RU2503879C1 - Control device of object movement in pipeline - Google Patents
Control device of object movement in pipeline Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503879C1 RU2503879C1 RU2012133544/06A RU2012133544A RU2503879C1 RU 2503879 C1 RU2503879 C1 RU 2503879C1 RU 2012133544/06 A RU2012133544/06 A RU 2012133544/06A RU 2012133544 A RU2012133544 A RU 2012133544A RU 2503879 C1 RU2503879 C1 RU 2503879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- acoustic vibrations
- rayleigh scattering
- source
- fiber
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для контроля движения очистных, диагностических и иных объектов в трубопроводах в потоке перекачиваемого продукта, например скребков, разделителей, контейнеров, дефектоскопов и т.д.The invention relates to pipeline transport and can be used to control the movement of treatment, diagnostic and other objects in pipelines in the flow of a pumped product, such as scrapers, dividers, containers, flaw detectors, etc.
Известно устройство для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе, включающее приемник и передатчик электромагнитных сигналов, передатчик монтируется на снаряде и содержит автономный источник питания и излучающую антенну. Сигналы антенны передатчика улавливает антенна переносного приемника, расположенного над трубопроводом на поверхности грунта, выход которой через усилитель-преобразователь соединен с устройством контроля и индикации [Патент РФ №21 10729, кл. F17D 5/00, приоритет от 05.07.1996].A device for determining the location of treatment and diagnostic shells in the pipeline, including a receiver and a transmitter of electromagnetic signals, the transmitter is mounted on a shell and contains an autonomous power source and a radiating antenna. The antenna signals of the transmitter are picked up by the antenna of the portable receiver located above the pipeline on the ground surface, the output of which is connected via an amplifier-converter to a monitoring and indication device [RF Patent No. 21 10729, cl. F17D 5/00, priority dated 05/05/1996].
Недостатком устройства является сложность конструкции и низкая пространственная разрешающая способность.The disadvantage of this device is the design complexity and low spatial resolution.
Наиболее близким к заявляемому изобретению но совокупности существенных признаков - прототипом - является устройство контроля движения очистных объектов в трубопроводах, содержащее последовательно соединенные приемный преобразователь создаваемых объектом акустических колебаний в электрический сигнал, и блок анализа [Патент РФ №2137977, кл. F17D 5/02, приоритет от 06.05.1997].Closest to the claimed invention but with a combination of essential features - a prototype - is a device for monitoring the movement of treatment facilities in pipelines, containing a series-connected receiving transducer of acoustic vibrations generated by the object into an electrical signal, and an analysis unit [RF Patent No. 2137977, cl. F17D 5/02, priority dated 05/06/1997].
Недостатком прототипа является его недостаточная эффективность, обусловленная низкой дальностью обнаружения и плохой пространственной разрешающей способностью, связанной с дискретностью приемника.The disadvantage of the prototype is its lack of effectiveness, due to the low detection range and poor spatial resolution associated with the resolution of the receiver.
Задача изобретения - повышение эффективности контроля движения очистных объектов в трубопроводах.The objective of the invention is to increase the efficiency of monitoring the movement of treatment facilities in pipelines.
Технический результат изобретения - увеличение дальности и повышение точности обнаружения и регистрации положения контролируемого объекта в трубопроводе.The technical result of the invention is to increase the range and increase the accuracy of detection and registration of the position of the controlled object in the pipeline.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве контроля движения объекта в трубопроводе, содержащем последовательно соединенные приемный преобразователь создаваемых объектом акустических колебаний в электрический сигнал и блок анализа, приемный преобразователь выполнен в виде когерентного рефлектометра, содержащего оптический источник, волоконно-оптический кабель, предназначенный для установки вдоль трубопровода в качестве распределенного датчика аккустических колебаний, и приемник рассеянного излучения, при этом волоконно-оптический кабель выполнен из комбинации последовательно соединенных отрезков оптических волокон, расположенных таким образом, что коэффициент рэлеевского рассеяния каждого последующего отрезка, начиная от оптического источника, больше коэффициента рэлеевского рассеяния предыдущего отрезка, кроме того, устройство дополнительно снабжено автономным источником вибрации или акустических колебаний в диапазоне от 10 Гц до 5 кГц, предназначенным для установки на объекте.The claimed technical result is achieved by the fact that in the device for controlling the movement of an object in a pipeline containing a series-connected receiving transducer of acoustic vibrations generated by the object into an electrical signal and an analysis unit, the receiving transducer is made in the form of a coherent reflectometer containing an optical source, a fiber optic cable, designed to installation along the pipeline as a distributed acoustic vibration sensor, and a scattered radiation receiver, etc. and this optical fiber cable is made from a combination of series-connected segments of optical fibers arranged so that the Rayleigh scattering coefficient of each subsequent segment, starting from the optical source, is greater than the Rayleigh scattering coefficient of the previous segment, in addition, the device is additionally equipped with an autonomous vibration or acoustic source oscillations in the range from 10 Hz to 5 kHz, intended for installation on the site.
Изобретение поясняется чертежом - схемой установки устройства контроля движения объекта в трубопроводе относительно последнего, где 1 - трубопровод; 2 - когерентный рефлектометр, содержащий оптический источник (не показан), приемник рассеянного излучения (не показан) и волоконно-оптический кабель 3, предназначенный для установки вдоль трубопровода в качестве распределенного датчика аккустических колебаний; 4 - блок обработки.The invention is illustrated in the drawing - installation diagram of a device for monitoring the movement of an object in a pipeline relative to the latter, where 1 is a pipeline; 2 - coherent reflectometer containing an optical source (not shown), a scattered radiation receiver (not shown) and fiber optic cable 3, intended for installation along the pipeline as a distributed sensor of acoustic vibrations; 4 - processing unit.
Устройство работает следующим образом. При движении очистного, диагностического или иного контролируемого объекта (не показан) в трубопроводе 1 возникает акустическое излучение вследствие соударения объекта со стенкой трубопровода, дросселирования жидкости через зазор между объектом и стенкой трубопровода или от автономного источника вибрации или акустических колебаний (не показал), установленного на объекте. Координата источника звука вдоль трубопровода 1 регистрируется приемным преобразователем - рефлектометром 2, а именно его распределенным датчиком акустических колебаний - чувствительным элементом в виде волоконно-оптического кабеля 3 следующим образом. Оптический источник рефлектометра 2 посылает оптические импульсы в расположенный вдоль трубопровода 1 измерительный волоконно-оптический кабель 3. В кабеле 3 под действием акустического излучения возникают периодические удлинения и сжатия волокна, приводящие к модуляции коэффициента рассеяния. Рассеянное излучение попадает на приемник рефлектометра 2, преобразуется в электрический сигнал и попадает в блок обработки 4. Блок обработки 4 формирует последовательность рефлектограмм и сравнивая пары или большее число последовательных рефлсктограмм определяет место акустического воздействия, т.е. место расположения объекта в трубопроводе 1.The device operates as follows. When a treatment, diagnostic or other controlled object (not shown) moves in the pipeline 1, acoustic radiation occurs due to the collision of the object with the pipeline wall, throttling of the liquid through the gap between the object and the pipeline wall or from an autonomous source of vibration or acoustic vibrations (not shown), installed on object. The coordinate of the sound source along the pipe 1 is recorded by the receiving transducer - OTDR 2, namely its distributed sensor of acoustic vibrations - a sensitive element in the form of fiber optic cable 3 as follows. The optical source of the OTDR 2 sends optical pulses to the measuring fiber-optic cable 3 located along the pipeline 1. In the cable 3, periodic elongations and compression of the fiber occur under the action of acoustic radiation, leading to modulation of the scattering coefficient. The scattered radiation enters the receiver of the OTDR 2, is converted into an electrical signal, and gets into the processing unit 4. The processing unit 4 forms a sequence of reflectograms and comparing pairs or more successive reflectograms determines the place of acoustic impact, i.e. the location of the object in the pipeline 1.
Экспериментально установлено, что дальность действия рефлектометра 2 с измерительным волоконно-оптическим кабелем 3, выполненным из однородного волокна, ограничена тем, что мощность Р(х) излучения, рассеянного в измерительном волоконно-оптическом кабеле 3, попадающая на приемник рассеяного излучения рефлектометра 2, уменьшается с расстоянием х по экспоненциальному закону:It has been experimentally established that the range of an OTDR 2 with a measuring fiber optic cable 3 made of a homogeneous fiber is limited by the fact that the power P (x) of the radiation scattered in the measuring fiber optic cable 3 falling on the scattered radiation receiver of the OTDR 2 decreases with distance x according to the exponential law:
Р(х)=PInexp(-2γx)R,P (x) = P In exp (-2γx) R,
где PIn - мощность тестирующих оптических импульсов на входе в волоконно-оптический кабель 3,where P In is the power of the testing optical pulses at the entrance to the fiber optic cable 3,
γ - коэффициент затухания света в волокне,γ is the attenuation coefficient of light in the fiber,
R - коэффициент рэлеевского рассеяния.R is the Rayleigh scattering coefficient.
Для работы рефлектометра 2 необходимо, чтобы мощность P(x) превышала некоторое критическое значение PKR (минимальная мощность излучения, при которой рефлектометр 2 регистрирует отраженный сигнал).For the OTDR 2 to work, it is necessary that the power P (x) exceed some critical value P KR (the minimum radiation power at which OTDR 2 registers the reflected signal).
В современных волокнах основной источник потерь - рэлеевское рассеяние, поэтому между коэффициентом рэлеевского рассеяния R и коэффициентом затухания света в волокне γ существует взаимосвязь: с увеличением R увеличивается также и γ. Поэтому использование волокна с более высоким коэффициентом рэлеевского рассеяния R и, следовательно с большим значением затухания γ приводит к увеличению мощности Р(х) в самом начале волоконно-оптического кабеля 3, но ведет к более быстрому снижению мощности Р(х) с увеличением х. Как правило, наибольшая дальность работы рефлектометра 2 достигается при использовании волокна с наименьшим затуханием. Замена его волокном с большим значением коэффициента рэлеевского рассеяния часто ведет к уменьшению дальности его работы.In modern fibers, the main source of loss is Rayleigh scattering, therefore, there is a relationship between the Rayleigh scattering coefficient R and the light attenuation coefficient in the fiber γ: γ also increases with increasing R. Therefore, the use of a fiber with a higher Rayleigh scattering coefficient R and, therefore, with a large attenuation value γ leads to an increase in the power P (x) at the very beginning of the fiber optic cable 3, but leads to a more rapid decrease in the power P (x) with increasing x. As a rule, the maximum operating range of the OTDR 2 is achieved by using fibers with the smallest attenuation. Replacing it with a fiber with a large value of the Rayleigh scattering coefficient often leads to a decrease in the range of its operation.
За счет использования комбинированного волоконно-оптического кабеля 3, состоящего из последовательно расположенных участков волокна с увеличивающимся коэффициентом рэлеевского рассеяния, удается увеличить дальность работы устройства. При изготовлении первого участка максимально возможной длины L1, когда мощность P(L1) равна PKR, присоединение волокна с более высоким коэффициентом рэлеевского отражения увеличивает мощность отраженного сигнала до уровня PKR·(R2/R1). В результате обеспечивается увеличение дальности на длину L2, которую можно определить из условия: (R2/R1)·exp(-2γ2L2)=1 и, следовательно, обеспечивает увеличение дальности работы датчика.Through the use of a combined fiber-optic cable 3, consisting of sequentially arranged sections of fiber with an increasing coefficient of Rayleigh scattering, it is possible to increase the operating range of the device. In the manufacture of the first section of the maximum possible length L 1 , when the power P (L 1 ) is equal to P KR , joining a fiber with a higher Rayleigh reflection coefficient increases the power of the reflected signal to the level P KR · (R 2 / R 1 ). The result is an increase in range by the length L 2 , which can be determined from the condition: (R 2 / R 1 ) · exp (-2γ 2 L 2 ) = 1 and, therefore, provides an increase in the range of the sensor.
Еще больше увеличить дальность работы рефлектометра позволяет использование на втором участке волокна, коэффициент затухания которого изменяется вдоль волокна по следующему закону (х - координата вдоль волокна):The use of a fiber in the second section of fiber, the attenuation coefficient of which varies along the fiber according to the following law (x - coordinate along the fiber), allows to further increase the range of the OTDR:
На первом участке распределенного датчика в качестве чувствительного элемента используется волокно, коэффициент затухания которого имеет минимально возможное постоянное значение γ0.In the first section of the distributed sensor, a fiber is used as a sensing element, the attenuation coefficient of which has the lowest possible constant value of γ 0 .
Точность определения положения и дальность работы устройства могуч быть увеличены также за счет оснащения контролируемого объекта (очистной или диагностический) источником вибрации и/или акустических колебаний в диапазоне от 10 Гц до 5 кГц.The accuracy of determining the position and operating range of the device can also be increased by equipping the controlled object (treatment or diagnostic) with a vibration source and / or acoustic vibrations in the range from 10 Hz to 5 kHz.
Кроме того, могут быть использованы и другие дополнительные приемы повышения эффективности работы устройства, характерные для когерентных рефлектометров, некоторые из которых онисанны ниже.In addition, other additional tricks to increase the efficiency of the device, characteristic of coherent reflectometers, some of which are described below, can be used.
Увеличить дальность работы устройства позволяет использование распределенного ВКР (рамановского) усиления при соединении волоконно-оптического кабеля с источником непрерывного оптического излучения, частота которого больше частоты излучения импульсного оптического источника на 13±7 ТГц. В этом случае непрерывное оптическое излучение обеспечивает усиление как импульсного сигнала, распространяющегося в прямом направлении вдоль волоконно-оптического кабеля, так и рассеянного излучения, распространяющегося в обратном направлении.To increase the range of the device allows the use of distributed Raman (Raman) amplification when connecting a fiber optic cable with a source of continuous optical radiation, the frequency of which is higher than the radiation frequency of a pulsed optical source by 13 ± 7 THz. In this case, continuous optical radiation provides amplification of both the pulsed signal propagating in the forward direction along the fiber optic cable and the scattered radiation propagating in the opposite direction.
Увеличить дальность работы устройства позволяет использование эрбиевого усилителя с удаленной накачкой. В этом случае в чувствительном элементе приемного преобразователя в виде волоконно-оптического кабеля содержится один или несколько участков активного оптического волокна, причем активное оптическое волокно соединено с источником излучения накачки. Первый участок активного волокна расположен после одного или нескольких участков пассивного волокна. Поскольку в пассивных волокнах мощность излучения импульсного оптического источника уменьшается, а кроме того уменьшается мощность рассеянного назад излучения, то амплитуда регистрируемого сигнала тоже уменьшается и этим ограничивается дальность работы устройства. Эрбиевый усилитель с удаленной накачкой обеспечивает усиление, как светового импульса, так и рассеянного назад излучения, тем самым увеличивая амплитуду регистрируемого сигнала. Поскольку амплитуда сигнала выросла, то этим самым обеспечивается возможность увеличения длины кабеля путем присоединения еще одного участка пассивного волокна.To increase the range of the device allows the use of an erbium amplifier with remote pumping. In this case, the sensing element of the receiving transducer in the form of a fiber optic cable contains one or more sections of the active optical fiber, the active optical fiber being connected to a pump radiation source. The first section of active fiber is located after one or more sections of the passive fiber. Since in passive fibers the radiation power of a pulsed optical source decreases, and in addition, the power of backscattered radiation decreases, the amplitude of the recorded signal also decreases and this limits the range of the device. The remote-pumped erbium amplifier provides amplification of both the light pulse and the backscattered radiation, thereby increasing the amplitude of the recorded signal. Since the signal amplitude has grown, this thereby provides the possibility of increasing the cable length by attaching another section of the passive fiber.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что заявленный технический результат - увеличение дальности и повышение точности обнаружения и регистрации положения контролируемого объекта в трубопроводе - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed technical result - increasing the range and improving the accuracy of detection and registration of the position of the controlled object in the pipeline - is achieved.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012133544/06A RU2503879C1 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Control device of object movement in pipeline |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012133544/06A RU2503879C1 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Control device of object movement in pipeline |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2503879C1 true RU2503879C1 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49884767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012133544/06A RU2503879C1 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Control device of object movement in pipeline |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2503879C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650853C1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-04-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194847A (en) * | 1991-07-29 | 1993-03-16 | Texas A & M University System | Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing |
| EP0636868A1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-02-01 | York Limited | Optical time domain reflectometry |
| RU2227862C2 (en) * | 2002-07-16 | 2004-04-27 | Дальневосточный государственный технический университет | Method of warning of product pipeline opening |
| RU2325762C2 (en) * | 2002-01-30 | 2008-05-27 | Сенсор Хайвэй Лимитед | Optical pulse reflectometry device and method |
| RU2326345C2 (en) * | 2002-08-26 | 2008-06-10 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Device for monitoring strain inside steel pipe flow strings constructed with help of catenary pipe laying method |
| RU2362271C1 (en) * | 2007-11-01 | 2009-07-20 | Открытое акционерное общество "Информационные телекоммуникационные технологии" (ОАО "Интелтех") | Fibre-optic transmission system for detecting attempts at unauthorised access |
-
2012
- 2012-08-07 RU RU2012133544/06A patent/RU2503879C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194847A (en) * | 1991-07-29 | 1993-03-16 | Texas A & M University System | Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing |
| EP0636868A1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-02-01 | York Limited | Optical time domain reflectometry |
| RU2325762C2 (en) * | 2002-01-30 | 2008-05-27 | Сенсор Хайвэй Лимитед | Optical pulse reflectometry device and method |
| RU2227862C2 (en) * | 2002-07-16 | 2004-04-27 | Дальневосточный государственный технический университет | Method of warning of product pipeline opening |
| RU2326345C2 (en) * | 2002-08-26 | 2008-06-10 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Device for monitoring strain inside steel pipe flow strings constructed with help of catenary pipe laying method |
| RU2362271C1 (en) * | 2007-11-01 | 2009-07-20 | Открытое акционерное общество "Информационные телекоммуникационные технологии" (ОАО "Интелтех") | Fibre-optic transmission system for detecting attempts at unauthorised access |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650853C1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-04-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11656204B2 (en) | Structure monitoring | |
| CA2946279C (en) | Distributed acoustic sensing using low pulse repetition rates | |
| EP3237874B1 (en) | Reflectometric vibration measurement system and relative method for monitoring multiphase flows | |
| US20140208855A1 (en) | Distributed Acoustic Sensing with Multimode Fiber | |
| ATE453127T1 (en) | LASER MEASURING DEVICE AND METHOD | |
| EA032547B1 (en) | Optical fiber vibration measurement system in multiphase flows and related method to monitor multiphase flows | |
| WO2017127212A1 (en) | Method to increase the signal to noise ratio of distributed acoustic sensing by spatial averaging | |
| DK1749219T3 (en) | Laser radar device and method | |
| CN106133550A (en) | Object detection device and object detection method | |
| US8578759B2 (en) | Undersea pipeline intrusion detection system using low-frequency guided acoustic waves and distributed optical fiber | |
| US20200149952A1 (en) | Signal to noise ratio management | |
| WO2021211395A1 (en) | Distributed acoustic sensing based acoustic wave speed scanning and mapping of civil infrastructures | |
| Handerek et al. | Improved optical power budget in distributed acoustic sensing using enhanced scattering optical fibre | |
| CN103486444B (en) | Based on the Sagnac circulating line safety monitoring system of 3 × 3 Couplers | |
| CN203147289U (en) | Double-Sagnac pipeline safety monitoring system | |
| JP2013210200A (en) | Ultrasonic thickness measuring device and ultrasonic thickness measuring method | |
| RU2503879C1 (en) | Control device of object movement in pipeline | |
| US20210318167A1 (en) | Distributed acoustic sensing based natural frequency measurement of civil infrastructures | |
| US20190086243A1 (en) | Fiber optic polarization modulated event monitor | |
| JP7339501B2 (en) | Vibration measuring device, vibration measuring method, and vibration measuring program | |
| JP7006773B2 (en) | Fiber optic sensor and analysis method | |
| CN111765958A (en) | Vibration type identification method and system based on distributed optical fiber vibration radial distance measurement | |
| RU2566603C1 (en) | Distributed sensor of acoustic and vibration impacts | |
| JP2020153704A (en) | Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method | |
| RU2695098C1 (en) | Fiber-optic device for recording vibration effects with separation of controlled sections |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160801 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20161201 |
|
| QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20161201 Effective date: 20190328 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200116 |