RU1781577C - Устройство дл локализации места утечки жидкости из трубопровода - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  и позвол ет повысить точность локализации места утечки жидкости из трубопровода. Генератор 1 гармонического колебани  подключен одним выводом к земле 2, а вторым - к трубопроводу 3. Перва  рамочна  антенна 4 подключена к первому приемнику 5, включающему в себ  последовательно соединенные первый полосовой фильтр 6, амплитудный детектор 7 и индикатор 8 трассы. Второй приемник 9 включает в себ  второй полосовой фильтр 10, вход которого  вл етс  входом второго приемника 9. Вычитате ь 11 последовательно соединен с фазовым детектором 12, первым интегратором 13 и регулируемым усилителем 14. сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12 и подключен к выходу первого полосового фильтра 6 первого приемника 5, а выход соединен с вычитающим входом вычитэтел  11, невычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра 10. Синхронный детектор 15 включает в себ  схему 16 фазовой автоподстройки частоты и фазовый детектор 17, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы 16 сл

Description

23

4 00

СЛ -Ч

фазовой автоподстройки частоты, сигнальный вход которой объединен с сигнальным входом фазового детектора 17 и  вл етс  входом синхронного детектора 15, выходом которого  вл етс  выход фазового детектора 17. Синхронный детектор 15 последовательно соединен с интегратором 18 и схемой 19 выборки и хранени , подключенной выходом к индикатору 11 течи. Генератор 20 импульсов последовательно соединен со схемой 21 задержки, вход которой объединен с управл ющим входом схемы 19 выборки и хранени , а выход схемы 21 задержки соединен с управл ющим входом интегратора 18. Втора  рабоча  антенна 22 подключена к входу второго приемника 9, ее плоскость ориентирована под 90° к плоскости первой антенны А. 2 ил.

, - - i

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  материалов и изделий с целью обнаружени  дефектов и их локализации, при этом в качестве контролируемого материала Используетс  трубопровод дл  транспортировки текущего вещества.

Известное устройство, содержащее преобразователь акустического сигнала течи в электрический сигнал, подключенный к восьми узкополосным, с высокой избирательностью по соседнему каналу (до 100 дБ) фильтрам, каждый из которых последовательно соединен соответственно с детектором и индикатором.

Но этому устройству свойственна низка  помехоустойчивость, особенно дл  подземных трубопроводов, так как все акустические помехи, возникающие вокруг трубопровода , будут воздействовать на пьезопреобразователь совместно с сигналом течи, а это приведет к зашумлению спектра сигналов течи помехами. Кроме того , из-за отсутстви  жесткого контакта преобразовател  с поверхностью почвы над трубопроводом возникают дополнительные механические колебани  преобразовател , порождающие дополнительные акустические помехи, Также среда, вдоль которой находитс  трубопровод, должна быть высокой степени однородности, в противном случае возможны ложные максимумы спектральной плотности сигнала течи, обусловленные изменением плотности этой среды.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  обнаружени  утечек жидкости и локализации трубопроводов, состо щее из генератора переменного тока, один электрод которого подключен к провод щему трубопроводу, а другой электрод к земле и двух приемников, включающих в себ  соответственно фильтры, амплитудные детекторы и индикаторы течи и трубопровода , причем к входу первого приемника подключена рамочна  антенна , ориентированна  под трубопроводом таким образом, чтобы индикатор первого приемника показывал максимальное значе- ние, первый вход второго приемника подключей к зонду, а второй вход подключен к земле, аблизи той же точки над трассой трубопровода , у которой находитс  зонд.

Однако этому устройству также свойственна низка  помехоустойчивость, так как

отсутствует автоматическа  компенсаци  проникающего и воздействующего более мощного электромагнитного пол  от самого трубопровода на зонд, что приводит к ложным максимумам индикатора течи.

Цель изооретени  - увеличение точности локализации места течи.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генерагор гармонического колебани , подключенный одним выводом к земле, а другим предназначенный дл  подключени  к трубопроводу, первую рамочную антенну, соединенный с ней первый приемник,

включающий в себ  последовательно соединенные первый полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор трассы, второй приемник, включающий в себ  второй полосовой фильтр, вход которого  вл етс  входом второго приемника, и индикатор течи, отличающийс  тем. что. с целью повышени  точности, второй приемник включает последовательно соединенные вычитатель, фазовый детектор, первый

интегратор и регулируемый усилитель, сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора и с выходом первого полосового фильтра, а выход регулируемого усилител  соединен с

вычитающим входом вычитател , невычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, последовательно соединенные с выходом вычитател  синхронный детектор, включающий в себ 

схему фазовой автоподстройки частоты и фазовый детектор, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, вход которой объединен с сигнальным вводом фазового детектора и  вл етс  входом синхронного детектора, выходом которого  вл етс  выход фазового детектора, второй интегратор, схему выборки и хранени , подключенную выходом к индикатору течи, последовательно соединенные генератор импульсов и схему задержки, вход которой объединен с управл ющим входом схемы выборки и хранени , а выход схемы задержки соединен с управл ющим входом интегратора, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90° к плоскости первой рамочной антенны и котора  подключена к входу второго приемника

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг 2 - функциональна  схема первого и второго приемников.

Устройство дл  локализации места утечки жидкости из трубопровода содержит генератор 1 гармонического колебани , подключенный одним электродом к земле 2 а вторым выводом к трубопроводу 3, рамочную антенну 4, подключенную к первому приемнику 5, включающему в себ  последовательно соединенные полосовой фильтр 6, амплитудный детектор 7 индикатор трассы 8 и второй приемник 9, включающий в себ  полосовой фильтр 10. вход которого  вл етс  входом второго приемника 9, последовательно соединенные вычитатель 11, фазовый детектор 12, первый интегратор 13, регулируемый усилитель 14, сигнальный вход которого объединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12 и подключен к выходу полосового фильтра 6 первого приемника 5, а выход регулируемого усилител  14 соединен с вычитающим входом вычита- тел  11, невычитающий вход которого соединен с выходом полосового фильтра 10, последовательно соединенные синхронный детектор 15, включающий в себ  схему фазовой автоподстройки частоты 16 и фазовый детектор 17, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты 16. сигнальный вход которой объединен с сигнальным входом фазового детектора 17 и  вл етс  входом синхронного детектора 15 выходом которого  вл етс  выходом фазового детектора 17, второй интегратор 18, схема выборки и хранени  19, подключенна  выходом к индикатору 20 течи, последовательно соединенные генератор импульсов 21, схема задержки 22, вход которой объединен с управл ющим входом схемы выборки и хранени  19, а выход схемы задержки соединен с управл ющим входом индикатора 18, втора 

рамочна  антенна 23. подключенна  к входу второго приемника 9 и плоскость которого ориентирована под умом 90° к плоскости первой антенны 4

Работа устройства заключаетс  в следующем

Посредством генератора 1 в трубопроводе 3 возбуждаетс  электромагнитна  вол- на Возбуждение электромагнитной волны

производитс  так же и в жидкости через провод щий слой трубопровода. Но тогда возбужденный трубопровод и жидкость, истекающа  из течи, будут создавать вокруг себ  вторичные электромагнитные пол 

(ЭМП) В первой антенне 4 будет наводитьс  ЭДС за счет магнитного трубопровода. Во второй антенне 23 будет наводитьс  ЭДС за счет магнитного пол  самой Но ЭМП возбуждаемое трубопроводом, будет

существенно больше ЭМП, врзбуждаемого течью, так как электропроводность трубопровода на несколько пор дков (10 - 10 ) больше электропроводности течи (жидкости ) Отсюда, ЭДС, возникающа  в первой

антенне 4 будет на несколько пор дков больше ЭДС, возникающей во второй антенне 23 К тому же, за счет конечных размеров второй антенны 23, в ней будет наводитьс  ЭДС от трубопровода, при этом

ЭДС, наводима  от трубопровода, во второй антенне 23 будет соизмерима с ЭДС, наводимой от самой течи Таким образом, ЭДС, возникающа  во вторрй антенне, будет состо ть из двух частей, т.е

5а sin ( + (f)0 + Ayvaoi) +

+ Гт401 Sin (ftfet + po + ,

где f т201 амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек СИ трассы трубопровода во второй антенне 23;

0)0 - циклическа  частота, возбуждаема  генератором 1;

г201 - набег фазы, полученной при распространении возбуждаемой волны генератором 1 в самом трубопроводе и в среде вокруг трубопровода до точки От;

F т401 - амплитуда сигнала, наводимого

от самой течи в одной из точек От трассы трубопровода во второй антенне 22;

Дут101 набег фазы, полученный при распространении возбуждаемой генератором 1 волны в жидкости трубопровода и в

среде вокруг течи до точки Oit

Так как фазовые набеги А т201 и 401 определ ютс  средой распространени  ЭМП, а лроводимости сред (трубопровод и жидкость) существенно различны,

поэтому и эти фазовые набеги будут различны , В первой антенне А будет возбуждатьс  ЭДС, обусловленна  магнитным полем трубопровода , г.е.

Ј1 ЈтЮ1 Sin (Wot + (ро + Д/MOl).

где ЈтЮ1 - амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек СИ трассы трубопровода в первой антенне 4:

ЛутШ1 набег фазы, полученный при распространении возбуждаемой волны генератором 1 в самом трубопроводе и а среде вокруг трубопровода до точки СМ.

Но набеги фаз Д 201-так как обусловлены распространением волны в одной и той же среде и порождены от одного источника измерени  - трубопровода. Кроме того, как было выше показано, ЭДС Јт201 « ET IOI. так как совместно с напр жени ми Е и Ј2 возможно существование помех , то входные напр жени  с выходов первой и второй антенн 4,22 предварительно фильтруютс  полосовыми фильтрами б и 10. Отфильтрованное напр жение с выхода полосового фильтра 10 поступает на суммирующий вход схемы вычитани  11, а отфиль- трованное напр жение с выхода полосового фильтра б поступает на вход опорного сигнала фазового детектора 12 и через управл ющий усилитель 14 поступает на вычитающий вход схемы вычитани  11. На выходе вычитател  11 формируетс  разностное напр жение.

Up Ur4 Sin( fife t + (p т4) + + UT2 Sin( (Do t т )

- kUTi sin(w0 t + ).

где Ur4 - амплитуда отфильтрованного сигнала , обусловленного течью;

- суммарна  начальна  фаза сигнала , обусловленного течью;

Ui2 амплитуда отфильтрованного сигнала , обусловленного трубопроводом в антенне 23;

prz - суммарный набег фазы сигнала, обусловленного трубопроводом во второй антенне 23:

U-ri - амплитуда отфильтрованного канала , обусловленного трубопроводом в первой антенне 4;

k - коэффициент передачи управл емого усилител  14;

( - суммарный набег фазы сигнала, обусловленного трубопроводом в первой антенне 4.

Как было выше показано, суммарные набеги фаз равны, т.е. р Т1 -у т2, отсюда сигналы, обусловленные трубопроводом в первой и второй антеннах 4,23 будут синфазны . Тогда посредством фазового детектора 12, интегратора 13, регулируемого усилител  14 совместно с вычитателем 11 проводитс  динамическое поддержание равенства амплитуд напр жений, т.е.

UT2 kUT1.(1)

в результате напр жение на выходе вычита- тел  11 будет представл ть собой только напр жение, обусловленное течью, т.е.

UD - UT4 sin( t + )

Если равенство (1) не соблюдаетс , то на

выходе вычитател  11 будет часть разностного напр жени  Up, синфазного с напр жением д и на выходе фазового детектора 12 будет посто нна  составл юща , интегрирование которой приведет к формированию управл ющего напр жени , регулирующего коэффициент передачи усилител  14, Так, если UT1 Ur2 (при этом наклон регулировочной характеристики усилител  14 должен соответствовать положительным значени м производной д Uy, то при по влении напр жени , коэффициент усилени  станет уменьшатьс  до такой величины, пока не станет выполн тьс  равенство (1). Так как напр жение, обусловленное течью, на выходе вычислител  будет пор дка уровн  шумов, то его выделение производитс  посредством синхронного детектора 15. На выходе синхронного детектора 15 формируетс  амплитуда сигнала течи

совместно с помехами, при интегрировании которых на выходе второго интегратора 18 можно формироватьсигнал с большим отношением уровн  выделенного сигнала к уровню помех, определенному как

(С/П) -Т Af

D

где исд амплитуда выдел емого напр - течи на выходе синхронного детектора 15;

D - дисперси  помех на выходе синхронного детектора 15;

Л f - эффективна  шумова  полоса фильтра 9;

Т - врем  интегрировани .

При этом, отношение С/П будет зависеть только от времени интегрировани  Т при посто нных значени х остальных параметров . Врем  интегрировани  задаетс  периодом следовани  импульсов генератора 20. В момент действи  этого импульса производитс  запись накопленной величины в устройство выборки хранени  (УВХ) 19, а передача ее на индикатор 20. После записи, через врем  задержки, задаваемого схемой задержки 22 производитс  сброс напр жени  на выходе интегратора в ноль. При перемещении антенн 4, 23 из точки поверхности От вдоль трассы трубопровода к точке 02 места течи, индикатором 20 будет отслеживатьс  рост напр жени  до максимальной величины. По вление максимума напр жени  будет соответствовать росту течи в трубопроводе.

Claims (1)

1. По сравнению с прототипом, в предлагаемом решении посредством введени  по- следовательно соединенных вычитающего устройства 11, фазового детектора 12, интегратора 13, регулируемого усилител  14 производитс  автоматическа  компенсаци  проникающего более мощного электромагнитного пол  от самого трубопровода во вторую антенну 23, за счет чего увеличиваетс  относитегьный уровень ЭДС, наводимой от самой ечи во второй антенне. Формула изобретени  Устройство дл  локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генератор гармонического колебани , подключенный одним выводом к земле, а другим предназначенный дл  подключени  к трубопровод/, первую рамочную антенну, соединенны/i с ней первый приемник, включающий в себ  последовательно соединенные пеоный полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор трлссы второй приемник включающий в себ  второй полосовой фильтр, вход которого  вл етс  входом второго приемника, и индикатор течи , отличаю щрес  тем, что, с целью повышени  точности, второй приемник включает последовательно соединенные вычитатель, фазовый детектор, первый интегратор и регулируемый усилитель, сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора и с выходом первого полосового фильтра, а выход регулируемого усилител  соединен с вычитающим входом вычитател , невычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, последовательно соединенные с выходом вычитател  синхронный детектор, включающий в себ  схему фазовой автоподстройки частоты, и фазовый детектор, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, вход которой, объединен с сигнальным входом фазового детектора и  вл етс  входом синхронного детектора, выходом которого  вл етс  выход фазового детектора, второй интегратор, схему выборки и хранени , подключенную выходом к индикатору течи, последовательно соединенные генератор импульсов и схему задержки, вход которой объединен с управл ющим входом схемы выборки и хранени , а выход схемы задержки соединен с управл ющим входом интегратора, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90° к плоскости первой рамочной антенны и котора  подключена к входу второго приемника.

   0

   5

   0

   5

   0