RU2302584C1 - Device for detecting sites of leakage on main pipelines - Google Patents

Device for detecting sites of leakage on main pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2302584C1
RU2302584C1 RU2006100209/06A RU2006100209A RU2302584C1 RU 2302584 C1 RU2302584 C1 RU 2302584C1 RU 2006100209/06 A RU2006100209/06 A RU 2006100209/06A RU 2006100209 A RU2006100209 A RU 2006100209A RU 2302584 C1 RU2302584 C1 RU 2302584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
amplifier
input
power source
series
Prior art date
Application number
RU2006100209/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Феликс Владимирович Кармазинов (RU)
Феликс Владимирович Кармазинов
В чеслав Адамович Заренков (RU)
Вячеслав Адамович Заренков
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Original Assignee
Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" filed Critical Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга"
Priority to RU2006100209/06A priority Critical patent/RU2302584C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2302584C1 publication Critical patent/RU2302584C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: test engineering.
SUBSTANCE: device comprises control station, pressure gages mounted at each end of the pipeline section to be tested and interconnected in series, amplifier-converter, control unit for the valve connected with the shutoff valve, power source mounted on the first end of the pipeline section to be tested, winding, relay contacts, switch, computing unit, and transmitter connected with the power source through the relay contacts. The positive terminal of the power source is connected in series with the relay winding and switch whose control input is connected with the output of the amplifier-converter and output is connected with the negative terminal of the power source. The output of the computing unit is connected in series with the code generator, adder, phase manipulator, power amplifier, and transmitting aerial. The second input of the adder is connected with the output of the generator of modulating code. The device is additionally provided with the amplifier mounted at the first end of the pipeline section to be tested, filter, analogue-digital converter, correlator, and receiver connected with the power source through the relay contacts. The output of the pressure gage is connected with the amplifier, filter, analogue-digital converter, and correlator connected in series. The output of the correlator is connected with the input of the computing unit. The receiver is made of receiving aerial, high-frequency amplifier, delay circuit, multiplier, filter, power source mounted at the second end of the pipeline section to be tested, winding, relay contacts, switch, amplifier, filter, analogue-digital converter, and transmitter connected with the power source through the relay contacts. The second input of the multiplier is connected with the output of the high-frequency amplifier. The output of the low-frequency filter is connected with the second input of the correlator. The positive terminal of the power source is connected in series with the winding of the relay and switch. The control input of the switch is connected with the output of the amplifier-converter, and the output of the switch is connected with the negative terminal of the power source. The output of the pressure gage is connected in series with the amplifier, filter, analogue-digital converter, phase manipulator whose second input is connected with the output of the high-frequency generator, power amplifier, and transmitting aerial.
EFFECT: expanded functional capabilities.
10 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для текущего контроля за герметичностью магистральных трубопроводов и определения места течи в них.The proposed device relates to a control and measuring technique and can be used for routine monitoring of the tightness of main pipelines and determining the place of a leak in them.

Известны устройства для обнаружения утечек в магистральных трубопроводах (авт. свид. СССР №№336463, 380910, 411268, 417675, 724957, 930034, 932098, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1368685, 1657988, 1778597, 1800219, 1831063; патенты РФ №№2011110, 2018965, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2233402; патенты США №№3046116, 3744298, 4289019; патент Великобритании №1349120; патенты Франции №№2374628, 2504651; патент ФРГ №3112829; патенты Японии №№46-11795, 55-6856, 63-22531; Волошин В.И. и др. Акустические определители местонахождения развивающегося дефекта. Дефектоскопия, 1980, №8, с.69-74; Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М.: 1988, с.334, рис.9.18 и другие).Known devices for detecting leaks in main pipelines (ed. Certificate of the USSR No. 336463, 380910, 411268, 417675, 724957, 930034, 932098, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1368685, 1657988, 1778597, 1800219, 1831063; RF patents; No. 20111110, 2018965, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2233402; US patents No. 3046116, 3744298, 4289019; UK patent No. 1349120; French patents No. 2374628, 2504651; German patent No. 3112829; Japanese patent No. 46-11795, 55-6856, 63-22531; Voloshin V.I. et al. Acoustic determinants of the location of a developing defect. Flaw detection, 1980, No. 8, p. 69-74; Pipeline transport of oil and gas. - M .: 1988 , p.334, fig. 9.18 and others).

Из известных устройств наиболее близким является устройство для определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах (патент РФ №2233402, F17D 5/02, 2002), которое и выбрано в качестве прототипа.Of the known devices, the closest is a device for determining the location of leaks in trunk pipelines (RF patent No. 2233402, F17D 5/02, 2002), which is selected as a prototype.

Указанное устройство основано на регистрации времени прихода двух ударных волн пониженного давления, образующихся в момент местного разрыва или повреждения трубопровода, на концы контролируемого участка трубопровода, нахождении разности времени прихода указанных волн и определении местоположения утечки.The specified device is based on recording the time of arrival of two shock waves of reduced pressure generated at the time of local rupture or damage to the pipeline, at the ends of the controlled section of the pipeline, finding the difference in the time of arrival of these waves and determining the location of the leak.

Однако при значительной длине l контролируемого участка магистрального трубопровода нахождение разности времени прихода волн (t2-t1) на концы контролируемого участка за счет использования проводных средств вызывает определенные технические трудности.However, with a significant length l of the controlled section of the main pipeline, finding the difference in the time of arrival of waves (t 2 -t 1 ) at the ends of the controlled section due to the use of wire means causes certain technical difficulties.

Технической задачей изобретения является увеличение длины контролируемых участков магистрального трубопровода путем передачи времени прихода ударной волны пониженного давления, образующейся в момент местного разрыва или повреждения трубопровода, на один из концов контролируемого участка трубопровода по радиоканалу на другой конец контролируемого участка.An object of the invention is to increase the length of the monitored sections of the main pipeline by transmitting the time of arrival of the shock wave of reduced pressure generated at the time of local rupture or damage to the pipeline, at one end of the monitored section of the pipeline over the air to the other end of the monitored section.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах, содержащее пункт контроля, на каждом конце контролируемого участка трубопровода последовательно включенные датчик давления, усилитель-преобразователь и управляющий блок клапана, подключенный к клапану-отсекателю, на первом конце контролируемого участка трубопровода источник питания, обмотку и контакты реле, ключ, вычислительный блок и передатчик, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к плюсовой клемме источника питания последовательно подключены обмотка реле и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а выход ключа соединен с минусовой клеммой источника питания, к выходу вычислительного блока последовательно подключены формирователь кода, сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающая антенна, снабжено на первом конце контролируемого участка трубопровода усилителем, фильтром, аналого-цифровым преобразователем, коррелятором и приемником, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к выходу датчика давления последовательно подключены усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь и коррелятор, выход которого соединен с входом вычислительного блока, приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, линии задержки, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и фильтра нижних частот, выход которого соединен с вторым входом коррелятора, на втором конце контролируемого участка трубопровода источником питания, обмоткой и контактами реле, ключом, усилителем, фильтром, аналого-цифровым преобразователем и передатчиком, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к плюсовой клемме источника питания последовательно подключены обмотка реле и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а выход ключа соединен с минусовой клеммой источника питания, к выходу датчика давления последовательно подключены усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающая антенна.The problem is solved in that the device for determining the location of leaks in the main pipelines, containing a control point, at each end of the monitored section of the pipeline, a pressure transducer, an amplifier converter and a valve control unit connected to the shutoff valve, connected to the shutoff valve at the first end of the monitored section of the pipeline a power source, coil and relay contacts, a key, a computing unit and a transmitter that is connected through a relay contact to a power source, and to the relay terminal and a key whose control input is connected to the output of the amplifier-converter, and the key output is connected to the negative terminal of the power supply, the code generator, the adder, the second input of which is connected to the output of the modulating generator code, phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the high-frequency generator, a power amplifier and a transmitting antenna, is provided at the first end of the control the section of the pipeline by an amplifier, a filter, an analog-to-digital converter, a correlator and a receiver, which is connected to a power source through the relay contacts, and an amplifier, a filter, an analog-to-digital converter and a correlator, the output of which is connected to the input of the computing unit, are connected in series to the output of the pressure sensor , the receiver is made in the form of a series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier, delay line, multiplier, the second input of which is connected to the output of the amplifier is high frequency, and a low-pass filter, the output of which is connected to the second input of the correlator, at the second end of the monitored section of the pipeline by a power source, a coil and relay contacts, a key, an amplifier, a filter, an analog-to-digital converter and a transmitter that is connected to the source through relay contacts power supply, moreover, a relay coil and a key are connected to the positive terminal of the power source, the control input of which is connected to the output of the amplifier-converter, and the output of the key is connected to the negative terminal power supply, an amplifier, a filter, an analog-to-digital converter, a phase manipulator, the second input of which is connected to the output of a high-frequency generator, a power amplifier, and a transmitting antenna, are connected in series to the output of the pressure sensor.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Схема чувствительного элемента датчиков давления изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип устройства, показаны на фиг.3. Принцип пеленгации поврежденного участка магистрального трубопровода фазовым методом иллюстрируется фиг.4. Структурная схема пункта контроля, размещаемого на транспортном средстве, представлена на фиг.5. Структурная схема пункта контроля, размещаемого на борту космического аппарата, представлена на фиг.7. Взаимное расположение приемных антенн на борту космического аппарата, самолета и вертолета показаны на фиг.6, 8, 9. Структурная схема пункта контроля, размещаемого на борту вертолета, представлена на фиг.10.The structural diagram of the proposed device is presented in figure 1. A diagram of the sensing element of the pressure sensors is shown in figure 2. Timing diagrams explaining the principle of the device shown in figure 3. The principle of direction finding of the damaged section of the main pipeline by the phase method is illustrated in Fig. 4. The structural diagram of the control point placed on the vehicle is presented in figure 5. The structural diagram of the control point, placed on board the spacecraft, is presented in Fig.7. The relative position of the receiving antennas on board the spacecraft, aircraft and helicopter is shown in Fig.6, 8, 9. The structural diagram of the control point, placed on board the helicopter, is presented in Fig.10.

Устройство содержит место разрыва или повреждения трубопровода 1, две образовавшиеся волны пониженного давления 2, 90, датчики давления 3, 92, усилители-преобразователи 4, 93, управляющие блоки 5, 94 клапанов, клапаны-отсекатели 6, 91, ключи 8, 96, обмотки 7, 95 и контакты 89, 98 реле, источники питания 88, 97, вычислительный блок 10, передатчики 11, 76, формирователь кода 12, генератор 13 модулирующего кода, сумматор 14, генераторы 15, 77 высокой частоты, фазовые манипуляторы 16, 78, усилители 17, 79 мощности, передающие антенны 18, 80, усилители 73, 99, фильтры 74, 100, аналого-цифровые преобразователи 75, 101, приемную антенну 81, приемник 82, усилитель 83 высокой частоты, линию задержки 84, перемножитель 85, фильтр 86 нижних частот и коррелятор 87. Датчики 3, 92 давления устанавливаются в начале и конце контролируемого участка трубопровода. К выходу датчика 3 (92) давления последовательно подключены усилитель-преобразователь 4 (93), управляющий блок 5 (94) клапана и клапан-отсекатель 6 (91). К источнику питания 88 (97) последовательно подключены обмотка 7 (95) реле и ключ 8 (96), управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя 4 (93). К выходу датчика 3 (92) последовательно подключены усилитель 73 (99), фильтр 74 (100) и аналого-цифровой преобразователь 75 (101). К выходу генератора 77 высокой частоты последовательно подключены фазовый манипулятор 78, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 101, усилитель мощности 79 и передающая антенна 80. К выходу приемной антенны 81 последовательно подключены усилитель 83 высокой частоты, линия задержки 84, перемножитель 85, второй вход которого соединен с выходом усилителя 83 высокой частоты, фильтр 86 нижних частот, коррелятор 87, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 75, вычислительный блок 10, формирователь кода 12, сумматор 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 модулирующего кода, фазовый манипулятор 16, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 высокой частоты, усилитель 17 мощности и передающая антенна 18. Питание передатчиков 11, 76 и приемника 82 обеспечивается через контакты 89 и 98.The device contains a place of rupture or damage to the pipeline 1, two generated waves of reduced pressure 2, 90, pressure sensors 3, 92, amplifiers-converters 4, 93, control units 5, 94 valves, shut-off valves 6, 91, keys 8, 96, windings 7, 95 and relay contacts 89, 98, power supplies 88, 97, computing unit 10, transmitters 11, 76, code generator 12, modulating code generator 13, adder 14, high frequency generators 15, 77, phase manipulators 16, 78 , power amplifiers 17, 79, transmitting antennas 18, 80, amplifiers 73, 99, filters 74, 100, analog-to-digital converters 75, 101, a receiving antenna 81, a receiver 82, an amplifier 83 of high frequency, delay line 84, multiplier 85, a filter 86 and lowpass correlator 87. The sensors 3, 92 pressure are set at the beginning and end of the controlled section of the pipeline. An amplifier-converter 4 (93), a valve control unit 5 (94) and a shut-off valve 6 (91) are connected in series to the output of the pressure sensor 3 (92). A winding 7 (95) of the relay and a key 8 (96) are connected to the power source 88 (97), the control input of which is connected to the output of the amplifier-converter 4 (93). An amplifier 73 (99), a filter 74 (100) and an analog-to-digital converter 75 (101) are connected in series to the output of the sensor 3 (92). To the output of the high-frequency generator 77, a phase manipulator 78 is connected in series, the second input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter 101, a power amplifier 79 and a transmitting antenna 80. A high-frequency amplifier 83, a delay line 84, a multiplier 85 are connected in series to the output of the receiving antenna 81 the second input of which is connected to the output of the high-frequency amplifier 83, a low-pass filter 86, a correlator 87, the second input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter 75, the computing unit 10, forming Code holder 12, adder 14, the second input of which is connected to the output of the modulating code generator 13, a phase manipulator 16, the second input of which is connected to the output of the high-frequency generator 15, a power amplifier 17 and a transmitting antenna 18. The transmitters 11, 76 and the receiver 82 are provided with power via pins 89 and 98.

Пункт контроля 23 содержит измерительный канал и два пеленгационных канала. Измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 24, смесителя 27, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, усилитель 31 первой промежуточной частоты, смеситель 35, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 34, усилитель 36 второй промежуточной частоты, удвоитель 37 фазы, узкополосный фильтр 38, делитель 39 фазы на два, частотный детектор 40, триггер 41, балансный переключатель 42, второй вход которого соединен с выходом делителя 39 фазы на два, фазовый детектор и блок 50 регистрации.The control point 23 contains a measuring channel and two direction finding channels. The measuring channel consists of a series-connected receiving antenna 24, a mixer 27, the second input of which is connected to the output of the local oscillator 30, an amplifier 31 of the first intermediate frequency, mixer 35, the second input of which is connected to the output of the local oscillator 34, amplifier 36 of the second intermediate frequency, phase doubler 37, a narrow-band filter 38, a phase divider 39 into two, a frequency detector 40, a trigger 41, a balance switch 42, the second input of which is connected to the output of the phase divider 39 into two, a phase detector and a recording unit 50.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 25 (26), смесителя 28 (29), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, усилителя 32 (33) первой промежуточной частоты, перемножителя 44 (45), второй вход которого соединен с выходом усилителя 36 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 46 (47) и фазового детектора 48 (49), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 34 (узкополосного фильтра 46), выход которого подключен к блоку 50 регистрации.Each direction finding channel consists of a series-connected receiving antenna 25 (26), a mixer 28 (29), the second input of which is connected to the output of the local oscillator 30, an amplifier 32 (33) of the first intermediate frequency, a multiplier 44 (45), the second input of which is connected to the output an amplifier 36 of a second intermediate frequency, a narrow-band filter 46 (47) and a phase detector 48 (49), the second input of which is connected to the output of the local oscillator 34 (narrow-band filter 46), the output of which is connected to the registration unit 50.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В момент местного разрыва или повреждения трубопровода образуется ударная волна пониженного давления. От места разрыва 1 в противоположных направлениях движутся две волны 2 и 90 со скоростью С распространения звука в среде. Схема чувствительного элемента датчика давления, измеряющего весьма малые высокочастотные возмущения давления (0,1...0,001 МПа) на фоне значительных, медленно изменяющихся давлений (3...,5 МПа), изображена на фиг.2, где введены следующие обозначения: 19 - корпус, 20 - входные патрубки, 21 - демпфер, 22 - мембрана.At the moment of local rupture or damage to the pipeline, a shock wave of reduced pressure is formed. Two waves 2 and 90 move from the point of discontinuity 1 in opposite directions with the speed C of sound propagation in the medium. A diagram of a sensitive element of a pressure sensor measuring very small high-frequency pressure disturbances (0.1 ... 0.001 MPa) against a background of significant, slowly changing pressures (3 ..., 5 MPa) is depicted in figure 2, where the following notation is introduced: 19 - housing, 20 - inlet pipes, 21 - damper, 22 - membrane.

Сигнал из трубопровода в месте измерения подается одновременно на два входных канала чувствительного элемента, т.е. одно и то же давление действует на мембрану с двух сторон. В одном из каналов имеется многоканальная или резьбовая демпфирующая вставка, которая гасит высокочастотные колебания давления, т.е. является низкочастотным фильтром. При такой схеме включения прибора мембрана будет реагировать только на измеряемую величину, поскольку медленно меняющийся большой фон компенсируется. В усилителе-преобразователе показания прибора преобразуются в электрический сигнал, который интегрируется, и результат сравнивается с известным пороговым значением. В качестве преобразователей используются емкостные или тензометрические датчики.The signal from the pipeline at the measurement site is fed simultaneously to two input channels of the sensing element, i.e. the same pressure acts on the membrane from two sides. In one of the channels there is a multi-channel or threaded damping insert that dampens high-frequency pressure fluctuations, i.e. is a low pass filter. With this scheme of switching on the device, the membrane will respond only to the measured value, since the slowly changing large background is compensated. In the conversion amplifier, the readings of the device are converted into an electrical signal, which is integrated, and the result is compared with a known threshold value. Capacitive or strain gauge sensors are used as transducers.

Виброакустические сигналы, возбуждаемые течью, распространяются вдоль трубопровода в обоих направлениях и воспринимаются датчиками 3 и 92, с выходов которых электрические сигналы поступают на усилители 73 и 99 соответственно. С помощью фильтров 74 и 100 производится выделение рабочей полосы частот, оптимальное значение которой определяется параметрами трубопровода и помеховой обстановкой. Аналого-цифровые преобразователи 75 и 101 преобразуют входные сигналы в цифровые коды. С выхода первого аналого-цифрового преобразователя 75 цифровой код поступает на первый вход коррелятора 87.Vibroacoustic signals excited by the leak propagate along the pipeline in both directions and are sensed by sensors 3 and 92, from the outputs of which electric signals are fed to amplifiers 73 and 99, respectively. Using filters 74 and 100, a working frequency band is allocated, the optimal value of which is determined by the parameters of the pipeline and the interference environment. A / D converters 75 and 101 convert the input signals to digital codes. From the output of the first analog-to-digital Converter 75, the digital code is fed to the first input of the correlator 87.

При превышении порогового значения в усилителях-преобразователях 4 и 93 формируются постоянные напряжения, которые поступают на входы управляющих блоков 5 и 94 клапанов и на управляющие входы ключей 8 и 96 соответственно. В исходном состоянии ключи 8 и 96 всегда закрыты. При этом управляющие блоки 5 и 94 включают клапаны-отсекатели 6 и 91 соответственно, а обмотки 7 и 95 реле через открытые ключи 8 и 96 замыкаются на землю, реле срабатывают и замыкают контакты 89 и 98, через которые напряжение питания подается на передатчик 11, приемник 82 и передатчик 76.When the threshold value is exceeded, constant voltages are generated in the amplifiers-converters 4 and 93, which are supplied to the inputs of the control units 5 and 94 of the valves and to the control inputs of the keys 8 and 96, respectively. In the initial state, keys 8 and 96 are always closed. In this case, the control units 5 and 94 include shut-off valves 6 and 91, respectively, and the relay windings 7 and 95 through open keys 8 and 96 are closed to the ground, the relays are activated and close contacts 89 and 98, through which the supply voltage is supplied to the transmitter 11, receiver 82 and transmitter 76.

После включения передатчика 76 высокочастотное колебаниеAfter turning on the transmitter 76 high-frequency oscillation

Figure 00000002
Figure 00000002

где Vи, ωи, φи - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного колебания;where V and , ω and , φ and - amplitude, carrier frequency and the initial phase of high-frequency oscillations;

с выхода задающего генератора 77 поступает на первый вход фазового манипулятора 78, на второй вход которого подается цифровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 101. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 78 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал:from the output of the master oscillator 77 is fed to the first input of the phase manipulator 78, the second input of which is supplied with a digital code from the output of the analog-to-digital converter 101. As a result of phase manipulation, the phase-manipulated (PSK) signal is generated at the output of the phase manipulator 78:

Figure 00000003
Figure 00000003

где φки(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы;where φ ki (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase;

который после усиления в усилителе 79 мощности излучается передающей антенной 80 в эфир.which, after amplification in the power amplifier 79, is transmitted by the transmitting antenna 80 to the air.

На другом конце контролируемого участка трубопровода данный сигнал улавливается приемной антенной 81 и через усилитель 83 высокой частоты поступает на первый вход перемножителя 85 и на вход линии задержки 84. На выходе линии задержки 84 образуется ФМн-сигналAt the other end of the monitored section of the pipeline, this signal is picked up by the receiving antenna 81 and fed through the high-frequency amplifier 83 to the first input of the multiplier 85 and to the input of the delay line 84. At the output of the delay line 84, an PSK signal is generated

Figure 00000004
Figure 00000004

где τзэ,where τ s = τ e

который поступает на второй вход перемножителя 85. Перемножитель 85 и фильтр 86 нижних частот образуют фазовый детектор, который вместе с линией задержки 84 образуют демодулятор. Причем для каждой последующей элементарной посылки опорным напряжением служит предыдущая элементарная посылка. Так как время задержки τ3 выбрано равным длительности элементарных посылок τ33э), демодулятор, построенный по такой схеме, свободен от явления "обратной работы". На выходе фильтра 86 нижних частот выделяется цифровой код, который поступает на второй вход коррелятора 87. Последний определяет разность времени прихода ударных волн пониженного давления, образующихся в момент местного разрыва или повреждения трубопровода, на концы контролируемого участка трубопровода (t2-tl).which is fed to the second input of the multiplier 85. The multiplier 85 and the low-pass filter 86 form a phase detector, which together with the delay line 84 form a demodulator. Moreover, for each subsequent elementary parcel, the reference voltage is the previous elementary parcel. Since the delay time τ 3 is chosen equal to the duration of the elementary packets τ 33 = τ e ), the demodulator constructed according to this scheme is free from the phenomenon of “reverse work”. At the output of the low-pass filter 86, a digital code is allocated, which is fed to the second input of the correlator 87. The latter determines the difference in the arrival time of the shock waves of reduced pressure generated at the time of local rupture or damage to the pipeline at the ends of the monitored section of the pipeline (t 2 -t l ).

Определив разность времени прихода волн (t2-t1) на концы контролируемого участка протяженностью l (фиг.1), в вычитательном блоке 10 определяется местоположение участка:Having determined the difference in the time of arrival of waves (t 2 -t 1 ) at the ends of the monitored section of length l (Fig. 1), the location of the section is determined in the subtraction unit 10:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Vcp - средняя скорость движения транспортируемого продукта (вода, нефть, газ и т.п.).where V cp is the average speed of the transported product (water, oil, gas, etc.).

После включения передатчика 11 высокочастотное колебание (фиг.3, а)After turning on the transmitter 11 high-frequency oscillation (Fig.3, a)

Figure 00000006
Figure 00000006

где Vc, ωс, φс - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного колебания;where V c , ω s , φ s - amplitude, carrier frequency and the initial phase of high-frequency oscillations;

с выхода задающего генератора 15 поступает на первый вход фазового манипулятора 16.from the output of the master oscillator 15 is supplied to the first input of the phase manipulator 16.

Место разрыва Х0 трубопровода в формирователе 12 кода преобразуется в соответствующий код, состоящий из m элементарных посылок. Генератор 13 формирует код, состоящий из n элементарных посылок, количество которых отражает номер контролируемого участка трубопровода. Указанные элементарные посылки суммируются в сумматоре 14 (N=n+m) и образуют модулирующий код M(t) (фиг.3, б), который поступает на второй вход фазового манипулятора 16. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 16 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.3, в):The place of rupture X 0 of the pipeline in the shaper 12 code is converted into the corresponding code, consisting of m chips. The generator 13 generates a code consisting of n chips, the number of which reflects the number of the monitored section of the pipeline. These chips are summed in the adder 14 (N = n + m) and form a modulating code M (t) (Fig. 3, b), which is fed to the second input of the phase manipulator 16. As a result of phase manipulation, a phase-manipulated phase-manipulator 16 is formed (PSK) signal (figure 3, c):

Figure 00000007
Figure 00000007

где φк(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φк(t)=const при k·τэ<t<(k+1)τэ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=0, 1, 2, ... N-1);where φ к (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase, which displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M (t), and φ к (t) = const for k · τ е <t <(k + 1) τ e and can change abruptly at t = kτ e , i.e. at the boundaries between elementary premises (k = 0, 1, 2, ... N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тсс=N·τэ).τ e , N - the duration and number of chips that make up a signal of duration T s (T s = N · τ e ).

Этот сигнал после усиления в усилителе 17 мощности излучается передающей антенной 18 в эфир.This signal after amplification in the power amplifier 17 is radiated by the transmitting antenna 18 into the air.

На пункте контроля 23, размещенном на транспортном средстве, принимают ФМн-сигналы с нестабильной несущей частотой на три приемные антенны 24-26:At the control point 23, located on the vehicle, receive FMK signals with an unstable carrier frequency at three receiving antennas 24-26:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где Δω - нестабильность несущей частоты, вызванная различными дестабилизирующими факторами;where Δω is the instability of the carrier frequency caused by various destabilizing factors;

которые поступают на первые входы смесителей 27-29, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30:which are supplied to the first inputs of the mixers 27-29, to the second inputs of which the voltage of the local oscillator 30 is supplied:

Figure 00000011
Figure 00000011

На выходе смесителей 27-29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 31-33 выделяются напряжения первой промежуточной частоты:At the output of the mixers 27-29, voltages of combination frequencies are generated. Amplifiers 31-33 distinguish the voltage of the first intermediate frequency:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
Figure 00000016
Where
Figure 00000015
Figure 00000016

Figure 00000017
- первая промежуточная частота;
Figure 00000017
- the first intermediate frequency;

Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000018
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000020
Figure 00000021

К1 - коэффициент передачи смесителей.To 1 - gear ratio of the mixers.

В измерительном канале напряжение Uпр1(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 35, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34:In the measuring channel, the voltage U CR1 (t) from the output of the amplifier 31 of the first intermediate frequency is supplied to the first input of the mixer 35, the second input of which supplies the voltage of the local oscillator 34:

Figure 00000022
Figure 00000022

На выходе смесителя 35 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 36 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.3, г)At the output of the mixer 35, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 36 is allocated the voltage of the second intermediate frequency (figure 3, g)

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
Where
Figure 00000024

Figure 00000025
- вторая промежуточная частота;
Figure 00000025
- second intermediate frequency;

Figure 00000026
Figure 00000026

Это напряжение поступает на первый вход фазового детектора 43 и на вход удвоителя 37 фазы. Так как 2φк(t)={0, 2π}, то в выходном напряжении удвоителя 37 фазы (фиг.3, д)This voltage is supplied to the first input of the phase detector 43 and to the input of the phase doubler 37. Since 2φ to (t) = {0, 2π}, then in the output voltage of the doubler 37 phase (Fig.3, d)

Figure 00000027
Figure 00000027

манипуляция фазы уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 38, а затем делится по фазе на два в делителе фазы 39 (фиг.3, е):phase manipulation is already absent. This voltage is allocated by a narrow-band filter 38, and then is divided in phase into two in the phase divider 39 (Fig.3, e):

Figure 00000028
Figure 00000028

Начальная фаза полученного напряжения может иметь два устойчивых значения

Figure 00000029
и
Figure 00000030
Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но, предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π:The initial phase of the obtained voltage can have two stable values
Figure 00000029
and
Figure 00000030
This is easy to show analytically. If you make a division similar to the previous one, but having previously added the angle 2π to the argument, which does not change the initial voltage, then after dividing by two, you get the voltage shifted in phase by π:

Figure 00000031
Figure 00000031

Следовательно, двузначность фазы полученного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя 39 фазы на два. Это явление "обратной работы" присуще всем устройствам (Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А.), которые выделяют опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов, непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала.Consequently, the ambiguity of the phase of the voltage obtained follows from the fission process itself. The physically indicated two-valued phase is due to the unstable operation of the phase divider 39 into two. This phenomenon of “reverse operation” is inherent in all devices (Pistolkors A.A., Siforov V.I., Kostas D.F., Travina G.A.) that emit the reference voltage necessary for synchronous detection of PSK signals directly from received FMN signal.

Явление "обратной работы" обусловлено скачкообразными переходами фазы опорного напряжения из одного состояния φпр4 в другое φпр4+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени (например, t1, t2) (фиг.3, е). При этом на выходе фазового детектора 43 выделяется искаженный аналог модулирующего кода M1(t) (фиг.3, ж), что значительно снижает достоверность приема информации, содержащейся в модулирующем коде M(t) (фиг.3, б).The phenomenon of "reverse work" is due to spasmodic transitions of the phase of the reference voltage from one state φ CR4 to another φ CR4 + π under the influence of interference, short-term termination of reception and other factors. These transitions during the time of receiving the QPSK signal occur at random times (for example, t 1 , t 2 ) (figure 3, e). At the same time, at the output of the phase detector 43, a distorted analog of the modulating code M 1 (t) is highlighted (Fig. 3, g), which significantly reduces the reliability of receiving information contained in the modulating code M (t) (Fig. 3, b).

Для стабилизации фазы опорного напряжения и устранения явления "обратной работы" используются частотный детектор 40, триггер 41 и балансный переключатель 42.To stabilize the phase of the reference voltage and eliminate the phenomenon of "reverse operation", a frequency detector 40, a trigger 41, and a balance switch 42 are used.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180° в момент времени t1 (фиг.3, е) на выходе частотного детектора 40 появляется положительный короткий импульс, а при скачке фазы на - 180° в момент времени t2 (возвращение фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный импульс (фиг.3, з).When the phase of the reference voltage jumps by 180 ° at time t 1 (Fig. 3, f), a positive short pulse appears at the output of the frequency detector 40, and when the phase jumps by 180 ° at time t 2 (return of the phase of the voltage in the initial state) is a negative impulse (figure 3, h).

Знакочередующие импульсы с выхода частотного детектора 40 управляют работой триггера 41, выходное напряжение которого (фиг.3, и) в свою очередь управляет работой балансного переключателя 42.Alternating pulses from the output of the frequency detector 40 control the operation of the trigger 41, the output voltage of which (Fig. 3, and) in turn controls the operation of the balance switch 42.

В устойчивом состоянии, когда фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 41 образуется отрицательное напряжение и балансный переключатель находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода делителя 39 фазы на опорный вход фазового детектора 43 без изменения.In a stable state, when the phase of the reference voltage coincides, for example, with the zero phase of the received QPSK signal, a negative voltage is generated at the output of the trigger 41 and the balance switch is in its initial position, in which the reference voltage is supplied from the output of the phase divider 39 to the reference input of the phase detector 43 without change.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180°, обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 39 фазы под действием помех триггер 41 положительным импульсом с выхода частотного детектора 40 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 40 в момент времени t1 становится и остается положительным до очередного скачка фазы в момент времени t2, который возвращает фазу опорного напряжения в первоначальное состояние. Положительное выходное напряжение триггера 40 переводит балансный переключатель 42 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода делителя 39 фазы поступает на опорный вход фазового детектора 43 с изменением фазы на -180°. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения и связанную с ней "обратную работу".When the phase of the reference voltage jumps by 180 °, due, for example, to the unstable operation of the phase divider 39 under the influence of interference, the trigger 41 positive pulse from the output of the frequency detector 40 is transferred to another stable state. In this case, the output voltage of the trigger 40 at time t 1 becomes and remains positive until the next phase jump at time t 2 , which returns the phase of the reference voltage to its original state. The positive output voltage of the trigger 40 transfers the balance switch 42 to another stable state, in which the reference voltage from the output of the phase divider 39 is supplied to the reference input of the phase detector 43 with a phase change of -180 °. This eliminates the instability of the phase of the reference voltage and the associated "reverse work".

Следовательно, частотный детектор 40 обеспечивает обнаружение момента возникновения "обратной работы", а триггер 41 и балансный переключатель 42 устраняют ее.Therefore, the frequency detector 40 provides detection of the moment of occurrence of "reverse operation", and the trigger 41 and the balance switch 42 eliminate it.

При этом опорный вход фазового детектора 43 поступает на опорное напряжение со стабильной фазой (фиг.3, к):In this case, the reference input of the phase detector 43 is supplied to the reference voltage with a stable phase (Fig. 3, k):

Figure 00000032
Figure 00000032

На выходе фазового детектора 43 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, л)The output of the phase detector 43 is formed of a low-frequency voltage (Fig.3, l)

Figure 00000033
Figure 00000033

где

Figure 00000034
Where
Figure 00000034

К2 - коэффициент передачи фазового детектора;K 2 is the transfer coefficient of the phase detector;

пропорциональное модулирующему коду M2(t).proportional to the modulating code M 2 (t).

Одновременно напряжение второй промежуточной частоты

Figure 00000035
с выхода усилителя 36 второй промежуточной частоты поступает на вторые входы перемножителей 44 и 45, на первые входы которых подаются напряжения
Figure 00000036
и
Figure 00000037
с выходов усилителей 32 и 33 первой промежуточной частоты соответственно. На выходах перемножителей 44 и 45 образуются гармонические колебания:At the same time, the voltage of the second intermediate frequency
Figure 00000035
from the output of the amplifier 36 of the second intermediate frequency is supplied to the second inputs of the multipliers 44 and 45, the first inputs of which are supplied with voltage
Figure 00000036
and
Figure 00000037
from the outputs of the amplifiers 32 and 33 of the first intermediate frequency, respectively. At the outputs of the multipliers 44 and 45, harmonic oscillations are formed:

Figure 00000038
Figure 00000038

Figure 00000039
Figure 00000039

где

Figure 00000040
Where
Figure 00000040

Figure 00000041
Figure 00000041

К3 - коэффициент передачи перемножителей;K 3 - transmission coefficient of the multipliers;

Figure 00000042
Figure 00000042

Figure 00000043
Figure 00000043

α - азимут поврежденного участка магистрального трубопровода (фиг.4); которые выделяются узкополосными фильтрами 46, 47 и поступают на первые входы фазовых детекторов 48, 49 соответственно. На второй вход фазового детектора 48 подается напряжение Uг2(t) гетеродина 34, на второй вход фазового детектора 49 подается гармоническое колебание U8(t) с выхода узкополосного фильтра 46.α is the azimuth of the damaged section of the main pipeline (figure 4); which are allocated by narrow-band filters 46, 47 and are supplied to the first inputs of phase detectors 48, 49, respectively. The second input of the phase detector 48 is supplied with voltage U g2 (t) of the local oscillator 34, the second input of the phase detector 49 is fed with harmonic oscillation U 8 (t) from the output of the narrow-band filter 46.

Знаки "+" и "-" перед фазовыми сдвигами Δφ1 и Δφ2 соответствуют диаметрально противоположным положениям приемных антенн 25 и 26 относительно антенны 24. На выходах фазовых детекторов 48 и 49 образуются постоянные напряжения:The signs "+" and "-" before the phase shifts Δφ 1 and Δφ 2 correspond to diametrically opposite positions of the receiving antennas 25 and 26 relative to the antenna 24. At the outputs of the phase detectors 48 and 49, constant voltages are generated:

Figure 00000044
Figure 00000044

Figure 00000045
Figure 00000045

где

Figure 00000046
Figure 00000047
Where
Figure 00000046
Figure 00000047

Δφ3=Δφ1+Δφ2=2π·(2d/λ)·Cosα,Δφ 3 = Δφ 1 + Δφ 2 = 2π (2d / λ) Cosα,

которые фиксируются блоком 50 регистрации.which are fixed by the registration unit 50.

Приемные антенны 24...26 размещают таким образом, что измерительные базы образуют отрезок прямой, в центре которого помещают приемную антенну 24 измерительного канала (фиг.4). При этом меньшей базой d образуют грубую, но однозначную шкалу пеленгации, а большей базой 2d - точную, но неоднозначную шкалу пеленгации:Receiving antennas 24 ... 26 are placed so that the measuring base form a straight line segment, in the center of which is placed the receiving antenna 24 of the measuring channel (figure 4). In this case, a smaller base d form a rough but unambiguous direction finding scale, and a larger base 2d forms an accurate but ambiguous direction finding scale:

d/λ<1/2≤2d/λ.d / λ <1/2 ≤2d / λ.

Так предлагается использовать фазовый метод пеленгации поврежденного участка магистрального трубопровода с помощью трех приемных антенн, расположенных на пункте приема, в виде отрезка прямой, параллельной магистральному трубопроводу на некотором расстоянии R1 от него.So it is proposed to use the phase method of direction finding of the damaged section of the main pipeline using three receiving antennas located at the reception point, in the form of a straight segment parallel to the main pipeline at a certain distance R 1 from it.

Зная расстояние R1 и измерив угловую координату а, можно точно и однозначно определить координаты поврежденного участка магистрального трубопровода. Данные сведения уточняются модулирующим кодом M(t), который выделяется из принимаемого ФМн-сигнала путем его синхронного детектирования. В модулирующем коде M(t) содержится информация о номере поврежденного участка магистрального трубопровода и местоположении повреждения участка.Knowing the distance R 1 and measuring the angular coordinate a, it is possible to accurately and unambiguously determine the coordinates of the damaged section of the main pipeline. This information is refined by the modulating code M (t), which is extracted from the received PSK signal by its synchronous detection. The modulating code M (t) contains information about the number of the damaged section of the main pipeline and the location of the damage to the section.

Предлагаемое устройство инвариантно к нестабильности несущей частоты и виду модуляции (манипуляции) принимаемых сигналов, так как пеленгацию поврежденного участка магистрального трубопровода осуществляют на стабильной частоте ωг2 второго гетеродина 34. Предлагаемое устройство позволяет регистрировать аварийные участки транспортируемого продукта весьма малой величины (менее 1%) вдоль участков магистральных трубопроводов протяженностью от нескольких сот метров до нескольких километров с точностью не ниже 0,1% (неопределенность Δx<30 м).The proposed device is invariant to the instability of the carrier frequency and the type of modulation (manipulation) of the received signals, since direction finding of the damaged section of the main pipeline is carried out at a stable frequency ω g2 of the second local oscillator 34. The proposed device allows you to register emergency sections of the transported product of a very small size (less than 1%) along sections of trunk pipelines with a length of several hundred meters to several kilometers with an accuracy of not less than 0.1% (uncertainty Δx <30 m).

Описанная выше работа предлагаемого устройства соответствует случаю размещения пункта приема на транспортном средстве, например на автомобиле, находящемся на некотором расстоянии от магистрального трубопровода.The above operation of the proposed device corresponds to the case of placing the reception point on the vehicle, for example, on a car located at some distance from the main pipeline.

Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на борту космического аппарата, проекцию траектории полета которого располагают вблизи магистрального трубопровода параллельно ему. Причем приемные антенны располагают на концах специальных панелей в виде геометрического креста, в пересечении которого помещают приемную антенну 24 измерительного канала, общую для приемных антенн 25 и 26, 51 и 52 пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной) плоскостях, по два на каждую плоскость, образуя тем самым в каждой плоскости две измерительные базы d и 2d, между которыми устанавливают неравенствоTo control the long trunk pipelines, the control point is placed on board the spacecraft, the projection of the flight path of which is located near the main pipeline parallel to it. Moreover, the receiving antennas are located at the ends of special panels in the form of a geometric cross, at the intersection of which the receiving antenna 24 of the measuring channel is placed, common to the receiving antennas 25 and 26, 51 and 52 of direction finding channels located in the azimuthal (horizontal) and elevation (vertical) planes, two on each plane, thereby forming in each plane two measuring bases d and 2d, between which establish the inequality

d/λ<1/2≤2d/λ,d / λ <1/2 ≤2d / λ,

где λ - длина волны;where λ is the wavelength;

при этом меньшие базы d образуют грубые, но однозначные шкалы отсчета углов α и β, а большие 2d образуют точные, но не однозначные шкалы отсчета углов α и β,the smaller bases d form rough but unambiguous reference frames for the angles α and β, and the larger 2d form accurate, but not unique reference frames for the angles α and β,

где α - азимут места повреждения магистрального трубопровода,where α is the azimuth of the place of damage of the main pipeline,

β - угол места повреждения магистрального трубопровода (фиг.6).β is the angle of the damage to the main pipeline (Fig.6).

При этом дополнительные два пеленгационных канала, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны 51 (52), смесителя 53 (54), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, усилителя 55(56) первой промежуточной частоты, перемножителя 57 (58), второй вход которого соединен с выходом усилителя 36 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 59 (60) и фазового детектора 61 (62), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 34 (узкополосного фильтра 59), а выход подключен к блоку 50 регистрации, обеспечивают точное и однозначное определение угла места β поврежденного участка магистрального трубопровода и работают так же, как два пеленгационных канала в азимутальной плоскости (фиг.7). В этом случае блоком 50 регистрации фиксируются манипулирующий код M(t), азимут α и угол места β поврежденного участка магистрального трубопровода.In this case, two additional direction finding channels, each of which consists of a series-connected receiving antenna 51 (52), a mixer 53 (54), the second input of which is connected to the output of the local oscillator 30, amplifier 55 (56) of the first intermediate frequency, and multiplier 57 (58) the second input of which is connected to the output of the amplifier 36 of the second intermediate frequency, the narrow-band filter 59 (60) and the phase detector 61 (62), the second input of which is connected to the output of the local oscillator 34 (narrow-band filter 59), and the output is connected to the registration unit 50, provide accurate and about -valued determination of elevation angle β pipeline damaged area and operate in the same channel as the two direction-finding in the azimuthal plane (7). In this case, the registration code 50 fixes the manipulation code M (t), azimuth α and elevation angle β of the damaged section of the main pipeline.

Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на борту самолета, пролетающего над магистральным трубопроводом. Причем четыре приемные антенны 25 и 26, 51 и 52 располагают на концах фюзеляжа и крыльев в виде геометрического креста, в пересечении которого помещают приемную антенну 24 измерительного канала (фиг.8). Состав и работа измерительного и четырех пеленгационных каналов те же, что и для космического аппарата (фиг.7).To control the long trunk pipelines, a control point is placed on board an airplane flying over the trunk pipeline. Moreover, four receiving antennas 25 and 26, 51 and 52 are located at the ends of the fuselage and wings in the form of a geometric cross, at the intersection of which the receiving antenna 24 of the measuring channel is placed (Fig. 8). The composition and operation of the measuring and four direction finding channels are the same as for the spacecraft (Fig. 7).

Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля располагают на борту вертолета, пролетающего над магистральным трубопроводом. Решение данной задачи требует высокоточной координатометрии, что применительно к вертолету имеет свои особенности. Наличие вращающихся винтов может быть использовано как положительный фактор для определения направления на источник излучения ФМн-сигнала (поврежденный участок магистрального трубопровода) с помощью пеленгационного устройства, четыре приемные антенны 25 и 26, 51 и 52 которого расположены на концах четырех лопастей несущего винта, а приемная антенна 24 измерительного канала размещена над втулкой винта (фиг.9).To control long trunk pipelines, a control point is located on board a helicopter flying over the trunk pipeline. The solution to this problem requires high-precision coordinate measurement, which in relation to a helicopter has its own characteristics. The presence of rotary screws can be used as a positive factor to determine the direction of the FMN signal (damaged section of the main pipeline) to the radiation source using a direction finding device, four receiving antennas 25 and 26, 51 and 52 of which are located at the ends of the four rotor blades, and the receiving the antenna 24 of the measuring channel is placed above the sleeve of the screw (Fig.9).

Пеленгационные каналы в этом случае имеют следующие отличия: к выходу узкополосного фильтра 46 (59) последовательно подключены перемножитель 48 (63), второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 47 (60), узкополосный фильтр 49 (64) и фазометр 70 (72), второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 68, а выход подключен к блоку 50 регистрации. К выходу узкополосного фильтра 47 (60) последовательно подключены линия задержки 61 (65), фазовый детектор 62 (66) и фазометр 69 (71), второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 68, а выход подключен к блоку 50 регистрации. Двигатель 67 кинетически связан с винтом вертолета и опорным генератором 68 (фиг.10).The direction finding channels in this case have the following differences: a multiplier 48 (63) is connected in series to the output of the narrow-band filter 46 (59), the second input of which is connected to the output of the narrow-band filter 47 (60), the narrow-band filter 49 (64), and the phase meter 70 (72) the second input of which is connected to the output of the reference generator 68, and the output is connected to the block 50 registration. A delay line 61 (65), a phase detector 62 (66) and a phase meter 69 (71) are connected to the output of the narrow-band filter 47 (60), the second input of which is connected to the output of the reference oscillator 68, and the output is connected to the registration unit 50. The engine 67 is kinetically connected with the helicopter rotor and the reference generator 68 (Fig. 10).

Пеленгацию источника излучения ФМН-сигнала (поврежденного участка магистрального трубопровода) в двух плоскостях осуществляют дифференциально-фазовым методом с использованием обусловленной эффектом Доплера фазовой модуляцией, возникающей при круговом вращении приемных антенн 25 и 26, 51 и 52 вокруг приемной антенны 24.Direction finding of the radiation source of the FMN signal (damaged section of the trunk pipeline) in two planes is carried out by the differential-phase method using phase modulation due to the Doppler effect that occurs when the receiving antennas 25 and 26, 51 and 52 are rotated around the receiving antenna 24.

В этом случае принимаемые антеннами 24, 25, 26, 51 и 52 ФМн-сигналыIn this case, the received FMN signals 24, 25, 26, 51 and 52

Figure 00000048
Figure 00000048

Figure 00000049
Figure 00000049

Figure 00000050
Figure 00000050

Figure 00000051
Figure 00000051

Figure 00000052
Figure 00000052

где R - радиус окружности, на которой расположены приемные антенны 25, 26, 51 и 52 (длина лопастей винта вертолета);where R is the radius of the circle on which the receiving antennas 25, 26, 51 and 52 are located (the length of the rotor blades of the helicopter);

Ω - скорость вращения винта вертолета; Ω is the rotational speed of the helicopter rotor;

преобразуются по частоте, перемножаются и узкополосными фильтрами 46, 47, 59 и 60 выделяются следующие напряжения:are frequency-converted, multiplied, and the following voltages are distinguished by narrow-band filters 46, 47, 59 and 60:

Figure 00000053
Figure 00000053

Figure 00000054
Figure 00000054

Figure 00000055
Figure 00000055

Figure 00000056
Figure 00000056

Эти напряжения обрабатываются двумя автокорреляторами, каждый из которых состоит из фазового детектора 62(66) и линии задержки 61(65), что способствует уменьшению индекса фазовой модуляции Δφm=2π·R/λ и устранению неоднозначности отсчета углов α и β.These voltages are processed by two autocorrelators, each of which consists of a phase detector 62 (66) and a delay line 61 (65), which helps to reduce the phase modulation index Δφm = 2π · R / λ and eliminate the ambiguity of the reading of the angles α and β.

На выходе автокорреляторов образуются напряженияAutocorrelators output voltages

Figure 00000057
Figure 00000057

Figure 00000058
Figure 00000058

которые поступают на первые входы фазометров 69 и 70, на вторые входы которых подается напряжение опорного генератора 68which are supplied to the first inputs of the phase meters 69 and 70, to the second inputs of which the voltage of the reference generator 68 is supplied

Figure 00000059
Figure 00000059

Измеренные фазометрами 69 и 70 угловые координаты фиксируются блоком 50 регистрации.The angular coordinates measured by phase meters 69 and 70 are recorded by the recording unit 50.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает не только расширение функциональных возможностей за счет передачи по радиоканалу тревожного сигнала о месте возникновения утечек в магистральных трубопроводах на пункт контроля, но и увеличение длины контролируемых участков магистральных трубопроводов путем передачи времени прихода ударных волн пониженного давления, образующихся в момент местного разрыва или повреждения трубопровода, на один из концов контролируемого участка трубопровода по радиоканалу на другой конец контролируемого участка. При этом в качестве тревожного и информационного сигналов используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией, что позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между работающими радиоканалами и селекцией их на приемной стороне с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждого радиоканала во всем диапазоне частот сигналами с фазовой манипуляцией с выделением приемником сигнала необходимого радиоканала посредством его структурной селекции. Использование радиоканалов на базе сложных ФМн-сигналов позволяет осуществлять уверенный прием информации при наличии весьма мощных местных узкополосных сигналов и помех в полосе пропускания приемников. Таким путем решается задача, с которой метод частотной селекции принципиально не может справиться.Thus, the proposed device in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides not only the expansion of functionality by transmitting over the air the alarm signal about the occurrence of leaks in the main pipelines to the control point, but also increasing the length of the monitored sections of the main pipelines by transmitting time arrival of shock waves of reduced pressure generated at the time of local rupture or damage to the pipeline, on one of the end of the controlled section of the pipeline over the air to the other end of the controlled section. At the same time, complex signals with phase shift keying are used as an alarm and information signal, which allows the use of a new type of selection - structural selection. This means that there is a new opportunity to separate signals operating in the same frequency band and at the same time intervals. Fundamentally, you can abandon the traditional method of dividing the operating frequencies of the used range between the working radio channels and selecting them on the receiving side using frequency filters. It can be replaced by a new method based on the simultaneous operation of each radio channel in the entire frequency range with phase-manipulated signals with the allocation of the necessary radio channel by the signal receiver through its structural selection. The use of radio channels based on complex QPSK signals allows for reliable information reception in the presence of very powerful local narrowband signals and interference in the receiver bandwidth. In this way, a problem is solved with which the method of frequency selection cannot fundamentally cope.

С точки зрения обнаружения сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.From the point of view of detection, complex signals with phase shift keying have high energy and structural secrecy.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.The energy secrecy of these signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, the PSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of the QPSK signal is by no means small, it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point in this region the signal power is less than the power of noise and interference.

Структурная скрытность ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников.The structural secrecy of the QPSK signals is due to the wide variety of their shapes and significant ranges of parameter changes, which makes it difficult to optimally or at least quasi-optimally process the QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receivers.

Для выделения модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала используется его синхронное детектирование на пункте контроля. Причем опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигнала, выделяется непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала, а возникающее при этом явление "обратной работы" устраняется методом стабилизации начальной фазы опорного напряжения.To isolate the modulating code M (t) from the received QPSK signal, its synchronous detection at the control point is used. Moreover, the reference voltage necessary for the synchronous detection of the PSK signal is extracted directly from the received PSK signal, and the phenomenon of "reverse operation" arising from this is eliminated by stabilizing the initial phase of the reference voltage.

Для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала на концах контролируемого участка магистрального трубопровода используется метод относительной фазовой манипуляции, который свободен от явления "обратной работы". Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на летательном аппарате (космическом аппарате, самолете или вертолете).For synchronous detection of the received QPSK signal at the ends of the monitored section of the main pipeline, the method of relative phase manipulation, which is free from the phenomenon of "reverse operation", is used. To control long trunk pipelines, the control point is placed on an aircraft (spacecraft, airplane or helicopter).

Claims (1)

Устройство для определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах, содержащее пункт контроля, на каждом конце контролируемого участка трубопровода последовательно включенные датчик давления, усилитель-преобразователь и управляющий блок клапана, подключенный к клапану-отсекателю, на первом конце контролируемого участка трубопровода источник питания, обмотку и контакты реле, ключ, вычислительный блок и передатчик, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к плюсовой клемме источника питания последовательно подключены обмотка реле и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а выход ключа соединен с минусовой клеммой источника питания, к выходу вычислительного блока последовательно подключены формирователь кода, сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающая антенна, отличающееся тем, что оно снабжено на первом конце контролируемого участка трубопровода усилителем, фильтром, аналого-цифровым преобразователем, коррелятором и приемником, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к выходу датчика давления последовательно подключены усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь и коррелятор, выход которого соединен с входом вычислительного блока, приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, линии задержки, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и фильтра нижних частот, выход которого соединен с вторым входом коррелятора, на втором конце контролируемого участка трубопровода источником питания, обмоткой и контактами реле, ключом, усилителем, фильтром, аналого-цифровым преобразователем и передатчиком, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к плюсовой клемме источника питания последовательно подключены обмотка реле и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а выход ключа соединен с минусовой клеммой источника питания, к выходу датчика давления последовательно подключены усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающая антенна.A device for determining the location of leaks in main pipelines, containing a control point, at each end of the monitored section of the pipeline, a pressure transducer, an amplifier-converter and a valve control unit connected to the shut-off valve, connected at the first end of the monitored section of the pipeline, a power source, a winding and contacts relay, key, computing unit and transmitter, which through relay contacts is connected to the power source, and to the positive terminal of the power source after the relay winding and the key are connected, the control input of which is connected to the output of the amplifier-converter, and the key output is connected to the negative terminal of the power supply, a code generator, an adder, the second input of which is connected to the output of the modulating code generator, a phase manipulator are connected in series to the output of the key the second input of which is connected to the output of the high-frequency generator, a power amplifier and a transmitting antenna, characterized in that it is provided at the first end of the controlled pipe piping with an amplifier, filter, analog-to-digital converter, correlator and receiver, which is connected to a power source through relay contacts, and an amplifier, filter, analog-to-digital converter and correlator, the output of which is connected to the input of the computing unit, are connected in series to the output of the pressure sensor, the receiver is made in the form of a series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier, delay line, multiplier, the second input of which is connected to the output of the high-frequency amplifier, and A low-pass filter, the output of which is connected to the second input of the correlator, at the second end of the monitored section of the pipeline by a power source, a coil and relay contacts, a key, an amplifier, a filter, an analog-to-digital converter and a transmitter that is connected through a relay contact to a power source, and to the positive terminal of the power source is connected in series to the relay coil and the key, the control input of which is connected to the output of the amplifier-converter, and the output of the key is connected to the negative terminal of the power source I, an amplifier, a filter, an analog-to-digital converter, a phase manipulator, the second input of which is connected to the output of a high-frequency generator, a power amplifier and a transmitting antenna, are connected in series to the output of the pressure sensor.
RU2006100209/06A 2006-01-10 2006-01-10 Device for detecting sites of leakage on main pipelines RU2302584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100209/06A RU2302584C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Device for detecting sites of leakage on main pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100209/06A RU2302584C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Device for detecting sites of leakage on main pipelines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2302584C1 true RU2302584C1 (en) 2007-07-10

Family

ID=38316726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100209/06A RU2302584C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Device for detecting sites of leakage on main pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2302584C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449210C1 (en) * 2010-10-25 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Control method of main pipeline state
RU2462656C2 (en) * 2010-07-15 2012-09-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт" Combined hydroacoustic system for detection of oil product pipeline
RU2571878C1 (en) * 2014-09-11 2015-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Электронные технологии и метрологические системы" Method of leak detection on pipelines with pump supply of transported media
WO2017027565A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 William Duke Everhart Water system leak detection

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462656C2 (en) * 2010-07-15 2012-09-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт" Combined hydroacoustic system for detection of oil product pipeline
EA021366B1 (en) * 2010-07-15 2015-06-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт" Combined hydroacoustic system for detection of leaks of oil product pipeline
RU2449210C1 (en) * 2010-10-25 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Control method of main pipeline state
RU2571878C1 (en) * 2014-09-11 2015-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Электронные технологии и метрологические системы" Method of leak detection on pipelines with pump supply of transported media
WO2017027565A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 William Duke Everhart Water system leak detection
US9834911B2 (en) 2015-08-13 2017-12-05 William Duke Everhart Water system leak detection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2408048A (en) Radio direction method and system
CN104166126B (en) A kind of simulated radar echo method for continuous wave radar
RU2302584C1 (en) Device for detecting sites of leakage on main pipelines
CN108981623B (en) Remote micro-displacement detection method based on microwave signals
RU2685578C1 (en) Method for remote monitoring and diagnostics of condition of structures and engineering structures and device for its implementation
RU2190152C1 (en) Method for detecting leakage zone in main pipelines
US4905210A (en) Liquid impoundment survey vehicle incorporating positioning finding and tracking system
RU2258865C1 (en) Method of detecting location of leakage in pipelines
RU2290658C1 (en) Phase mode of direction finding and phase direction finder for its execution
RU2196312C2 (en) Facility to search for point of leakage in trunk pipe-line
US8952848B2 (en) System and method for determining the location of the phase center of an antenna
RU2233402C2 (en) Device for determining leakage sites in pipelines
RU2296432C1 (en) Method for autocorrelation receipt of noise-like signals
RU2660752C1 (en) Method of detecting and high-speed determination of parameters of marine ice fields and a radar location system for its implementation
RU2229708C2 (en) Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines
RU2234637C1 (en) Method of determining leakage site in pipelines
US3518675A (en) Approximating the networks for a beamforming transducer array
RU2603971C1 (en) Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor
RU2207588C2 (en) Helicopter-borne radar
RU2735804C1 (en) Method of determining location and dimensions of oil slick during emergency oil leakage
RU2739478C1 (en) Method for processing a pseudo-noise signal in sonar
RU2711632C1 (en) Method of underground facilities of subway monitoring and system for its implementation
RU2723437C1 (en) Method for detection and high-accuracy determination of parameters of sea ice fields and radar system for its implementation
RU2637048C1 (en) Asteroid motion parameters determining system
RU2275689C1 (en) Ecological system for gathering information about status of region

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140111