RU2432558C1

RU2432558C1 - Device for searching for leakage points in main pipelines

Info

Publication number: RU2432558C1
Application number: RU2010114143/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Аносов (RU); Виктор Сергеевич Аносов; Владимир Васильевич Чернявец (RU); Владимир Васильевич Чернявец; Сергей Яковлевич Суконкин (RU); Сергей Яковлевич Суконкин; Леонид Павлович Переяслов (RU); Леонид Павлович Переяслов; Алексей Славович Амирагов (RU); Алексей Славович Амирагов; Павел Григорьевич Бродский (RU); Павел Григорьевич Бродский; Валерий Павлович Леньков (RU); Валерий Павлович Леньков; Николай Николаевич Куценко (RU); Николай Николаевич Куценко; Василий Алексеевич Воронин (RU); Василий Алексеевич Воронин; Сергей Павлович Тарасов (RU); Сергей Павлович Тарасов
Original assignee: Виктор Сергеевич Аносов; Владимир Васильевич Чернявец; Сергей Яковлевич Суконкин; Леонид Павлович Переяслов; Алексей Славович Амирагов; Павел Григорьевич Бродский; Валерий Павлович Леньков; Николай Николаевич Куценко; Василий Алексеевич Воронин; Сергей Павлович Тарасов
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-27

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: acoustic sensors are made in form of a parametric converter consisting of a microprocessor, pumping signal former, parametric radiating channel, receiving channel, where the radiating channel contains a pumping signal former and a multielement mosaic antenna, the receiving channel includes an antenna made in form of an array of piezoceramic n sound receivers with a cylindrical shape, each having separate sealing and mounted on a board fitted with an acoustic screen. The n receivers lying next to each other are displaced from each other in the vertical and horizontal planes. The housing of the antenna is closed by a sound transparent membrane. There is an additional hydroacoustic communication channel. ^ EFFECT: high reliability of determining points of leakage of a transported product from main pipelines. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения места течи в подземных трубопроводах систем тепло- и водоснабжения, а преимущественно в магистральных трубопроводах, уложенных на дне водоемов, включая морские акватории.The invention relates to measuring and control equipment and can be used to determine the place of a leak in underground pipelines of heat and water supply systems, and mainly in main pipelines laid at the bottom of water bodies, including sea areas.

Известны устройства для определения места течи в подземных трубопроводах [1-37], которые характеризуются тем, что содержат первичные вибропреобразователи, устанавливаемые на концах обслуживающего трубопровода, два усилителя, два фильтра, два аналого-цифровых преобразователя, шифратор, дешифратор, цифровой коррелятор и дисплей. В некоторых известных устройствах дополнительно введены передатчик и приемник. Применение радиоканала позволяет повысить мобильность устройства, расширить его функциональные возможности.Known devices for determining the location of a leak in underground pipelines [1-37], which are characterized by the fact that they contain primary vibration transducers installed at the ends of the service pipeline, two amplifiers, two filters, two analog-to-digital converters, an encoder, a decoder, a digital correlator and a display . In some known devices, a transmitter and a receiver are additionally introduced. The use of the radio channel allows to increase the mobility of the device, to expand its functionality.

Однако устройствам, представляющим собой аналоги, присущ недостаток, заключающийся в том, что радиоканал подвержен сильному воздействию естественных и искусственных помех, особенно в условиях крупного мегаполиса, что делает возможным его работоспособность только на секциях трубопроводов малой длины.However, the devices, which are analogues, have a disadvantage in that the radio channel is exposed to strong effects of natural and artificial interference, especially in a large metropolis, which makes it possible to work only on sections of pipelines of small length.

Известно устройство поиска мест утечек магистральных трубопроводов [38], в котором технической задачей является повышение надежности радиоканала путем использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией.A device for searching for leaks of trunk pipelines is known [38], in which the technical task is to increase the reliability of the radio channel by using complex signals with phase shift keying.

В известном устройстве [38] поставленная задача решается тем, что устройство для поиска мест утечек магистральных трубопроводов, содержащее первый и второй датчики вибрации, устанавливаемые на концах диагностируемой секции трубопровода, приемник, последовательно подключенные к выходу первого датчика вибрации первый усилитель, первый фильтр, первый аналого-цифровой преобразователь, цифровой коррелятор, второй вход которого соединен с выходом дешифратора, и дисплей, последовательно подключенные к выходу второго датчика вибрации второй усилитель, второй фильтр, второй аналого-цифровой преобразователь, шифратор и передатчик, снабжено удвоителем фазы, двумя измерителями ширины спектра, блоком сравнения, пороговым блоком, ключом, двумя перемножителями, узкополосным фильтром и фильтром нижних частот, причем передатчик выполнен в виде последовательно включенных генератора высокой частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом шифратора, и усилителя мощности, к выходу приемника последовательно подключены удвоитель фазы, первый измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через второй измеритель ширины спектра соединен с выходом приемника, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом ключа, и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом дешифратора.In the known device [38], the problem is solved in that a device for locating leaks in main pipelines, comprising first and second vibration sensors installed at the ends of the diagnosed section of the pipeline, a receiver, a first amplifier, a first filter, a first one connected to the output of the first vibration sensor an analog-to-digital converter, a digital correlator, the second input of which is connected to the output of the decoder, and a display connected in series to the output of the second vibration sensor of the second an amplifier, a second filter, a second analog-to-digital converter, an encoder and a transmitter, are equipped with a phase doubler, two spectrum width meters, a comparison unit, a threshold block, a key, two multipliers, a narrow-band filter and a low-pass filter, the transmitter being made in the form of a series-connected generator high frequency, phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the encoder, and the power amplifier, a phase doubler, the first width meter with a spectrum, a comparison unit, the second input of which is connected to the output of the receiver through a second spectral width meter, a threshold block, a key, the second input of which is connected to the output of the receiver, the first multiplier, the second input of which is connected to the output of the low-pass filter, a narrow-band filter, the second multiplier, the second input of which is connected to the output of the key, and a low-pass filter, the output of which is connected to the output of the decoder.

Известное устройство [38], в отличие от аналогов [1-37], ввиду того, что используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией позволяет повысить надежность радиоканала для передачи зарегистрированных сигналов на диспетчерский пункт.The known device [38], unlike analogs [1-37], due to the fact that complex signals with phase shift keying are used, allows to increase the reliability of the radio channel for transmitting registered signals to a control room.

Однако для получения информации о дефектах в трубопроводах используются справочные материалы (толщины стенок трубопровода и т.д.), а вычисление расстояния до места течи от датчика вибрации определяется по времени на основе измеренного значения разности времен (Т), прихода ударных волн от течи до датчиков, с учетом скорости распространения ударной волны осуществляется на основании параметров, введенных в ручную в цифровой коррелятор-процессор, в котором автоматически вычисляется расстояние L до места течи от датчика вибрации, которое отображается на дисплее. При этом выделение рабочей полосы частоты, осуществляется посредством фильтров на основании оптимального значения, которое определяются параметрами трубопровода и «помеховой» обстановкой. И если параметры трубопровода могут быть установлены по технической документации, то «помеховая» обстановка является субъективным параметром и посредством известного устройства не может быть учтена, что существенно уменьшает достоинство известного устройства, заключающегося в использовании в устройстве [38] корреляционного метода для нахождения течи в трубах независимо от глубины их прокладки, вида грунта, интенсивности шума окружающей среды и обеспечении высокой производительности поиска течей на протяженных участках диагностируемого трубопровода, в сравнении с известными устройствами от акустических течеискателей [1-37].However, reference materials are used to obtain information about defects in pipelines (pipeline wall thickness, etc.), and the calculation of the distance to the leak from the vibration sensor is determined by time based on the measured value of the time difference (T), the arrival of shock waves from the leak to sensors, taking into account the speed of propagation of the shock wave, is carried out on the basis of parameters entered manually in the digital correlator-processor, in which the distance L to the point of leakage from the vibration sensor, which is Rage on the display. In this case, the allocation of the working frequency band is carried out by means of filters based on the optimal value, which is determined by the parameters of the pipeline and the “interference” situation. And if the parameters of the pipeline can be set according to technical documentation, the “interference” situation is a subjective parameter and cannot be taken into account by means of the known device, which significantly reduces the merit of the known device, which consists in using the correlation method in the device [38] for finding leaks in pipes regardless of the depth of their laying, type of soil, the intensity of environmental noise and ensuring high performance leak detection in extended areas diagnosed pipeline, in comparison with known devices from acoustic leak detectors [1-37].

Кроме того, выделение информации с фазовым детектированием сигналов представляет по своей сути перемножитель сигналов и фильтр низких частот, что приводит к основным дестабилизирующим факторам, основными из которых являются мгновенные флюктуации фазы приходящей волны и фазовая нестабильность в радиотехнических трактах приемника.In addition, the extraction of information with phase detection of signals is inherently a signal multiplier and a low-pass filter, which leads to the main destabilizing factors, the main of which are instantaneous fluctuations of the phase of the incoming wave and phase instability in the radio paths of the receiver.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности определения мест утечек транспортируемого продукта из магистральных трубопроводов, включая магистральные трубопроводы для транспортировки углеводородов, уложенных на дне водоемов.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of determining the leakage places of a transported product from main pipelines, including main pipelines for transporting hydrocarbons laid at the bottom of water bodies.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для поиска мест утечек магистральных трубопроводов, содержащее акустические датчики, устанавливаемые на магистральном трубопроводе, приемник, усилители, фильтры, аналого-цифровой преобразователь, дисплей, узкополосный фильтр и фильтр нижних частот, причем передатчик содержит усилители мощности радиоканала передачи зарегистрированных акустических сигналов посредством акустических датчиков, в отличие от аналогов и прототипа, акустические датчики выполнены в виде параметрического преобразователя, состоящего из микропроцессора, формирователя сигналов накачки, параметрического излучающего тракта, приемного тракта, при этом излучающий тракт содержит формирователь сигналов накачки и многоэлементную мозаичную антенну, приемный тракт включает антенну, выполненную в виде решетки пьезокерамических n приемников звука цилиндрической формы, каждый из которых имеет индивидуальную герметизацию и закрепленных на плите, снабженной акустическим экраном, n приемников, расположенных рядом, смещены относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях, корпус антенны закрыт звукопрозрачной мембраной, дополнительно введен гидроакустический канал связи.This goal is achieved due to the fact that in the device for locating leaks of main pipelines, containing acoustic sensors mounted on the main pipeline, a receiver, amplifiers, filters, an analog-to-digital converter, a display, a narrow-band filter and a low-pass filter, the transmitter contains amplifiers the power of the radio channel for transmitting registered acoustic signals through acoustic sensors, unlike analogs and prototypes, acoustic sensors are made in the form of a parameter of the transducer, consisting of a microprocessor, a shaper of pump signals, a parametric radiating path, a receiving path, while the radiating path contains a shaper of pump signals and a multi-element mosaic antenna, the receiving path includes an antenna made in the form of an array of piezoceramic n sound receivers of cylindrical shape, each of which has individual sealing and mounted on a plate equipped with an acoustic screen, n receivers located nearby are offset relative to each other in vertical and horizontal planes, the antenna casing is closed by a soundproof membrane, and an additional hydroacoustic communication channel is introduced.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами (фиг.1-3).The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings (Fig.1-3).

Фиг.1 - блок-схема устройства. Устройство включает микропроцессор 1, предназначенный для формирования команд управления режимами работы и команд для трансляции зарегистрированной информации по радиоканалу 2 связи (для сухопутных условий) и по гидроакустическому каналу 3 связи (при размещении трубопровода на дне водоема), формирователь сигналов накачки 4, предназначенный для формирования двухчастотных зондирующих сигналов накачки заданной длительности и несущей частоты, формирования импульсов синхронизации и сигналов стробирования приемного тракта, параметрический излучающий тракт 5, предназначенный для усиления сигналов накачки (при этом в отдельных каналах восьмиканального усилителя мощности осуществляется коррекция разности фаз и регулировка амплитуд) и преобразования посредством многоэлементной мозаичной антенны накачки в акустические сигналы, приемный тракт 6, предназначенный для преобразования акустической энергии эхо-сигналов посредством широкополосной приемной антенны, частотной селекции, усиления и обработки сигналов.Figure 1 is a block diagram of a device. The device includes a microprocessor 1, designed to generate control commands for operating modes and commands for transmitting recorded information on the radio communication channel 2 (for land conditions) and on the hydroacoustic communication channel 3 (when placing the pipeline at the bottom of the reservoir), a pump signal generator 4, designed to generate two-frequency probing pump signals of a given duration and carrier frequency, the formation of synchronization pulses and gate signals of the receiving path, parametric 5th radiating path 5, intended for amplification of pump signals (in this case, phase difference correction and amplitude adjustment are carried out in separate channels of an eight-channel power amplifier) and conversion using a multi-element mosaic pump antenna into acoustic signals, a receiving path 6, intended for converting the acoustic energy of echo signals by means of a broadband receiving antenna, frequency selection, amplification and signal processing.

Фиг.2 - функциональная схема формирователя сигналов накачки. Высокостабильный кварцевый генератор опорной частоты 7 вырабатывает импульсы с частотой 2,048 МГц. Выбор тактовой частоты такой величины дает возможность перестраивать при необходимости частоты накачки с дискретностью 0,5 кГц в пределах от 140 до 147 кГц. Прямоугольные импульсы уровня ТТЛ подаются на вход формирователя периода следования импульсов 8, на выходе которого формируются короткие импульсы с периодом 100 мс. Они поступают на формирователь длительности пилот-сигнала 9, а также через формирователь импульса задержки 10, на вход устройства формирования длительности импульса 11, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, длительность которых может изменяться посредством команд из устройства управления параметрами микропроцессора 1. Сформированные таким образом прямоугольные импульсы заданной длительности и с определенной частотой повторения поступают на два канала формирования радиоимпульсов с частотами накачки, различающихся между собой тем, что в одном из них частота не регулируется и составляет 154 кГц, а во втором частота может изменяться в пределах от 140 до 147 кГц. Основу обоих каналов формирователя составляют накапливающие сумматоры 12 и 13. На вход накапливающего сумматора 12 первого канала через схему И 14 поступают, во-первых, короткие импульсы длительностью 0,1 мс с формирователя длительности пилот-сигнала 3 и, во-вторых, через время задержки, равное 2 мс, - импульсы с устройства формирователя длительности импульса 11. Накапливающий сумматор управляется тактовыми импульсами генератора опорной частоты 7. Восьмиразрядные коды адресов с накапливающего сумматора 12 поступают в ПЗУ 15, в котором записан период синусоиды. Благодаря этому производятся выборки (всего 256 выборок) и виде восьмиразрядных кодов данных подаются на вход ЦАП 16. С выхода ЦАП 16 через фильтр низких частот 17 прямоугольные импульсы поступают на вход резонансного четырехканального усилителя мощности 18. На вход накапливающего сумматора 13 второго канала поступают импульсы с формирователя длительности импульсов 11. Накапливающий сумматор 13 управляет тактовыми импульсами генератора опорной частоты 7. Коды адресов с накапливающего сумматора 13 поступают в ПЗУ 23, где производятся выборки синусоиды и в виде восьмиразрядных кодов данных подаются на вход ЦАП 20. С выхода ЦАП 20 через фильтр нижних частот 21 прямоугольные импульсы поступают на вход второго четырехканального усилителя мощности 22. С выхода формирователя длительности пилот-сигнала 9 импульсы поступают на стробирующее устройство 27 приемного тракта (приемника), которое служит для запирания усилителя мощности 22 на время посылки. Изменение частоты второго канала и длительности зондирующих импульсов производится соответствующими двоичными кодами, подаваемыми из микропроцессора 1.Figure 2 is a functional diagram of a pump driver. Highly stable crystal oscillator reference frequency 7 generates pulses with a frequency of 2.048 MHz. Choosing a clock frequency of this magnitude makes it possible to tune, if necessary, the pump frequency with a resolution of 0.5 kHz in the range from 140 to 147 kHz. Rectangular pulses of the TTL level are fed to the input of the shaper of the pulse repetition period 8, at the output of which short pulses with a period of 100 ms are formed. They arrive at the driver of the duration of the pilot signal 9, and also through the driver of the pulse of the delay 10, to the input of the device for generating the duration of the pulse 11, the output of which is formed of rectangular pulses, the duration of which can be changed by commands from the device for controlling the parameters of the microprocessor 1. Thus formed rectangular pulses of a given duration and with a certain repetition rate are fed to two channels of the formation of radio pulses with pump frequencies differing between I wait for the fact that in one of them the frequency is not regulated and is 154 kHz, and in the second the frequency can vary from 140 to 147 kHz. The basis of both channels of the shaper is accumulating adders 12 and 13. The input of the accumulating adder 12 of the first channel through the circuit And 14 receives, firstly, short pulses of 0.1 ms duration from the shaper of the duration of the pilot signal 3 and, secondly, through time delays of 2 ms are pulses from the device of the pulse width generator 11. The accumulating adder is controlled by the clock pulses of the reference frequency generator 7. The eight-bit address codes from the accumulating adder 12 are received in the ROM 15, in which the od sinusoid. Due to this, samples are made (a total of 256 samples) and in the form of eight-bit data codes are fed to the input of the DAC 16. From the output of the DAC 16, the rectangular pulses are fed to the input of the resonant four-channel power amplifier 18 through the low-pass filter 17. pulse shaper 11. The accumulating adder 13 controls the clock pulses of the reference frequency generator 7. The address codes from the accumulating adder 13 are received in the ROM 23, where the blue is sampled SOIDs and in the form of eight-bit data codes are fed to the input of the DAC 20. From the output of the DAC 20 through the low-pass filter 21, the rectangular pulses are fed to the input of the second four-channel power amplifier 22. From the output of the driver of the duration of the pilot signal 9, the pulses are fed to the gate device 27 of the receiving path ( receiver), which serves to lock the power amplifier 22 at the time of sending. The change in the frequency of the second channel and the duration of the probe pulses is carried out by the corresponding binary codes supplied from microprocessor 1.

Усилители мощности 18 и 22 образуют общий усилитель мощности, который состоит из восьми идентичных широкополосных блоков мощностью до 500 Вт каждый, разбитых на две группы по четыре блока для усиления частот накачки f1 и f2, и содержит восемь фазокомпенсационных устройств, выходные и предварительные усилители. Выходные усилители питаются напряжением +40 B и -40 B, а предварительные усилители питаются напряжением +20 B и -20 B. Выходной усилитель включает в себя комплементарную пару среднемощных транзисторов и параллельно включенные комплементарные пары мощных транзисторов. Предварительный усилитель состоит из операционного усилителя и двух пар среднемощных транзисторов.The power amplifiers 18 and 22 form a common power amplifier, which consists of eight identical broadband units with a power of up to 500 W each, divided into two groups of four units to enhance the pump frequencies f1 and f2, and contains eight phase compensation devices, output and preamplifiers. The output amplifiers are powered by +40 V and -40 V, and the preamplifiers are powered by +20 V and -20 V. The output amplifier includes a complementary pair of medium-power transistors and parallel complementary pairs of powerful transistors. The preamplifier consists of an operational amplifier and two pairs of medium-power transistors.

Параметрический излучающий тракт 5 включает формирователь накачки 4 и излучатель, выполненный в виде мозаичной антенны 24, которая излучает волну накачки с частотой f_н. Поскольку частота накачки довольно высока, то волна накачки отражается от границы раздела транспортируемый продукт - внутренняя поверхность трубопровода и распространяется в сторону приемного тракта 6. Волна накачки будет взаимодействовать вследствие нелинейности среды распространения с низкочастотными сигналами с частотой F, отраженными от участков трубопровода с дефектами. Результатом взаимодействия будут волны с комбинационными частотами f_н±F либо изменения фазы волны накачки. Антенна представляет собой многоэлементную решетку, состоящую из четырех двухчастотных каналов каждая. Элементы в каждой подрешетке расположены в порядке чередования типов с разной частотой и рассчитаны так, чтобы обеспечить наибольшую однородность акустического поля по обеим частотам. Активная часть двухчастотной мозаичной антенны выполнена из пьезокерамики стержневого типа. Разделение антенны на восемь каналов позволяет добиться получения необходимой мощности и высокой надежности при работе транзисторных усилителей мощности. Антенна накачки имеет прямоугольную форму с площадью активной поверхности 260×160 мм. Ширина характеристики направленности по уровню - 3 дБ составляет 2×4 градуса и постоянна в диапазоне рабочих частот. Конструктивно антенна накачки выполнена в прямоугольном сварном корпусе. Конструкция антенны предусматривает работу при избыточном статическом давлении 2 МПа. С этой целью для обеспечения одностороннего излучения используется акустический экран, выполненный в виде перфорированной пластины из гетинакса.The parametric radiating path 5 includes a pump driver 4 and a radiator made in the form of a mosaic antenna 24, which emits a pump wave with a frequency f _n . Since the pump frequency is quite high, the pump wave is reflected from the interface of the transported product - the inner surface of the pipeline and propagates towards the receiving path 6. The pump wave will interact due to the nonlinearity of the propagation medium with low-frequency signals with a frequency F reflected from sections of the pipeline with defects. The result of the interaction will be waves with Raman frequencies f _n ± F or a change in the phase of the pump wave. The antenna is a multi-element array consisting of four two-frequency channels each. Elements in each sublattice are arranged in an alternating order of types with different frequencies and are designed so as to ensure the greatest uniformity of the acoustic field at both frequencies. The active part of the dual-frequency mosaic antenna is made of rod-type piezoceramics. Dividing the antenna into eight channels allows you to achieve the necessary power and high reliability when using transistor power amplifiers. The pump antenna has a rectangular shape with an active surface area of 260 × 160 mm. The width of the directivity characteristics at the level of 3 dB is 2 × 4 degrees and is constant in the range of operating frequencies. Structurally, the pump antenna is made in a rectangular welded housing. The antenna design provides for operation with an excess static pressure of 2 MPa. For this purpose, to ensure one-sided radiation, an acoustic screen is used, made in the form of a perforated plate of getinaks.

Фиг.3 - структурная схема приемного тракта 6. Приемный тракт 6 предназначен для приема, усиления, частотной селекции и обработки отраженных сигналов разностной частоты в полосе частот 7-14 кГц. Чувствительность его по акустическому давлению составляет не менее 0,02 Па. Приемник выполнен по схеме прямого усиления. Приемный тракт включает приемную антенну 25, полосовые фильтры 26 и 27, антенный усилитель 28, стробирующее устройство 29, основной усилитель 30, преобразователи кодов 31 и 32, блок фильтров 33, фильтр нижних частот 34, амплитудный детектор 35. Полосовые фильтры 25 и 26 служат для подавления частот сигналов накачки, а также помех ниже частот рабочего диапазона и представляют собой пассивные фильтры верхних и нижних частот, включенных последовательно. Подавление сигналов частот накачки не хуже 60 дБ.Figure 3 is a structural diagram of the receiving path 6. The receiving path 6 is designed to receive, amplify, frequency select and process the reflected signals of the differential frequency in the frequency band 7-14 kHz. Its sensitivity to acoustic pressure is at least 0.02 Pa. The receiver is made according to the direct amplification scheme. The receiving path includes a receiving antenna 25, bandpass filters 26 and 27, antenna amplifier 28, gate device 29, main amplifier 30, code converters 31 and 32, filter unit 33, lowpass filter 34, amplitude detector 35. Bandpass filters 25 and 26 serve to suppress the frequencies of the pump signals, as well as interference below the frequencies of the operating range and are passive high and low frequency filters connected in series. The suppression of the pump frequency signals is not worse than 60 dB.

Антенный усилитель 28 представляет собой малошумящий предварительный усилитель. Для ослабления синфазной помехи последний его каскад выполнен в дифференциальном включении. Уровень приведенных ко входу шумов усилителя в полосе 7-14 кГц составляет 1,5 мкВ. Коэффициент усиления 26 дБ.Antenna amplifier 28 is a low noise preamplifier. To attenuate common mode interference, its last cascade is made in differential switching. The level of amplifier noise in the 7-14 kHz band is 1.5 μV. Gain of 26 dB.

Основной усилитель 30 выполнен трехкаскадным с регулировкой усиления, которая осуществляется цифровыми кодами. Диапазон регулировки составляет 0-90 дБ.The main amplifier 30 is made three-stage with gain control, which is carried out by digital codes. The adjustment range is 0-90 dB.

Стробирующее устройство 29 служит для запирания основного усилителя 30 в момент посылки и вырабатывает запирающие импульсы необходимой длительности и полярности. Синхронизация стробирующего устройства 29 осуществляется импульсом запуска формирователя длительности пилот-сигнала 3. Блок фильтров 33 представляет собой набор фильтров верхних и нижних частот, которые с помощью коммутации объединяются в полосовые фильтры с переменной полосой пропускания. Управление коммутаторами, а следовательно, и полосой пропускания блока фильтров 33 осуществляется цифровыми кодами. Частота среза фильтров верхних частот составляет 6, 9 и 13 кГц, а частота среза фильтров нижних частот составляет 8, 12 и 15 кГц. Преобразователи кодов 31 и 32 служат для преобразования кодов управления от микропроцессора 1 в необходимые коды для цифровых входов основного усилителя 30 и блока фильтров 33.The gating device 29 serves to lock the main amplifier 30 at the time of sending and produces locking pulses of the required duration and polarity. The synchronization of the gating device 29 is carried out by the start pulse of the driver of the duration of the pilot signal 3. The filter block 33 is a set of high and low frequency filters that are switched using bandpass filters with a variable passband. The management of the switches, and therefore the bandwidth of the filter unit 33 is carried out by digital codes. The cutoff frequency of the high-pass filters is 6, 9 and 13 kHz, and the cut-off frequency of the low-pass filters is 8, 12 and 15 kHz. The code converters 31 and 32 are used to convert control codes from the microprocessor 1 into the necessary codes for the digital inputs of the main amplifier 30 and the filter unit 33.

Амплитудный детектор 35 и фильтр нижних частот 34 образуют линейный детектор, который служит для выделения огибающей отраженных сигналов ВРЧ в динамическом диапазоне 40 дБ.The amplitude detector 35 and the low-pass filter 34 form a linear detector, which serves to highlight the envelope of the reflected signals of the VLF in the dynamic range of 40 dB.

Приемный тракт 6 работает следующим образом. Акустические эхо-сигналы принимаются приемной антенной 25 и поступают на полосовые фильтры 26 и 27, в которых осуществляется частотная селекция, и на вход двухканального дифференциального антенного усилителя 28 для предварительного усиления и подавления синфазной помехи. С выхода антенного усилителя 28 сигнал поступает на вход основного усилителя 30, коэффициент усиления которого зависит от кода, поступающего на цифровые входы антенного усилителя с преобразователя кодов 31. Запирание основного усилителя 30 на время посылки осуществляет стробирующее устройство 29, которое синхронизируется импульсом запуска формирователем длительности пилот-сигнала 3. С выхода основного усилителя 30 усиленный сигнал поступает на вход полосовых фильтров 26 и 27 с регулируемой полосой пропускания. На цифрой вход коммутатора блока фильтров 33 необходимый код поступает с преобразователя кодов 32. С выхода блока фильтров 33 сигнал подается на вход амплитудного детектора 35, который выделяет модуль знакопеременного сигнала. Продетектированный сигнал поступает на фильтр нижних частот 34, в котором осуществляется выделение огибающей. Затем полученная информация поступает в микропроцессор 1 для последующей трансляции на дисплей диспетчерского пункта по радиоканалу 2 связи (для сухопутных условий) и по гидроакустическому каналу 3 связи (при размещении трубопровода на дне водоема).The receiving path 6 operates as follows. Acoustic echo signals are received by the receiving antenna 25 and fed to the bandpass filters 26 and 27, in which frequency selection is performed, and to the input of the two-channel differential antenna amplifier 28 for preliminary amplification and suppression of common mode interference. From the output of the antenna amplifier 28, the signal is fed to the input of the main amplifier 30, the gain of which depends on the code supplied to the digital inputs of the antenna amplifier from the code converter 31. The main amplifier 30 is locked by a gating device 29, which is synchronized by a start pulse by the pilot duration driver -signal 3. From the output of the main amplifier 30, the amplified signal is fed to the input of bandpass filters 26 and 27 with an adjustable passband. The digital input of the filter block switch 33 receives the necessary code from the code converter 32. From the output of the filter block 33, the signal is fed to the input of the amplitude detector 35, which selects an alternating signal module. The detected signal is fed to a low-pass filter 34, in which the envelope is extracted. Then, the information received is transmitted to microprocessor 1 for subsequent broadcasting to the control room display via radio communication channel 2 (for land conditions) and via hydroacoustic communication channel 3 (when placing the pipeline at the bottom of the reservoir).

Аналогом конструкции радиоканала является конструкция радиоканала, описанная в источнике информации [38], а аналогом конструкции гидроакустического канала связи является конструкция, приведенная в описании к патенту RU №2300781.An analogue of the design of the radio channel is the design of the radio channel described in the information source [38], and an analogue of the design of the hydroacoustic communication channel is the design described in the description of patent RU No. 2300781.

Антенна 25 представляет собой решетку пьезокерамических приемников звука, каждый из которых имеет индивидуальную герметизацию. Пьезокерамические приемники собраны в две группы и подключаются к дифференциальным входам предварительного усилителя для снижения синфазной электрической помехи. Антенна 25 содержит десять цилиндрических приемников, закрепленных на плите. Для экранирования сигналов, проходящих с тыльной стороны антенны, применен акустический экран. Приемники, расположенные рядом, смещены относительно друг друга для снижения уровня боковых лепестков в характеристике направленности. Корпус антенны 25 закрыт звукопрозрачной мембраной. Чувствительность приемной антенной решетки по акустическому давлению составляет не менее 500 мкВ/Па в полосе частот от 7 до 14 кГц.Antenna 25 is a array of piezoceramic sound receivers, each of which has an individual seal. Piezoceramic receivers are assembled in two groups and connected to the differential inputs of the pre-amplifier to reduce common-mode electrical noise. Antenna 25 contains ten cylindrical receivers mounted on a plate. To shield the signals passing from the back of the antenna, an acoustic screen is used. Nearby receivers are offset from each other to reduce side lobe levels in directivity. The antenna housing 25 is closed by a translucent membrane. The sensitivity of the receiving antenna array by acoustic pressure is at least 500 μV / Pa in the frequency band from 7 to 14 kHz.

Конструктивное исполнение параметрического излучающего тракта 5 обеспечивает дискретное сканирование внутреннего пространства, которое осуществляется путем шагового обзора за счет облучения узкой характеристикой направленности излучателя ограниченной зоны пространства и приема эхо-сигналов в пределах всего сектора, в котором осуществляется обзор. Цикл обзора равен промежутку времени между двумя последовательными излучениями: Т_обз=2x_max/c, где x_max - максимальная дальность излучения. Перед каждым излучением сигнала характеристика направленности антенны 24 поворачивается на угол, равный ее ширине (шаг поиска). Полное время обзора заданного сектора определяется циклом обзора и отношением величины сектора к ширине характеристики направленности.The design of the parametric radiating path 5 provides a discrete scan of the internal space, which is carried out by step-by-step viewing due to irradiation with a narrow directivity of the emitter of a limited area of space and receiving echo signals within the entire sector in which the survey is carried out. The review cycle is equal to the time interval between two consecutive emissions: T _review = 2x _max / c, where x _max is the maximum radiation range. Before each radiation of the signal, the directivity characteristic of the antenna 24 is rotated by an angle equal to its width (search step). The total review time of a given sector is determined by the review cycle and the ratio of the sector value to the directivity width.

При обнаружении дефекта микропроцессором 1 формируется команда на формирование высокой направленности, что обеспечивает более надежное определение местоположения выявленного дефекта.When a defect is detected by microprocessor 1, a team is formed to form a high directivity, which provides a more reliable determination of the location of the detected defect.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство SU №336463.1. Copyright certificate SU No. 336463.

2. Авторское свидетельство SU №380910.2. Copyright certificate SU No. 380910.

3. Авторское свидетельство SU №411268.3. Copyright certificate SU No. 411268.

4. Авторское свидетельство SU №417675.4. Copyright certificate SU No. 4167675.

5. Авторское свидетельство SU №724957.5. Copyright certificate SU No. 724957.

6. Авторское свидетельство SU №724959.6. Copyright certificate SU No. 724959.

7. Авторское свидетельство SU №930034.7. Copyright certificate SU No. 930034.

8. Авторское свидетельство SU №932098.8. Copyright certificate SU No. 932098.

9. Авторское свидетельство SU №941776.9. Copyright certificate SU No. 941776.

10. Авторское свидетельство SU №947666.10. Copyright certificate SU No. 947666.

11. Авторское свидетельство SU №1079946.11. Copyright certificate SU No. 1079946.

12. Авторское свидетельство SU №1208402.12. Copyright certificate SU No. 1208402.

13. Авторское свидетельство SU №1368685.13. Copyright certificate SU No. 1368685.

14. Авторское свидетельство SU №1657988.14. Copyright certificate SU No. 1657988.

15. Авторское свидетельство SU №1778597.15. Copyright certificate SU No. 1778597.

16. Авторское свидетельство SU №1781577.16. Copyright certificate SU No. 1781577.

17. Авторское свидетельство SU №1800219.17. Copyright certificate SU No. 1800219.

18. Патент RU №2011110.18. Patent RU No. 20111110.

19. Патент RU №2026372.19. Patent RU No. 2026372.

20. Патент RU №2047039.20. Patent RU No. 2047039.

21. Патент RU №2047815.21. Patent RU No. 2047815.

22. Патент RU №2053436.22. Patent RU No. 2053436.

23. Патент RU №2084757.23. Patent RU No. 2084757.

24. Патент RU №2010227.24. Patent RU No. 2010227.

25. Патент RU №2121105.25. Patent RU No. 2121105.

26. Патент US №3045116.26. US patent No. 3045116.

27. Патент US №3744298.27. US patent No. 3744298.

28. Патент US №4289019.28. US patent No. 4289019.

29. Патент GB №1349120.29. GB patent No. 1349120.

30. Патент GB №2311135,30. GB patent No. 2311135,

31. Патент FR №2374628.31. Patent FR No. 2374628.

32. Патент FR №2504651.32. Patent FR No. 2504651.

33. Патент DE №3112829.33. DE patent No. 3112829.

34. Патент JP №4611795.34. JP patent No. 4611795.

35. Патент JP №556856.35. JP patent No. 556856.

36. Патент JP №6322531.36. JP patent No. 6322531.

37. Волошин В.И. и др. Акустический определитель местоположения развивающегося дефекта // Дефектоскопия, 1980, 8. - С.69-74 и другие).37. Voloshin V.I. et al. Acoustic locator of a developing defect // Defectoscopy, 1980, 8. - S.69-74 and others).

38. Патент RU №2196312.38. Patent RU No. 2196312.

Claims

A device for locating leaks in main pipelines, comprising acoustic sensors mounted on the main pipeline, a receiver, amplifiers, filters, analog-to-digital converters, a display, a narrow-band filter, and a low-pass filter, the transmitter comprising power amplifiers for transmitting recorded acoustic signals through acoustic sensors characterized in that the acoustic sensors are made in the form of a parametric transducer consisting of a microprocessor, forming a pump signal scraper, a parametric radiating path, a receiving path, wherein the radiating path comprises a pump signal shaper and a multi-element mosaic antenna, the receiving path includes an antenna made in the form of a lattice of piezoceramic n-sound receivers of cylindrical shape, each of which has an individual seal, mounted on a plate equipped with an acoustic screen, n-receivers located next to each other, displaced relative to each other in the vertical and horizontal planes, the ant They are closed by a soundproof membrane, and an additional sonar communication channel is introduced.