RU2392641C1 - Acoustic range finding method - Google Patents

Acoustic range finding method Download PDF

Info

Publication number
RU2392641C1
RU2392641C1 RU2009116012/28A RU2009116012A RU2392641C1 RU 2392641 C1 RU2392641 C1 RU 2392641C1 RU 2009116012/28 A RU2009116012/28 A RU 2009116012/28A RU 2009116012 A RU2009116012 A RU 2009116012A RU 2392641 C1 RU2392641 C1 RU 2392641C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
distance
signal
points
reception
Prior art date
Application number
RU2009116012/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Солдатов (RU)
Алексей Иванович Солдатов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
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 образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
Priority to RU2009116012/28A priority Critical patent/RU2392641C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2392641C1 publication Critical patent/RU2392641C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics, acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to sound ranging and acoustic control and can be used to measure distance to objects moving inside pipes. The acoustic range finding method involves emission of a probing signal outside a pipe in which an object is moving, reception of the probing signal and emission of a response signal by an active response generating device mounted on the object moving inside the pipe and reception of the reception signal. Emission of probing signal and reception of the response signal are successively carried out from two points spaced apart outside the pipe. The distance between these points is measured. Propagation speed of ultrasound in the medium filling the pipe is then determined by dividing the doubled distance between the first and second point by the two-directional propagation time difference between the object inside the pipe and the first and second points. The distance to the object inside the pipe is determined using the obtained speed value.
EFFECT: reduced measurement error.
1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области звукодальнометрии и акустического управления и может быть использовано для измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.The invention relates to the field of sound ranging and acoustic control and can be used to measure distances to objects moving in the pipe spaces.

Известен способ измерения расстояния между двумя точками по методу однонаправленного измерения (А.А.Горбатов, Г.Е.Рудашевский «Акустические методы измерения расстояний и управления», М.: Энергоиздат, 1981 г., с.7-9), включающий подачу ультразвукового сигнала от излучателя ультразвукового сигнала, установленного в одной точке, прием ультразвукового сигнала приемником, установленным в другой точке, и измерение расстояния между двумя точками по времени прохождения ультразвукового сигнала от одной точки до другой.A known method of measuring the distance between two points by the method of unidirectional measurement (A.A. Gorbatov, G.E. Rudashevsky "Acoustic methods for measuring distances and control", M .: Energoizdat, 1981, p. 7-9), including the feed an ultrasonic signal from an emitter of an ultrasonic signal installed at one point, receiving an ultrasonic signal by a receiver installed at another point, and measuring the distance between two points by the time the ultrasonic signal travels from one point to another.

Известен способ акустической дальнометрии (патент РФ №2315335 МПК (2006.01) G01S 15/08, опубл. 20.01.2008), выбранный в качестве прототипа, включающий подачу зондирующего сигнала первым приемоизлучающим датчиком, прием этого сигнала вторым приемоизлучающим датчиком, расположенным на перемещаемом внутритрубном устройстве, подачу от него ответного сигнала, прием ответного сигнала первым приемоизлучающим датчиком, причем подачу зондирующего и прием ответного сигналов осуществляют с внешней стороны трубы и определение расстояния между двумя приемоизлучающими датчиками путем измерения времени двунаправленного прохождения зондирующего сигнала и ответного сигнала.There is a known method of acoustic ranging (RF patent No. 2315335 IPC (2006.01) G01S 15/08, published on January 20, 2008), selected as a prototype, including supplying a sounding signal by a first receiving-emitting sensor, receiving this signal by a second receiving-emitting sensor located on a movable in-tube device , supplying a response signal from it, receiving a response signal by a first receiving-emitting sensor, wherein the sounding and receiving response signals are carried out from the outside of the pipe and determining the distance between the two receiving-emitting radiation sensors by measuring the bi-directional transit time of the probe signal and the response signal.

Недостатком известных способов является высокая погрешность определения расстояния до внутритрубного объекта, обусловленная зависимостью скорости распространения ультразвукового сигнала от температуры, давления и состава среды, заполняющей трубопровод.A disadvantage of the known methods is the high error in determining the distance to the in-tube object, due to the dependence of the propagation velocity of the ultrasonic signal on temperature, pressure and the composition of the medium filling the pipeline.

Задачей изобретения является создание способа акустической дальнометрии, позволяющего уменьшить погрешность измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.The objective of the invention is to provide a method of acoustic ranging, which allows to reduce the error of measuring distances to objects moving in the pipe spaces.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе акустической дальнометрии, включающем подачу зондирующего сигнала с внешней стороны трубы на объект, перемещаемый внутри трубы, прием зондирующего сигнала и подачу ответного сигнала устройством генерирования активного ответа, расположенным на внутритрубном объекте, прием ответного сигнала, определение расстояния до объекта путем измерения времени двунаправленного прохождения зондирующего и ответного сигналов.The problem is solved due to the fact that in the method of acoustic ranging, including supplying a sounding signal from the outside of the pipe to an object moving inside the pipe, receiving a sounding signal and supplying a response signal with an active response generating device located on the in-pipe object, receiving a response signal, determining distance to the object by measuring the time of bidirectional passage of the probing and response signals.

Согласно изобретению подачу зондирующего и прием ответного сигналов последовательно осуществляют из двух отстоящих друг от друга точек с внешней стороны трубы, измеряют расстояние между этими точками, затем определяют скорость распространения ультразвука в среде, заполняющей трубу, путем деления удвоенного расстояния между первой и второй точками на разность двунаправленного времени распространения сигналов между внутритрубным объектом и первой, и второй точками, используя полученное значение скорости, определяют расстояния до внутритрубного объекта.According to the invention, the probing and receiving response signals are sequentially carried out from two points spaced from each other on the outside of the pipe, the distance between these points is measured, then the ultrasound propagation velocity in the medium filling the pipe is determined by dividing the doubled distance between the first and second points by the difference the bidirectional signal propagation time between the in-tube object and the first and second points, using the obtained speed value, determine the distance to the inside tritar object.

За счет последовательной подачи зондирующих и приема ответных сигналов из двух отстоящих друг от друга точек с внешней стороны трубы, измерения расстояния между этими точками, определения скорости распространения ультразвука в среде, заполняющей трубу, путем деления удвоенного расстояния между первой и второй точками на разность двунаправленного времени распространения сигналов между внутритрубным объектом и первой, и второй точками, и использования полученного значения скорости для определения расстояния до внутритрубного объекта, обеспечивается возможность увеличить точность измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.By sequentially supplying probing signals and receiving response signals from two points spaced from each other on the outside of the pipe, measuring the distance between these points, determining the speed of ultrasound propagation in the medium filling the pipe, by dividing the doubled distance between the first and second points by the difference in bidirectional time the propagation of signals between the in-tube object and the first and second points, and using the obtained speed value to determine the distance to the in-tube object , it is possible to increase the accuracy of measuring distances to objects moving in the pipe spaces.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The drawing shows a structural diagram of a device that implements the proposed method.

В таблице показаны результаты измерения удаления внутритрубного объекта от первого акустического дальномера.The table shows the results of measuring the removal of the in-tube object from the first acoustic range finder.

Устройство акустической дальнометрии, реализующее предлагаемый способ (см. чертеж), содержит блок управления 1, первый дальномер 2, установленный в первой точке на внешней стороне трубы 3, второй дальномер 4, установленный в другой точке на внешней стороне трубы 3 и устройство генерирования активного ответа 5, установленное на внутритрубном объекте 6, перемещаемом во внутритрубном пространстве.An acoustic ranging device that implements the proposed method (see drawing) contains a control unit 1, a first range finder 2 installed at a first point on the outside of the pipe 3, a second range finder 4 installed at another point on the outside of the pipe 3 and an active response generating device 5 mounted on the in-pipe object 6, movable in the in-pipe space.

Блок управления 1 связан с первым дальномером 2, установленным на внешней стороне трубы 3, и вторым дальномером 4, установленным на внешней стороне трубы 3 на фиксированном расстоянии от первого дальномера 2.The control unit 1 is connected to the first range finder 2 mounted on the outside of the pipe 3, and the second range finder 4 mounted on the outside of the pipe 3 at a fixed distance from the first range finder 2.

Блок управления 1 может быть выполнен на любом микропроцессоре, например, ATMEGA 8, дальномеры 2 и 4 должны быть акустическими, например, по патенту РФ №2315335 МПК (2006.01) G01S 15/08, устройство генерирования активного ответа 5 может быть выбрано из патента РФ №2315335 МПК (2006.01) G01S 15/08. В качестве внутритрубного объекта может быть выбран внутритрубный скребок или герметизатор.The control unit 1 can be performed on any microprocessor, for example, ATMEGA 8, rangefinders 2 and 4 must be acoustic, for example, according to RF patent No. 2315335 IPC (2006.01) G01S 15/08, the device for generating an active response 5 can be selected from the RF patent No. 2315335 IPC (2006.01) G01S 15/08. As an in-tube object, an in-line scraper or sealant may be selected.

Вначале блок управления 1 выдает разрешающий сигнал на первый дальномер 2, который осуществляет подачу зондирующего сигнала на внутритрубный объект 6, перемещаемый внутри трубы 3, и прием ответного сигнала от устройства генерирования активного ответа 5, располагаемого на внутритрубном объекте 6. После приема ответного сигнала первый дальномер 2 определяет время двунаправленного распространения ультразвука до внутритрубного объекта 6 и передает его в блок управления 1. Затем блок управления 1 выдает разрешающий сигнал на второй дальномер 4, который осуществляет подачу зондирующего сигнала на внутритрубный объект 6, перемещаемый внутри трубы 3, и прием ответного сигнала от устройства генерирования активного ответа 5, расположенного на внутритрубном объекте 6. После приема ответного сигнала второй дальномер 4 определяет время двунаправленного распространения ультразвука до внутритрубного объекта 6 и передает его в блок управления 1. Блок управления 1 производит вычисление скорости распространения ультразвука в среде, заполняющей трубопровод по формуле:First, the control unit 1 issues an enable signal to the first range finder 2, which feeds a probing signal to the in-pipe object 6, moved inside the pipe 3, and receives a response signal from the active response generating device 5 located on the in-pipe object 6. After receiving the response signal, the first range finder 2 determines the time of the bidirectional propagation of ultrasound to the in-tube object 6 and transfers it to the control unit 1. Then, the control unit 1 issues an enable signal to the second range finder 4, which feeds the probe signal to the in-tube object 6, moved inside the pipe 3, and receives a response signal from the active response generating device 5, located on the in-tube object 6. After receiving the response signal, the second range finder 4 determines the time of the bidirectional propagation of ultrasound to the in-tube object 6 and transmits it to the control unit 1. The control unit 1 calculates the propagation velocity of ultrasound in the medium filling the pipeline according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где t1 - время двунаправленного распространения ультразвука от первого дальномера 2 до внутритрубного объекта 6,where t 1 is the time of bi-directional propagation of ultrasound from the first range finder 2 to the in-tube object 6,

t2 - время двунаправленного распространения ультразвука от второго дальномера 4 до внутритрубного объекта 6,t 2 - time bi-directional propagation of ultrasound from the second range finder 4 to the in-tube object 6,

L - расстояние между первым 2 и вторым 4 дальномерами.L is the distance between the first 2 and second 4 rangefinders.

После этого блок управления 1 использует вычисленную скорость для расчета расстояния до внутритрубного объекта.After that, the control unit 1 uses the calculated speed to calculate the distance to the in-pipe object.

Испытания способа акустической дальнометрии проводились на лабораторном стенде. Длина трубы составляла 4,2 метра, диаметр трубы 0,3 метра. Труба была установлена вертикально и была заполнена водой. Устройство генерирования активного ответа 5 располагалось на имитаторе внутритрубного объекта. Имитатор был выполнен в виде цилиндра диаметром 0,28 метра и длиной 0,3 метра. Перемещение имитатора внутри трубы осуществляли с помощью веревки, на которой были нанесены деления с шагом 0,05 метра. На верхнем конце трубы был установлен механизм, позволяющий с помощью веревки поднимать и опускать имитатор внутритрубного объекта. Первый 2 и второй 4 дальномеры были установлены на расстоянии 1 м друг от друга, причем второй дальномер 4 был установлен ближе к имитатору внутритрубного объекта 6. Блок управления 1 определял расстояние между вторым дальномером 4 и имитатором внутритрубного объекта 6 вначале в воде, а затем в солевом растворе.Tests of the acoustic ranging method were carried out at a laboratory bench. The length of the pipe was 4.2 meters; the diameter of the pipe was 0.3 meters. The pipe was installed vertically and was filled with water. The device for generating an active response 5 was located on the simulator of the in-tube object. The simulator was made in the form of a cylinder with a diameter of 0.28 meters and a length of 0.3 meters. Movement of the simulator inside the pipe was carried out using a rope on which the markings were applied in increments of 0.05 meters. A mechanism was installed at the upper end of the pipe, which allows the rope simulator to raise and lower the simulator of the in-pipe object. The first 2 and second 4 range finders were installed at a distance of 1 m from each other, and the second range finder 4 was installed closer to the simulator of the in-pipe object 6. The control unit 1 determined the distance between the second range finder 4 and the simulator of the in-pipe object 6, first in the water and then in saline solution.

Результаты стендовых испытаний способа акустической дальнометрии, приведенные в таблице, показывают возможность измерения расстояния этим способом в различных средах с высокой точностью измерения. Погрешность измерения расстояния не превышает 0,02 метра в диапазоне от 0,5 до 3,0 метров. Погрешность измерения расстояния у прототипа составляет 0,04 метра, что в два раза больше, чем у предлагаемого способа.The results of bench tests of the acoustic ranging method shown in the table show the possibility of measuring the distance by this method in various environments with high measurement accuracy. The error of distance measurement does not exceed 0.02 meters in the range from 0.5 to 3.0 meters. The error in measuring the distance of the prototype is 0.04 meters, which is two times more than the proposed method.

Дальность, измеренная рулеткой (м)Range measured by tape measure (m) Показание дальномера в воде (м)Rangefinder reading in water (m) Показание дальномера в солевом растворе (м)Indication of a range finder in saline solution (m) Максимальная абсолютная погрешность измерения (м)Maximum absolute measurement error (m) Погрешность измерения прототипа (м)The measurement error of the prototype (m) 3,03.0 3,023.02 3,013.01 0,020.02 0,010.01 2,52.5 2,502,50 2,512,51 0,010.01 0,030,03 2,32,3 2,292.29 2,312,31 0,010.01 0,040.04 1,71.7 1,711.71 1,721.72 0,020.02 0,020.02 1,31.3 1,291.29 1,31.3 0,010.01 0,030,03 0,90.9 0,890.89 0,890.89 0,010.01 0,010.01 0,50.5 0,510.51 0,490.49 0,010.01 0,010.01

Claims (1)

Способ акустической дальнометрии, включающий подачу зондирующего сигнала с внешней стороны трубы на объект, перемещаемый внутри трубы, прием зондирующего сигнала и подачу ответного сигнала устройством генерирования активного ответа, расположенным на внутритрубном объекте, прием ответного сигнала, определение расстояния до объекта путем измерения времени двунаправленного прохождения зондирующего и ответного сигналов, отличающийся тем, что подачу зондирующего и прием ответного сигналов последовательно осуществляют из двух отстоящих друг от друга точек с внешней стороны трубы, измеряют расстояние между этими точками, затем определяют скорость распространения ультразвука в среде, заполняющей трубу, путем деления удвоенного расстояния между первой и второй точками на разность двунаправленного времени распространения сигналов между внутритрубным объектом и первой и второй точками, используя полученное значение скорости, определяют расстояния до внутритрубного объекта. An acoustic ranging method, including supplying a sounding signal from the outside of the pipe to an object moving inside the pipe, receiving a sounding signal and supplying a response signal with an active response generating device located on the in-pipe object, receiving a response signal, determining a distance to the object by measuring the time of the bidirectional sounding passage and response signals, characterized in that the supply of the probing and reception of the response signals are sequentially carried out from two spaced x from each other points on the outside of the pipe, measure the distance between these points, then determine the speed of propagation of ultrasound in the medium filling the pipe by dividing the doubled distance between the first and second points by the difference of the bidirectional signal propagation time between the in-tube object and the first and second points using the obtained speed value, determine the distance to the in-tube object.
RU2009116012/28A 2009-04-27 2009-04-27 Acoustic range finding method RU2392641C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009116012/28A RU2392641C1 (en) 2009-04-27 2009-04-27 Acoustic range finding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009116012/28A RU2392641C1 (en) 2009-04-27 2009-04-27 Acoustic range finding method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2392641C1 true RU2392641C1 (en) 2010-06-20

Family

ID=42682896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009116012/28A RU2392641C1 (en) 2009-04-27 2009-04-27 Acoustic range finding method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2392641C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189788U1 (en) * 2019-02-11 2019-06-04 Общество с ограниченной ответственностью "КОМПСТАР" ULTRASONIC DALNOMER
RU2691779C1 (en) * 2018-07-20 2019-06-18 Общество с ограниченной ответственностью "НПА Вира Реалтайм" (ООО "НПА Вира Реалтайм") Pulse-acoustic method of determining the location of an in-pipe cleaning tool in a main pipeline
WO2023025081A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 International Business Machines Corporation Double-sided two-way ranging protocol based on composite, ultrasonic tones

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691779C1 (en) * 2018-07-20 2019-06-18 Общество с ограниченной ответственностью "НПА Вира Реалтайм" (ООО "НПА Вира Реалтайм") Pulse-acoustic method of determining the location of an in-pipe cleaning tool in a main pipeline
RU189788U1 (en) * 2019-02-11 2019-06-04 Общество с ограниченной ответственностью "КОМПСТАР" ULTRASONIC DALNOMER
WO2023025081A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 International Business Machines Corporation Double-sided two-way ranging protocol based on composite, ultrasonic tones
US11856478B2 (en) 2021-08-25 2023-12-26 International Business Machines Corporation Double-sided two-way ranging protocol based on composite, ultrasonic tones
GB2624559A (en) * 2021-08-25 2024-05-22 Ibm Double-sided two-way ranging protocol based on composite, ultrasonic tones

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106813678B (en) Ultrasonic sounding instrument calibration detection device and calibration detection method thereof
CN105004413B (en) Acoustic propagation path comprehensive speed assay method and device for submarine target positioning
RU2013135656A (en) DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE EXPLOSER IN THE CALIBRATION DEVICE FOR A FLOW METER AND METHOD FOR ITS USE
RU2343502C2 (en) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2392641C1 (en) Acoustic range finding method
CN108802189A (en) A kind of sound detecting pipe bending velocity of sound correcting device and method
CN106153173A (en) Sonic velocity measurement method and device in a kind of water
CN103988072A (en) Method for measuring elastic properties using ultrasound
CN102829830B (en) Method and the device of ultrasonic propagation velocity is detected in detecting for ultrasonic flow
RU2350983C2 (en) Method for determination of object submersion depth
CN105486381A (en) Sound wave water level gauge
CN104501909B (en) A kind of small-range liquid level emasuring device and measuring method based on ultrasonic wave
RU2485449C1 (en) Device to measure liquid flow in open canals
RU87543U1 (en) ACOUSTIC RANGE DETERMINATION DEVICE
RU2315335C1 (en) Acoustic range finding method
RU117018U1 (en) NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION
RU2562001C1 (en) Inspection method of doppler current velocity meter
RU86759U1 (en) ACOUSTIC RANGE DETERMINATION DEVICE
RU2545065C2 (en) Method to measure acoustic speed in water
RU2606205C1 (en) Pig-flaw detector
CN105300654A (en) Ultrasonic precise range finding system in low speed wind tunnel
RU2106569C1 (en) Device for check of profile of inner surface of pipe line, its spacing and stressed state
CN115792273B (en) Method for measuring fluid flow rate, flow measuring device and computer storage medium
CN102103147B (en) Ultrasonic autocorrelation transverse flow velocity measuring method
RU71450U1 (en) ACOUSTIC RANGE METER

Legal Events

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

Effective date: 20110428