RU2321827C2

RU2321827C2 - Method of measuring pipe length

Info

Publication number: RU2321827C2
Application number: RU2006109659/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Анатольевич Калинчук (RU); Юрий Анатольевич Калинчук; Леонид Михайлович Буткевич (RU); Леонид Михайлович Буткевич; Любовь Викторовна Второва (RU); Любовь Викторовна Второва; Федор Анатольевич Калинчук (RU); Федор Анатольевич Калинчук
Original assignee: ООО "Научно-производственное предприятие "Метакон-Томич"
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-04-10
Also published as: RU2006109659A

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: method comprises measuring time it takes for an acoustic pulse to pass through the air space to the pipe end and back and measuring the time interval between the peak of amplitude in the first pulse and peak of the amplitude in the subsequent pulse of opposite polarity.

EFFECT: enhanced precision.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения длины труб, в том числе при доступе только с одного конца.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the length of the pipes, including when accessing from only one end.

Измерение длины труб механическими и электромеханическими способами требует много времени и доступа к обоим концам трубы, что не всегда возможно в реальных условиях.Measuring the length of pipes by mechanical and electromechanical methods requires a lot of time and access to both ends of the pipe, which is not always possible in real conditions.

Это ограничение снято в акустических способах измерения длины труб, базирующихся на измерении времени распространения акустического импульса, отраженного от конца трубы, и расчете длины трубы по измеренному времени и известной из справочных данных величине скорости звука в воздухе из соотношения S=V·t, где S - размер изделия, V - скорость распространения сигнала, t - время его распространения.This restriction was removed in acoustic methods for measuring the length of pipes, based on measuring the propagation time of an acoustic pulse reflected from the end of the pipe, and calculating the length of the pipe from the measured time and the sound velocity in air from the relation S = V · t, known from the reference data, where S - product size, V - signal propagation speed, t - time of its propagation.

Приборы, реализующие описанный способ измерения длины труб, представлены в [1-3] (1. Лавров В.В. // Приборы и системы управления. - 1992 - №8; 2. Жиганов И.Ю., Скворцов Б.В., Синников С.Г. // Измерительная техника. - 2002. - №7; 3. Свидетельство на полезную модель №7442, G01В 17/00). Все эти приборы измеряют время Δt пробега акустического импульса по трубе в прямом и обратном направлениях, а длину трубы L рассчитывают по формуле L=V(T)·Δt/2, где V(T) - скорость звука при температуре Т, известная из справочных данных (например, эмпирическая зависимость V=20

, где Т - температура в К). Очевидно, от точности измерения Δt зависит и точность расчета длины трубы.Devices that implement the described method for measuring the length of pipes are presented in [1-3] (1. Lavrov VV // Devices and control systems. - 1992 - No. 8; 2. Zhiganov I.Yu., Skvortsov B.V. , Sinnikov SG // Measuring equipment. - 2002. - No. 7; 3. Utility Model Certificate No. 7442, G01В 17/00). All these instruments measure the acoustic pulse travel time Δt along the pipe in the forward and reverse directions, and the pipe length L is calculated by the formula L = V (T) · Δt / 2, where V (T) is the speed of sound at temperature T, known from the reference data (for example, the empirical dependence V = 20

where T is the temperature in K). Obviously, the accuracy of calculating the pipe length also depends on the measurement accuracy Δt.

Способ измерения длины труб, использованный в [2], принят за прототип.The method of measuring the length of the pipes used in [2], adopted as a prototype.

В [2] фиксируется интервал времени между посланным с одного конца трубы акустическим импульсом и отраженным от другого конца эхо-импульсом. Такой способ не обеспечивает достаточной точности измерения в связи с неоднозначностью определения момента вхождения переднего фронта эхо-импульса (изменение крутизны фронта и формы принятого эхо-импульса, возникновение переходных процессов при излучении импульса, связанных, в частности, с колебаниями корпуса излучателя), а также возможностью срабатывания приемника сигнала от помех.In [2], the time interval between the acoustic pulse sent from one end of the tube and the echo pulse reflected from the other end is fixed. This method does not provide sufficient measurement accuracy due to the ambiguity of determining the moment of entry of the leading edge of the echo pulse (changing the steepness of the front and the shape of the received echo pulse, the occurrence of transient processes when the pulse is emitted, associated, in particular, with oscillations of the emitter housing), and the ability to trigger the signal receiver from interference.

Предложены различные способы определения положения переднего фронта импульса, например [4] (авторское свидетельство №600436), [5] (авторское свидетельство №567129). Однако они не снимают всех проблем, связанных с неоднозначностью определения момента вхождения переднего фронта импульса, а также возможностью ошибки вследствие приема сигнала от помех.Various methods have been proposed for determining the position of the leading edge of the pulse, for example [4] (copyright certificate No. 600436), [5] (copyright certificate No. 567129). However, they do not remove all the problems associated with the ambiguity of determining the moment of entry of the leading edge of the pulse, as well as the possibility of error due to the reception of the signal from interference.

Для исключения указанных проблем предлагается способ измерения длины труб с открытыми концами, включающий измерение времени прохождения акустического импульса по воздушной полости внутри трубы в прямом и обратном направлениях, и определение длины трубы из соотношения L=V(T)·Δt/2, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет устранения зависимости результата измерений от неоднозначности определения момента вхождения первого эхо-импульса, фиксируют интервал времени между пиком с максимальной амплитудой в первом эхо-импульсе от открытого конца трубы и пиком с максимальной амплитудой противоположной полярности в следующем эхо-импульсе.To eliminate these problems, we propose a method for measuring the length of pipes with open ends, including measuring the time of passage of the acoustic pulse through the air cavity inside the pipe in the forward and reverse directions, and determining the pipe length from the relation L = V (T) · Δt / 2, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurements by eliminating the dependence of the measurement result on the ambiguity of determining the moment of occurrence of the first echo pulse, the time interval between the peak with the maximum amplitude in the first echo is fixed -pulse from the open end of the pipe and a peak with a maximum amplitude of opposite polarity in the next echo pulse.

На чертеже представлена запись акустического сигнала с двумя эхо-импульсами, снятого на трубе из стали 20 с внутренним диаметром 64 мм, длиной 356 см, и показана схема измерения промежутка времени Δt между двумя пиками с максимальной амплитудой в первом и втором эхо-импульсах. Эти импульсы противоположны по фазе, поскольку первый эхо-импульс, пришедший к приемнику сигнала, отражается от него с потерей полуволны (скачком фазы на 180°), как от среды с более высокой плотностью (А.И.Китайгородский. Введение в физику, Физматгиз, 1959, стр.123), а от открытого конца трубы эхо-импульсы отражаются без потери полуволны.The drawing shows a recording of an acoustic signal with two echo pulses recorded on a steel pipe 20 with an inner diameter of 64 mm, a length of 356 cm, and a diagram of the measurement of the time interval Δt between two peaks with a maximum amplitude in the first and second echo pulses is shown. These pulses are opposite in phase, since the first echo pulse arriving at the signal receiver is reflected from it with a half-wave loss (180 ° phase jump), as from a medium with a higher density (A.I.Kitaygorodsky. Introduction to Physics, Fizmatgiz , 1959, p. 123), and from the open end of the tube, echo pulses are reflected without loss of half-wave.

Предлагаемый способ полностью снимает все вопросы, связанные с неоднозначностью определения времени вхождения импульса, исключает возможность срабатывания приемника на другие импульсы, что возможно при фиксации эффекта по времени вступления переднего фронта принятого эхо-импульса.The proposed method completely removes all the issues associated with the ambiguity of determining the pulse entry time, eliminates the possibility of the receiver operating at other pulses, which is possible when the effect is fixed by the arrival time of the leading edge of the received echo pulse.

Предлагаемый способ позволяет также существенно снизить нижнюю границу диапазона измеряемых длин труб. Так, в приборах УИДТ-2 и Питон (см. [3]) она составляет 6 м и 2 м соответственно. По предлагаемому способу нижняя граница диапазона не превышает 1 м при сохранении высокой точности измерения.The proposed method also allows to significantly reduce the lower limit of the range of measured pipe lengths. So, in UIDT-2 and Python devices (see [3]), it is 6 m and 2 m, respectively. According to the proposed method, the lower limit of the range does not exceed 1 m while maintaining high measurement accuracy.

Пример. Предлагаемый способ измерения длины труб был опробован на трубах из стали 20 с внутренним диаметром 64 мм. Измерения проводили в помещении при температуре 26°С. Скорость звука V в воздухе при этой температуре равна 346 м/сек. Фиксировали временной интервал Δt между пиком с максимальной амплитудой в первом эхо-импульсе и пиком с максимальной амплитудой, но противоположной полярности в следующем эхо-импульсе. По измеренному Δt длину трубы L определяли по формуле L=V·Δt/2. Результаты измерений приведены в таблице.Example. The proposed method for measuring the length of the pipes was tested on pipes of steel 20 with an inner diameter of 64 mm. The measurements were carried out indoors at a temperature of 26 ° C. The speed of sound V in air at this temperature is 346 m / s. The time interval Δt was fixed between the peak with the maximum amplitude in the first echo pulse and the peak with the maximum amplitude, but of opposite polarity in the next echo pulse. According to the measured Δt, the pipe length L was determined by the formula L = V · Δt / 2. The measurement results are shown in the table.

Видно, что ошибка измерения не превышает 0,1%.It can be seen that the measurement error does not exceed 0.1%.

Следует отметить, что способ не применим к трубам с большими сквозными дефектами в стенках, поскольку от них могут возникать эхо-импульсы, фиксация которых исказит результаты измерения.It should be noted that the method is not applicable to pipes with large through defects in the walls, since echo pulses can occur from them, fixing which will distort the measurement results.

Claims

A method for measuring the length of pipes with open ends, based on measuring the time interval of the passage of an acoustic pulse through the air cavity inside the pipe to the end of the pipe and vice versa, characterized in that the time interval is fixed between a peak with a maximum amplitude in the first echo pulse and a peak with a maximum amplitude, opposite polarity in the next echo pulse.