laborious and expensive, especially if they have to be performed in marshy areas or in the taiga. There are many places where several gas pipelines are laid nearby; in this case, accurate identification of the place of gas leakage is also necessary, since leaks from the neighboring gas pipeline can affect the results of the MG route under investigation.

Наиболее близким техническим решением является локатор утечек газа для обнаружения утечек газа из объекта на земле, содержащий два непрерывных инфракрасных лазера с близкими длинами волн излучения, модулятор на выходе каждого лазера, лазерное зеркало, отражающее инфракрасные лучи на объект, телескоп, оптически сопряженный с объектом, приемник излучения, размещенный в фокусе телескопа и электронный блок, отличающийся тем, что на выходе каждого инфракрасного лазера после модулятора установлены лазер с красным лучом и зеркало красного луча, оптически сопряженные с лазерным зеркалом и объектом [3].The closest technical solution is a gas leak locator for detecting gas leaks from an object on the ground, containing two continuous infrared lasers with close radiation wavelengths, a modulator at the output of each laser, a laser mirror reflecting infrared rays to the object, a telescope optically coupled to the object, a radiation receiver located at the focus of the telescope and an electronic unit, characterized in that at the output of each infrared laser, after the modulator, a laser with a red beam and a red beam mirror are installed optically coupled to a laser mirror and an object [3].

Недостатком прототипа является то, что вибрации корпуса летательного аппарата передаются на устройство и негативно сказываются на работе оптической системы устройства. Линейное и/или угловое смещение лазерных зеркал или приемника инфракрасного излучения приводит к нестабильной работе устройства и требует настройки и юстировки элементов оптической системы. Юстировка может быть произведена только в лабораторных условиях, что существенно затрудняет работу с устройством. Кроме того, воздействие вибрации на остальные узлы и компоненты устройства значительно снижает его надежность.The disadvantage of the prototype is that the vibration of the hull of the aircraft is transmitted to the device and adversely affect the operation of the optical system of the device. Linear and / or angular displacement of laser mirrors or infrared radiation receiver leads to unstable operation of the device and requires tuning and alignment of the optical system elements. Adjustment can be made only in laboratory conditions, which greatly complicates the work with the device. In addition, the effect of vibration on the other nodes and components of the device significantly reduces its reliability.

Задачей настоящей полезной модели является устранение указанного недостатка прототипа, а именно подавление влияния вибрации летательного аппарата на устройство и как следствие - увеличение срока безотказной эксплуатации устройства.The objective of this utility model is to eliminate this drawback of the prototype, namely, suppressing the effect of vibration of the aircraft on the device and, as a result, increasing the uptime of the device.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата лазерный локатор для обнаружения утечек газа из газопроводов, размещенный на летательном аппарате, содержит два инфракрасных лазерных излучателя с близкими длинами волн излучения, модуляторы, установленные на выходе каждого излучателя, два лазерных излучателя с видимым излучением (красного света), зеркала, отражающие видимые лазерные лучи, лазерные зеркала, отражающие инфракрасные и видимые лазерные лучи на объект, телескоп, оптически сопряженный с системой лазерных зеркал и объектом, приемник инфракрасного излучения, расположенный в фокусе телескопа, блок электроники, при этом лазерный локатор конструктивно выполнен в виде моноблока, связанного с корпусом летательного аппарата посредством амортизационно-демпферной системы с возможностью исключения воздействия вибрации силовой установки и привода винтов летательного аппарата на элементы локатора, причем амортизационно-демпферная система расположена, по меньшей мере, с одной стороны моноблока. Для установки устройства на различные типы летательных аппаратов, оборудованных люком, может применяться универсальный механический адаптер.To solve this problem and achieve a technical result, a laser locator for detecting gas leaks from gas pipelines, located on an aircraft, contains two infrared laser emitters with close radiation wavelengths, modulators installed at the output of each emitter, two laser emitters with visible radiation (red light ), mirrors reflecting visible laser beams, laser mirrors reflecting infrared and visible laser beams onto an object, a telescope optically coupled to a laser system mirrors and an object, an infrared radiation receiver located at the focus of the telescope, an electronics unit, wherein the laser locator is structurally made in the form of a monoblock connected to the aircraft body by means of a shock-absorbing-damping system with the possibility of eliminating the effects of vibration of the power unit and the drive of the aircraft propellers on the elements locator, and the damping-damper system is located at least on one side of the monoblock. A universal mechanical adapter can be used to install the device on various types of aircraft equipped with a hatch.

Каждый инфракрасный лазерный излучатель содержит собственные модулятор, лазерный излучатель красного луча с видимым излучением, зеркало красного луча и лазерное зеркало, что позволяет выполнить его в виде единого блока, настройка и юстировка которого может быть произведена и зафиксирована в стендовых условиях. Лазер красного луча позволяет сделать видимым след луча на земле, что дает возможность пилоту летательного аппарата корректировать трассу полета над газопроводом таким образом, чтобы не вывести луч устройства за пределы изучаемого объекта. Для оператора это дает возможность зафиксировать исследуемый участок при появлении сигнала на электронном приборе и точно установить место утечки газа из газопровода, обеспечив точную привязку места утечки к местности (например, с помощью устройства спутниковой ориентации).Each infrared laser emitter contains its own modulator, a red beam laser emitter with visible radiation, a red beam mirror and a laser mirror, which allows it to be implemented as a single unit, the adjustment and adjustment of which can be made and fixed in bench conditions. The laser of the red beam makes it possible to make the trace of the beam visible on the ground, which allows the pilot of the aircraft to adjust the flight path over the gas pipeline so as not to lead the beam of the device beyond the limits of the object under study. For the operator, this makes it possible to fix the area under investigation when a signal appears on an electronic device and to accurately determine the place of gas leakage from the gas pipeline, ensuring the exact location of the leak to the terrain (for example, using a satellite orientation device).

Необходимость применения амортизационно-демпферного механизма вызвана воздействием вибрации корпуса летательного аппарата на устройство. В первую очередь речь идет о низкочастотных вибрациях, частота которых лежит в диапазоне от 2 до 20 Гц и которые вызывают смещение лазерных зеркал и/или приемника инфракрасного излучения. Кроме того, воздействие вибрации на остальные узлы и компоненты устройства значительно снижает его надежность.The need to use a shock-absorbing-damping mechanism is caused by the effect of vibration of the aircraft body on the device. First of all, we are talking about low-frequency vibrations, the frequency of which lies in the range from 2 to 20 Hz and which cause the displacement of laser mirrors and / or infrared radiation receiver. In addition, the effect of vibration on the other nodes and components of the device significantly reduces its reliability.

Для подавления вибраций предлагается выполнять устройство в виде моноблока, что придаст конструкции устройства большую жесткость, а также позволит дополнительно зафиксировать положение отдельных компонентов устройства друг относительно друга, прежде всего элементов оптической системы. Моноблок связан с корпусом летательного аппарата посредством амортизационно-демпферной системы с возможностью исключения воздействия вибрации силовой установки и привода винтов летательного аппарата на элементы локатора. Амортизационно-демпферная система расположена, по меньшей мере, с одной стороны моноблока; при необходимости, возможно расположение указанной системы и с нескольких сторон моноблока.To suppress vibration, it is proposed to make the device in the form of a monoblock, which will give the device design greater rigidity, and will also allow you to additionally fix the position of the individual components of the device relative to each other, especially the elements of the optical system. The monoblock is connected with the body of the aircraft by means of a shock-absorbing-damping system with the possibility of eliminating the effects of vibration of the power plant and the drive of the screws of the aircraft on the elements of the locator. The shock-absorbing-damping system is located at least on one side of the monoblock; if necessary, it is possible to arrange the indicated system on several sides of the monoblock.

Дополнительно устройство может включать в себя универсальный механический адаптер для установки на летательный аппарат, оборудованный люком.Additionally, the device may include a universal mechanical adapter for installation on an aircraft equipped with a hatch.

Полезная модель поясняется прилагаемым чертежом, на котором представлена схема устройства (Фиг.1).The utility model is illustrated by the attached drawing, which shows a diagram of the device (Figure 1).

Устройство содержит инфракрасные лазерные излучатели 5 и 6 с разными длинами волны излучения, испускающие инфракрасные лазерные лучи 3 и 4, модуляторы 7 и 8, лазерные зеркала 9 и 10, зеркала красного луча 11 и 12, лазерные излучатели красного луча с видимым излучением 16 и 17, телескоп 13 с приемником излучения 14, блок электроники 15, амортизационно-демпферную систему 19.The device contains infrared laser emitters 5 and 6 with different wavelengths of radiation, emitting infrared laser beams 3 and 4, modulators 7 and 8, laser mirrors 9 and 10, red ray mirrors 11 and 12, red laser emitters with visible radiation 16 and 17 , a telescope 13 with a radiation receiver 14, an electronics unit 15, a damping-damper system 19.

Устройство работает следующим образом. Один из инфракрасных лазерных излучателей, например, излучатель 5, непрерывно излучает колебания на длине волны 3, которые поглощаются газом, а инфракрасный лазерный излучатель 6 излучает колебания на длине волны 4, близкой к длине волны инфракрасного лазерного излучателя 5, но не поглощаемой газом. После модуляции в модуляторах 7 и 8 и отражения от лазерных зеркал 9 и 10 инфракрасные лучи попадают в газовое облако 1, образуемое при истечении газа из объектов на земле (из газопровода 2). Отраженные от земли (топографический отражатель 18) сигналы инфракрасных лазерных излучателей 5 и 6 попадают на зеркало телескопа 13 и фокусируются на приемнике излучения 14, который преобразует сигналы от лазеров 5 и 6 в электрические сигналы, и направляются в блок электроники 15, производящий обработку сигнала и выдачу результата на регистратор, входящий в блок электроники 15. Кроме того, блок электроники 15 также управляет работой инфракрасных лазерных излучателей 5 и 6, модуляторов 7 и 8 и лазерных излучателей красного луча с видимым излучением 16 и 17. Лазерные излучатели красного луча с видимым излучением 16 и 17 через зеркала красного луча 11 и 12 и лазерные зеркала 9 и 10 направляют свое излучение на землю и оставляют на ней «пятна» красного цвета (при настройке устройства оба «пятна» совмещаются), что дает возможность пилоту воздушного судна правильно следовать по трассе газопровода. Это «пятно» позволяет точно идентифицировать место утечки газа, так как при поступлении сигнала от регистратора о наличии течи из газопровода это место отмечается на карте трассы газопровода и осуществляется «привязка» этого места к характерным признакам местности или на технологической схеме МГ, что позволит наземным ремонтным службам точно определить место утечки. Применение амортизационно-демпферной системы 19, расположенной, по меньшей мере, на одной стороне моноблока, практически исключает воздействие вибрации воздушного судна на устройство, что увеличивает срок безотказной эксплуатации устройства.The device operates as follows. One of the infrared laser emitters, for example, emitter 5, continuously emits vibrations at a wavelength of 3 that are absorbed by gas, and an infrared laser emitter 6 emits vibrations at a wavelength of 4 close to the wavelength of infrared laser emitter 5, but not absorbed by gas. After modulation in modulators 7 and 8 and reflection from laser mirrors 9 and 10, infrared rays fall into the gas cloud 1, which is formed when gas flows from objects on the ground (from gas pipeline 2). The signals of the infrared laser emitters 5 and 6 reflected from the ground (topographic reflector 18) are incident on the mirror of the telescope 13 and focused on the radiation receiver 14, which converts the signals from the lasers 5 and 6 into electrical signals, and sent to the electronics unit 15, which processes the signal and the output of the result to the registrar included in the electronics unit 15. In addition, the electronics unit 15 also controls the operation of infrared laser emitters 5 and 6, modulators 7 and 8 and red laser emitters with visible radiation 16 and 17. Laser emitters of the red beam with visible radiation 16 and 17 through the mirrors of the red beam 11 and 12 and laser mirrors 9 and 10 direct their radiation to the ground and leave red spots on it (when setting up the device, both spots are combined ), which enables the pilot of the aircraft to correctly follow the route of the gas pipeline. This “spot” allows you to accurately identify the place of gas leakage, since when a signal from the registrar about the presence of a leak from the gas pipeline is received, this place is marked on the map of the gas pipeline’s route and this place is “linked” to the characteristic features of the area or on the MG technological scheme, which will allow ground repair services to determine the exact location of the leak. The use of a shock-absorbing and damping system 19, located at least on one side of the monoblock, virtually eliminates the effect of aircraft vibration on the device, which increases the life of the device.

Предлагаемое техническое решение позволяет сократить время, затрачиваемое на поиск места утечки газа, а также - за счет выполнения устройства в виде моноблока и применения амортизационно-демпферной системы для установки моноблока на летательный аппарат - увеличивает точность определения места утечки и повышает надежность и срок эксплуатации устройства с одновременным уменьшением необходимости периодической настройки и юстировки оптической системы, которая может быть произведена только в лабораторных условиях.The proposed technical solution allows to reduce the time spent searching for a place of gas leakage, and also - due to the implementation of the device in the form of a monoblock and the use of a shock-absorption damper system for installing a monoblock on an aircraft - increases the accuracy of determining the leakage place and increases the reliability and service life of the device from while reducing the need for periodic tuning and alignment of the optical system, which can only be done in the laboratory.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF USED LITERATURE

1. Заявка на изобретение 1985438/26-9 от 3 января 1974г."Дистанционное устройство обнаружения малых концентраций", класс МКИ G01S 9/62.1. Application for invention 1985438 / 26-9 of January 3, 1974. "Remote device for the detection of low concentrations", class MKI G01S 9/62.

2. Паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации на вертолетный лазерный локатор утечек метана из магистральных газопроводов "Аэропоиск-3", 1990 г. Тюменский госуниверситет.2. Passport, technical description and operating instructions for a helicopter laser locator of methane leaks from gas pipelines Aeropoisk-3, 1990. Tyumen State University.

3. Полезная модель Российской Федерации №51745 «Локатор утечек газа «ЛУГ»», класс МКИ G01N 21/61.3. Utility model of the Russian Federation No. 51745 “Locator of gas leaks“ LUG ””, MKI class G01N 21/61.

Claims

1. A laser locator for detecting gas leaks from gas pipelines, placed on an aircraft, consisting of two infrared laser emitters with similar radiation wavelengths, modulators installed at the output of each emitter, two red laser emitters of visible light, mirrors that reflect visible laser beams, laser mirrors reflecting infrared and visible laser beams on an object, a telescope optically coupled to a system of laser mirrors and an object, an infrared radiation receiver, position married to the focus of the telescope, and the electronics unit, characterized in that it is structurally made in the form of a monoblock connected to the body of the aircraft by means of a shock-absorbing-damper system with the possibility of eliminating the effects of vibration of the power plant and drive screws of the aircraft on the locator elements, moreover, the shock-absorbing-damper system located at least on one side of the monoblock.

2. The laser locator according to claim 1, characterized in that it includes a universal mechanical adapter for installation on an aircraft equipped with a hatch.