RU2053436C1

RU2053436C1 - Device for localization of leaks in pressure pipelines

Info

Publication number: RU2053436C1
Application number: RU92005343A
Authority: RU
Inventors: Юрий Геннадьевич Вилин
Original assignee: Юрий Геннадьевич Вилин
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: localization of leaks using acoustic method. SUBSTANCE: each signal converter is made in the form of strip-line filter and binary quantizer connected in series. Member varying the tuning of decay is made in the form of primary decay unit and time decay unit connected with their inputs to outputs of switchgear. Time decay unit is connected to output of last digital filter. Circuit forming set point signals is made in the form of frequency setpoint device, pulse generator, electronic switch, and pulse counter all interconnected in series. Pulse counter output is connected to control unit input. Distance indicator input is connected to control unit output connected with its other output to the second input of time decay unit. Second inputs of the strip-line filters are connected to frequency setpoint device. Output of extremum recorder is connected to the second inputs of level and distance indicator. Input of threshold unit, input of extremum recorder, and the first input of level indicator are connected to output of one binary quantizer, the second input of which is connected to output of time shift discriminator, connected to the second switch input. EFFECT: high detecting efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение касается контроля герметичности трубопроводов, находящихся под давлением, акустическим методом. The invention relates to the control of the tightness of pipelines under pressure by the acoustic method.

Уровень техники в данной области характеризуется тем, что известно устройство для определения мест утечек в напорных трубопроводах, содержащее первый и второй акустические преобразователи, связанные через два преобразователя сигналов с двумя входами коммутатора, выходы которого соединены с элементом перестройки задержки, связанным с индикатором расстояния, а также схему формирования задающих сигналов и блок управления, связанный выходами с коммутатором [1]
Техническим недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматического определения экстремума взаимной функции корреляции и его индикации.The prior art in this field is characterized by the fact that a device is known for detecting leaks in pressure pipelines, comprising first and second acoustic transducers connected through two signal transducers with two switch inputs, the outputs of which are connected to a delay adjustment element associated with a distance indicator, and also a driving signal generating circuit and a control unit connected to the outputs by the switch [1]
The technical disadvantage of this device is the lack of the ability to automatically determine the extremum of the mutual correlation function and its indication.

Технической задачей изобретения является определение величины экстремума взаимной функции корреляции и ее индикации для повышения вероятности и скорости обнаружения места утечки. An object of the invention is to determine the extremum value of the mutual correlation function and its indication to increase the likelihood and speed of detecting a leak.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения этой задачи устройство для определения мест утечек в напорных трубопроводах, содержащее первый и второй акустические преобразователи, связанные через два преобразователя сигналов с двумя коммутаторами, выходы которого соединены с элементом перестройки задержки, связанным с индикатором расстояния, а также схему формирования задающих сигналов и блок управления, связанный выходами с коммутатором, снабжено блоком фиксации экстремума, индикатором уровня и пороговым блоком, каждый преобразователь сигналов выполнен в виде последовательно соединенных полосового фильтра и бинарного квантователя, элемент перестройки задержки выполнен в виде подключенных входами к выходам коммутатора блока начальной задержки и блока временной задержки, подключенных к их выходам дискриминатора временного сдвига и подключенных к выходу последнего цифрового фильтра, а схема формирования задающих сигналов выполнена в виде последовательно включенных задатчика частоты, генератора импульсов, электронного ключа и счетчика импульсов, выход которого соединен со входом блока управления, при этом вход индикатора расстояния подключен к выходу блока управления, соединенного другим выходом со вторым входом блока временной задержки, вторые входы полосовых фильтров подключены к выходу задатчика частоты, выход блока фиксации экстремума подключен ко вторым входам индикаторов уровня и расстояния, а вход порогового блока, вход блока фиксации экстремума и первый вход индикатора уровня к выходу цифрового фильтра, причем первый вход последнего подключен к выходу одного из бинарных квантователей, а второй вход к выходу дискриминатора временного сдвига, подключенному ко второму входу электронного ключа. The essence of the invention lies in the fact that to solve this problem, a device for determining leaks in pressure pipelines, containing the first and second acoustic transducers connected through two signal transducers with two switches, the outputs of which are connected to the delay adjustment element associated with the distance indicator, and also the driving signal generation circuit and the control unit connected by the outputs to the switch are equipped with an extremum fixing unit, a level indicator and a threshold unit, each the signal generator is made in the form of a series-connected bandpass filter and a binary quantizer, the delay tuning element is made in the form of the initial delay unit and the time delay unit connected to the outputs of the switch, connected to their outputs of the time shift discriminator and connected to the output of the last digital filter, and the formation circuit the driving signals are made in the form of series-connected frequency adjuster, pulse generator, electronic key and pulse counter, output which is connected to the input of the control unit, while the input of the distance indicator is connected to the output of the control unit connected by another output to the second input of the time delay unit, the second inputs of the bandpass filters are connected to the output of the frequency setter, the output of the extremum fixation unit is connected to the second inputs of the level indicators and distance, and the input of the threshold block, the input of the block fixing the extremum and the first input of the level indicator to the output of the digital filter, and the first input of the latter is connected to the output of one of the binary to fanators, and the second input to the output of the time shift discriminator connected to the second input of the electronic key.

На чертеже изображена электрическая функциональная схема устройства. The drawing shows an electrical functional diagram of the device.

Устройство содержит первый акустический преобразователь 1, второй акустический преобразователь 2, первый полосовой фильтр 3, второй полосовой фильтр 4, задатчик частоты 5, первый бинарный квантователь 6, второй бинарный квантователь 7, генератор 8 импульсов, коммутатор 9, электронный ключ 10, блок 11 начальной задержки, блок 12 временной задержки, блок 13 управления, дискриминатор 14 временного сдвига, счетчик 15 импульсов, цифровой фильтр 16, пороговый блок 17, блок 18 фиксации экстремума, индикатор 19 уровня, индикатор 20 расстояния. The device comprises a first acoustic transducer 1, a second acoustic transducer 2, a first band-pass filter 3, a second band-pass filter 4, a frequency adjuster 5, a first binary quantizer 6, a second binary quantizer 7, a pulse generator 8, a switch 9, an electronic key 10, an initial block 11 delays, time delay unit 12, control unit 13, time shift discriminator 14, pulse counter 15, digital filter 16, threshold unit 17, extremum fixation unit 18, level indicator 19, distance indicator 20.

Устройство для определения мест утечки в напорных трубопроводах имеет два канала приема акустических сигналов, каждый из которых включает последовательно соединенные акустический преобразователь 1 (2), полосовой фильтр 3 (4) и бинарный квантователь 6 (7), коммутатор 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого 6 и второго 7 бинарного квантователя, блоки 11 и 12 соответственно начальной и временной задержки, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами коммутатора 9, дискриминатор 14 временного сдвига, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами блоков 11 и 12 начальной и временной задержки, цифровой фильтр 16, первый вход которого соединен с выходом первого бинарного квантователя 6, второй вход соединен с выходом дискриминатора 14 временного сдвига, а выход с входом блока 18 фиксации экстремума, последовательно соединенные задатчик 5 частоты, генератор 8 импульсов, электронный ключ 10, счетчик 15 импульсов и блок 13 управления, первый выход которого соединен со вторым входом блока 12 временной задержки, второй выход с третьим входом коммутатора 9, пороговый блок 17, вход которого подключен к выходу цифрового фильтра 16, а выход к второму входу счетчика 15 импульсов, индикатор 19 уровня, первый вход которого подключен к выходу цифрового фильтра 16, а второй вход к выходу блока 18 фиксации экстремума, индикатор 20 расстояния, первый вход которого подключен к третьему выходу блока 13 управления, а второй вход к выходу блока 18 фиксации экстремума, выход задатчика 5 частоты подключен к вторым входам первого 3 и второго 4 полосовых фильтров, выход дискриминатора 14 временного сдвига соединен со вторым входом электронного ключа 10. Трубопровод на чертеже не изображен. A device for determining leak points in pressure pipelines has two channels for receiving acoustic signals, each of which includes a series-connected acoustic transducer 1 (2), a band-pass filter 3 (4) and a binary quantizer 6 (7), a switch 9, the first and second inputs of which connected respectively to the outputs of the first 6 and second 7 binary quantizers, blocks 11 and 12, respectively, of the initial and time delays, the inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the switch 9, the discriminator 14 time about the shift, the first and second inputs of which are respectively connected to the outputs of the blocks 11 and 12 of the initial and time delay, a digital filter 16, the first input of which is connected to the output of the first binary quantizer 6, the second input is connected to the output of the discriminator 14 of the time shift, and the output to the input block 18 of fixing the extremum, serially connected frequency adjuster 5, pulse generator 8, electronic key 10, pulse counter 15 and control unit 13, the first output of which is connected to the second input of time delay unit 12, the second output d with the third input of the switch 9, the threshold block 17, the input of which is connected to the output of the digital filter 16, and the output to the second input of the counter 15 pulses, level indicator 19, the first input of which is connected to the output of the digital filter 16, and the second input to the output of block 18 fixing the extremum, a distance indicator 20, the first input of which is connected to the third output of the control unit 13, and the second input to the output of the extremum fixing unit 18, the output of the frequency adjuster 5 is connected to the second inputs of the first 3 and second 4 bandpass filters, the discriminator output is 14 a change shear is connected to the second input of the electronic key 10. The pipe is not shown in the drawing.

Сведения, подтверждающие возможность реализации изобретения. Information confirming the possibility of implementing the invention.

Наличие утечки в трубопроводе сопровождается турбулентностью потока среды в месте повреждения и возникновением периодического акустического шума, присущего типу утечки, площадью ее проходного сечения и характеристиками транспортируемой среды. Акустические шумовые излучения являются непрерывными квазигармоническими упругими волнами, распространяющимися по трубопроводу в потоке транспортируемой среды и по поверхности трубопровода в обе стороны от места утечки. Для обнаружения звуковых волн, возникающих в месте утечки, на обоих концах контролируемого участка трубопровода устанавливаются акустические преобразователи 1, 2, которые одновременно отфильтровывают шумовой фон нормально работающего трубопровода и пропускают полосу частот звуковых волн, характерную для утечек. В устройстве производится прием и обработка сигналов акустических преобразователей звуковых волн в электрический сигнал. Обработка сигналов от преобразователей 1, 2 заключена в определении временной задержки приема акустического сигнала одним преобразователем 1 (2) относительно момента приема того же сигнала от места утечки вторым преобразователем 2 (1) и по установленной величине задержки определяется место утечки. В предлагаемом устройстве относительная временная задержка определяется как величина временного сдвига между реализациями сигналов каждого из преобразователей 1, 2 в тот момент, когда их текущая взаимная функция корреляции достигает экстремума (максимума) при изменении в устройстве их относительного времени задержки. В момент экстремума эти две реализации наиболее когерентны друг с другом, так как порождены одним и тем же источником турбулентностью среды в месте утечки, хотя они при распространении волны от места утечки в оба конца контролируемого участка зашумляются независимыми фоновыми шумами на этих различных участках и тем самым раскоррелируются. Для снижения влияния этих фоновых шумов производится соответствующее осреднение во времени результатов текущего корреляционного сравнения, в результате которого шумовые составляющие имеют нулевой осредненный отклик, а когерентные составляющие накапливают среднее значение взаимной корреляционной функции, которое достигает экстремума (максимума) при точном совпадении во времени реализации от места утечки. Временной взаимный сдвиг реализаций от преобразователей 1, 2 производится с некоторым малым временным шагом относительно временной задержки, соответствующей расположению места утечки на середине контролируемого участка, поочередно в обе стороны. Для исключения ложного измерения расстояния среди всех возможных экстремумов взаимной функции корреляции выбирается наибольший (максимум-максиморум), для которого и определяется умеренный сдвиг реализации и соответственно относительная временная задержка моментов принятия сигналов преобразователя и расстояние до места повреждения. The presence of a leak in the pipeline is accompanied by turbulence of the medium flow at the location of the damage and the occurrence of periodic acoustic noise inherent in the type of leak, its flow area and the characteristics of the transported medium. Acoustic noise emissions are continuous quasiharmonic elastic waves propagating through the pipeline in the flow of the transported medium and along the surface of the pipeline to both sides of the leak. To detect sound waves that occur at the leakage point, acoustic transducers 1, 2 are installed at both ends of the monitored section of the pipeline, which simultaneously filter out the noise background of the normally working pipeline and pass the frequency band of sound waves characteristic of leaks. The device receives and processes signals from acoustic transducers of sound waves into an electrical signal. The processing of signals from transducers 1, 2 consists in determining the time delay of receiving an acoustic signal by one transducer 1 (2) relative to the moment of reception of the same signal from the leakage point by the second transducer 2 (1) and the location of the leakage is determined by the set delay value. In the proposed device, the relative time delay is defined as the amount of time shift between the signal implementations of each of the converters 1, 2 at the moment when their current mutual correlation function reaches an extremum (maximum) when their relative delay time changes in the device. At the time of the extremum, these two realizations are most coherent with each other, since they are generated by the same source of turbulence of the medium at the leakage point, although they are noisy by independent background noise in these different sections when the wave propagates from the leakage point to both ends of the controlled section, and thereby are uncorrelated. To reduce the influence of these background noises, a corresponding time averaging of the results of the current correlation comparison is performed, as a result of which the noise components have a zero averaged response, and the coherent components accumulate the average value of the mutual correlation function, which reaches an extremum (maximum) with exact coincidence in time from the location leaks. A temporary mutual shift of the implementations from the converters 1, 2 is made with some small time step relative to the time delay corresponding to the location of the leak in the middle of the controlled area, alternately in both directions. To exclude a false distance measurement, among all possible extrema of the mutual correlation function, the largest (maximum-maximum) is selected, for which a moderate shift of the realization and, accordingly, the relative time delay of the moments of reception of the converter signals and the distance to the place of damage are determined.

Для обеспечения быстродействия и надежности работы устройства в нем предусмотрено адаптивное управление продолжительностью анализа за каждый временной шаг изменения взаимной задержки реализаций и снижение влияния шумового фона предварительной спектральной селекцией анализируемых сигналов. To ensure the speed and reliability of the device, it provides adaptive control of the analysis duration for each time step of changing the mutual implementation delay and reducing the influence of the noise background by preliminary spectral selection of the analyzed signals.

Снижение влияния шумового фона достигается тем, что в каждый приемный канал устройства введен полосовой фильтр 3 (4) с управляемой от задатчика частоты центральной частотой настройки и узкой полосой пропускания, не превышающей возможную, экспериментально установленную для используемого типа трубопровода и типа перекачиваемой среды, ширину спектра. С помощью задатчика 5 частоты перед началом работы устанавливается ожидаемое значение центральной частоты спектра акустических квазипериодических сигналов и тем самым в дальнейшую обработку не проходят спектральные составляющие шумового фона, что повышает вероятность правильного обнаружения мест утечек и снижает вероятность ошибочных решений, т.е. повышается надежность работы устройства. The influence of the noise background is reduced by the fact that a bandpass filter 3 (4) is introduced into each receiving channel of the device with a central tuning frequency controlled from the frequency setter and a narrow passband not exceeding the possible experimentally established type of pipeline and the type of pumped medium, spectrum width . Using the frequency adjuster 5, before starting work, the expected value of the central frequency of the spectrum of acoustic quasiperiodic signals is established and thus the spectral components of the noise background do not pass into further processing, which increases the probability of correct detection of leak points and reduces the likelihood of erroneous decisions, i.e. increases the reliability of the device.

Для адаптивного управления корреляционного анализа частота смены временной задержки реализаций регулируется во времени в зависимости от результатов текущего корреляционного анализа для каждого из текущих значений задержки. Продолжительность временного анализа для каждой последующей временной задержки устанавливается такой величины, что, если для текущей временной задержки наблюдается повышение взаимной корреляции задержанных реализаций относительно средних фоновых значений, то продолжительность анализа увеличивается, а если произошло уменьшение взаимной корреляции, то продолжительность анализа уменьшается, и устройство скорее переходит к следующему значению анализируемого временного сдвига реализаций. For adaptive control of the correlation analysis, the frequency of the change in the time delay of the implementations is regulated in time depending on the results of the current correlation analysis for each of the current values of the delay. The duration of the time analysis for each subsequent time delay is set so that if for the current time delay there is an increase in the mutual correlation of the delayed implementations with respect to the average background values, then the duration of the analysis increases, and if there is a decrease in the mutual correlation, the analysis time decreases, and the device proceeds to the next value of the analyzed time shift of implementations.

Для реализации рассмотренного метода адаптации в устройстве предусмотрено адаптивное формирование моментов формирования тактирующих импульсов перевода блока 13 управления из состояния, соответствующего предыдущему значению временного сдвига реализаций в состояние, определяющее последующие значение временного сдвига. To implement the considered adaptation method, the device provides for the adaptive formation of the moments of formation of timing pulses of the transfer of the control unit 13 from the state corresponding to the previous value of the time shift of the implementations to the state that determines the subsequent value of the time shift.

Для формирования тактирующих импульсов, поступающих на тактируемый вход блока 13 управления, используется счетчик 15 импульсов с определенным основанием N, который подсчитывает импульсы, поступившие с выхода генератора 8 импульсов через ключ 10 на его счетный вход, и после достижения определенного числа (N) импульсов на его выходе появляется тактирующий импульс, изменяющий состояние блока 13 управления, а счетчик 15 импульсов обнуляется, и процессы в нем возобновляются. To generate clock pulses arriving at the clock input of the control unit 13, a pulse counter 15 with a specific base N is used, which counts the pulses received from the output of the pulse generator 8 through key 10 to its counter input, and after reaching a certain number (N) of pulses on its output appears a clock pulse that changes the state of the control unit 13, and the counter 15 pulses is reset, and the processes in it resume.

Период повторения импульсов в генератор 8 импульсов управляется от задатчика 5 частоты и устанавливается обратно пропорциональным величине частоты настройки полосовых фильтров 3, 4, т.е. чем выше частота настройки полосовых фильтров 3, 4, тем больше период повторения. Такое соотношение позволяет адаптивно поддерживать обратно пропорциональную зависимость между центральной частотой анализируемых сигналов преобразователей 1, 2 и временем корреляционного анализа на каждом временном сдвиге реализаций, что повышает достоверность корреляционного анализа и, соответственно, надежность работы устройства в целом. The pulse repetition period in the pulse generator 8 is controlled from the frequency adjuster 5 and is set inversely proportional to the tuning frequency of the bandpass filters 3, 4, i.e. the higher the tuning frequency of the bandpass filters 3, 4, the longer the repetition period. This ratio allows you to adaptively maintain an inversely proportional relationship between the central frequency of the analyzed signals of the converters 1, 2 and the time of the correlation analysis at each time shift of the implementations, which increases the reliability of the correlation analysis and, accordingly, the reliability of the device as a whole.

Число импульсов, прошедших через электронный ключ 10 на счетный вход счетчика 15 импульсов, регулируется управляющим сигналом с входа дискриминатора 14 временного сдвига, который определяет фактическое текущее временное совпадение реализаций от акустических преобразователей 1, 2 на выходах блоков 11, 12 задержки. Если произошло полное совпадение этих реализаций (т.е. наблюдается полная корреляция), то сигнал на выходе дискриминатора принимает значение, соответствующее логической единице, например, высокого уровня, и этот сигнал закрывает электронный ключ, не пропуская импульсы на вход счетчика 15. The number of pulses transmitted through the electronic key 10 to the counting input of the pulse counter 15 is controlled by a control signal from the input of the time shift discriminator 14, which determines the actual current time coincidence of the implementations from the acoustic transducers 1, 2 at the outputs of the delay blocks 11, 12. If there is a complete coincidence of these implementations (i.e., a complete correlation is observed), then the signal at the discriminator output takes a value corresponding to a logical unit, for example, of a high level, and this signal closes the electronic key without passing pulses to the input of counter 15.

В счетчике 15 импульсов не накапливаются импульсы, блок 13 управления не переводится в следующее состояние и производится более продолжительный корреляционный анализ при этом временном сдвиге реализаций. No pulses are accumulated in the counter 15 pulses, the control unit 13 is not transferred to the next state, and a longer correlation analysis is performed at this time shift of implementations.

При этом в цифровом фильтре 16, представляющем собой цифровой нерекурсивный фильтр, в соответствии с его передаточной функцией производится суммирование импульсов квантованной на уровне логических нулей и единиц входной реализации первого приемного канала поступающими на его первый вход (сигнальный) с весами, например, плюс единица, определяемыми уровнем сигнала на выходе дискриминатора 14 временного сдвига, соответствующим совпадению временных сигналов реализаций на текущем отрезке времени на входах дискриминатора 14 временного сдвига, что увеличивает уровень сигнала на выходе цифрового фильтра 16. Moreover, in the digital filter 16, which is a digital non-recursive filter, in accordance with its transfer function, the pulses are quantized at the level of logical zeros and units of the input implementation of the first receiving channel arriving at its first input (signal) with weights, for example, plus one, determined by the signal level at the output of the discriminator 14 of the time shift corresponding to the coincidence of the time signals of the implementations on the current time interval at the inputs of the discriminator 14 of the time shift a, which increases the signal level at the output of the digital filter 16.

Однако в связи с наличием независимых шумовых компонент в спектрах реализаций приемных каналов в некоторые моменты времени реализации на входах дискриминатора 14 временного сдвига различаются и на выходе последнего в эти моменты времени появляется сигнал другого уровня, соответствующего логическому нулю, например, низкого уровня. Этот сигнал открывает электронный ключ 10, и импульсы с выхода генератора 8 импульсов вновь проходят на счетный вход счетчика 15 импульсов и накапливаются в нем и одновременно этот сигнал изменяет веса суммирования в цифровом фильтре 16 на минус единицу, что уменьшает уровень сигнала на выходе цифрового фильтра 16. However, due to the presence of independent noise components in the spectra of the realization of the receiving channels, at some instants of time, the implementations at the inputs of the discriminator 14 of the time shift are different and at the output of the latter, at these instants of time, a signal of a different level corresponding to a logical zero, for example, a low level, appears. This signal opens the electronic key 10, and the pulses from the output of the pulse generator 8 again pass to the counting input of the pulse counter 15 and accumulate in it and at the same time this signal changes the summing weights in the digital filter 16 by minus one, which reduces the signal level at the output of the digital filter 16 .

Если реализации сигналов на выходах блоков 11, 12 задержки сдвинуты по времени существенно и не наблюдается их взаимная корреляция (либо отсутствуют места утечек), то уровень сигнала на выходе дискриминатора временного сдвига с большой вероятностью принимает значение, соответствующее логическому нулю. Это приводит соответственно к преимущественному открытому состоянию электронного ключа 10 и определенному соотношению весов суммирования в цифровом фильтре 16 и соответствующему низкому уровню сигнала на выходе последнего. If the implementations of the signals at the outputs of blocks 11, 12, the delays are significantly shifted in time and there is no mutual correlation (or there are no leaks), then the signal level at the output of the time shift discriminator is likely to assume a value corresponding to a logical zero. This leads, respectively, to the preferential open state of the electronic key 10 and a certain ratio of the summation weights in the digital filter 16 and the corresponding low signal level at the output of the latter.

Уровень сигнала на выходе цифрового фильтра 16 соответствует степени корреляции сигналов на выходах блоков 11, 12 начальной и временной задержки и повышается при уменьшении временного сдвига реализаций от акустических преобразователей 1, 2. Для более детального анализа вблизи истинного значения оцениваемой относительной временной задержки реализации, принимаемых преобразователями 1, 2, скорость (частота) изменения временных шагов временного сдвига в блоке 12 временной задержки существенно уменьшается путем значительного изменения основания счета в счетчике 15 импульсов, например, на порядок, т.е. он становится равным 10N. Тогда следующее значение временной задержки наступит только после прохождения через электронный ключ 10 в десять раз большего числа импульсов от генератора 8 импульсов. Такой плавный подход к точному значению временного сдвига, соответствующего истинному значению относительной временной задержки реализаций, позволяет сигналу на выходе цифрового фильтра 16 более плавно подойти к установившемуся значению и соответственно более точно оценить и зафиксировать момент достижения экстремума (максимума-максиморума), а соответственно, обеспечить этот момент с большой надежностью и произвести точную оценку расстояния до места утечки и одновременно по степени корреляции реализаций определить степень утечки. The signal level at the output of the digital filter 16 corresponds to the degree of correlation of the signals at the outputs of the blocks 11, 12 of the initial and time delays and increases with decreasing time shift of the implementations from the acoustic transducers 1, 2. For a more detailed analysis near the true value of the estimated relative time delay of the implementation received by the transducers 1, 2, the speed (frequency) of changing the time steps of the time shift in the time delay unit 12 is significantly reduced by significantly changing the basis tions in the counter counting pulses 15, e.g., on the order, i.e., it becomes equal to 10N. Then the next value of the time delay will occur only after passing through the electronic key 10 ten times more number of pulses from the 8 pulse generator. Such a smooth approach to the exact value of the time shift corresponding to the true value of the relative time delay of the implementations allows the signal at the output of the digital filter 16 to more smoothly approach the steady-state value and accordingly more accurately assess and fix the moment of reaching the extremum (maximum-maximum), and, accordingly, ensure this moment with great reliability and to make an accurate estimate of the distance to the leak and at the same time to determine the degree of leak by the degree of correlation of the implementations.

Таким образом производится быстрый просмотр временных сдвигов реализаций, где они не коррелированы, и адаптивный плавный просмотр временных сдвигов, где наблюдается корреляция реализаций, что обеспечивает высокое быстродействие работы устройства. Адаптация скорости просмотра временных сдвигов вблизи экстремумов взаимной корреляционной функции задержанных реализаций позволяет повысить вероятность правильного обнаружения места утечки и уменьшить вероятность ложного обнаружения при одновременном повышении точности временного сдвига и соответственно расстояния до места утечки, что повышает надежность работы устройства. Thus, a quick view of the time shifts of the implementations, where they are not correlated, and adaptive smooth viewing of the time shifts, where there is a correlation of the implementations, which ensures high performance of the device, are performed. Adapting the speed of viewing time shifts near the extremes of the mutual correlation function of delayed implementations can increase the likelihood of correctly detecting the leak location and reduce the likelihood of false detection while improving the accuracy of the time shift and, accordingly, the distance to the leak location, which increases the reliability of the device.

Устройство для определения мест утечек в напорных трубопроводах работает следующим образом. A device for determining places of leaks in pressure pipelines works as follows.

Сигналы от акустических преобразователей 1 и 2 поступают на сигнальные (первые) входы соответствующих полосовых фильтров 3 и 4. На выходе задатчика 5 частоты по априорным данным о типе трубопровода и транспортируемой среды устанавливается уровень сигнала, поступающий на вторые входы полосовых фильтров 3 и 4 такой величины, чтобы центральные частоты их настройки соответствовали ожидаемому значению центральной частоты спектра сигнала, принимаемого акустическими преобразователями 1 и 2 и при этом шумовые фоновые сигналы ослаблялись вне полосы пропускания полосовых фильтров 3 и 4. Одновременно сигнал с выхода задатчика 5 частоты устанавливает величину периода повторения импульсов в генераторе 8 импульсов. The signals from the acoustic transducers 1 and 2 are fed to the signal (first) inputs of the corresponding bandpass filters 3 and 4. At the output of the frequency setter 5, the signal level arriving at the second inputs of the bandpass filters 3 and 4 of this magnitude is set according to a priori data on the type of pipeline and the transported medium. so that the center frequencies of their settings correspond to the expected value of the center frequency of the spectrum of the signal received by acoustic transducers 1 and 2, while the background noise signals are attenuated outside the s transmission bandpass filters 3 and 4. Simultaneously, the signal output from the frequency setter 5 sets the pulse repetition period to pulse generator 8.

С выхода полосовых фильтров 3 и 4 сигналы поступают на соответствующие бинарные квантователи 6 и 7, в которых они квантуются по амплитуде на два уровня логической единицы, например, высокого уровня, и логического нуля соответственно низкого уровня. Бинарные квантователи 6 и 7 могут быть выполнены, например, в виде триггера Шмитта. From the output of the bandpass filters 3 and 4, the signals are sent to the corresponding binary quantizers 6 and 7, in which they are quantized in amplitude into two levels of a logical unit, for example, a high level, and a logical zero, respectively, of a low level. Binary quantizers 6 and 7 can be performed, for example, in the form of a Schmitt trigger.

Квантованные сигналы поступают на первый и второй входы коммутатора 9, переключающего по командам, поступающим на его третий вход от второго выхода блока 13 управления, выходы бинарных квантователей 6 и 7, на входы блоков начальной 11 и временной 12 задержки, изменяя тем самым направление поиска максимума корреляционной функции. Блок 11 начальной задержки обеспечивает возможность нахождения максимума корреляционной функции для случая нахождения места утечки (источника звукового сигнала) в середине длины исследуемой трассы. The quantized signals are fed to the first and second inputs of the switch 9, which switches according to the commands received at its third input from the second output of the control unit 13, the outputs of the binary quantizers 6 and 7, to the inputs of the blocks of the initial 11 and time delay 12, thereby changing the direction of the maximum search correlation function. The initial delay unit 11 makes it possible to find the maximum of the correlation function for the case of finding the leak location (sound signal source) in the middle of the length of the path under study.

Величина начальной задержки при этом больше начальной задержки блока 12 временной задержки. Блок 12 временной задержки обеспечивает временную задержку одного из сигналов, поступающих на вход устройства, на величину, определяемую сигналом управления, поступающим с первого выхода блока 13 управления на второй (управляющий) вход блока 12 временной задержки. The value of the initial delay is greater than the initial delay of the time delay unit 12. The time delay unit 12 provides a time delay of one of the signals supplied to the input of the device by an amount determined by the control signal from the first output of the control unit 13 to the second (control) input of the time delay unit 12.

Выбор сигнала для задержки блоком 12 временной задержки определяется блоком 13 управления по жесткой программе, обеспечивающей поиск в обоих направлениях от середины исследуемой трассы. The choice of the signal for the delay by the time delay unit 12 is determined by the control unit 13 according to a rigid program that provides a search in both directions from the middle of the investigated route.

Сигналы с выходов блоков 11 и 12 начальной и временной задержки поступают на входы дискриминатора 14 временного сдвига, сигнал на выходе которого принимает один из двух уровней логической единицы или логического нуля (например, соответственно высокий или низкий), величина которого пропорциональна временному совпадению входных реализаций в текущий момент времени. При продолжительном временном совпадении временных реализаций на входах дискриминатора 14 временного сдвига поддерживается сигнал логической единицы, который переходит на уровень логического нуля в моменты времени, когда, например, существуют корреляционные мощные шумовые выбросы во входных реализациях каналов. При наблюдении только независимых шумовых реализаций от акустических преобразователей 1 и 2 сигнал на выходе дискриминатора 14 временного сдвига в основном принимает значение логического нуля, что соответствует малой степени коррелированности реализаций. Поэтому до тех пор, пока временная задержка в блоке 12 временной задержки не приблизится к соответствующему значению реализации на выходе блока 11 начальной задержки, сигнал на выходе дискриминатора 14 временного сдвига будет в основном иметь уровень логического нуля. Этот сигнал поступает одновременно на вторые входы цифрового фильтра 16 и электронного ключа 10. The signals from the outputs of the blocks 11 and 12 of the initial and time delays arrive at the inputs of the time shift discriminator 14, the signal at the output of which takes one of two levels of a logical unit or a logical zero (for example, high or low, respectively), the value of which is proportional to the temporal coincidence of the input realizations in current time. With a long time coincidence of the time realizations at the inputs of the time shift discriminator 14, a signal of a logical unit is maintained, which goes to the logic zero level at times when, for example, there are correlated powerful noise emissions in the input channel implementations. When observing only independent noise realizations from acoustic transducers 1 and 2, the signal at the output of the time-shift discriminator 14 basically takes a value of logical zero, which corresponds to a small degree of correlation of realizations. Therefore, until the time delay in the time delay block 12 approaches the corresponding implementation value at the output of the initial delay block 11, the signal at the output of the time shift discriminator 14 will basically have a logic zero level. This signal is supplied simultaneously to the second inputs of the digital filter 16 and the electronic key 10.

Цифровой фильтр 16 в исходном состоянии обнулен и представляет собой нерекурсивный цифровой фильтр, осуществляющий взвешенное текущее суммирование ограниченной последовательности бинарно-квантованных сигналов с выхода первого бинарного квантователя 1. Весовые коэффициенты для фильтра +1 и -1 формируются на выходе дискриминатора 14 временного сдвига и эквиваленты уровню логической единицы и логического нуля соответственно. The digital filter 16 in the initial state is zeroed and is a non-recursive digital filter that performs weighted current summation of a limited sequence of binary-quantized signals from the output of the first binary quantizer 1. Weighting factors for the filter +1 and -1 are formed at the output of the time-shift discriminator 14 and are equivalent to the level logical unit and logical zero, respectively.

В процессе работы устройства на выходе цифрового фильтра 16 в текущем режиме формируется сигнал, уровень которого пропорционален функции взаимной корреляции сигналов на входах дискриминатора 14 временного сдвига или величине временного рассогласования сигналов на выходах блоков начальной 11 и временной 12 задержки. Когда в процессе изменения величины временной задержки в блоке 12 временной задержки реализации на входах дискриминатора 14 временного сдвига будут приближаться по задержке друг к другу, то уровень сигнала на выходе цифрового фильтра 16 увеличится и сигнал с его выхода поступит одновременно на входы блока 18 фиксации экстремума, порогового блока 17 и на первый вход индикатора 19 уровня. In the process of operation of the device, a signal is generated at the output of the digital filter 16 in the current mode, the level of which is proportional to the cross-correlation function of the signals at the inputs of the discriminator 14 for a time shift or the value of the temporal mismatch of signals at the outputs of the initial 11 and time 12 delay units. When in the process of changing the time delay value in the time delay block 12 at the inputs of the time shift discriminator 14, they approach each other in delay, the signal level at the output of the digital filter 16 will increase and the signal from its output will arrive simultaneously at the inputs of the extremum fixing block 18, threshold block 17 and the first input of the level indicator 19.

Изменение величины временной задержки в блоке 12 временной задержки производится по жесткой программе с малым временным шагом, определяющимся требуемой точностью измерения расстояния до места утечки, в моменты поступления тактирующих импульсов на его вход. The change in the value of the time delay in the block 12 of the time delay is performed according to a rigid program with a small time step, which is determined by the required accuracy of measuring the distance to the leak at the moment of arrival of clock pulses at its input.

Моменты появления тактирующих импульсов в общем виде случайны и зависят от времени подсчета N импульсов в счетчике 15 импульсов, прошедших через электронный ключ 10 с выхода генератора 8 импульсов. Открытое или закрытое состояние электронного ключа 10 устанавливается в зависимости от уровня сигнала, поступающего с выхода дискpиминатора 14 временного сдвига. Если уровень этого сигнала соответствует логической единице, то электронный ключ закрыт, и наоборот. The moments of occurrence of the clock pulses in general are random and depend on the counting time of N pulses in the counter 15 pulses passing through the electronic key 10 from the output of the pulse generator 8. The open or closed state of the electronic key 10 is set depending on the level of the signal coming from the output of the time shift discriminator 14. If the level of this signal corresponds to a logical unit, then the electronic key is closed, and vice versa.

При достижении уровня сигнала на выходе цифрового фильтра 16 порогового значения срабатывает пороговый блок 17, сигнал на выходе которого переходит на другой уровень, например высокий, что вызывает увеличение основания счетчика 15 импульсов, например, на порядок, т.е. 10N, что вызывает изменение в то же число раз среднего времени перехода от одного состояния задержки блока 12 временной задержки в следующее и соответственно уменьшается скорость корреляционного анализа временного совпадения реализаций. When the signal level at the output of the digital filter 16 of the threshold value is reached, the threshold block 17 is triggered, the signal at the output of which goes to another level, for example, high, which causes the base of the pulse counter 15 to increase, for example, by an order of magnitude, i.e. 10N, which causes a change in the same number of times the average transition time from one delay state of the time delay block 12 to the next and, accordingly, the speed of the correlation analysis of the temporal coincidence of the implementations decreases.

В процессе работы устройства последовательно просматриваются все возможные взаимные временные сдвиги реализаций и соответственно на выходе цифрового фильтра 16 уровень сигнала изменяется в соответствии с величиной текущей взаимной корреляционной функции сигналов на выходах блоков начальной 11 и временной 12 задержки. During the operation of the device, all possible mutual time shifts of implementations are sequentially viewed, and accordingly, at the output of the digital filter 16, the signal level changes in accordance with the value of the current mutual correlation function of the signals at the outputs of the initial 11 and time 12 delay units.

В процессе работы сигнал с выхода цифрового фильтра 16 поступает на вход блока 18 фиксации экстремума, который в исходном состоянии обнулен. In the process, the signal from the output of the digital filter 16 is fed to the input of the block 18 fixing the extremum, which in the initial state was reset.

Среди текущих экстремумов (максимумов) функции взаимной корреляции выявляется максимум-максиморум, в момент появления которого на выходе блока 18 фиксации экстремума формируется управляющий сигнал, который поступает на вторые входы (входы управления записью) индикаторов уровня 19 и расстояния 20. В этот момент соответственно в индикаторе уровня 19 записывается уровень сигнала с выхода цифрового фильтра 16, определяющий величину взаимной функции корреляции, а в индикаторе расстояния 20 записывается измеренное значение временного сдвига, поступающее с третьего выхода блока 13 управления. Шкала индикатора 20 расстояния проградуирована на расстоянии до момента утечки от любого из акустических преобразователей или от середины исследуемого участка трубопровода. Among the current extrema (maximums) of the cross-correlation function, a maximum-maximum maximum is detected, at the moment of which the control signal is generated at the output of the extremum fixation unit 18, which is fed to the second inputs (recording control inputs) of level 19 and distance 20 indicators. At this moment, respectively, at the level indicator 19 records the signal level from the output of the digital filter 16, which determines the value of the mutual correlation function, and the measured value of the time shift is recorded in the distance indicator 20, after stupid from the third output of the control unit 13. The scale of the distance indicator 20 is calibrated at a distance up to the moment of leakage from any of the acoustic transducers or from the middle of the studied section of the pipeline.

Claims

DEVICE FOR DETERMINING LEAKAGE PLACES IN HEAD PIPELINES, containing the first and second acoustic transducers connected through two signal transducers with two inputs of the switch, the outputs of which are connected to a delay tuning element associated with the distance indicator, as well as a driving signal generation circuit and a control unit connected outputs with a switch, characterized in that it is equipped with an extremum fixation unit, a level indicator and a threshold unit, each signal converter is made in de sequentially connected by a bandpass filter and a binary quantizer, the delay adjustment element is in the form of an input delay unit and a time delay unit connected to the outputs of the switch by a time shift discriminator connected to their outputs and connected to the output of the last digital filter, and the driving signal generation circuit is in the form of series-connected frequency adjuster, pulse generator, electronic key and pulse counter, the output of which is connected to the input of the control unit, when the volume input of the distance indicator is connected to the output of the control unit connected by another output to the second input of the time delay unit, the second inputs of the bandpass filters are connected to the output of the frequency setter, the output of the extremum fixation unit is connected to the second inputs of the level and distance indicators, and the input of the threshold block, the input of the block fixing the extremum and the first input of the level indicator to the output of one of the binary quantizers, and the second input to the output of the time shift discriminator connected to the second input of the electronic key.