RU2207512C1 - Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд - Google Patents
Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд Download PDFInfo
- Publication number
- RU2207512C1 RU2207512C1 RU2002100518A RU2002100518A RU2207512C1 RU 2207512 C1 RU2207512 C1 RU 2207512C1 RU 2002100518 A RU2002100518 A RU 2002100518A RU 2002100518 A RU2002100518 A RU 2002100518A RU 2207512 C1 RU2207512 C1 RU 2207512C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring module
- projectile
- container
- tool
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к мониторингу магистральных трубопроводов. Технический результат: повышение точности работы навигационно-топографического внутритрубного инспектирующего снаряда за счет уменьшения внешних воздействий от поворотных ускорений, вибрации и напряженности магнитного поля внутри снаряда. Сущность: снаряд содержит герметичный контейнер, эластичные манжеты в передней и задней частях контейнера, датчики пути, приборные узлы, закрепленные внутри корпуса, блок электроники для регистрации сигналов датчиков, аккумуляторные батареи и измерительный модуль в виде корпуса кубической формы. На внутренних гранях корпуса установлены три волоконно-оптических гироскопа и три акселерометра с ортогональной взаимной ориентацией осей чувствительности. Модуль закрыт пермаллоевым кожухом с толщиной, обеспечивающей снижение величины напряженности магнитного поля снаряда до минимально допустимых значений для этих датчиков. Одна грань корпуса перпендикулярна продольной оси снаряда. Геометрический центр трех акселерометров совмещен с центром подвеса контейнера. Корпус измерительного модуля соединен средствами крепления с контейнером снаряда. Корпус модуля может быть соединен с контейнером средствами крепления через упругодемпфирующие элементы. Средства крепления установлены на грани корпуса измерительного модуля, перпендикулярной продольной оси контейнера снаряда. Упругодемпфирующие элементы выполнены с жесткостью, соответствующей выражению
(i=1, 2, 3)
где ωM - частота собственных недемпфированных колебаний амортизированного измерительного модуля; Vсн - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы; LОПОР - расстояние между рядами передних и задних колес (манжет); ωB - среднее значение диапазона частот вибраций снаряда, сi - коэффициенты жесткости вдоль соответствующих осей подвеса; m - масса измерительного модуля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
(i=1, 2, 3)
где ωM - частота собственных недемпфированных колебаний амортизированного измерительного модуля; Vсн - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы; LОПОР - расстояние между рядами передних и задних колес (манжет); ωB - среднее значение диапазона частот вибраций снаряда, сi - коэффициенты жесткости вдоль соответствующих осей подвеса; m - масса измерительного модуля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике мониторинга магистральных трубопроводов.
Известен универсальный диагностический снаряд-дефектоскоп для контроля за состоянием трубопроводов (патент RU 2111453, G 01 B 17/02, БИ 14, 1998), где введена секция навигационных и высотно-плановых отметок, представляющая собой герметичный корпус, внутри которого размещен навигационный модуль, включающий командный прибор с трехосным гиростабилизатором, цифровой вычислительный комплекс и блок регистрирующей аппаратуры. В этом техническом решении используется гиростабилизатор, точность которого снижается из-за интенсивных воздействий вибрации, ударов и отсутствия коррекции от других систем.
Известен подвижный вращающийся снаряд - топограф, применяемый для инспекции подземных трубопроводов изнутри (E.H.Knickmeyer, The Roling Pig or How does a Surveyor Greep Through a Pipeline. - Bulletin Geodesigue, 1994, 68, pp. 71-76). Снаряд содержит корпус, манжеты, одометры, блок чувствительных элементов, инерциальный блок в виде бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Недостатком является то, что в указанной работе отсутствует магнитный экран инерциального блока и не указаны координаты расположения центра трех акселерометров, что не обеспечивает заданной точности позиционирования.
Известна инерциальная система мониторинга трубопроводов (патент США 4945775, МКИ G 01 C 9/06, 1990), содержащая герметичный корпус, манжеты, одометры, чувствительные элементы и приемники неинерциальной природы, модуль в виде бесплатформенной инерциальной навигационной системы, бортовой компьютер. Недостатком этой системы также является отсутствие магнитного экрана инерциального блока и координат расположения центра трех акселерометров, что не обеспечивает заданной точности позиционирования.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является "Устройство для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов" (патент RU 2102704, G 01 В 17/02, БИ 2, 1998).
Это устройство состоит из герметичного контейнера, выполненного со смещенным к боковой поверхности относительно продольной оси центром тяжести, эластичных манжет, жестко закрепленных в носовой и хвостовой частях герметичного контейнера, датчика пути, блока вычислений и управления, регистратора, измерительного модуля, включающего три ряда ультразвуковых измерителей угловой скорости и трехкомпонентный акселерометр. Устройство снабжено аккумуляторной батареей.
Недостатком этого технического решения является наличие погрешностей за счет неопределенного места установки и крепления к контейнеру трех акселерометров. За счет этого появляются погрешности от поворотных ускорений контейнера, от его вибрации, ударов, а также магнитных полей (напряженность их в магнитных проходных дефектоскопах достигает 2500 А/м).
Задачей данного изобретения является повышение точности работы навигационного модуля и всего навигационно-топографического внутритрубного инспектирующего снаряда (НТ ВИС) за счет уменьшения внешних воздействий от поворотных ускорений, вибрации и напряженности магнитного поля внутри снаряда.
Это достигается тем, что в навигационно-топографическом внутритрубном инспектирующем снаряде, включающем герметичный контейнер, эластичные манжеты в передней и задней частях контейнера, датчики пути, приборные узлы, закрепленные внутри корпуса, блок электроники для регистрации сигналов датчиков, аккумуляторные батареи и измерительный модуль, содержащий три ортогонально расположенных волоконно-оптических гироскопа и три ортогонально расположенных акселерометра, измерительный модуль установлен на внутренних гранях корпуса кубической формы и закрыт пермаллоевым кожухом с толщиной, обеспечивающей снижение величины напряженности магнитного поля снаряда до минимально допустимых значений для этих датчиков, причем одна грань корпуса перпендикулярна продольной оси снаряда, геометрический центр трех акселерометров совмещен с центром подвеса контейнера, а корпус измерительного модуля соединен средствами крепления с контейнером снаряда. Корпус измерительного модуля может быть соединен с контейнером средствами крепления через упругодемпфирующие элементы. Кроме того, средства крепления установлены на грани корпуса измерительного модуля, перпендикулярной продольной оси контейнера снаряда, а упругодемпфирующие элементы выполнены с жесткостью, соответствующей выражению:
(i=1, 2, 3),
где ωМ - частота собственных недемпфированных колебаний амортизированного измерительного модуля; VСН - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы; LОПОР - расстояние между рядами передних и задних колес (манжет); ωВ - среднее значение диапазона частот вибраций снаряда, сi - коэффициенты жесткости вдоль соответствующих осей подвеса; m - масса измерительного модуля.
(i=1, 2, 3),
где ωМ - частота собственных недемпфированных колебаний амортизированного измерительного модуля; VСН - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы; LОПОР - расстояние между рядами передних и задних колес (манжет); ωВ - среднее значение диапазона частот вибраций снаряда, сi - коэффициенты жесткости вдоль соответствующих осей подвеса; m - масса измерительного модуля.
Технический результат, который может быть получен при реализации данного изобретения, - создание навигационно-топографического внутритрубного нспектирующего снаряда повышенной точности.
На фиг. 1 изображена схема навигационно-топографического внутритрубного инспектирующего снаряда (НТВИС), на фиг.2 - схема для определения центра подвеса снаряда, на фиг.3 представлен спектр вибраций опытного образца измерительного модуля на снаряде в трубе.
Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд состоит из герметичного контейнера 1, выполненного со смещением к боковой поверхности центра тяжести, эластичных манжет 2, жестко закрепленных в передней и задней частях контейнера, датчиков пути 3, приборного узла 4, блока электроники 5, аккумуляторных батарей 6 и измерительного модуля 7 в виде корпуса 8 измерительного модуля, трех волоконно-оптических гироскопов 9 и трех акселерометров 10, которые установлены на внутренних гранях кубического корпуса 8 измерительного модуля 7. Измерительный модуль 7 закрыт пермаллоевым кожухом 11 и установлен так, что геометрический центр трех акселерометров совпадает с центром подвеса снаряда, при этом одна грань кубического корпуса 8 измерительного модуля 7 перпендикулярна продольной оси контейнера, указанный корпус 8 соединен с контейнером 1 снаряда с помощью средств крепления 12 через три упругодемпфирующих опорных элемента 13; 14 - колеса, число которых в переднем и заднем рядах лежит в интервале 6-8 штук. Центр подвеса контейнера 1 определяется как точка "О" (см. фиг.2) пересечения прямых линий, соединяющих точки касания диагонально-противоположных колес 14' и 14', 14'' и 14'' соответственно как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях. Центр подвеса (НТВИС) и геометрический центр трех акселерометров необходимо совмещать, чтобы исключить в них погрешности от воздействия поворотных ускорителей [Бабаев А.А. Амортизация, демпфирование и стабилизация бортовых оптических приборов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984, с. 24]. В снарядах, где колеса отсутствуют, центром подвеса является точка пересечения диагональных прямых, проходящих через центры опорных площадок манжет 2.
Устройство работает следующим образом. Подключается питание от аккумуляторных батарей 6 ко всем блокам и элементам снаряда. Снаряд помещается в камеру запуска и за счет перепада давления вводится в магистральный газопровод. Герметичный контейнер 1 начинает перемещаться на эластичных манжетах 2 относительно трубы, состоящей из сваренных отрезков. Это движение воспринимается датчиком пути 3, приборными узлами 4 и измерительным модулем 7. Магнитные поля от намагниченных участков трубы и дополнительных блоков намагничивания внутри снаряда ослабляются за счет введения пермаллоевого кожуха 11. По данным измерений магнитного поля дефектоскопа "КРОТ-1200" во внутреннем объеме снаряда в зоне 0-20 см от центра подвеса герметичного контейнера все компоненты поля не превышают 500 А/м (при Хз=50 см напряженность по этой оси достигает 1300 А/м). В то же время по данным фирмы "Физоптика" известно, что, например, у волоконно-оптических гироскопов ВГ-910 сдвиг нуля составляет 0,5-2o/ч/Гаусс, а у ВГ-951 - 0,2-1o/ч/Гаусс. Следовательно, толщина пермаллоевого экрана должна быть выбрана из условия снижения этой величины до уровня шумового дрейфа.
Так как эти же приборы могут работать в диапазоне вибрации с амплитудой 6g при частотах от 20 до 2000 Гц (ВГ-910) и 2g при частотах от 20 до 500 Гц (ВГ-951), то при наличии амортизации в виде упругодемпфирующих опорных элементов пространственного нагружения 13 для эффективной работы необходимо, чтобы частота собственных недемпфированных колебаний измерительного модуля 7 на опорных элементах 13 относительно контейнера 1 была минимум в раз меньше, чем нижнее значение частоты диапазона существенных вибраций снаряда ("Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов". /Под ред. Д. С.Пельпора, М., Высшая школа, 1988, с. 416-425).
Нижнее значение частоты существенных вибраций снаряда может быть определено по частоте набегания снаряда на сварные швы из выражения
где Vсн - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы;
LОПОР - расстояние между рядами колес (манжетами).
где Vсн - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы;
LОПОР - расстояние между рядами колес (манжетами).
Частоты собственных колебаний амортизированного измерительного модуля 7 находятся из формулы
где Сi (i= 1, 2, 3) - значения жесткости упругодемпфирующих опорных элементов со средствами крепления вдоль трех осей системы координат, связанной с контейнером;
m - масса измерительного модуля 7.
где Сi (i= 1, 2, 3) - значения жесткости упругодемпфирующих опорных элементов со средствами крепления вдоль трех осей системы координат, связанной с контейнером;
m - масса измерительного модуля 7.
Известно, что вибрации основания оказывают существенное влияние на точность гироскопов и акселерометров (С.Ф. Коновалов, Теория виброустойчивости акселерометров, М. , Машиностроение, 270 с.; П.К. Плотников, А.В. Фузеев. Влияние короткопериодических колебаний объекта на показания гиротахометра// Повышение надежности приборов, науч. тр. СПИ, вып. 23, Саратов "Коммунист", 1966, с. 69-77). Снижение этого влияния в данном техническом решении осуществляют путем применения амортизаторов со следующей рекомендацией по выбору частот собственных колебаний корпуса измерительного модуля на опорных элементах.
Данные частоты ωм должны лежать в интервале частот:
где Vсн - среднее значение скорости движения снаряда относительно трубы;
LОПОР - расстояние между передними и задними опорами снаряда;
ωМ - частота собственных колебаний измерительного модуля на опорных элементах;
ωВ - среднее значение частоты существенных вибраций снаряда по координатам поступательного движения.
где Vсн - среднее значение скорости движения снаряда относительно трубы;
LОПОР - расстояние между передними и задними опорами снаряда;
ωМ - частота собственных колебаний измерительного модуля на опорных элементах;
ωВ - среднее значение частоты существенных вибраций снаряда по координатам поступательного движения.
При этом должно выполняться требование:
ωМ≅ωiC, (5)
(i=1, 2, 3),
где ωC - резонансная частота (частота среза) на амплитудно-частотной характеристике i-го акселерометра.
ωМ≅ωiC, (5)
(i=1, 2, 3),
где ωC - резонансная частота (частота среза) на амплитудно-частотной характеристике i-го акселерометра.
Результаты экспериментального исследования величин ускорений по трем координатам (фиг.3) показали, что среднее значение частоты вибрации НТ ВИС составило 100 Гц в продольном направлении, 80 Гц - в боковом и 125 Гц - в вертикальном. При рекомендуемой скорости снаряда в 1 м/с и расстоянии между опорами 1,25 м нижнее значение частот ωH = 8 Гц, а диапозон должен быть в пределах 2-80 Гц. Жесткость упругодемпфирующих элементов выбираем из соотношения (1).
Размещение акселерометров в центре подвеса снаряда снижает поворотное ускорение, обусловленное вращением движущегося снаряда, что повышает точность измерения ускорений контейнера 1 НТ ВИС.
Выполнение условий (1-4) с помощью вибропоглощающих прокладок 13, за счет подбора жесткости и коэффициента демпфирования обеспечивает ослабление действия вибрации и повышение точности работы модуля. При этом после извлечения снаряда из приемной камеры и переключения бортовой аппаратуры с долговременного запоминающего устройства к наземной системе повышается достоверность информации о координатах трассы и кинематических параметрах движения НТ ВИС.
Claims (3)
1. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд, включающий герметичный контейнер, эластичные манжеты в передней и задней частях контейнера, датчики пути, приборные узлы, закрепленные внутри корпуса, блок электроники для регистрации сигналов датчиков, аккумуляторные батареи и измерительный модуль, содержащий три ортогонально расположенных волоконно-оптических гироскопа и три ортогонально расположенных акселерометра, отличающийся тем, что измерительный модуль установлен на внутренних гранях корпуса кубической формы и закрыт пермаллоевым кожухом с толщиной, обеспечивающей снижение величины напряженности магнитного поля снаряда до минимально допустимых значений для этих датчиков, причем одна грань корпуса перпендикулярна продольной оси снаряда, геометрический центр трех акселерометров совмещен с центром подвеса контейнера, а корпус измерительного модуля соединен средствами крепления с контейнером снаряда.
2. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд по п.1, отличающийся тем, что корпус измерительного модуля соединен с контейнером средствами крепления через упругодемпфирующие элементы.
3. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд по п. 2, отличающийся тем, что средства крепления установлены на грани корпуса измерительного модуля, перпендикулярной продольной оси контейнера снаряда, а упругодемпфирующие элементы выполнены с жесткостью, соответствующей выражению
(i = 1, 2, 3)
где ωм - частота собственных недемпфированных колебаний амортизированного измерительного модуля;
Vсн - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы;
LОПОР - расстояние между рядами передних и задних колес (манжет);
ωв - среднее значение диапазона частот вибраций снаряда;
сi - коэффициенты жесткости вдоль соответствующий осей подвеса;
m - масса измерительного модуля.
(i = 1, 2, 3)
где ωм - частота собственных недемпфированных колебаний амортизированного измерительного модуля;
Vсн - среднее значение линейной скорости снаряда внутри трубы;
LОПОР - расстояние между рядами передних и задних колес (манжет);
ωв - среднее значение диапазона частот вибраций снаряда;
сi - коэффициенты жесткости вдоль соответствующий осей подвеса;
m - масса измерительного модуля.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002100518A RU2207512C1 (ru) | 2002-01-08 | 2002-01-08 | Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002100518A RU2207512C1 (ru) | 2002-01-08 | 2002-01-08 | Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2207512C1 true RU2207512C1 (ru) | 2003-06-27 |
Family
ID=29211314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002100518A RU2207512C1 (ru) | 2002-01-08 | 2002-01-08 | Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2207512C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101290226B (zh) * | 2008-06-10 | 2010-12-29 | 北京航空航天大学 | 一种三轴光纤陀螺系统一体化的安装骨架 |
CN101290227B (zh) * | 2008-06-17 | 2010-12-29 | 北京航空航天大学 | 一种三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构 |
CN102636164A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-08-15 | 北京航空航天大学 | 一种用于高精度捷联系统的光纤陀螺imu组合 |
RU2550160C2 (ru) * | 2013-05-21 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Устройство подвеса бока чувствительных элементов инерциально-навигационной системы на базе твердотельных волоконных гироскопов |
CN111022827A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-04-17 | 上海邦芯物联网科技有限公司 | 一种柔性管道机器人 |
-
2002
- 2002-01-08 RU RU2002100518A patent/RU2207512C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101290226B (zh) * | 2008-06-10 | 2010-12-29 | 北京航空航天大学 | 一种三轴光纤陀螺系统一体化的安装骨架 |
CN101290227B (zh) * | 2008-06-17 | 2010-12-29 | 北京航空航天大学 | 一种三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构 |
CN102636164A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-08-15 | 北京航空航天大学 | 一种用于高精度捷联系统的光纤陀螺imu组合 |
CN102636164B (zh) * | 2012-04-18 | 2015-01-07 | 北京航空航天大学 | 一种用于高精度捷联系统的光纤陀螺imu组合 |
RU2550160C2 (ru) * | 2013-05-21 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Устройство подвеса бока чувствительных элементов инерциально-навигационной системы на базе твердотельных волоконных гироскопов |
CN111022827A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-04-17 | 上海邦芯物联网科技有限公司 | 一种柔性管道机器人 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6502283B2 (ja) | マイクロ慣性測定装置 | |
CA1286772C (en) | System for surveying fluid transmission pipelines and the like | |
CA2313757C (en) | Method and apparatus for determining location of characteristics of a pipeline | |
US7444867B2 (en) | Accelerometer and rate sensor package for gravity gradiometer instruments | |
JP2851657B2 (ja) | パイプライン・モニタリング装置 | |
US7841249B2 (en) | Fluidized sensor for mapping a pipeline | |
GB2088554A (en) | Pipeline route surveying device | |
US8079258B1 (en) | Gyroscope and pendulous gyroscopic accelerometer with adjustable scale factor, and gravity gradiometer using such | |
US4799391A (en) | Method for surveying fluid transmission pipelines | |
Lobo et al. | Inertial navigation system for mobile land vehicles | |
US4717875A (en) | Method and system for determining curvature in fluid transmission pipelines | |
JP2002040155A (ja) | 重力測定装置及び方法 | |
CN101581221B (zh) | 随钻测量系统 | |
RU2207512C1 (ru) | Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд | |
CN109681189A (zh) | 一种井径扇区固井质量及轨迹一体化测量仪 | |
CN211318793U (zh) | 一种基于减震超材料的海洋三分量重力仪器 | |
Shkel et al. | Pedestrian inertial navigation with self-contained aiding | |
Chen | Near-field ground motion from the Landers earthquake | |
RU2655614C1 (ru) | Способ измерения радиусов изгиба трубопровода на основе данных диагностического комплекса для определения положения трубопровода | |
RU2320963C2 (ru) | Способ выставки осей подвижного объекта | |
RU2272248C1 (ru) | Способ определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией | |
RU2260199C2 (ru) | Способ и устройство для определения параметров гравитационного и волнового полей | |
Wang et al. | RLG SINS dynamic error compensation under vibration environments | |
Jaroszewicz et al. | Measurement of short-period weak rotation signals | |
Anthony | Gradiometer applications and status of sensor development |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120109 |
|
BF4A | Cancelling a publication of earlier date [patents] |
Free format text: PUBLICATION IN JOURNAL SHOULD BE CANCELLED |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140109 |