RU103616U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES - Google Patents
DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES Download PDFInfo
- Publication number
- RU103616U1 RU103616U1 RU2010139500/28U RU2010139500U RU103616U1 RU 103616 U1 RU103616 U1 RU 103616U1 RU 2010139500/28 U RU2010139500/28 U RU 2010139500/28U RU 2010139500 U RU2010139500 U RU 2010139500U RU 103616 U1 RU103616 U1 RU 103616U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control
- unit
- pipeline
- tracking system
- inputs
- Prior art date
Links
Abstract
1. Устройство определения местоположения течи продукта из подводных трубопроводов, содержащее блок системы слежения с синхровходами и синхровыходами, блок управления и два приемных акустических канала сигнала течи, расположенных на полюсах носителя, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя акустических сигналов в электрические, предварительного усилителя, фильтра, основного усилителя с автоматической регулировкой усиления и аналого-цифрового преобразователя, при этом приемные акустические каналы последовательно соединены с вычислителем взаимной корреляционной функции, решающим устройством и индикатором, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено отражателями, жестко закрепленными на трубопроводе, блоком вычисления расстояний, панорамным эхолотом и последовательно соединенным с ним пороговым устройством, при этом выходы приемных акустических каналов соединены с первым и вторым входами вычислителя взаимной корреляционной функции, информационные выходы порогового устройства и решающего устройства соединены с информационными входами блока управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом панорамного эхолота, а второй управляющий выход - с управляющим входом блока системы слежения, информационный выход блока системы слежения соединен с третьим информационным входом блока управления, управляющий вход и информационный выход блока вычисления расстояния присоединены к соответствующим третьему управляющему выходу и четвертому информационному входу блока управления, причем синхровходы и синхровыходы блока системы слежения со 1. A device for determining the location of a product leak from underwater pipelines, comprising a tracking system unit with sync inputs and a sync lead, a control unit and two receiving acoustic leak signal channels located on the poles of the carrier, each of which consists of a series-connected acoustic signal to electric transducer, a preliminary amplifier , a filter, a main amplifier with automatic gain control and an analog-to-digital converter, while receiving acoustic channels through therefore, connected to a mutual correlation function calculator, a decisive device and an indicator, characterized in that it is additionally equipped with reflectors rigidly mounted on the pipeline, a distance calculating unit, a panoramic echo sounder and a threshold device connected in series with it, while the outputs of the receiving acoustic channels are connected to the first and the second inputs of the calculator of the mutual correlation function, the information outputs of the threshold device and the solving device are connected to information inputs of the control unit, the first control output of which is connected to the control input of the panoramic echo sounder, and the second control output is connected to the control input of the tracking system unit, the information output of the tracking system unit is connected to the third information input of the control unit, the control input and the information output of the distance calculation unit are connected to the corresponding third control output and the fourth information input of the control unit, and the clock inputs and clock outputs of the tracking system unit with
Description
Полезная модель относится к технике контроля технического состояния трубопроводных систем в напорных нефте-газопроводах, в частности в морских подводных трубопроводах и в дюкерах.The utility model relates to techniques for monitoring the technical condition of pipeline systems in pressure oil and gas pipelines, in particular in offshore pipelines and in siphons.
Одним из первых приборов по обработке сигналов акустических шумов течи продукта из трубопровода, является прибор DF-02 французской фирмы Metravib. Это устройство было создано в 1978 г. Другими фирмами в нашей стране и за рубежом созданы аналогичные приборы, но алгоритм обработки информации и основные технические характеристики, заложенные в прибор DF-02 и сегодня являются основой для новых разработок. Отечественный аналог ТАК-01 был создан в СССР в конце 80-х г.г. В новых конструкциях течеискателей функции вычислительного устройства выполняет микро-ЭВМ.One of the first devices for processing acoustic noise signals of a product leak from a pipeline is the DF-02 device of the French company Metravib. This device was created in 1978. Other companies in our country and abroad have created similar devices, but the information processing algorithm and the main technical characteristics embedded in the DF-02 device are today the basis for new developments. The domestic analogue of TAK-01 was created in the USSR in the late 80s. In the new designs of leak detectors, the functions of the computing device are performed by micro-computers.
Известно устройство определения места течи из трубопровода как источника акустического излучения из патента США №4858462. Это устройство содержит два разнесенных акустических датчика, два блока усиления и фильтрации, два аналого-цифровых преобразователя и компьютер со средствами отображения.A device for determining the location of a leak from a pipeline as a source of acoustic radiation from US patent No. 4858462. This device contains two separated acoustic sensors, two amplification and filtering units, two analog-to-digital converters and a computer with display facilities.
Недостатком устройства является трудоемкая процедура размещения акустических датчиков вдоль трубопровода, в особенности на больших глубинах (более 50-100 м). Поэтому оказывается необходимым максимально разносить датчики (приемные каналы), что ведет к малым отношениям сигнал/помеха и, соответственно, низкой помехоустойчивости течеискателя. Недостатком также является контактная по металлу трубы постановка датчиков, т.е. использование канала распространения акустического сигнала по металлу трубы, что связано с большим погонным затуханием акустической энергии сигнала течи, его неустойчивостью и отсюда сравнительно небольшими расстояниями между датчиками (до 100-200 м), пониженной вероятностью правильного обнаружения и повышенной вероятностью ложных тревог.The disadvantage of this device is the time-consuming procedure of placing acoustic sensors along the pipeline, especially at great depths (more than 50-100 m). Therefore, it appears necessary to maximally distribute the sensors (receiving channels), which leads to small signal / noise ratios and, accordingly, low noise immunity of the leak detector. A disadvantage is also the contacting of the sensors on the metal of the pipe, i.e. the use of the acoustic signal propagation channel through the pipe metal, which is associated with a large linear attenuation of the acoustic energy of the leak signal, its instability, and hence the relatively small distances between the sensors (up to 100-200 m), a reduced probability of correct detection, and an increased probability of false alarms.
Указанный недостаток устраняется посредством размещения акустических датчиков (приемных каналов) в воде вблизи трубопровода. В этом случае используется водный канал распространения акустического сигнала шумоизлучения струи (RU, №2001125842/28, Кл. G01M 3/24; F17D 5/02, 2003 г).This drawback is eliminated by placing acoustic sensors (receiving channels) in the water near the pipeline. In this case, the water channel of the acoustic signal propagation of the noise noise of the jet is used (RU, No. 2001125842/28, Cl. G01M 3/24; F17D 5/02, 2003).
Известен акустический контактный определитель мест утечки в трубопроводах «Онега-1 Г» (Журнал «Инновации», №1 (58), февраль 2003, с.94). Устройство содержит два разнесенных акустических датчика с блоками предварительной обработки, обеспечивающими усиление, фильтрацию и аналого-цифровое преобразование сигнала, а также компьютер со средствами отображения, обеспечивающий определение взаимной корреляционной функции и расчет местоположения утечки на трубопроводе.Known acoustic contact identifier of leak points in the Onega-1 G pipelines (Journal of Innovation, No. 1 (58), February 2003, p. 94). The device contains two spaced acoustic sensors with pre-processing units that provide amplification, filtering and analog-to-digital signal conversion, as well as a computer with display means, which determines the mutual correlation function and calculates the location of the leak in the pipeline.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности, является устройство определения местоположения течи продукта из подводных трубопроводов (RU №40474, Кл. G01M 3/24, 2004 г). Известное устройство содержит два приемных акустических канала сигнала течи, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя акустических сигналов в электрические, предварительного усилителя, фильтра, основного усилителя с автоматической регулировкой усиления и аналого-цифрового преобразователя, а также последовательно соединенных вычислителя взаимной корреляционной функции, решающего устройства и индикатора. При этом приемные акустические каналы расположены на полюсах носителя в виде буксируемого шланга, а сам шланг кабель-тросом соединен с расположенным на борту судна-буксира токоприемником, выход которого подключен на вход вычислителя взаимной корреляционной функции. Устройство также оснащено системой ориентации (слежения) буксируемого шланга с автономным блоком управления, содержащей устройство постановки и выборки, заглубитель и подруливающее устройство, синхровходы и синхровыходы которых соединены с соответствующими входами и выходами автономного блока управления. Синхровходы и синхровыходы блока управления устройством в целом соответствующими входами и выходами соединяются с решающим устройством, системой ориентации и автономным блоком управления положением буксируемого шланга.Closest to the proposed device in technical essence, is a device for determining the location of a product leak from underwater pipelines (RU No. 40474, Cl. G01M 3/24, 2004). The known device contains two receiving acoustic channels of the leak signal, each of which consists of a series-connected converter of acoustic signals into electric, a pre-amplifier, a filter, a main amplifier with automatic gain control and an analog-to-digital converter, as well as a series-connected computer of mutual correlation function, which decides device and indicator. In this case, the receiving acoustic channels are located at the poles of the carrier in the form of a towed hose, and the hose itself is connected by a cable to a current collector located on board the tugboat, the output of which is connected to the input of the mutual correlation function calculator. The device is also equipped with a towed hose orientation (tracking) system with an autonomous control unit containing a staging and sampling device, a deepener and a thruster, whose sync inputs and clock outputs are connected to the corresponding inputs and outputs of the autonomous control unit. Synchronized inputs and sync outputs of the device control unit as a whole by corresponding inputs and outputs are connected to a resolving device, an orientation system and an autonomous control unit for the towed hose position.
Изменяя время задержки сигнала, находят максимум взаимной корреляционной функции и по данным системы позиционирования судна-буксира и трубопровода, скорости распространения акустического сигнала в воде, скорости буксировки шланга с акустическими приемниками и длины базы между приемными каналами определяют местоположение течи на трубопроводе.By changing the delay time of the signal, the maximum of the mutual correlation function is found and, according to the positioning system of the tugboat and the pipeline, the speed of propagation of the acoustic signal in the water, the speed of towing the hose with acoustic receivers and the length of the base between the receiving channels, determine the location of the leak in the pipeline.
Недостатком известного устройства является необходимость использования судна для буксировки шланга вдоль всего обследуемого участка подводного трубопровода, что существенно ограничивает возможность его использования в зимний период, в частности в водах Арктики, а также использования географических координат для фиксирования местоположения течи на подводном трубопроводе.A disadvantage of the known device is the need to use a vessel for towing a hose along the entire investigated section of the underwater pipeline, which significantly limits the possibility of its use in the winter, in particular in the waters of the Arctic, as well as the use of geographical coordinates to fix the location of the leak in the underwater pipeline.
Задачей полезной модели является обеспечение возможности эксплуатации устройства в зимний период и в условиях Арктики.The objective of the utility model is to enable operation of the device in the winter and in the Arctic.
Техническим результатом является повышения точности определения местоположения течи на трубопроводе в подводных условиях.The technical result is to increase the accuracy of determining the location of leaks on the pipeline in underwater conditions.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что устройство определения местоположения течи продукта из подводных трубопроводов содержит блок системы слежения с синхровходами и синхровыходами, блок управления и два приемных акустических канала сигнала течи, расположенных на полюсах носителя, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя акустических сигналов в электрические, предварительного усилителя, фильтра, основного усилителя с автоматической регулировкой усиления и аналого-цифрового преобразователя при этом приемные акустические каналы последовательно соединены с вычислителем взаимной корреляционной функции, решающим устройством и индикатором. Согласно полезной модели устройство дополнительно снабжено отражателями, жестко закрепленными на трубопроводе, блоком вычисления расстояний, панорамным эхолотом и последовательно соединенным с ним пороговым устройством, при этом выходы приемных акустических каналов соединены с первым и вторым входами вычислителя взаимной корреляционной функции, информационные выходы порогового устройства и решающего устройства соединены с информационными входами блока управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом панорамного эхолота, а второй управляющий выход - с управляющим входом блока системы слежения, информационный выход блока системы слежения соединен с третьим информационным входом блока управления, управляющий вход и информационный выход блока вычисления расстояния присоединены к соответствующим третьему управляющему выходу и четвертому информационному входу блока управления, причем синхровходы и синхровыходы блока системы слежения соединены с соответствующими входами и выходами блока вычисления расстояния, третий выход которого соединен с индикатором, кроме того, носитель приема акустических сигналов выполнен в виде подводного аппарата. При этом отражатели могут быть выполнены в виде набора уголковых отражателей, каждый из которых снабжен тремя взаимно-перпендикулярными плоскими гранями и расположены на верхней полусфере трубопровода на расстоянии друг от друга, обеспечивающим исключение ошибки обсервации определения его номера и точности определения положения от пройденного подводным аппаратом расстояния вдоль оси трубопровода и местоположения течи до отражателя. Целесообразно отражатели располагать на трубопроводе на расстоянии от 21 до 1000 м друг от друга. Блок системы слежения включает телевизионную систему с распознаванием объектов, магнитометрические датчики и электромагнитные устройства, акустический профилограф и секторный гидролокатор, а блок вычисления расстояния выполнен с возможностью коррекции доплеровским лагом.The task and the specified technical result are achieved by the fact that the device for determining the location of a product leak from underwater pipelines contains a tracking system unit with sync inputs and sync outputs, a control unit and two receiving acoustic leak signal channels located on the poles of the carrier, each of which consists of a series-connected transducer acoustic signals in electric, pre-amplifier, filter, main amplifier with automatic gain control and anal th-digital converter wherein the adoptive acoustic channels connected in series with the cross-correlation function calculator, deciding device and indicator. According to a utility model, the device is additionally equipped with reflectors rigidly mounted on the pipeline, a distance calculation unit, a panoramic echo sounder and a threshold device connected in series with it, while the outputs of the receiving acoustic channels are connected to the first and second inputs of the mutual correlation function calculator, the information outputs of the threshold device and the decisive the devices are connected to the information inputs of the control unit, the first control output of which is connected to the control input an echo sounder, and the second control output with a control input of the tracking system unit, the information output of the tracking system unit is connected to the third information input of the control unit, the control input and information output of the distance calculation unit are connected to the corresponding third control output and fourth information input of the control unit, the synchronization inputs and outputs of the tracking system unit are connected to the corresponding inputs and outputs of the distance calculation unit, the third output of which is It is connected to the indicator, in addition, the carrier for receiving acoustic signals is made in the form of an underwater vehicle. In this case, the reflectors can be made in the form of a set of corner reflectors, each of which is equipped with three mutually perpendicular flat faces and are located on the upper hemisphere of the pipeline at a distance from each other, which eliminates the observational error in determining its number and the accuracy of determining the position from the distance passed by the underwater vehicle along the axis of the pipeline and the location of the leak to the reflector. It is advisable to place the reflectors on the pipeline at a distance of 21 to 1000 m from each other. The tracking system unit includes a television system with object recognition, magnetometric sensors and electromagnetic devices, an acoustic profilograph and a sector sonar, and the distance calculation unit is capable of correction with a Doppler lag.
Введение в устройство определения местоположения течи продукта из подводных трубопроводов дополнительно отражателей, жестко закрепленными на трубопроводе, блока вычисления расстояний, панорамного эхолота и последовательно соединенным с ним порогового устройства позволяет производить линейную (пикетажную) привязку местоположения утечки к соответствующим координатам трубопровода (отражателям) что в свою очередь обеспечивает использование устройства без высокоточных систем позиционирования носителя и судна, а также использования устройства в подледных условиях. Точность позиционирования места спуска аппарата в географических координатах в худшем случае (при совместном использовании ГЛОНАСС/GPS/Galileo) составляет 7 метров. Накопленная погрешность счисления расстояния, пройденного аппаратом составляет 4 м на 500 м пути. Таким образом, отражатели целесообразно ставить друг от друга на расстоянии от 21 до 1000 м. При этом, уменьшать расстояние меньше 21 м - нецелесообразно из-за необоснованно большого количества отражателей, а увеличение расстояния больше 1000 м увеличит погрешность определения места течи из трубопровода.The introduction into the device for determining the location of a product leak from underwater pipelines of additional reflectors rigidly fixed to the pipeline, a distance calculation unit, a panoramic echo sounder and a threshold device connected in series with it allows linear (picket) linking of the leak location to the corresponding pipeline coordinates (reflectors), which the queue ensures the use of the device without high-precision positioning systems of the carrier and vessel, as well as stroystva in subglacial conditions. In the worst case (when using GLONASS / GPS / Galileo together), the accuracy of positioning the descent site in geographical coordinates is 7 meters. The accumulated error in calculating the distance traveled by the device is 4 m per 500 m of track. Thus, it is advisable to install reflectors at a distance of 21 to 1000 m.At the same time, reducing the distance to less than 21 m is impractical due to the unreasonably large number of reflectors, and increasing the distance to more than 1000 m will increase the error in determining the place of leakage from the pipeline.
Использования в качестве носителя подводного аппарата, также обеспечивает возможность эксплуатации устройства в любое время года, в том числе и в зимний период, в подледных условиях. Заявленное расположение и связи блоков устройства обеспечивают надежную работу устройства, повышение точности месторасположения течи продуктов из подводных трубопроводов, исключение ошибки обсервации и точность определения расстояния подводного аппарата вдоль оси трубопровода. Блок системы слежения использует различные средства слежения для возможных вариантов положения трубопровода относительно грунта. Так если трубопровод лежит на грунте используют телевизионную систему и секторный гидролокатор, а если трубопровод находится под грунтом - магнитометрические датчики и электромагнитные устройства, акустический профилограф.The use of an underwater vehicle as a carrier also provides the ability to operate the device at any time of the year, including in the winter period, in ice conditions. The claimed location and communication of the device blocks ensure reliable operation of the device, increasing the accuracy of the location of the leak of products from underwater pipelines, eliminating observational errors and the accuracy of determining the distance of the underwater vehicle along the axis of the pipeline. The tracking system unit uses various tracking tools for possible options for the position of the pipeline relative to the ground. So, if the pipeline lies on the ground, a television system and a sector sonar are used, and if the pipeline is under the ground, magnetometric sensors and electromagnetic devices, an acoustic profiler.
Целесообразность выполнение отражателя в виде набора уголковых отражателей с тремя взаимно-перпендикулярными плоскими гранями каждый обосновывается тем, что любой луч, пришедший к трубопроводу с верхней полусферы, отразившись от трех взаимно-перпендикулярных граней отразится от последней в направлении обратном направлению падения [Ю.Г.Степанов. Противорадиолокационная маскировка. Уголковые отражатели. - М.: Сов.радио, 1968. - с.97-115]. Таким образом, действия уголкового отражателя эквивалентно действию плоскости перпендикулярной направлению прихода луча. Поэтому уголковый отражатель отражает обратно к излучателю значительно большой процент энергии, чем любое другое тело тех же размеров, в том числе и труба трубопровода (под ред. В.И.Мясищева Физические основы подводной акустики - М.: Сов.радио 1956. - с.138).The feasibility of performing a reflector in the form of a set of corner reflectors with three mutually perpendicular flat faces each is justified by the fact that any ray coming to the pipeline from the upper hemisphere, reflected from three mutually perpendicular faces, will be reflected from the latter in the opposite direction of incidence [Yu.G. Stepanov. Anti-radar masking. Corner reflectors. - M .: Sov.radio, 1968. - p. 97-115]. Thus, the action of the corner reflector is equivalent to the action of a plane perpendicular to the direction of arrival of the beam. Therefore, the corner reflector reflects back to the emitter a much larger percentage of energy than any other body of the same size, including the pipe pipe (edited by V.I. Myasishchev Physical fundamentals of underwater acoustics - M .: Sov.radio 1956. - with .138).
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схематическое изображение одиночного уголкового отражателя; на фиг.3 - схема определения места утечки из трубопровода.The utility model is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a block diagram of the proposed device; figure 2 is a schematic illustration of a single corner reflector; figure 3 - diagram of determining the place of leakage from the pipeline.
Устройство определения местоположения течи продукта из подводных трубопроводов содержит два приемных акустических канала 1 и 2 сигнала течи, расположенных на полюсах носителя и выполненный в виде подводного аппарата 3. Каждый из каналов 1 и 2 состоит из последовательно соединенных преобразователя 4 акустических сигналов в электрические, предварительного усилителя 5, фильтра 6, основного усилителя 7 с автоматической регулировкой усиления и аналого-цифрового преобразователя 8. Приемные акустические каналы 1 и 2 последовательно соединены с вычислителем 9 взаимной корреляционной функции, решающим устройством 10 и индикатором 11. Устройство также содержит блок системы 12 слежения с синхровходами и синхровыходами (на фиг. не показано), блок управления 13, блок 14 вычисления расстояний, выполненный с возможностью коррекции доплеровским лагом, панорамный эхолот 15 и последовательно соединенный с ним пороговое устройство 16. Для обеспечения необходимой точности определения положения местоположения течи на трубопроводе (на фиг. не показано) жестко закреплены уголковые отражатели 17, каждый из которых снабжен тремя взаимно-перпендикулярными плоскими гранями (фиг.2.). Отражатели 17 расположены на верхней полусфере трубопровода на расстоянии друг от друга, обеспечивающим исключение ошибки обсервации определения номера отражателя 17 и точности определения его положения от пройденного подводным аппаратом 3 расстояния вдоль оси трубопровода и местоположения течи до отражателя 17. Выходы приемных акустических каналов 1 и 2 соединены с первым и вторым входами вычислителя 9 взаимной корреляционной функции. Информационные выходы порогового устройства 16 и решающего устройства 10 соединены с информационными входами блока 13 управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом панорамного эхолота 15, а второй управляющий выход - с управляющим входом блока системы 12 слежения. Информационный выход системы 12 слежения соединен с третьим информационным входом блока 13 управления. Управляющий вход и информационный выход блока 14 вычисления расстояния присоединены к соответствующим третьему управляющему выходу и четвертому информационному входу блока 13 управления. Синхровходы и синхровыходы блока системы 12 слежения соединены с соответствующими входами и выходами блока 14 вычисления расстояния, третий выход которого соединен с индикатором 11. Отражатели 17 акустически через водную среду связаны с панорамным эхолотом 15. Блок системы слежения 12 включает телевизионную систему с распознаванием объектов, магнитометрические датчики и электромагнитные устройства, акустический профилограф и секторный гидролокатор (на фиг. не показано).A device for determining the location of a product leak from underwater pipelines contains two receiving acoustic channels 1 and 2 of the leak signal located on the poles of the carrier and made in the form of an underwater apparatus 3. Each of channels 1 and 2 consists of a series of connected acoustic signal transducer 4 to electric ones, a preliminary amplifier 5, a filter 6, a main amplifier 7 with automatic gain control and an analog-to-digital converter 8. The receiving acoustic channels 1 and 2 are connected in series with the numerator 9 of the mutual correlation function, the deciding device 10 and the indicator 11. The device also contains a block of the tracking system 12 with sync inputs and sync outputs (not shown in FIG.), a control unit 13, a distance calculating unit 14 configured to correct the Doppler lag, a panoramic echo sounder 15 and a threshold device 16 connected in series with it. In order to ensure the necessary accuracy of determining the location of a leak in a pipeline (in FIG. not shown) corner reflectors 17 are rigidly fixed, each of which is equipped with three mutually perpendicular flat faces (Fig.2.). Reflectors 17 are located on the upper hemisphere of the pipeline at a distance from each other, eliminating the observational error in determining the number of the reflector 17 and the accuracy of determining its position from the distance traveled by the underwater vehicle 3 along the axis of the pipeline and the location of the leak to the reflector 17. The outputs of the receiving acoustic channels 1 and 2 are connected with the first and second inputs of the calculator 9 mutual correlation function. The information outputs of the threshold device 16 and the deciding device 10 are connected to the information inputs of the control unit 13, the first control output of which is connected to the control input of the panoramic echo sounder 15, and the second control output is connected to the control input of the tracking system unit 12. The information output of the tracking system 12 is connected to the third information input of the control unit 13. The control input and the information output of the distance calculating unit 14 are connected to the corresponding third control output and the fourth information input of the control unit 13. The synchro inputs and synchro outputs of the tracking system unit 12 are connected to the corresponding inputs and outputs of the distance calculating unit 14, the third output of which is connected to the indicator 11. Reflectors 17 are acoustically connected through the water to the panoramic echo sounder 15. The tracking system unit 12 includes a television system with object recognition, magnetometric sensors and electromagnetic devices, an acoustic profilograph and a sector sonar (not shown in FIG.).
Устройство определения местоположения течи продукта из подводных трубопроводов работает следующим образом. Подводный аппарат 3, используя блок системы слежения 12, обеспечивает буксировку акустических каналов 1 и 2 над трубопроводом на горизонте с глубиной места, например, 10-30 м от планового положения трубопровода. Приемные каналы 1 и 2 акустического приемника измеряют акустические сигналы в диапазоне частот шума струи. Блок управления 13 получает сигнал о моменте прохода подводного аппарата 3 над местом утечки продукта из трубопровода от решающего устройства 10 и запускает блок 14 вычисления расстояния. Одновременно с этим начинает работать в режиме излучения и приема сигнала панорамный эхолот 15. Подводный трубопровод обладает низкой отражательной способность, поэтому на его верхнюю полусферу устанавливают отражатели 17, которые повышают отражательную способность и играют роль пикетажных отметок на трубопроводе.A device for determining the location of a product leak from underwater pipelines is as follows. The underwater vehicle 3, using the tracking system unit 12, provides towing of the acoustic channels 1 and 2 above the pipeline at a horizon with a depth of place, for example, 10-30 m from the planned position of the pipeline. The receiving channels 1 and 2 of the acoustic receiver measure the acoustic signals in the frequency range of the noise of the jet. The control unit 13 receives a signal about the moment of passage of the underwater vehicle 3 above the place of product leakage from the pipeline from the resolver 10 and starts the distance calculation unit 14. At the same time, the panoramic echo sounder 15 starts to work in the mode of emission and reception of the signal 15. The underwater pipeline has a low reflectivity, so reflectors 17 are installed on its upper hemisphere, which increase the reflectivity and play the role of picket marks on the pipeline.
При размещении приемных акустических каналов 1 и 2 на подводном аппарате 3, их разносят друг от друга максимум на 2 метра. При прохождении аппарата 3 над местом утечки продукта из трубопровода, время задержки равно 0. Точно зафиксируют положение аппарата 3 над утечкой, а затем, используя блок 14 вычисления расстояния, фиксируют номер отражателя 17 и расстояние от отражателя 17 до утечки.When placing the receiving acoustic channels 1 and 2 on the underwater vehicle 3, they are separated from each other by a maximum of 2 meters. When the apparatus 3 passes over the place of product leakage from the pipeline, the delay time is 0. The position of the apparatus 3 above the leak is accurately recorded, and then, using the distance calculation unit 14, the number of the reflector 17 and the distance from the reflector 17 to the leak are fixed.
В вычислителе 9 взаимной корреляционной функции вычисляется взаимный спектрIn the calculator 9 mutual correlation function calculates the mutual spectrum
,где: ,Where:
r1 и r2 - соответственно, расстояние от места повреждения трубопровода до первого и второго акустических каналов;r 1 and r 2 , respectively, the distance from the place of damage to the pipeline to the first and second acoustic channels;
d - расстояние вдоль трубопровода между акустическими каналами;d is the distance along the pipeline between the acoustic channels;
tÒ - временная задержка между сигналами от течи, принятыми акустическими каналами;t Ò is the time delay between the signals from the leak received by the acoustic channels;
tÈ - временная задержка, искусственно вводимая с помощью алгоритма временной задержки;t È - time delay artificially introduced using the time delay algorithm;
GÒ(f) - энергетический спектр сигнала течи в трубопроводе;G Ò (f) is the energy spectrum of the leak signal in the pipeline;
GÈ(f) - энергетический спектр мешающего сигнала;G È (f) is the energy spectrum of the interfering signal;
R - расстояние от источника мешающего сигнала, например, судна;R is the distance from the source of the interfering signal, for example, a ship;
k - волновое число, , c - скорость звука в воде;k is the wave number , c is the speed of sound in water;
θ - угол между перпендикуляром к базе d в ее середине и направлением на источник мешающего сигнала.θ is the angle between the perpendicular to the base d in its middle and the direction to the source of the interfering signal.
Время задержки сигнала определяют какThe signal delay time is defined as
, где: where:
где Im[G1,2(f)], Re[G1,2(f)] - символы мнимой и действительной части взаимного спектра.where Im [G 1,2 (f)], Re [G 1,2 (f)] are the symbols of the imaginary and real part of the mutual spectrum.
Величина задержки tÒ может определяться и по другому, например, путем выделения только мнимой составляющей взаимного спектра Im[G1,2(f)]. Для этого находят частоты нулевых значений Im[G1,2(f)]=GT(f)·sin2·π·f·(tT) и определяют tÒ как , i=1, 2,…The delay t Ò can be determined differently, for example, by extracting only the imaginary component of the mutual spectrum Im [G 1,2 (f)]. To do this, find the frequencies of zero values Im [G 1,2 (f)] = G T (f) · sin2 · π · f · (t T ) and determine t Ò as , i = 1, 2, ...
Во время прохождения подводного аппарата 3 над местом утечки, временная задержка между сигналами от течи принимает нулевое значение, решающее устройство 10 передает сигнал блоку 13 управления.During the passage of the underwater vehicle 3 above the leak, the time delay between the signals from the leak takes a zero value, the decider 10 transmits a signal to the control unit 13.
После обнаружения места утечки производят вычисление пройденного расстояния с помощью блока 14 до следующего отражателя 17, обнаружение которого осуществляет панорамный эхолот 15. Тем самым фиксируется номер отражателя 17 и пройденное подводным аппаратом 3 расстояние вдоль оси трубопровода между местоположением течи и отражателем 17.After detecting the leakage site, the distance traveled is calculated using block 14 to the next reflector 17, which is detected by a panoramic echo sounder 15. This fixes the number of the reflector 17 and the distance traveled by the underwater vehicle 3 along the axis of the pipeline between the location of the leak and the reflector 17.
Шумы подводного аппарата 3 и судов, проходящих вблизи подводных трубопроводов или пересекающих их, могут явиться причиной ложных тревог, а также маскировать шум течи.The noise of the underwater vehicle 3 and vessels passing near or crossing underwater pipelines can cause false alarms and mask the noise of the leak.
Для пространственной режекции подводного шума мешающего судоходства могут быть применены специальные виды обработки сигнала и помех, например, формироваться взаимный спектр между сигналами с двух гидроакустических каналов приемника, что позволит организовать автосопровождение этого подводного шума. При этом выделяют действительную часть взаимного спектра (коспектр) и мнимую часть взаимного спектра (квадратурный спектр). При автосопровождении максимум коспектра в пространстве нацелен на мешающий шум, а квадратурный спектр в этом направлении равен нулю. Поэтому сигнал от течи, расположенной на трубопроводе, принимается без помехи по квадратурному спектру.For spatial rejection of underwater noise from interfering shipping, special types of signal processing and interference can be applied, for example, the mutual spectrum between the signals from two sonar channels of the receiver can be formed, which will allow for automatic tracking of this underwater noise. In this case, the real part of the mutual spectrum (cospectrum) and the imaginary part of the mutual spectrum (quadrature spectrum) are distinguished. During auto tracking, the cospectrum maximum in space is aimed at interfering noise, and the quadrature spectrum in this direction is zero. Therefore, the signal from a leak located on the pipeline is received without interference in the quadrature spectrum.
Выделяя действительную (коспектр) и мнимую (квадратурный спектр) части взаимного спектра, вводят временную задержку такую, чтобы максимум характеристики направленности коспектра был ориентирован на источник мешающего шума, при этом характеристика направленности квадратурного спектра в этом направлении имеет нулевое значение на всех частотах. Изменяя искусственно вводимую временную задержку, осуществляют автосопровождение источника мешающего сигнала. Далее анализируют квадратурный спектр сигналов в высокочастотной части, не содержащей мешающего сигнала; определяют по осцилляциям этого квадратурного спектра суммарную временную задержку от шума.Separating the real (cospectrum) and imaginary (quadrature spectrum) parts of the reciprocal spectrum, a time delay is introduced such that the maximum directivity of the cospectrum is focused on the source of interfering noise, while the directivity of the quadrature spectrum in this direction has zero value at all frequencies. By changing the artificially introduced time delay, auto-tracking of the source of the interfering signal is carried out. Next, analyze the quadrature spectrum of the signals in the high-frequency part that does not contain an interfering signal; the total time delay of the noise is determined from the oscillations of this quadrature spectrum.
Низкочастотные сигналы ограничивают частотой меньшей, чемLow-frequency signals limit the frequency to less than
где V - скорость вырывающейся из трубопровода струи; DMAX - максимальный эквивалентный диаметр повреждения, при превышении которого прекращают эксплуатацию.where V is the speed of the jet breaking out of the pipeline; D MAX - maximum equivalent diameter of damage, beyond which they cease operation.
Высокочастотные сигналы ограничивают диапазоном частот от до High-frequency signals limit the frequency range from before
Это обусловлено тем, что максимум шума струи наблюдается при , на частоте fÍ он меньше на 12 дБ (А.Г.Монин, М.А.Щепочкин. Спектр звуковой мощности до звуковой струи. - Акустический журнал, том XVIII, вып.2, 1972, - с.282-299).This is due to the fact that the maximum noise of the jet is observed at , at a frequency f Í it is 12 dB less (A.G. Monin, M.A. Shchepochkin. Sound power spectrum to a sound stream. - Acoustic journal, Volume XVIII, issue 2, 1972, - p. 282-299) .
В блоке решающего устройства 10 обеспечивается автосопровождение спектра источника мешающего сигнала при этом сигнал струи, вытекающей из трубопровода, в значительной степени отфильтрован.In the block of the resolving device 10, auto-tracking of the spectrum of the source of the interfering signal is provided, while the signal of the jet flowing from the pipeline is filtered to a large extent.
Это автосопровождение основано на том, что на всех частотах коспектрThis auto tracking is based on the fact that at all frequencies the cospectrum
имеет максимум при θ-θ0=0, а квадратурный спектр , has a maximum at θ-θ 0 = 0, and the quadrature spectrum ,
при θ-θ0=0 равен нулю на всех частотах fÍÑ. При этом обычно интегрируют сигнал в диапазоне частот от fÍ, до fÍÑ. Блоке решающего устройства 10 управляет величиной времени задержки tÈ.when θ-θ 0 = 0 is equal to zero at all frequencies f ÍÑ . In this case, the signal is usually integrated in the frequency range from f Í to f ÍÑ . The block of the resolver 10 controls the amount of delay time t È .
Наличие источника мешающего сигнала и его перемещения отображаются на индикаторе 11 оператора.The presence of the source of the interfering signal and its movement are displayed on the indicator 11 of the operator.
Далее идет анализ квадратурного спектра при θ-θ0=0, то естьNext is the analysis of the quadrature spectrum at θ-θ 0 = 0, i.e.
V при выделении высокочастотных составляющих от до V in the selection of high-frequency components from before
Если GÒ(f)=0 на частотах этого высокочастотного диапазона, сигнал тревоги не подается. Если GÒ(f)≠0, то осцилляциями синуса на одной из у частот, обычно, на частоте , или на нескольких частотах определяют значение суммарной задержки tÒ+tÈ.If G Ò (f) = 0 at the frequencies of this high-frequency range, no alarm is given. If G Ò (f) ≠ 0, then sine oscillations at one of the frequencies, usually at a frequency , or at several frequencies determine the value of the total delay t Ò + t È .
Результаты определения tÒ подаются на индикатор 11 течи. Таким образом, обеспечивается режекция мешающего сигнала и определяется положение места течи на трубопроводе.The results of determining t Ò are fed to the leak indicator 11. Thus, the notch of the interfering signal is provided and the position of the leak on the pipeline is determined.
Уголковый отражатель изготовляют из листов нержавеющей стали с толщиной пластин , м.Corner reflector made of stainless steel sheets with plate thickness , m
Площадь апертуры уголкового отражателя SÒ.ï. - выбирается из соотношения , где:Area of the aperture of the corner reflector S Ò.ï. - is selected from the relation where:
с - скорость звука в среде;c is the speed of sound in the medium;
f - рабочая частота панорамного эхолокатора;f is the operating frequency of the panoramic sonar;
r - наибольшая глубина залегания трубопровода относительно гидроакустической антенны панорамного эхолокатора, β - затухание звука в среде;r is the greatest depth of the pipeline relative to the hydroacoustic antenna of the panoramic sonar, β is the attenuation of sound in the medium;
Jý,ïîÒ - пороговая интенсивность эхосигнала используемого панорамным эхолокатором, при котором обеспечивается заданная вероятность обнаружения и точность определения места;J ý, ÒÒÒ - threshold intensity of the echo signal used by the panoramic sonar, at which the given probability of detection and the accuracy of determining the location are provided;
Pà - акустическая мощность, излучаемая панорамным эхолокатором 15;P à is the acoustic power emitted by the panoramic sonar 15;
S - площадь апертуры гидроакустической антенны панорамного эхолокатора 15.S is the aperture area of the sonar antenna of the panoramic sonar 15.
В блоке системы 12 слежения могут быть использованы несколько устройств: телевизионная система с распознаванием объектов, магнитометрические датчики и электромагнитные устройства, акустический профилограф и гидролокатор секторного обзора [Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы: системы и технологии. - М.: Наука, 2005. - 398 с.].In the block of the tracking system 12, several devices can be used: a television system with object recognition, magnetometric sensors and electromagnetic devices, an acoustic profiler and a sector-based sonar [Ageev MD, Kiselev LV, Matvienko Yu.V. and others. Autonomous underwater robots: systems and technologies. - M .: Nauka, 2005. - 398 p.].
Блок 14 вычисления расстояния использует данные инерциальной навигационной системы подводного аппарата 3, корректируемая доплеровским лагом и обеспечивает точное счисление расстояние движения подводного аппарата 3.The distance calculating unit 14 uses the data of the inertial navigation system of the underwater vehicle 3, corrected by the Doppler lag and provides accurate calculation of the distance of movement of the underwater vehicle 3.
Все блоки устройства известны из практики гидроакустики, подводной робототехники и навигации подводных аппаратов.All units of the device are known from the practice of hydroacoustics, underwater robotics and navigation of underwater vehicles.
Полезная модель в настоящее время находится на стадии опытно-лабораторных испытаний.The utility model is currently at the stage of experimental laboratory testing.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010139500/28U RU103616U1 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010139500/28U RU103616U1 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU103616U1 true RU103616U1 (en) | 2011-04-20 |
Family
ID=44051695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010139500/28U RU103616U1 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU103616U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013019136A1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Petroliam Nasional Berhard (Petronas) | System and method for inspecting a subsea pipeline |
| RU2499951C2 (en) * | 2011-09-22 | 2013-11-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Detection method of low-intense leaks from underwater oil lines by means of mobile underwater measuring complex |
| RU2584721C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Passive-active acoustic method of detection and localisation of gas leaks in gas-liquid medium |
| RU2628672C1 (en) * | 2016-11-11 | 2017-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОАС-СК" | Method for leak tightness control and determining leak point coordinate in product pipeline and device for its implementation |
-
2010
- 2010-09-27 RU RU2010139500/28U patent/RU103616U1/en active IP Right Revival
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013019136A1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Petroliam Nasional Berhard (Petronas) | System and method for inspecting a subsea pipeline |
| CN104160203A (en) * | 2011-07-29 | 2014-11-19 | 马来西亚国家石油公司 | System and method for inspecting a subsea pipeline |
| RU2499951C2 (en) * | 2011-09-22 | 2013-11-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Detection method of low-intense leaks from underwater oil lines by means of mobile underwater measuring complex |
| RU2584721C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Passive-active acoustic method of detection and localisation of gas leaks in gas-liquid medium |
| RU2628672C1 (en) * | 2016-11-11 | 2017-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОАС-СК" | Method for leak tightness control and determining leak point coordinate in product pipeline and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2599902C1 (en) | Method of navigating underwater objects and system for its implementation | |
| JP4968827B2 (en) | Underwater positioning system and underwater positioning method | |
| US20120182837A1 (en) | Systems and methods of locating weapon fire incidents using measurements/data from acoustic, optical, seismic, and/or other sensors | |
| CN110703203A (en) | Underwater pulsed sound positioning system based on multi-acoustic wave glider | |
| US20100142326A1 (en) | Method For Identifying Gas Leaks Using A Stationary Seabed Placed Steered Beamformed Acoustic Antenna With Active Narrow Beam Transmitter Interrogation Capability | |
| CN101872020A (en) | Underwater moving object location and navigation method and device based on frequency spectrum transformation | |
| RU103616U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES | |
| RU86321U1 (en) | MULTI-FREQUENCY NAVIGATION SYSTEM | |
| CN102081170A (en) | Submarine cable secondary positioning method based on integrated positioning of acoustic long baseline and ultrashort baseline | |
| US7362655B1 (en) | Time-synchronous acoustic signal ranging system and method | |
| CN103197278A (en) | Warship line spectrum noise source positioning method based on change rate of Doppler frequency shift | |
| AU2005250540A1 (en) | Testing method, and method for passively obtaining target parameters | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| RU2225991C2 (en) | Navigation sonar to illuminate near situation | |
| CN115032695B (en) | Submarine cable tracking type detection method based on acoustic side reflection | |
| WO2020096495A1 (en) | Method for positioning underwater objects | |
| Palamartchouk et al. | Dual-polarization gnss observations for multipath mitigation and better high-precision positioning | |
| Furukawa et al. | Verification of GNSS multipath and positioning in urban areas using 3D maps | |
| RU40474U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF A PRODUCT LEAK FROM UNDERWATER PIPELINES | |
| RU2624980C1 (en) | Hydroacoustic rho-rho navigation system | |
| Zhou | A precise underwater acoustic positioning method based on phase measurement | |
| Odell et al. | A versatile tracking system for AUV testing | |
| RU2521717C1 (en) | Method of passive acoustic monitoring of demersal gas-liquid flows | |
| JP6922262B2 (en) | Sonar image processing device, sonar image processing method and sonar image processing program | |
| RU2463624C1 (en) | Hydroacoustic navigation system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120928 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20140327 |
|
| PC11 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160630 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160928 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20170809 |