RU2263887C1 - Method and device for detecting leakage in pressure pipeline - Google Patents
Method and device for detecting leakage in pressure pipeline Download PDFInfo
- Publication number
- RU2263887C1 RU2263887C1 RU2004113595/28A RU2004113595A RU2263887C1 RU 2263887 C1 RU2263887 C1 RU 2263887C1 RU 2004113595/28 A RU2004113595/28 A RU 2004113595/28A RU 2004113595 A RU2004113595 A RU 2004113595A RU 2263887 C1 RU2263887 C1 RU 2263887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- phase
- voltage
- intermediate frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемые способ и устройство относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы для определения координат течи в подземных трубопроводах систем тепло- и водоснабжения.The proposed method and device relate to the control and measuring technique and can be used to determine the coordinates of the leak in the underground pipelines of heat and water supply systems.
Известны способы и устройства для определения места течи в подземных трубопроводах (авт. свид. СССР №336463, 380909, 380910, 411268, 417675, 724957, 930909, 934269, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1216550, 1283566, 1368685, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1777014, 1781577, 1800219, 1812386; патенты РФ №2011110, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2204119; патенты США №3045116, 3744298, 4289019, 4570477; патент Великобритании №1349120; патенты Франции №2374628, 2504651; патент ФРГ №3112829; патенты Японии №46-4795, 55-6856, 59-38.537, 63-22531; Волошин В.И. и др. Акустический определитель местоположения развивающегося дефекта.// Дефектоскопия, 1980, №8, с.69-74 и другие).Known methods and devices for determining the location of a leak in underground pipelines (ed. Certificate of the USSR No. 336463, 380909, 380910, 411268, 417675, 724957, 930909, 934269, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1216550, 1283566, 1368685, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1777014, 1781577, 1800219, 1812386; RF patents No. 20111110, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2204119; US patents No. 3045116, 3744298, 4289019, 4570477; UK patent; France patent no. 2374628, 2504651; German patent No. 3112829; Japanese patents No. 46-4795, 55-6856, 59-38.537, 63-22531; Voloshin V.I. et al. Acoustic locator of a developing defect. // Defectoscopy, 1980, No. 8 , p.69-74 and others).
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является "Способ определения места течи в напорном трубопроводе и устройство для его осуществления" (патент РФ №2204119, G 01 М 3/08, 2001), которые и выбраны в качестве прототипов.Of the known methods closest to the proposed one is the "Method of determining the place of a leak in the pressure pipe and a device for its implementation" (RF patent No. 2204119, G 01 M 3/08, 2001), which are selected as prototypes.
Однако в известных способе и устройстве для его осуществления одно и то же значение промежуточной частоты ωпр может быть получено при приеме сигналов на двух частотах ωс и ωз, т.е.However, in the known method and device for its implementation, the same value of the intermediate frequency ω pr can be obtained by receiving signals at two frequencies ω s and ω s , i.e.
ωпр=ωс-ωг, и ωпр=ωг-ωз.ω ol = ω s -ω g , and ω ol = ω g -ω s .
Следовательно, если частоту настройки ωс принять за основной канал приема, то наряду с ним будет присутствовать зеркальный канал приема, частота ωз которого отличается от частоты (ωс основного канала на 2ωпр, и расположены симметрично (зеркально) относительно частоты ωг гетеродина (фиг.2). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основному каналу, поэтому он наиболее существенно влияет на помехоустойчивость, избирательность и точность определения места течи в напорном трубопроводе.Therefore, if the tuning frequency ω to take over the main receiving channel, along with it will be present mirror reception channel, the frequency ω of which differs from the frequency (ω a main channel 2ω straight and are arranged symmetrically (mirror) relative to frequency ω r LO (Figure 2). conversion of the image channel reception takes place with the same conversion coefficient K, etc., as the main channel, so it is the most significant effect on immunity, selectivity and accuracy of determining the location of a leak in the pressure ruboprovode.
Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема, частоту которых можно определить следующим образом:In addition to the mirror, there are other additional (combination) reception channels, the frequency of which can be determined as follows:
ωпр=|±mωki±nωг|,ω ave = | ± mω ki ± nω g |,
где ωki - частота i-го комбинационного канала приема;where ω ki is the frequency of the i-th Raman reception channel;
m, n, i - целые положительные числа.m, n, i are positive integers.
Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность приемного устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:The most harmful combinational reception channels are those generated by the interaction of the signal frequency with the harmonics of the frequency of the local oscillator of the small order (second, third, etc.), since the sensitivity of the receiving device through these channels is close to the sensitivity of the main receiving channel. So, two combination channels with m = 1 and n = 2 correspond to frequencies:
ωk1=2ωг-ωпр и ωk2=2ωг+ωпр.ω k1 = 2ω g -ω pr and ω k2 = 2ω g + ω pr
Если частота помехи равна промежуточной частоте, то образуется канал прямого прохождения.If the interference frequency is equal to the intermediate frequency, then a direct channel is formed.
Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, а также по каналу прямого прохождения приводит к снижению помехоустойчивости, избирательности и точности определения места течи в напорном трубопроводе.The presence of false signals (interference) received through the mirror and Raman channels, as well as through the direct channel, leads to a decrease in noise immunity, selectivity and accuracy of determining the place of a leak in the pressure pipe.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости, избирательности и точности определения места течи в напорном трубопроводе путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.An object of the invention is to increase the noise immunity, selectivity and accuracy of determining the location of a leak in a pressure pipe by suppressing false signals (interference) received via additional channels.
Поставленная задача решается тем, что согласно способу определения места течи в напорном трубопроводе, находящемся под слоем грунта, основанном на электромагнитном зондировании грунта вдоль трассы трубопровода плоскополяризованной электромагнитной волной и приема сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от трубопровода, при этом сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональном глубине залегания трубопровода, а сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, а затем выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, ограничивают его по амплитуде, измеряют сдвиг фаз между сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, сравнивают измеренное значение сдвига фаз с эталонным значением и по результатам сравнения принимают решение о наличии места течи в контролируемом трубопроводе, в канале приема сигнала с левой круговой поляризацией выделяют ложный сигнал (помеху) на промежуточной частоте, инвертируют его по фазе и суммируют с исходным принимаемым ложным сигналом (помехой), сдвигают по фазе 90° напряжение гетеродина и используют его для дополнительного преобразования по частоте принимаемого сигнала, выделяют дополнительное напряжение промежуточной частоты, сдвигают его по фазе на 90°, суммируют основное и дополнительное напряжение промежуточной частоты, перемножают полученное суммарное напряжение промежуточной частоты с принимаемым сигналом, выделяют напряжение на частоте гетеродина, детектируют его и используют в качестве управляющего сигнала для разрешения перемножения полученного суммарного напряжения промежуточной частоты с сигналом правой круговой поляризацией.The problem is solved in that according to the method for determining the location of a leak in a pressure pipe under a layer of soil, based on electromagnetic sounding of the soil along the pipeline route by a plane polarized electromagnetic wave and receiving signals with right and left circular polarization reflected from the pipeline, the signal with the right they are gated with circular polarization in time, proportional to the depth of the pipeline, and the signal with left circular polarization is converted in frequency, emit intermediate frequency and then isolate the harmonic voltage at a stable local oscillator frequency, limit it in amplitude, measure the phase shift between the signals with right and left circular polarization at a stable local oscillator frequency, compare the measured phase shift with a reference value and decide on if there is a leak in the monitored pipeline, in the signal receiving channel with left circular polarization, a false signal (interference) is emitted at the intermediate frequency, invert it by Then they are summed up with the initial received false signal (interference), the local oscillator phase voltage is shifted 90 ° and used for additional conversion of the received signal frequency, an additional intermediate frequency voltage is isolated, 90 ° phase shifted, the main and additional intermediate voltage are summed frequency, multiply the resulting total voltage of the intermediate frequency with the received signal, isolate the voltage at the local oscillator frequency, detect it and use it as a control system Nala to enable multiplying the obtained total voltage of the intermediate frequency signal with the right circular polarization.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для определения места течи в напорном трубопроводе, содержащее последовательно включенные передатчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, первый ключ, второй вход которого через блок временной задержки соединен с вторым выходом синхронизатора, первый перемножитель, первый узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, измеритель выходного напряжения, блок сравнения, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя выходного напряжения, и индикатор, последовательно включенные вторую приемную антенну и второй приемник, последовательно включенные гетеродин, первый смеситель и первый усилитель промежуточной частоты, при этом передающая антенна имеет линейную поляризацию, первая приемная антенна восприимчива к сигналам с правой круговой поляризацией, вторая приемная антенна восприимчива к сигналам с левой круговой поляризацией, снабжено вторым и третьим узкополосными фильтрами, фазоинвертором, двумя сумматорами, двумя фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, вторым перемножителем, амплитудным детектором и третьим ключом, причем к выходу второго приемника последовательно подключены второй узкополосный фильтр, фазоинвертор, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, второй смеситель, второй вход которого через первый фазовращатель на 90° соединен с первым выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, третий узкополосный фильтр, амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к второму входу первого перемножителя, выход первого сумматора подключен к второму входу первого смесителя.This object is achieved in that the device for determining the location of a leak in the pressure pipe, containing a series-connected transmitter, the control input of which is connected to the first output of the synchronizer, and a transmitting antenna, series-connected the first receiving antenna, the first receiver, the first key, the second input of which through the unit time delay is connected to the second output of the synchronizer, the first multiplier, the first narrow-band filter, an amplitude limiter, a phase detector, the second input of which is dinene with the first output of the local oscillator, an output voltage meter, a comparison unit, a second key, the second input of which is connected to the output of the output voltage meter, and an indicator, a second receiving antenna and a second receiver in series, a local oscillator, a first mixer and a first intermediate frequency amplifier, while the transmitting antenna is linearly polarized, the first receiving antenna is susceptible to signals with right circular polarization, the second receiving antenna is susceptible to signals with circular polarization, equipped with a second and third narrow-band filters, a phase inverter, two adders, two 90 ° phase shifters, a second mixer, a second intermediate frequency amplifier, a second multiplier, an amplitude detector and a third key, and a second narrow-band filter is connected in series to the output of the second receiver, a phase inverter, a first adder, the second input of which is connected to the output of the second receiver, a second mixer, the second input of which is connected through the first phase shifter 90 ° to the first output a local oscillator house, a second intermediate frequency amplifier, a second 90 ° phase shifter, a second adder, the second input of which is connected to the output of the first intermediate frequency amplifier, a second multiplier, the second input of which is connected to the output of the first adder, a third narrow-band filter, an amplitude detector and a third key, the second input of which is connected to the output of the second adder, and the output is connected to the second input of the first multiplier, the output of the first adder is connected to the second input of the first mixer.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, изображена на фиг.2.The structural diagram of a device that implements the proposed method is presented in figure 1. A frequency diagram explaining the principle of formation of additional reception channels is shown in FIG.
Устройство содержит последовательно включенные синхронизатор 13, передатчик 1 и передающую антенну 3, последовательно включенные первую приемную антенну 4, первый приемник 2, первый ключ 15, второй вход которого через блок 14 временной задержки соединен с вторым выходом синхронизатора 13, первый перемножитель 21, первый узкополосный фильтр 22, амплитудный ограничитель 23, фазовый детектор 5, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 18, измеритель 6 выходного напряжения, блок 24 сравнения, второй ключ 25, второй вход которого соединен с выходом измерителя 6 выходного напряжения, и индикатор 26, последовательно включенные вторую приемную антенну 16, второй приемник 17, второй узкополосный фильтр 27. Фазоинвертор 28, первый сумматор 29, второй вход которого соединен с выходом второго приемника 17, первый смеситель 19, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 18, и первый усилитель 20 промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу первого сумматора 29, второй смеситель 31, второй вход которого через первый фазовращатель 30 на 90° соединен с первым выходом гетеродина 18, второй усилитель 32 промежуточной частоты, второй фазовращатель 33 на 90°, второй сумматор 34, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 20 промежуточной частоты, второй перемножитель 35, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 29, третий узкополосный фильтр 36, амплитудный детектор 37 и третий ключ 38, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 34, а выход подключен к второму входу первого перемножителя 21.The device comprises serially connected synchronizer 13, transmitter 1 and transmitting antenna 3, serially connected first receiving antenna 4,
Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, обеспечивается "фильтром-пробкой", состоящим из узкополосного фильтра 27, фазоинвертора 28 и первого сумматора 29 и реализующим фазокомпенсационный метод.The suppression of false signals (interference) received through the direct channel at an intermediate frequency ω pr is provided by a “filter plug” consisting of a narrow-band filter 27, a phase inverter 28, and a first adder 29 and implementing a phase compensation method.
Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ωз и по первому комбинационному каналу на частоте ωк1, обеспечивается "внешним кольцом", состоящим из смесителей 19 и 31, гетеродина 18, фазовращателей 30 и 33 на 90°, усилителей 20 и 32 промежуточной частоты, второго сумматора 34 и реализующим фазокомпенсационный метод.The suppression of false signals (interference) received through the mirror channel at a frequency ω s and through the first combination channel at a frequency ω k1 is provided by the "outer ring" consisting of mixers 19 and 31, a local oscillator 18, phase shifters 30 and 33 by 90 °, amplifiers 20 and 32 of the intermediate frequency, the second adder 34 and implements phase-compensation method.
Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму комбинационному каналу на частоте ωк2 обеспечивается "внутренним кольцом", состоящим из перемножителя 35, узкополосного фильтра 38 и реализующим метод узкополосной фильтрации.Suppression of false signals (interference) received via the second combinational channel at a frequency ω k2 is provided by the "inner ring" consisting of a multiplier 35, a narrow-band filter 38 and implementing the narrow-band filtering method.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Синхронизатор 13 формирует стабильные прямоугольные видеоимпульсы с известным периодом следования Тсл и длительностью Ти, которые периодически запускают передатчик 1. Последний формирует высокочастотный зондирующий сигнал с линейной поляризациейThe proposed method is as follows. The synchronizer 13 generates stable rectangular video pulses with a known repetition period T SL and duration T and that periodically trigger the transmitter 1. The latter generates a high-frequency probe signal with linear polarization
uс(t)=Uсcos(ωсt+φс), 0≤t≤Tи,u s (t) = U s cos (ω s t + φ s ), 0≤t≤T and ,
где Uс, ωс, φс, Ти - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность зондирующего сигнала, который через передающую антенну 3 излучается в направлении трубопровода 8, находящегося под слоем грунта 7. В грунте 7 создается электромагнитное поле путем его электромагнитного зондирования вдоль трассы трубопровода. При достижении зондирующим сигналом 9 трубопровода 8 происходит его частичное отражение в сторону поверхности земли (точка А). Отраженный сигнал 10 улавливается приемными антеннами 4 и 19. При этом приемная антенна 4 восприимчива только к сигналу с правой круговой поляризацией, а приемная антенна 19 - только к сигналу с левой круговой поляризацией.where U s , ω s , φ s , T and are the amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of the probe signal, which is transmitted through the transmitting antenna 3 in the direction of the pipeline 8, which is under the soil layer 7. An electromagnetic field is created in the soil 7 by electromagnetic sounding along the pipeline route. When the probing signal 9 reaches the pipeline 8, it is partially reflected towards the surface of the earth (point A). The reflected signal 10 is captured by the receiving antennas 4 and 19. In this case, the receiving antenna 4 is susceptible only to the signal with the right circular polarization, and the receiving antenna 19 is only susceptible to the signal with the left circular polarization.
На выходе приемников 2 и 17 образуются следующие сигналы:The output of the
uп(t)=Uс(t)cos[(ωс±Δω)t+φ1],u p (t) = U s (t) cos [(ω s ± Δω) t + φ 1 ],
uл(t)=Uл(t)cos[(ωс±Δω)t+φ2],u l (t) = U l (t) cos [(ω with ± Δω) t + φ 2 ],
где индексы "п" и "л" относятся соответственно к сигналам с правой и левой круговой поляризацией;where the indices "p" and "l" refer respectively to signals with right and left circular polarization;
Uп(t), Uл(t) - огибающие сигналов с правой и левой круговой поляризацией;U p (t), U l (t) - envelopes of signals with right and left circular polarization;
±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная некогерентным отражением и другими дестабилизирующими факторами.± Δω - carrier frequency instability caused by incoherent reflection and other destabilizing factors.
Сигнал Uп(t) с выхода приемника 2 через ключ 15 поступает на первый вход перемножителя 21. Чтобы измеряемая разность фаз соответствовала глубине h залегания трубопровода 8, перемножитель 21 стробируется по времени с помощью ключа 15, на управляющий вход которого поступают короткие прямоугольные видеоимпульсы с выхода блока 14 временной задержки. Временная задержка импульсов определяется глубиной h залегания трубопровода 8 в грунте 7. При изменении глубины меняется и время задержки.The signal U p (t) from the output of the
Сигнал Uл(t) с выхода приемника 17 через первый сумматор 29 поступает на первые входы смесителей 19 и 31, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 18 соответственно:The signal U l (t) from the output of the receiver 17 through the first adder 29 is supplied to the first inputs of the mixers 19 and 31, the second inputs of which are supplied with the local oscillator voltage 18, respectively:
uг1(t)=Uгcos(ωгt+φг),u g1 (t) = U g cos (ω g t + φ g ),
uг2(t)=Uгcos(ωгt+φг+90°),u g2 (t) = U g cos (ω g t + φ g + 90 °),
где Uг, ωг, φг - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.where U g , ω g , φ g - amplitude, frequency and initial phase of the local oscillator voltage.
Так как частота настройки ωн1 узкополосного фильтра 27 выбирается равной промежуточной частоте ωпр(ωн1=ωпр), то у сумматора 29 работает только одно плечо.Since the tuning frequency ω n1 of the narrow-band filter 27 is chosen equal to the intermediate frequency ω pr (ω n1 = ω pr ), then the adder 29 only has one arm.
На выходах смесителей 19 и 31 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 20 и 32 выделяются только напряжения промежуточной (разностной) частоты:At the outputs of the mixers 19 and 31, voltages of combination frequencies are generated. Amplifiers 20 and 32 are allocated only the voltage of the intermediate (differential) frequency:
uпр1(t)=Uпр(t)cos[(ωпр±Δω)t+φпр], pr1 u (t) = U pr (t) cos [(ω ave ± Δω) t + φ etc.],
uпр2(t)=Uпр(t)cos[(ωпр±Δω)t±φпр-90°], 0≤t≤Tи, np2 u (t) = U pr (t) cos [(ω ave ± Δω) t ± φ pr -90 °], 0≤t≤T and
где ;Where ;
К1 - коэффициент передачи смесителей;To 1 - gear ratio of the mixers;
ωпр=ωс-ωг - промежуточная частота;ω CR = ω with -ω g is the intermediate frequency;
φпр=φ2-φг.φ ol = φ 2 -φ g .
Напряжение Uпр2(t) из выхода усилителя 32 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 33 на 90°, на выходе которого образуется напряжениеThe voltage U CR2 (t) from the output of the intermediate frequency amplifier 32 is supplied to the input of the phase shifter 33 by 90 °, at the output of which a voltage is generated
uпр3(t)=Uпр(t)cos[(ωпр±Δω)t+φпр-90°+90°]=Uпр(t)cos[(ωпр±Δω)t+φпр.u pr3 (t) = U pr (t) cos [(ω pr ± Δω) t + φ pr -90 ° + 90 °] = U pr (t) cos [(ω pr ± Δω) t + φ pr
Напряжения uпр1(t) и uпр3(t) поступают на два входа сумматора 34, на выходе которого образуется суммарное напряжениеVoltages u CR1 (t) and u CR3 (t) are supplied to two inputs of the adder 34, the output of which is formed by the total voltage
u∑(t)=U∑(t)cos[(ωпр±Δω)t+φпр],u ∑ (t) = U ∑ (t) cos [(ω ol ± Δω) t + φ ol ],
где U∑(t)=2Uпр(t).where U ∑ (t) = 2U pr (t).
Это напряжение подается на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого поступает принимаемый сигнал uл(t). На выходе перемножителя 35 образуется напряжениеThis voltage is supplied to the first input of the multiplier 35, the second input of which receives the received signal u l (t). The output of the multiplier 35 is formed voltage
u1(t)=U1(t)cos(ωгt+φг), 0≤t≤Tи,u 1 (t) = U 1 (t) cos (ω g t + φ g ), 0≤t≤T and ,
где ;Where ;
К2 - коэффициент передачи перемножителя.K 2 is the transmission coefficient of the multiplier.
Так как частота настройки ωн2 узкополосного фильтра 36 выбирается равной частоте ωг гетеродина 18 (ωн2=ωг), то напряжение u1(t) выделяется узкополосным фильтром 36, детектируется амплитудным детектором 37 и поступает на управляющий вход ключа 38, открывая его. В исходном состоянии ключ 38 всегда закрыт. При этом напряжение u∑(t) с выхода сумматора 34 через открытый ключ 38 поступает на второй вход перемножителя 21. На выходе последнего образуется гармоническое напряжениеSince the tuning frequency ω n2 of the narrow-band filter 36 is chosen equal to the frequency ω g of the local oscillator 18 (ω n2 = ω g ), the voltage u 1 (t) is emitted by the narrow-band filter 36, is detected by the amplitude detector 37 and is supplied to the control input of the key 38, opening it . In the initial state, key 38 is always closed. The voltage u ∑ (t) from the output of the adder 34 through the public key 38 is supplied to the second input of the multiplier 21. At the output of the latter, a harmonic voltage is generated
u2(t)=U2(t)cos(ωгt+φг+Δφ), 0≤t≤Ти,u 2 (t) = U 2 (t) cos (ω g t + φ g + Δφ), 0≤t≤T and ,
где ;Where ;
Δφ=φ2-φ1 - разность фаз между сигналами с правой и левой круговой поляризацией,Δφ = φ 2 -φ 1 is the phase difference between the signals with the right and left circular polarization,
которое выделяется узкополосным фильтром 22 и поступает на вход амплитудного ограничителя 23. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is allocated by a narrow-band filter 22 and fed to the input of the amplitude limiter 23. At the output of the latter, a voltage is generated
u3(t)=Uогрcos(ωгt+φг+Δφ), 0≤t≤Tи,u 3 (t) = U ogr cos (ω g t + φ g + Δφ), 0≤t≤T and ,
где Uогр - порог ограничения,where U ogre is the limit threshold,
которое поступает на первый вход фазового детектора 5, на второй вход которого подается напряжение uг(t) гетеродина 18. На выходе последнего образуется постоянное напряжениеwhich is fed to the first input of the phase detector 5, the second input of which is supplied with the voltage u g (t) of the local oscillator 18. A constant voltage is generated at the output of the latter
uн(Δφ)=UнcosΔφ,u n (Δφ) = U n cosΔφ,
где ;Where ;
К3 - коэффициент передачи фазового детектора,K 3 - the transfer coefficient of the phase detector,
пропорциональное измеряемому сдвигу фаз Δφ. Это напряжение измеряется измерителем 6 выходного напряжения. В блоке 24 сравнения осуществляется сравнение измеренного значения выходного напряжения с эталонным значениемproportional to the measured phase shift Δφ. This voltage is measured by a meter 6 of the output voltage. In block 24 comparison compares the measured value of the output voltage with a reference value
uэ(ΔφЭ)=UЭcosΔφэ,u e (Δφ E ) = U E cosΔφ e ,
где Δφэ - неизменяемый фазовый сдвиг, получаемый при зондировании грунта над неповрежденными участками трубопровода 8.where Δφ e - unchanged phase shift obtained by probing the soil over undamaged sections of the pipeline 8.
Сдвиг фаз Δφ определяется частотой зондирующего сигнала и электрическими параметрами грунта 7. Этот сдвиг фаз остается неизменным при зондировании грунта над неповрежденными участками трубопровода 8, поскольку все определяющие его величины остаются постоянными. Поэтому в блоке 24 сравнения хранится эталонное значение выходного напряжения, соответствующего сдвигу фаз при зондировании грунта над неповрежденными участками трубопровода.The phase shift Δφ is determined by the frequency of the probing signal and the electrical parameters of the soil 7. This phase shift remains unchanged when probing the soil over undamaged sections of the pipeline 8, since all its determining quantities remain constant. Therefore, in block 24 comparison stores the reference value of the output voltage corresponding to the phase shift when probing the soil over undamaged sections of the pipeline.
При uн(t)≈uэ(t) в блоке 24 сравнения постоянное напряжение не формируется.When u n (t) ≈u e (t) in block 24 of the comparison of the constant voltage is not formed.
При зондировании грунта над поврежденным участком 11 трубопровода 8 (точка В) сигналы с правой и левой круговой поляризацией частично проходят по влажному слою 12 грунта 7, образованному при вытекании жидкости из контролируемого трубопровода 8.When probing the soil over the damaged section 11 of the pipeline 8 (point B), the signals with right and left circular polarization partially pass through the wet layer 12 of the soil 7 formed when the fluid flows out of the controlled pipeline 8.
При прохождении электромагнитной волны по влажному грунту, имеющему отличные от сухого грунта электрические параметры (большую проводимость и диэлектрическую проницаемость), изменяется фазовая скорость распространения волны.When an electromagnetic wave propagates through wet soil having electrical parameters different from dry soil (high conductivity and permittivity), the phase velocity of the wave propagates.
Когда плоскополяризованная электромагнитная волна отражается от трубопровода, на которую воздействует внешнее магнитное поле Земли, то оно разделяется на две независимые составляющие, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения. На частотах дециметрового диапазона обе составляющие имеют круговую поляризацию. Обе составляющие электромагнитной волны распространяется во влажном слое 12 грунта 7 с различными скоростями, вследствие чего фазовые соотношения между этими волнами изменяются.When a plane-polarized electromagnetic wave is reflected from the pipeline, which is affected by the external magnetic field of the Earth, it is divided into two independent components, which in the general case have elliptical polarization with opposite directions of rotation. At frequencies of the decimeter range, both components have circular polarization. Both components of the electromagnetic wave propagate in the wet layer 12 of the soil 7 with different speeds, as a result of which the phase relations between these waves change.
Это явление обычно называется эффектом Фарадея, из-за которого отраженный сигнал испытывает вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации, который определяется разной скоростью распространения сигналов с правой и левой круговой поляризацией по влажному слою грунта, находится из соотношения:This phenomenon is usually called the Faraday effect, due to which the reflected signal experiences the rotation of the plane of polarization. The angle of rotation of the plane of polarization, which is determined by the different speed of propagation of signals with right and left circular polarization along the wet soil layer, is found from the ratio:
где φ1, φ2 - фазовые запаздывания сигналов с правой и левой круговой поляризацией соответственно.where φ 1 , φ 2 are the phase delays of signals with right and left circular polarization, respectively.
Все это приводит к изменению сдвига фаз Δφ и значения выходного напряжения uн(Δφ) фазового детектора 5. При uн(Δφ)>uэ(Δφ) в блоке 24 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 25, открывая его. В исходном состоянии ключи 15, 25 и 38 всегда закрыты. При этом выходное напряжение uн(Δφ) с выхода измерителя 6 выходного напряжения поступает через открытый ключ 25 на вход индикатора 26. При этом факт регистрации выходного напряжения uн(Δφ) фазового замера свидетельствует о наличии течи на данном участке трубопровода 8, а величина данного напряжения характеризует степень повреждения трубопровода.All this leads to a change in the phase shift Δφ and the value of the output voltage u n (Δφ) of the phase detector 5. When u n (Δφ)> u e (Δφ), a constant voltage is generated in the comparison unit 24, which is supplied to the control input of the key 25, opening his. In the initial state, keys 15, 25, and 38 are always closed. In this case, the output voltage u n (Δφ) from the output of the output voltage meter 6 is supplied through a public key 25 to the input of the indicator 26. Moreover, the fact of registration of the output voltage u n (Δφ) of phase measurement indicates a leak in this section of the pipeline 8, and the value This voltage characterizes the degree of damage to the pipeline.
Применение предлагаемого способа облегчает нахождение с поверхности земли трассы подземного трубопровода, так как при отклонении в сторону от трассы трубопровода будет зафиксировано отсутствием отраженного сигнала 10.The application of the proposed method facilitates the finding of an underground pipeline route from the earth’s surface, since when deviating to the side of the pipeline route it will be detected by the absence of a reflected signal 10.
Следует отметить, что в предлагаемом способе исключатся отражения от поверхности воздух-грунт, используется поляризационная селекция и устраняется неоднозначность фазовых измерений, что достигается тем, что фазовые измерения осуществляются между сигналами с правой и левой круговой поляризацией, а не между зондирующим и отраженным сигналами. При этом фазовый сдвиг (Δφ) между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией измеряется на стабильной частоте ωг гетеродина 18. Поэтому процесс измерения фазового сдвига инвариантен к нестабильности амплитуды и несущей частоты отраженного сигнала, возникающих при некогерентном отражении сигнала от трубопровода и за счет других дестабилизирующих факторов, что позволяет повысить точность измерения фазового сдвига Δφ и, следовательно, точность определения места течи в напорном трубопроводе, расположенном под слоем грунта.It should be noted that in the proposed method, reflections from the air-ground surface are eliminated, polarization selection is used, and the ambiguity of phase measurements is eliminated, which is achieved by the fact that phase measurements are carried out between signals with right and left circular polarization, and not between sounding and reflected signals. In this case, the phase shift (Δφ) between the reflected signals with right and left circular polarization is measured at a stable frequency ω g of the local oscillator 18. Therefore, the process of measuring the phase shift is invariant to the instability of the amplitude and carrier frequency of the reflected signal arising from incoherent reflection of the signal from the pipeline and due to other destabilizing factors, which allows to increase the accuracy of measuring the phase shift Δφ and, therefore, the accuracy of determining the place of a leak in a pressure pipe located under a layer of cargo ta.
Описанная выше работа устройства, реализующего предлагаемый способ, соответствует случаю приема отраженного от трубопровода сигнала с левой круговой поляризацией по основному каналу на частоте ωс (фиг.2).The above operation of a device that implements the proposed method corresponds to the case of receiving a signal reflected from the pipeline with left circular polarization along the main channel at a frequency ω s (Fig. 2).
Если ложный сигнал (помеха) принимается по каналу прямого прохождения на частоте ωпр If a false signal (interference) is received through the direct channel at a frequency ω CR
uпр4(t)=Uпр4cos(ωпрt+φпр4), 0≤t≤Тпр, WP4 u (t) = U WP4 cos (ω ave t + φ WP4) 0≤t≤T pr
то он выделяется узкополосным фильтром 27 и поступает на вход фазоинвертора 28, где он инвертируется по фазе на 180°then it is allocated by a narrow-band filter 27 and enters the input of the phase inverter 28, where it is inverted in phase by 180 °
uпр5(t)=-Uпр4cos(ωпрt+φпр4). np5 u (t) = - U WP4 cos (ω ave t + φ WP4).
Напряжения uпр4(t) и uпр5(t), поступающие на два входа сумматора 29, на его выходе компенсируются.The voltages u CR4 (t) and u CR5 (t) supplied to the two inputs of the adder 29 are compensated at its output.
Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения на частоте ωпр, подавляется.Therefore, a false signal (interference) received on the direct channel at a frequency ω CR is suppressed.
Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте ωз If a false signal (interference) is received on the mirror channel at a frequency of ω s
uз(t)=Uзcos(ωпрt+φпр6), 0≤t≤Tз, s u (t) = U s cos (ω ave t + φ pr6), 0≤t≤T s,
то усилителями 20 и 32 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:the amplifiers 20 and 32 of the intermediate frequency are allocated the following voltages:
uпр6(t)=Uпр6cos(ωпрt+φпр6), pr6 u (t) = U pr6 cos (ω ave t + φ pr6)
uпр7(t)=Uпр6cos(ωпрt+φпр6+90°), 0≤t≤Tз, pr7 u (t) = U pr6 cos (ω ave t + φ pr6 + 90 °), 0≤t≤T s,
где ;Where ;
ωпр=ωг-ωз - промежуточная частота; φпр6=φг-φз. straight ω = ω r -ω s - intermediate frequency; φ pr6 = φ g -φ s .
Напряжение uпр7(t) с выхода усилителя 32 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 33 на 90°, на выходе которого образуется напряжениеThe voltage u pr7 (t) from the output of the intermediate frequency amplifier 32 is supplied to the input of the phase shifter 33 by 90 °, at the output of which a voltage is generated
uпр8(t)=Uпр6cos(ωпрt+φпр6+90°+90°)=u pr8 (t) = U pr6 cos (ω pr t + φ pr6 + 90 ° + 90 °) =
=-Uпр6cos(ωпрt+φпр6), 0≤t≤Tз.= -U pr6 cos (ω ave t + φ pr6), 0≤t≤T h.
Напряжения uпр6(t) и uпр8(t), поступающие на два входа сумматора 34, на его выходе компенсируются.The voltage u CR6 (t) and u CR8 (t) supplied to the two inputs of the adder 34, at its output are compensated.
Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ωз, подавляется.Therefore, a false signal (interference) received on the mirror channel at a frequency ω s is suppressed.
По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ωк1.For a similar reason, a false signal (interference) received on the first combination channel at a frequency ω k1 is also suppressed.
Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте ωк2 If a false signal (interference) is received on the second combination channel at a frequency ω k2
uk2(t)=Uk2cos(ωk2t+φk2), 0≤t≤Тk2,u k2 (t) = U k2 cos (ω k2 t + φ k2 ), 0≤t≤T k2 ,
то усилителями 20 и 32 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:the amplifiers 20 and 32 of the intermediate frequency are allocated the following voltages:
uпр9(t)=Uпр9cos(ωпрt+φпр9), 0≤t≤Тk2,u pr9 (t) = U pr9 cos (ω pr t + φ pr9 ), 0≤t≤T k2 ,
uпр10(t)=Uпр9cos(ωпрt+φпр9-90°),u pr10 (t) = U pr9 cos (ω pr t + φ pr9 -90 °)
где ;Where ;
ωпр=ωк2-2ωг - промежуточная частота; φпр9=φк2-φг .ω = ω ave k2 -2ω g - intermediate frequency; φ pr9 = φ k2 -φ g .
Напряжение uпр10(t) с выхода усилителя 32 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 33 на 90°, на выходе которого образуется напряжениеThe voltage u pr10 (t) from the output of the intermediate frequency amplifier 32 is supplied to the input of the phase shifter 33 by 90 °, at the output of which a voltage is generated
uпр11(t)=Uпр9cos(ωпрt+φпр9-90°+90°)=u pr11 (t) = U pr9 cos (ω pr t + φ pr9 -90 ° + 90 °) =
=Uпр9cos(ωпрt+φпр9), 0≤t≤Tk2.= U pr9 cos (ω ave t + φ pr9), 0≤t≤T k2.
Напряжения uпр9(t) и uпр11(t) поступают на два входа сумматора 34, на выходе которого образуется суммарное напряжениеVoltages u pr9 (t) and u pr11 (t) are supplied to two inputs of the adder 34, at the output of which the total voltage is formed
u∑1(t)=U∑1cos(ωпрt+φпр9), 0≤t≤Тk2, u Σ1 (t) = U Σ1 cos (ω ave t + φ pr9) 0≤t≤T k2,
где .Where .
Это напряжение подается на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого поступает принимаемый сигнал ur2(t). На выходе перемножителя 35 образуется следующее напряжение:This voltage is supplied to the first input of the multiplier 35, the second input of which receives the received signal u r2 (t). The output of the multiplier 35 produces the following voltage:
u4(t)=U4cos(2ωгt+φг), 0≤t≤Tk2,u 4 (t) = U 4 cos (2ω g t + φ g ), 0≤t≤T k2 ,
где ,Where ,
которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 36. Ключ 38 не открывается, и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, подавляется.which does not fall into the passband of the narrow-band filter 36. The key 38 does not open, and the false signal (interference) received on the second combination channel at a frequency ω k2 is suppressed.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости, избирательности и точности определения места течи в напорном трубопроводе, расположенном под слоем грунта. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения, по зеркальному и комбинационным каналам. При этом для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения, по зеркальному и первому комбинационному каналам, используется фазокомпенсационный метод. А для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму комбинационному каналу, используется метод узкополосной фильтрации.Thus, the proposed method and device in comparison with prototypes and other technical solutions of a similar purpose provides increased noise immunity, selectivity and accuracy of determining the place of a leak in a pressure pipe located under a layer of soil. This is achieved by suppressing false signals (interference) received through the direct channel, through the mirror and Raman channels. In this case, to suppress false signals (interference) received through the direct channel through the mirror and the first combination channels, the phase-compensation method is used. And to suppress false signals (interference) received on the second combinational channel, the method of narrow-band filtering is used.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004113595/28A RU2263887C1 (en) | 2004-04-27 | 2004-04-27 | Method and device for detecting leakage in pressure pipeline |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004113595/28A RU2263887C1 (en) | 2004-04-27 | 2004-04-27 | Method and device for detecting leakage in pressure pipeline |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2263887C1 true RU2263887C1 (en) | 2005-11-10 |
Family
ID=35865481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004113595/28A RU2263887C1 (en) | 2004-04-27 | 2004-04-27 | Method and device for detecting leakage in pressure pipeline |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2263887C1 (en) |
-
2004
- 2004-04-27 RU RU2004113595/28A patent/RU2263887C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2011295673B2 (en) | Multiphase fluid characterization system | |
US20170038311A1 (en) | Radio frequency material analysis utilizing phase | |
US20170031006A1 (en) | Radio frequency metal/ceramic blade/tooth vector analysis | |
RU2263887C1 (en) | Method and device for detecting leakage in pressure pipeline | |
US6370963B1 (en) | Ultrasonic transit time flow sensor and method | |
Fest et al. | Individual characterization of an oscillator by means of cross-correlation or cross-variance method | |
RU2381467C1 (en) | Method for localisation of buried pipeline leak and device for implementation thereof | |
RU2435171C1 (en) | Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method | |
RU2305263C2 (en) | Method and device for detecting leakage site in pressure pipeline | |
RU2302584C1 (en) | Device for detecting sites of leakage on main pipelines | |
KR20060037777A (en) | Apparatus for removing leakage signal of fmcw radar | |
RU2204119C2 (en) | Procedure detecting point of leak in pressure pipe-line and facility for its implementation | |
RU2250443C1 (en) | Method and device for detecting leakage in pressure pipeline | |
RU2251713C1 (en) | Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere | |
JPH04130294A (en) | Underground radar tomography device | |
RU2371690C1 (en) | Method of locating leakage spot in underground pipeline and device to this end | |
RU2208814C2 (en) | Procedure establishing electron concentration in specified region of ionosphere and device for its realization | |
RU2196311C2 (en) | Procedure detecting point of leakage in delivery conduit and gear for its implementation | |
RU2723437C1 (en) | Method for detection and high-accuracy determination of parameters of sea ice fields and radar system for its implementation | |
RU2161808C2 (en) | Method and device for determination of concentration of electrons within the preset area of ionosphere | |
RU2258865C1 (en) | Method of detecting location of leakage in pipelines | |
RU2194919C2 (en) | Device for localizing leaky points of pipe line | |
Hoffmann et al. | Precise microwave measurement of liquid level | |
RU2234637C1 (en) | Method of determining leakage site in pipelines | |
JP2723291B2 (en) | Ultrasonic sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060428 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060428 |
|
RZ4A | Other changes in the information about an invention |