RU2524416C2 - Determination of sludge sediment volume in tanks with crude oil and device to this end - Google Patents
Determination of sludge sediment volume in tanks with crude oil and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524416C2 RU2524416C2 RU2012133982/28A RU2012133982A RU2524416C2 RU 2524416 C2 RU2524416 C2 RU 2524416C2 RU 2012133982/28 A RU2012133982/28 A RU 2012133982/28A RU 2012133982 A RU2012133982 A RU 2012133982A RU 2524416 C2 RU2524416 C2 RU 2524416C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- complex
- sludge
- output
- vertical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к способам и устройствам для определения объема шлама и подшламовых структур в резервуарах с сырой нефтью.The invention relates to methods and devices for determining the volume of sludge and sub-slurry structures in tanks with crude oil.
Уровень техникиState of the art
Известны способ и устройство для определения шламовых отложений в резервуаре с сырой нефтью (патент US5953287, дата приоритета 14.09.1999). При реализации данного способа и использовании данного устройства вертикальную и горизонтальную антенны погружают в нефть в резервуаре. Антенны излучают акустические волны в нефть, а отраженные акустические сигналы принимаются ими. Далее происходит обработка принятых акустических сигналов, в результате чего определяется скорость звука и градиент скорости звука. Повторение таких измерений для различных точек расположения антенн позволяет оценить размеры и объемы шлама.A known method and device for determining slurry deposits in a tank with crude oil (patent US5953287, priority date 09/14/1999). When implementing this method and using this device, the vertical and horizontal antennas are immersed in oil in the tank. Antennas emit acoustic waves into oil, and reflected acoustic signals are received by them. Next, the processing of the received acoustic signals occurs, as a result of which the speed of sound and the gradient of sound speed are determined. Repeating such measurements for different antenna locations allows us to estimate the size and volume of the sludge.
Недостатком известного технического решения является низкая помехозащищенность устройств, вызванная многократными переотражениями звуковых сигналов от внутренних конструкций резервуара, малая точность измерений.A disadvantage of the known technical solution is the low noise immunity of the devices caused by repeated re-reflections of sound signals from the internal structures of the tank, low accuracy of measurements.
Известна акустическая система и способ для измерения Арктического льда, который может быть использован для измерения объема шламовых отложений в резервуарах с сырой нефтью (патент US 5173882, дата приоритета 22.12. 1992). При реализации данного способа и использовании данного устройства в ледяном покрове выполняется отверстие, через которое в пространство под льдом опускается акустическая антенна, содержащая излучающие и приемные или приемоизлучающие акустические преобразователи. Антенна выполнена с обеспечением возможности направления излучения под разными углами за счет ее поворота вокруг своей оси. Принимаемые акустические сигналы преобразуются в электрические и обрабатываются совместно с индикативным сигналом.A known acoustic system and method for measuring Arctic ice, which can be used to measure the volume of sludge in reservoirs with crude oil (patent US 5173882, priority date 22.12. 1992). When implementing this method and using this device in the ice cover, a hole is made through which an acoustic antenna is lowered into the space under the ice, containing acoustic and receiving or receiving-emitting acoustic transducers. The antenna is made with the possibility of directing radiation at different angles due to its rotation around its axis. Received acoustic signals are converted into electrical ones and processed together with an indicative signal.
Недостатком известного технического решения является низкая помехозащищенность устройств, вызванная многократными переотражениями звуковых сигналов от внутренних конструкций резервуара, малая точность измерений.A disadvantage of the known technical solution is the low noise immunity of the devices caused by repeated re-reflections of sound signals from the internal structures of the tank, low accuracy of measurements.
Наиболее близким является способ профилирования дна (патент РФ №60204), заключающийся в размещении в объеме жидкости излучающей и принимающей антенн, генерации акустического импульса заданного спектрального состава генерирующим устройством, излучении указанного сигнала излучающей антенной, отражении данного сигнала от поверхности дна, приеме отраженного сигнала приемной антенной, преобразовании полученного сигнала в электрический, частотно-временной обработке преобразованного сигнала, выделении необходимого сигнала на фоне помех, определение толщины донного слоя, формирование изображения профиля дна.The closest is the bottom profiling method (RF patent No. 60204), which consists in placing the emitting and receiving antennas in the liquid volume, generating an acoustic pulse of a given spectral composition by a generating device, emitting the specified signal with a radiating antenna, reflecting this signal from the bottom surface, receiving a reflected receiving signal antenna, converting the received signal into electrical, time-frequency processing of the converted signal, highlighting the necessary signal against the background of interference, about distribution of the thickness of the bottom layer, image formation of the bottom profile.
Недостатками известного технического решения являются является низкая помехозащищенность устройств, вызванная многократными переотражениями звуковых сигналов от внутренних конструкций резервуара, малая точность измерений.The disadvantages of the known technical solutions are the low noise immunity of the devices caused by repeated re-reflections of sound signals from the internal structures of the tank, low accuracy of measurements.
Техническим результатом изобретения является повышение точности устройства.The technical result of the invention is to improve the accuracy of the device.
Поставленная цель достигается за счет того, что способ определения объема шламовых отложений в резервуарах с сырой нефтью заключается в том, что посредством вертикальной акустической антенны излучают под начальным углом вертикального сканирования в сырую нефть импульсный тональный сигнал, принимают отраженные тональные эхо-сигналы горизонтальной акустической антенной, формируют временную последовательность тональных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для начального угла вертикального сканирования, детектируют временную последовательность и запоминают результат детектирования, посредством вертикальной акустической антенны излучают под очередным углом вертикального сканирования в сырую нефть импульсный тональный сигнал, принимают отраженные тональные эхо-сигналы горизонтальной акустической антенной, формируют временную последовательность тональных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для очередного угла вертикального сканирования, детектируют временную последовательность и запоминают результат детектирования, вычисляют координаты шламовых отложений и объем шламовых отложений, посредством вертикальной акустической антенны излучают под начальным углом вертикального сканирования в сырую нефть сложный импульсный сигнал, принимают отраженные сложные эхо-сигналы горизонтальной акустической антенной, формируют временную последовательность сложных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для начального угла вертикального сканирования, вычисляют корреляцию временной последовательности сложных эхо-сигналов и сложного импульсного сигнала и запоминают результат, посредством вертикальной акустической антенны излучают под очередным углом вертикального сканирования в сырую нефть сложный импульсный сигнал, принимают отраженные сложные эхо-сигналы горизонтальной акустической антенной, формируют временную последовательность сложных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для очередного угла вертикального сканирования, вычисляют корреляцию временной последовательности сложных эхо-сигналов и сложного акустического сигнала и запоминают результат корреляции, определяют времена сигналов из результатов корреляции, которые более заданной величины, удаляют сигналы из результатов детектирования, которые соответствуют определенным временам сигналов из результатов корреляции, которые более заданной величины, вычисление координаты шламовых отложений и объем шламовых отложений осуществляют по оставшимся сигналам из результатов детектирования. Устройство для реализации данного способа содержит вертикальную акустическую антенну, горизонтальную акустическую антенну, формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности, формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов, генератора импульсного сложного сигнала, генератора импульсного тонального сигнала, блок управления, блок отображения, аналогово-цифровой преобразователь, детектор, блок памяти результатов детектирования, временной селектор, коррелятор, блок памяти результатов корреляции, блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов, блок вычисления высоты шлама, блок построения поверхности шлама и структур под ним, блок вычисления объема шлама, при этом генератор импульсного тонального сигнала и генератор импульсного сложного сигнала своим выходом соединены с входом формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности, а другой выход генератора импульсного сложного сигнала соединен с одним из входов коррелятора, формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности своим выходом соединен с вертикальной акустической антенной, горизонтальная акустическая антенна своим выходом соединена с формирователем характеристик направленности горизонтальных каналов, один из выходов формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов соединен с входом детектора, другой выход формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов соединен с другим входом коррелятора, выход детектора соединен с входом блока памяти результатов детектирования, выход коррелятора соединен с входом блока памяти результатов корреляции, выход блока памяти результатов корреляции соединен с входом блока определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов, выход блока памяти результатов детектирования соединен с одним из входов временного селектора, выход блока определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов соединен с другим входом временного селектора, выход временного селектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока вычисления высоты шлама, один выход блока вычисления высоты шлама соединен с входом блока построения поверхности шлама и структур под ним, другой выход блока вычисления высоты шлама соединен с одним из входов блока вычисления объема шлама, один выход блока построения поверхности шлама и структур под ним соединен с другим входом блока вычисления объема шлама, другой выход блока построения поверхности шлама и структур под ним соединен с другим входом блока отображения, выход блока вычисления объема шлама соединен с одним из входов блока отображения, блок управления выполнен с обеспечением возможности передачи сигналов и информации посредством шины данных между блоками, входящими в состав устройства.This goal is achieved due to the fact that the method for determining the volume of sludge deposits in tanks with crude oil is that through a vertical acoustic antenna emit a pulsed tone signal at an initial angle of vertical scanning into crude oil, receive reflected tonal echoes of a horizontal acoustic antenna, form a temporary sequence of tonal echo signals received in separate horizontal directions for the initial angle of vertical scanning, d the time sequence is flowed and the detection result is stored, by means of a vertical acoustic antenna, a pulsed tone signal is emitted at a regular angle of vertical scanning into crude oil, reflected echo tones are received by a horizontal acoustic antenna, a temporary sequence of tone echo signals received in separate horizontal directions for the next vertical scan angle, detect the time sequence and remember the result detection, calculate the coordinates of the sludge deposits and the volume of sludge deposits, emit a complex pulse signal at the initial angle of vertical scanning into crude oil using a vertical acoustic antenna, receive the reflected complex echoes by a horizontal acoustic antenna, form a time sequence of complex echoes received on separate horizontal directions for the initial angle of vertical scanning, calculate the correlation of the time sequence of complex echo a complex pulse signal and store the result, by means of a vertical acoustic antenna, a complex pulse signal is emitted at a regular angle of vertical scanning into crude oil, the reflected complex echoes are received by a horizontal acoustic antenna, a time sequence of complex echoes received in separate horizontal directions is formed the next vertical scan angle, calculate the correlation of the time sequence of complex echo signals and complex acoustic signal and remember the correlation result, determine the signal times from the correlation results that are more than a given value, remove the signals from the detection results that correspond to certain signal times from the correlation results that are more than a given value, calculate the coordinates of the slurry deposits and the amount of slurry deposits according to the remaining signals from the detection results. A device for implementing this method comprises a vertical acoustic antenna, a horizontal acoustic antenna, a shaper of a scanning vertical directivity, a shaper of directivity of horizontal channels, a pulsed complex signal generator, a pulsed tone signal generator, a control unit, a display unit, an analog-to-digital converter, a detector, a block memory of detection results, time selector, correlator, correlation results memory block , a block for determining the times corresponding to the dominant signals, and the formation of temporary gates, a block for calculating the height of the slurry, a block for constructing the surface of the slurry and structures below it, a block for calculating the volume of the slurry, while the pulse tone generator and the pulse complex signal generator are connected to the shaper input by their output scanning vertical directional characteristics, and the other output of the pulsed complex signal generator is connected to one of the inputs of the correlator, the scanning vertical shaper For the directivity of the directivity, the output is connected to a vertical acoustic antenna, the horizontal acoustic antenna is connected to the directivity of the horizontal channels, one of the outputs of the directivity of horizontal channels is connected to the input of the detector, the other output of the directivity of horizontal channels is connected to the other input of the correlator, the output of the detector is connected to the input of the memory block of the detection results, the correlator output is connected to the input of the correlation results memory block, the output of the correlation results memory block is connected to the input of the time determination block corresponding to the dominant signals, and the formation of time gates, the output of the detection results memory block is connected to one of the inputs of the time selector, the output of the time determination block corresponding to dominant signals, and the formation of temporary gates is connected to another input of the temporary selector, the output of the temporary selector is connected to the input of analog-to-digital a new converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the sludge height calculation unit, one output of the sludge height calculation unit is connected to the input of the sludge surface building unit and structures below it, the other output of the sludge height calculation unit is connected to one of the inputs of the sludge volume calculation unit, one output of the block to build the surface of the sludge and structures below it is connected to another input of the unit for calculating the volume of the slurry, another output of the block to build the surface of the sludge and structures below it is connected to another input the display unit, the output of the slurry volume calculation unit is connected to one of the inputs of the display unit, the control unit is configured to transmit signals and information via the data bus between the units that make up the device.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется чертежами (фиг.1-8), где на фиг.1 показано размещение устройства в резервуаре, а также излученные и принимаемые сигналы, на фиг.2 схематично показано определение высот точек отражения, на фиг.3 показан график интенсивности тональных эхо-сигналов во всех пространственных каналах по углам и дальностям, на фиг.4 показан график распределения корреляционных откликов сигналов при излучении сложного широкополосного сигнала, на фиг.5 показаны сформированные временные стробы, на фиг.6 показана временная селекция мешающих сигналов, на фиг.7 слева показано объемное изображение поверхности шлама, определенное прототипом, на фиг.7 справа показано объемное изображение поверхности шлама, определенное патентуемым способом, на фиг.8 показана блок-схема устройства для реализации данного способа.The invention is illustrated by drawings (Fig.1-8), where Fig.1 shows the placement of the device in the tank, as well as the emitted and received signals, Fig.2 schematically shows the determination of the heights of the reflection points, Fig.3 shows a graph of the intensity of the tonal echo signals in all spatial channels at angles and ranges; Fig. 4 shows a graph of the distribution of the correlation responses of signals when a complex broadband signal is emitted; Fig. 5 shows the generated time gates; Fig. 6 shows the temporal selection of the interfering signal fishing, Fig. 7 on the left shows a volumetric image of the surface of the sludge defined by the prototype; Fig. 7 on the right shows a volumetric image of the surface of the sludge defined by the patented method; Fig. 8 shows a block diagram of a device for implementing this method.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
На фигурах обозначены: боковая стенка 1, резервуар 2, вертикальная акустическая антенна 3, горизонтальная акустическая антенна 4, сканирующий луч 5, приемный луч 6, плавающая крыша 7, элемент углового разрешения 8, дно 9, эхо-сигналы от когерентных отражателей 10, корреляционные отклики от когерентных отражателей 11, пороговый уровень 12, строб 13, участок изъятия сигнала 14, формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15, детектор 16, блок памяти результатов детектирования 17, временной селектор 18, аналого-цифровой преобразователь 19, блок вычисления высоты шлама 20, блок построения поверхности шлама и структур под ним 21, коррелятор 22, блок памяти результатов корреляции 23, блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24, блок вычисления объема шлама 25, блок отображения 26, формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, генератор импульсного сложного сигнала 28, блок управления 29, генератор импульсного тонального сигнала 30.The figures indicated:
При определении объема шламовых отложений в резервуарах 2 с сырой нефтью посредством известных систем акустического профилирования дна 9, применимых в океанологии, возникают проблемы, вызванные тем, что пространство резервуара 2 не является однородным с точки зрения распространения в нем акустических волн. Данные проблемы связаны с выполнением резервуара 2 в виде замкнутой стальной цилиндрической емкости с множеством различных механических конструкций, располагающихся в ней. Такими конструкциями являются опоры плавающей крыши 7, нагреватели, боковые миксеры и другие металлические конструкции. Опоры плавающей крыши 7 представляют собой стальные трубы диаметром 100 мм и длиной до 2500 мм, число которых в зависимости от диаметра резервуара 2 может составлять несколько сотен. Нагреватели представляют собой конструкцию из металлических труб, распределенных по объему резервуара 2. Все эти конструкции в совокупности с замкнутым объемом резервуара 2 создают сильнейшую реверберацию в виде многочисленных переотражений звуковых волн, которая маскирует полезные отражения от поверхности шлама и структур под ним. При этом наличие сильных эхо-сигналов от металлических конструкций приводят к завышенному объему шлама при измерениях, что значительно увеличивает предполагаемое время очистки резервуара 2 и предполагаемую стоимость таких работ.When determining the volume of sludge in
Предлагаемый способ определения объема шламовых отложений в резервуарах 2 с сырой нефтью основан на различиях в характере рассеяния звука от поверхности шлама и его структур от характера отражений от металлических конструкций. Любые металлические конструкции (в определенном диапазоне длин волн) являются, как правило, сосредоточенными когерентными отражателями. Рассеяние от поверхности шлама и его структур, как правило, имеет некогерентный характер, т.е. это, как правило, мелкомасштабное некогерентное рассеяние, характеризующееся широкой индикатрисой рассеяния. Для выделения когерентных и некогерентных сигналов можно воспользоваться излучением двух типов сигналов.The proposed method for determining the volume of sludge deposits in
Предположим, что излучается достаточно широкополосный сложный сигнал, например ЛЧМ (сигнал с линейной частотной модуляцией) или ГЧМ (сигнал с гауссовой частотной модуляцией). Взаимная корреляция сложных эхо-сигналов от металлических отражателей с излучаемым широкополосным сложным сигналом будет большой, что позволяет очень точно локализовать точки когерентных отражений. В то же самое время корреляция сложных эхо-сигналов от шлама и его структур с тем же опорным сложным сигналом будет очень мала, практически на уровне шумов, так как эти сигналы будут некогерентными.Suppose that a sufficiently broadband complex signal is emitted, for example, LFM (signal with linear frequency modulation) or LFM (signal with Gaussian frequency modulation). The cross-correlation of complex echo signals from metal reflectors with the emitted broadband complex signal will be large, which allows you to very accurately localize the points of coherent reflections. At the same time, the correlation of complex echo signals from the sludge and its structures with the same reference complex signal will be very small, almost at the noise level, since these signals will be incoherent.
Для выделения таких некогерентных сигналов необходимо использовать тональные импульсные посылки, т.е. узкополосные сигналы, причем достаточной длительности. В принятых тональных эхо-сигналах будут присутствовать и сильные тональные эхо-сигналы от металлических конструкций, однако их временное положение будет определяться не очень точно, поскольку разрешающая способность по дальности при излучении тонального сигнала определяется какTo isolate such incoherent signals, it is necessary to use tonal pulse transmissions, i.e. narrowband signals, and of sufficient duration. The received tonal echoes will also contain strong tonal echoes from metal structures, however, their temporal position will not be determined very accurately, since the range resolution when emitting a tonal signal is defined as
а при излучении широкополосного сигнала (сложного)and when emitting a broadband signal (complex)
где C - скорость звука, T - длительность сигнала, ΔF - ширина полосы сигнала.where C is the speed of sound, T is the duration of the signal, ΔF is the signal bandwidth.
Например, при излучении тональной посылки на частоте 100 кГц с длительностью T=0,5 мс и скорости звука C=1500 м/с ΔRA - 37,5 см, а при излучении сложного сигнала с шириной полосы 20% разрешение по дальности составляет всего ΔRB=3,75 см, т.е. в 10 раз лучше.For example, when a tone signal is emitted at a frequency of 100 kHz with a duration of T = 0.5 ms and a sound speed of C = 1500 m / s ΔR A is 37.5 cm, and when a complex signal with a bandwidth of 20% is emitted, the range resolution is only ΔR B = 3.75 cm, i.e. 10 times better.
Поскольку после излучения сложных сигналов временное и пространственное расположение корреляционных откликов, сформированных сильными отражателями (металлическими конструкциями), будет точно известно, то из набора тональных эхо-сигналов можно исключить (вычесть, отфильтровать) те сигналы, которые по времени прихода совпадают со временами прихода корреляционных откликов и осуществить дальнейшую обработку - построение поверхности шлама и локализацию его структур. В результате такой обработки все сильные реверберационные сигналы будут в значительной мере подавлены.Since, after the emission of complex signals, the temporal and spatial location of the correlation responses generated by strong reflectors (metal structures) will be known for sure, it is possible to exclude (subtract, filter) those signals that coincide with the arrival times of the correlation signals from the set of tonal echo signals responses and carry out further processing - the construction of the surface of the sludge and the localization of its structures. As a result of this processing, all strong reverb signals will be significantly suppressed.
Способ определения объема шламовых отложений в резервуарах 2 с сырой нефтью включает следующие этапы:The method for determining the volume of sludge in
- излучение под начальным углом вертикального сканирования в сырую нефть импульсного тонального сигнала, посредством вертикальной акустической антенны,- radiation at an initial angle of vertical scanning into the crude oil of a pulsed tone signal through a vertical acoustic antenna,
- прием отраженных тональных эхо-сигналов горизонтальной акустической антенной,- receiving reflected tonal echoes of a horizontal acoustic antenna,
- формирование временной последовательности тональных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для начального угла вертикального сканирования,- the formation of a time sequence of tonal echo signals received in separate horizontal directions for the initial angle of vertical scanning,
- детектирование временной последовательности и запоминание результата детектирования,- detecting a time sequence and storing the result of detection,
- излучение под очередным углом вертикального сканирования в сырую нефть импульсного тонального сигнала, посредством вертикальной акустической антенны,- radiation at the next angle of vertical scanning into crude oil of a pulsed tone signal, through a vertical acoustic antenna,
- прием отраженных тональных эхо-сигналов горизонтальной акустической антенной,- receiving reflected tonal echoes of a horizontal acoustic antenna,
- формирование временной последовательности тональных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для очередного угла вертикального сканирования,- the formation of a time sequence of tonal echo signals received in separate horizontal directions for the next vertical scan angle,
- детектирование временной последовательности и запоминание результата детектирования,- detecting a time sequence and storing the result of detection,
- излучение под начальным углом вертикального сканирования в сырую нефть сложного импульсного сигнала, посредством вертикальной акустической антенны,- radiation at an initial angle of vertical scanning into crude oil of a complex pulsed signal through a vertical acoustic antenna,
- прием отраженных сложных эхо-сигналов горизонтальной акустической антенной,- receiving reflected complex echoes of a horizontal acoustic antenna,
- формирование временной последовательности сложных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для начального угла вертикального сканирования,- the formation of a time sequence of complex echo signals received in separate horizontal directions for the initial angle of vertical scanning,
- вычисление корреляции временной последовательности сложных эхо-сигналов и сложного акустического сигнала и запоминание результата,- calculating the correlation of the time sequence of complex echo signals and complex acoustic signal and storing the result,
- излучение под очередным углом вертикального сканирования в сырую нефть сложного импульсного сигнала, посредством вертикальной акустической антенны,- radiation at the next angle of vertical scanning into crude oil of a complex pulsed signal through a vertical acoustic antenna,
- прием отраженных сложных эхо-сигналов горизонтальной акустической антенной,- receiving reflected complex echoes of a horizontal acoustic antenna,
- формирование временной последовательности сложных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям для очередного угла вертикального сканирования,- the formation of a time sequence of complex echo signals received in separate horizontal directions for the next vertical scan angle,
- вычисление корреляции временной последовательности сложных эхо-сигналов и сложного акустического сигнала и запоминание результата корреляции,- calculating the correlation of the time sequence of complex echo signals and complex acoustic signal and storing the result of the correlation,
- определение времени сигналов из результатов корреляции, которые более заданной величины,- determination of the time of signals from correlation results that are more than a given value,
- удаление сигналов из результатов детектирования, которые соответствуют определенным временам сигналов из результатов корреляции, которые более заданной величины,- removal of signals from the detection results that correspond to certain times of the signals from the correlation results that are more than a given value,
- вычисление координат шламовых отложений для оставшихся сигналов- calculation of the coordinates of the sludge deposits for the remaining signals
- вычисление объема шламовых отложений.- calculation of the volume of sludge deposits.
Приемоизлучающую антенну погружают в сырую нефть, расположенную в резервуаре 2. Вертикальная акустическая антенна 3 является излучающей и формирует один сканирующий луч 5 - узкий по координате Y и широкий по координате X. На горизонтальной акустической антенне 4 формируется веер приемных лучей 6 - узких по координате X и широких по координате Y. После обработки в результате пересечения двух лучей формируется элемент углового разрешения 8 по двум угловым координатам или декартовым координатам. Приемоизлучающая система наклонена под некоторым углом к вертикали.The receiving-emitting antenna is immersed in crude oil located in the
По команде блока управления 29 запускается генератор импульсных тональных сигналов 30. Импульсный тональный сигнал от генератора импульсных тональных сигналов 30 подается на формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, который формирует тональные сигналы с заданными задержками для начального угла вертикального сканирования β1. Эти тональные сигналы подаются на излучающую вертикальную акустическую антенну 3. Вертикальной акустической антенной 3 данные тональные сигналы излучают в сырую нефть в резервуаре 2. При этом сигналы, излучаемые вертикальной акустической антенной 3, соответствуют сигналам, сгенерированным генератором импульсных тональных сигналов 30.At the command of the control unit 29, the pulsed tone generator 30 is started. The pulsed tone from the pulsed tone generator 30 is supplied to the imager of the scanning vertical directivity 27, which generates tones with predetermined delays for the initial vertical scanning angle β 1 . These tonal signals are supplied to the emitting vertical
Тональные сигналы проходят через объем сырой нефти и отражаются от поверхности шлама и конструкций, размещенных в резервуаре 2. Отраженные тональные эхо-сигналы принимаются приемной горизонтальной акустической антенной 4 и далее поступают на формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 27. На выходе формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов 27 формируется временная последовательность тональных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям Sj(t,α,αj,β1) для начального угла сканирования β1.The tonal signals pass through the volume of crude oil and are reflected from the surface of the sludge and structures located in the
Далее эти принятые тональные эхо-сигналы детектируются посредством детектора 16. Результаты детектирования запоминаются блоком памяти результатов детектирования 17.Further, these received tone echoes are detected by the detector 16. The detection results are stored in the memory unit of the detection results 17.
Затем посредством формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 устанавливается следующий угол вертикального сканирования β2 и все операции повторяются. В результате после сканирования во всем вертикальном секторе углов образуется матрица интенсивностей тональных эхо-сигналов во всех пространственных каналах по углам и дальностям
На фиг.3 в амплитудах принятых тональных эхо-сигналов присутствуют как слабые сигналы, так и сильные эхо-сигналы от когерентных отражателей, которые вызваны отражениями от каких-то конструкций, но не от шлама. Эхо-сигналы от когерентных отражателей необходимо исключить из дальнейшего анализа, однако их временное положение, или положение на оси дальностей при излучении импульсных тональных сигналов определяется неточно.In Fig. 3, the amplitudes of the received tone echoes contain both weak signals and strong echoes from coherent reflectors, which are caused by reflections from some structures, but not from sludge. Echo signals from coherent reflectors must be excluded from further analysis, however, their temporal position, or position on the range axis when pulse signals are emitted, is not accurately determined.
Для точного определения временного положения конструкций, дающих сильные тональные эхо-сигналы, далее используется излучение сложного сигнала и его последующая корреляционная обработка.To accurately determine the temporal position of structures that produce strong tonal echo signals, the radiation of a complex signal and its subsequent correlation processing are then used.
При следующем цикле работы блока управления 29 запускает генератор импульсных сложных сигналов 28. Сложный сигнал от генератора импульсных сложных сигналов 28 поступает на формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, который формирует тональные сигналы с заданными задержками для начального угла вертикального сканирования. Сложный сигнал после формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 поступает на излучающую вертикальную акустическую антенну 3. Вертикальная акустическая антенна 3 излучает данный сложный сигнал в резервуар 2 с сырой нефтью. При этом сигналы, излучаемые вертикальной акустической антенной 3, соответствуют сигналам, сгенерированным генератором импульсных сложных сигналов 28.In the next cycle of operation of the control unit 29 starts the generator of pulsed complex signals 28. The complex signal from the generator of pulsed complex signals 28 is supplied to the imager of the scanning vertical directivity 27, which generates tones with specified delays for the initial angle of vertical scanning. A complex signal after the imaging unit of the scanning vertical directivity 27 is supplied to the emitting vertical
Сложный сигнал отражается от поверхности шлама и конструкций, находящихся в резервуаре 2. Отраженные сложные эхо-сигналы принимаются горизонтальной акустической антенной 4. Принятые сложные эхо-сигналы поступают на формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15. На выходе формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов 15 формируется временная последовательность сложных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям. Далее сложные эхо-сигналы подаются на коррелятор 22, где вычисляется функция взаимной корреляции принятого сложного эхо-сигнала с излученным сложным сигналом (сигналом генератора импульсных сложных сигналов 28). Результаты корреляционной обработки сохраняют в блоке памяти результатов корреляции 23.A complex signal is reflected from the surface of the sludge and structures located in the
Все дальнейшие процедуры повторяются аналогично для всех углов вертикального сканирования, и в результате образуется вторая матрица интенсивностей сложных эхо-сигналов
Результаты корреляционной обработки из блока памяти результатов корреляции 23 поступают в блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24, в котором устанавливается некоторый пороговый уровень Δ 12. Значение порогового уровня Δ 12 может определяться как самим блоком определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24, так и оператором, работающим с данным устройством, таким образом, чтобы оно было меньше высоты пиков эхо-сигналов от когерентных отражателей, но больше высоты пиков шумоподобных эхо-сигналов. Этот пороговый уровень 12 отсекает все корреляционные сигналы, уровни которых меньше этого порогового уровня 12. Из оставшихся сигналов формируются прямоугольные сигналы стробов по временной оси, длительности которых равны ширине корреляционных откликов от когерентных отражателей 11 при выбранном значении порогового уровня 12, фиг.5.The results of the correlation processing from the memory block of the correlation results 23 are received in the block for determining the times corresponding to the dominant signals, and the formation of time gates 24, in which a certain
Временные положения этих стробов 13 и их длительность определяют положение максимумов интенсивности и длительности сигналов, которые должны бытьThe temporary positions of these
исключены из матрицы интенсивностей тональных эхо-сигналов
Далее очищенные тональные эхо-сигналы оцифровываются посредством аналого-цифрового преобразователя 19 и подаются в блок вычисления высоты шлама 20. В блоке вычисления высоты шлама 20 определяется высота точек, от которых былNext, the cleaned tone echoes are digitized by means of an analog-to-digital converter 19 and fed to the block for calculating the height of the slurry 20. In the block for calculating the height of the slurry 20, the height of the points from which
отражен данный тональный эхо-сигнал. По данным блока вычисления высоты шлама 20 блоком построения поверхности шлама и структур под ним 21 происходит построение изображения поверхности шлама, которое отображается блоком отображения 26. Далее посредством блока вычисления объема шлама 25 на основе данных блока вычисления высоты шлама 20 и блока построения поверхности шлама и структур 21 под ним вычисляется объем шлама.This tone echo is reflected. According to the data of the block for calculating the height of the slurry 20, the block for constructing the surface of the slurry and structures below it 21 builds an image of the surface of the slurry, which is displayed by the display unit 26. Next, by means of the block for calculating the volume of the slurry 25 based on the data of the block for calculating the height of the slurry 20 and the block for constructing the surface of the slurry and structures 21 under it, the volume of sludge is calculated.
На фиг.7 приведено изображение поверхности шлама, слева - без подавления мешающих сигналов реверберации, объем шлама, 3546 м3, справа - истинная поверхность шлама, с подавлением реверберации, объем шлама 2764 м3. Видно, что при неисключении когерентных отражений высоты построенной поверхности шлама могут доходить до 6 метров, чего практически не бывает. Эти ложные высоты и приводят к завышенному объему шлама. Подавление реверберационных откликов приводит к правильной оценке как формы поверхности, так и величине объема шлама (ср. 3546 м3 и 2764 м3).Figure 7 shows the image of the surface of the sludge, on the left - without suppressing interfering reverb signals, the volume of sludge, 3546 m 3 , on the right - the true surface of the sludge, with the suppression of reverberation, the volume of sludge 2764 m 3 . It can be seen that, if coherent reflections are not excluded, the heights of the constructed surface of the sludge can reach 6 meters, which practically does not happen. These false heights lead to an overestimated volume of sludge. Suppression of reverberation responses leads to a correct assessment of both the surface shape and the size of the slurry volume (cf. 3546 m 3 and 2764 m 3 ).
Для реализации данного способа может быть применено предлагаемое устройство.To implement this method, the proposed device can be applied.
Основными элементами устройства являются вертикальная акустическая антенна (излучающая) 3, горизонтальная акустическая антенна (приемная) 4, формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15, детектор 16, блок памяти результатов детектирования 17, временной селектор 18, аналого-цифровой преобразователь 19, блок вычисления высоты шлама 20, блок построения поверхности шлама и структур под ним 21, коррелятор 22, блок памяти результатов корреляции 23, блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24, блок вычисления объема шлама 25, блок отображения 26, формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, генератор импульсного тонального сигнала 28, блок управления 29, генератор импульсного сложного сигнала 30.The main elements of the device are a vertical acoustic antenna (emitting) 3, a horizontal acoustic antenna (receiving) 4, a shaper of directivity of the horizontal channels 15, a detector 16, a memory unit for the detection results 17, a time selector 18, an analog-to-digital converter 19, a block for calculating the height of the sludge 20, a block for constructing a surface of the sludge and structures under it 21, a correlator 22, a memory block for the results of the correlation 23, a block for determining the times corresponding to the dominant signals, and forming time gates 24, a slurry volume calculation unit 25, a display unit 26, a vertical scanning beamforming unit 27, a pulse tone generator 28, a control unit 29, a complex pulse generator 30.
Резервуар 2 представляет собой замкнутую цилиндрическую конструкцию с дном 9 и боковой стенкой 1, диаметр которой может доходить до 120 метров, а высота до 20 метров, примерами резервуаров 2 могут служить нефтяные танки. Резервуар 2 предназначен для хранения и переработки сырой нефти. Сырая нефть в резервуар 2 может поступать от различных поставщиков и резко отличаться по своим параметрам, главными из которых являются плотность и вязкость. Поскольку по мере наполнения резервуара 2 сырая нефть постоянно выкачивается из него для дальнейшей переработки, то она должна быть предварительно перемешана, так как нефть с большой плотностью и вязкостью не сможет перекачиваться с нормальной скоростью. Для целей перемешивания нефти в резервуаре 2 устанавливают боковые миксеры. Помимо нефти на дне 9 резервуара2 может присутствовать шлам - тяжелые отложения из сырой нефти, часть которого также будет перемешиваться с нефтью. В больших резервуарах с диаметром до 100-120 метров объем шлама может достигать 12-13000 тонн. С одной стороны, шлам является ценным продуктом, так как он может содержать до 80-85% нефти, но, с другой стороны, он представляет собой крайне агрессивную среду, которая ускоряет процесс коррозии днища резервуара 2. Для резервуаров 2 с плавающей крышей 7 существует еще одна опасность: при опускании плавающей крыши 7 резервуара 2 она должна опереться на все свои опоры - «ноги». Это означает, что поверхность шлама не должна содержать высот, больших, чем длина «опоры» плавающей крыши 7. В противном случае, плавающая крыша 7 может быть повреждена.The
Приемоизлучающая антенна выполнена в виде крестообразной или Т-образной антенны, состоящей из вертикальной акустической антенны 3, выполняющей роль излучающей, и горизонтальной акустической антенны 4, выполняющей роль приемной. При этом вертикальная акустическая антенна 3 и горизонтальная акустическая антенна 4 представляют собой фазированные акустические антенные решетки, состоящие из множества отдельных элементов, каждый из которых осуществляет когерентно по отношению к остальным излучение или прием акустических сигналов. Вертикальная акустическая антенна 3 выполнена с обеспечением возможности излучения акустических сигналов. Горизонтальная акустическая антенна 4 выполнена с обеспечением возможности приема акустических волн. Горизонтальная акустическая антенна 4 и вертикальная акустическая антенна 3 установлены в резервуаре 2 с обеспечением возможности излучения сканирующего луча 5 (акустических сигналов) в сырую нефть, расположенную в резервуаре 2, и приема приемного луча 6 (акустических сигналов), отраженных от поверхностей различных конструкций и шлама, расположенного в объеме сырой нефти.The receiving-radiating antenna is made in the form of a cross-shaped or T-shaped antenna, consisting of a vertical
Формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15 представляет собой устройство, выполненное с обеспечением возможности формирования временной последовательности тональных эхо-сигналов, принятых по отдельным горизонтальным направлениям. Формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15 своим входом соединен с горизонтальной акустической антенной 4 с обеспечением возможности получения от нее принятых ей акустических сигналов. Формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15 одним из своих выходов соединен с детектором 16, а другим выходом с коррелятором 22.Shaper directivity characteristics of the horizontal channels 15 is a device made with the possibility of forming a temporal sequence of tonal echo signals received in separate horizontal directions. The shaper of the directivity characteristics of the horizontal channels 15 is connected by its input to the horizontal
Детектор 16 представляет собой устройство, выполненное с обеспечением возможности детектирования принятого тонального эхо-сигнала. В частном случае в устройстве использован квадратичный детектор 16 (определение термина детектирование приведено, например, в Большой Советской Энциклопедии на сайте http://slovari.yandex.ru/~%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3%D0%B8/%D0%91%D0%Al%D0%AD/%D0%94%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D 1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5/ (дата обращения 17.07.2012)). Детектор 16 своим выходом соединен с блоком памяти результатов детектирования 17.The detector 16 is a device configured to detect a received tone echo. In a particular case, a quadratic detector 16 was used in the device (the definition of the term detection is given, for example, in the Great Soviet Encyclopedia at http://slovari.yandex.ru/~%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3 % D0% B8 /% D0% 91% D0% Al% D0% AD /% D0% 94% D0% B5% D1% 82% D0% B5% D0% BA% D1% 82% D0%
Блок памяти результатов детектирования 17 представляет собой, например, карту памяти, выполненную с обеспечением возможности запоминания результатов детектирования. В частном случае блок памяти результатов детектирования 17 выполнен с обеспечением возможности запоминания и выдачи результатов детектирования в определенной последовательности, например в виде математической матрицы. Блок памяти результатов детектирования 17 своим выходом соединен с одним из входов временного селектора 18.The memory block of the detection results 17 is, for example, a memory card configured to store the detection results. In the particular case, the memory block of the detection results 17 is made with the possibility of storing and outputting the detection results in a certain sequence, for example, in the form of a mathematical matrix. The memory block of the detection results 17 is connected by its output to one of the inputs of the temporary selector 18.
Временной селектор 18 представляет собой устройство, выполненное с обеспечением возможности устранения тональных эхо-сигналов по временной оси в тех местах, в которых расположены стробы 13 на временной оси, с образованием участков изъятия сигнала 14. Временной селектор 18 одним из входов соединен с блоком памяти результатов детектирования 17, а другим входом соединен с блоком определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24. Выход временного селектора 18 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 19.The time selector 18 is a device configured to eliminate tonal echoes along the time axis in those places where the
Аналого-цифровой преобразователь 19 представляет собой устройство, выполненное с обеспечением возможности преобразования сигналов в аналоговой форме в сигналы в цифровой форме. Аналого-цифровой преобразователь 19 своим выходом соединен с блоком вычисления высоты шлама 20.The analog-to-digital Converter 19 is a device configured to convert signals in analog form to signals in digital form. The analog-to-digital Converter 19 is connected to the output unit for calculating the height of the sludge 20.
Блок вычисления высоты шлама 20 представляет собой устройство или устройство с программным обеспечением, выполненное с обеспечением возможности определения (вычисления) высоты (наименьшего расстояния от дна) точки поверхности шлама, от которой был отражен данный сигнал, а также координат расположения данной точки в плоскости дна резервуара 2. Определение высоты расположения данной отражающей или рассеивающей точки поверхности H можно осуществить на основе информации о наклонной дальности и углах вертикального и горизонтального сканирования, фиг.2. Блок вычисления высоты шлама 20 соединен своими выходами с блок построения поверхности шлама и структур под ним 21 и блоком вычисления объема шлама 25.The block for calculating the height of the sludge 20 is a device or device with software, made it possible to determine (calculate) the height (smallest distance from the bottom) of the surface point of the sludge from which this signal was reflected, as well as the coordinates of the location of this point in the plane of the bottom of the
Блок построения поверхности шлама и структур под ним 21 представляет собой устройство или устройство с программным обеспечением, выполненное с обеспечением возможности построения изображения поверхности шлама и структур под ним на основе данных о высоте шлама и координатах расположения данной точки. При этом блок построения поверхности шлама и структур под ним 21 выполнен с обеспечением возможности построения поверхности шлама как в какой-либо вертикальной плоскости, так и объемного изображения поверхности шлама (фиг.7).The block for constructing the surface of the sludge and structures below it 21 is a device or device with software, made with the possibility of constructing an image of the surface of the sludge and structures under it based on data on the height of the sludge and the coordinates of this point. At the same time, the block for constructing the surface of the slurry and structures under it 21 is made with the possibility of building the surface of the slurry in either a vertical plane or a three-dimensional image of the surface of the slurry (Fig. 7).
Коррелятор 22 представляет собой специализированное устройство для автоматического вычисления взаимных корреляционных функций (определение коррелятора приведено, например, в Википедии на сайте hnp://m.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D1%80%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80 (дата обращения 17.07.2012)). Коррелятор 22 вычисляет взаимную корреляцию каждого из принятых сложных эхо-сигналов с соответствующим излученным сложным сигналом. Коррелятор 22 своими входами соединен с формирователем характеристик направленности горизонтальных каналов 15 и генератором импульсного сложного сигнала 28. Выход коррелятора 22 соединен с блоком памяти результатов корреляции 23.Correlator 22 is a specialized device for automatically calculating mutual correlation functions (the correlator is defined, for example, on Wikipedia on the website hnp: //m.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D1% 80% D0% B5% D0% BB% D1% 8F% D1% 82% D0% BE% D1% 80 (accessed July 17, 2012). The correlator 22 calculates the cross-correlation of each of the received complex echo signals with the corresponding emitted complex signal. The correlator 22 is connected with its inputs to the shaper of the directivity of the horizontal channels 15 and the pulse generator of the complex signal 28. The output of the correlator 22 is connected to the memory unit of the correlation results 23.
Блок памяти результатов корреляции 23 представляет собой карту памяти, выполненную с обеспечением возможности запоминания результатов корреляции, полученных коррелятором 22. В частном случае блок памяти результатов корреляции 23 выполнен с обеспечением возможности запоминания и выдачи результатов корреляции в определенной последовательности, например в виде математической матрицы. Выход блока памяти результатов корреляции 23 соединен с блоком определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24.The memory block of the correlation results 23 is a memory card made with the possibility of storing the correlation results obtained by the correlator 22. In a particular case, the memory block of the correlation results 23 is made with the possibility of storing and outputting the correlation results in a certain sequence, for example, in the form of a mathematical matrix. The output of the memory block of the results of the correlation 23 is connected to the block determining the times corresponding to the dominant signals, and the formation of time gates 24.
Блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24 представляет собой устройство или программное обеспечение, выполненное с обеспечением возможности установления некоторого порогового уровня Δ12, отсекания всех корреляционных сигналов, уровни которых меньше этого порогового уровня 12. Блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24 выполнен с обеспечением формирования из оставшихся сигналов прямоугольных сигналов стробов по временной оси, длительности которых равны ширине корреляционных откликов от когерентных отражателей 11 при выбранном значении порогового уровня 12, фиг.5. Блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24 своим выходом соединен с временным селектором 18.The unit for determining the times corresponding to the dominant signals, and the formation of time gates 24 is a device or software configured to establish a certain threshold level Δ12, cutting off all correlation signals whose levels are less than this
Блок вычисления объема шлама 25 представляет собой устройство или устройство с программным обеспечением, выполненное с обеспечением возможности расчета объема шлама по данным полученным от блока вычисления высоты шлама 20 и блока построения поверхности шлама и структур под ним 21.The block for calculating the volume of slurry 25 is a device or device with software made with the possibility of calculating the volume of slurry according to the data received from the block for calculating the height of the slurry 20 and the block for constructing the surface of the slurry and structures under it 21.
Блок отображения 26 представляет собой выходное электронное устройство, предназначенной для отображения информации, например монитор. Блок отображения 26 своим входом соединен с выходом блока построения поверхности шлама и структур под ним 21 и выходом блока вычисления объема шлама 25.The display unit 26 is an output electronic device for displaying information, such as a monitor. The display unit 26 is connected with its input to the output of the block for constructing the surface of the sludge and structures below it 21 and the output of the block for calculating the volume of sludge 25.
Формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 представляет собой устройство, выполненное с обеспечением возможности формирования сигналов с заданными задержками для заданного угла вертикального сканирования в режиме излучения. Формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 одним из своих входов соединен с генератором импульсного сложного сигнала 28, а другим входом - с генератором импульсного тонального сигнала 30. Выход формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 соединен с вертикальной акустической антенной 3.The generator of the scanning vertical directivity 27 is a device made with the possibility of generating signals with predetermined delays for a given angle of vertical scanning in radiation mode. The generator of the scanning vertical directional characteristic 27 with one of its inputs is connected to the generator of the pulsed complex signal 28, and the other input is with the generator of the pulse tone signal 30. The output of the generator of the scanning vertical directional characteristic 27 is connected to the vertical
Генератор импульсного тонального сигнала 30 представляет собой устройство, генерирующее акустические сигналы в узкой полосе частот. Генератор импульсного тонального сигнала 30 своим входом соединен с блоком управления 29. Генератор импульсного тонального сигнала 30 своим выходом соединен с формирователем сканирующей вертикальной характеристики направленности 27.The pulse tone generator 30 is a device that generates acoustic signals in a narrow frequency band. The pulsed tone generator 30 is connected to the control unit 29 by its input. The pulsed tone generator 30 is connected to a shaper of the vertical scanning directivity 27 by its output.
Блок управления 29 представляет собой устройство или устройство с программным обеспечением, выполненное с обеспечением возможности запуска в необходимые моменты времени генератора импульсного тонального сигнала 30 или генератора импульсного сложного сигнала 28, а также синхронизации работы генератора импульсного тонального сигнала 30 и генератора импульсного сложного сигнала 28 с заданными интервалами между их запусками. Блок управления 29 выполнен с обеспечением возможности передачи посредством шины данных информации между блоками, входящими в состав данного устройства.The control unit 29 is a device or device with software that is configured to start the pulse tone generator 30 or the pulse complex signal generator 28 at the required times, as well as synchronize the operation of the pulse tone generator 30 and the pulse complex signal generator 28 with the specified intervals between their starts. The control unit 29 is configured to transmit information via the data bus between the units included in this device.
Генератор импульсного сложного сигнала 28 представляет собой устройство, генерирующее акустические сигналы в широкой полосе частот, т.е. сложные сигналы, например ЛЧМ или ГЧМ. Генератор импульсного сложного сигнала 28 своим входом соединен с блоком управления 29. Генератор импульсного сложного сигнала 28 своими выходами соединен с формирователем сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 и коррелятором 22.The pulse complex signal generator 28 is a device that generates acoustic signals in a wide frequency band, i.e. complex signals such as chirp or chirp. The pulsed complex signal generator 28 is connected to the control unit 29 by its input. The pulsed complex signal generator 28 is connected by its outputs to the generator of the scanning vertical directivity 27 and the correlator 22.
Устройство для реализации способа определения объема шламовых отложений в резервуарах 2 с сырой нефтью реализуется следующим образом. Изготавливают вертикальную акустическую антенну (излучающую) 3, горизонтальную акустическую антенну (приемную) 4, формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15, детектор 16, блок памяти результатов детектирования 17, временной селектор 18, аналого-цифровой преобразователь 19, блок вычисления высоты шлама 20, блок построения поверхности шлама и структур под ним 21, коррелятор 22, блок памяти результатов корреляции 23, блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24, блок вычисления объема шлама 25, блок отображения 26, формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, генератор импульсного тонального сигнала 30, блок управления 29, генератор импульсного сложного сигнала 28. Вертикалью акустическую антенну 3 и горизонтальную акустическую антенну 4 соединяют в виде Т-образной приемоизлучающей антенны. Блок управления 29 выходами подсоединяют к входам генератора импульсного тонального сигнала 30 и генератора импульсного сложного сигнала 28, выходы которых подсоединяют к входу формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27. При этом другой выход генератора импульсного сложного сигнала 28 подсоединяют к одному из входов коррелятора 22. Выход формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 подсоединяют к вертикальной акустической антенне 3. К горизонтальной акустической антенне 4 подсоединяют вход формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов 27, выходы которого подсоединяют к входу детектора 16 и другому входу коррелятора 22. Выход детектора 16 подсоединяют к входу блока памяти результатов детектирования 17, выход которого подсоединяют к одному из входов временного селектора 18. Выход коррелятора 22 подсоединяют к входу блока памяти результатов корреляции 23, выход которого подсоединяют к входу блока определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24. Выход блока определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24 подсоединяют к другому входу временного селектора 18. Выход временного селектора 18 подсоединяют к входу аналого-цифрового преобразователя 19, выход которого подсоединяют к входу блока вычисления высоты шлама 20. Выходы блока вычисления высоты шлама 20 подсоединяют к входам блока построения поверхности шлама и структур под ним 21 и блока вычисления объема шлама 25. Выходы блока построения поверхности шлама и структур под ним 21 подсоединяют к входам блока вычисления объема шлама 25 и блока отображения 26. Выход блока вычисления объема шлама 25 подсоединяют к другому входу блока отображения 26. При этом под соединением блоков друг с другом понимается соединение, необходимое для передачи данных и сигналов между этими блоками, например посредством системной шины и/или проводников и/или выделенной радиолинии и/или любым другим известным способом, применимым для данной области.A device for implementing the method for determining the volume of sludge deposits in
Приемоизлучающую антенну помещают в резервуаре 2 с обеспечением возможности излучения акустических сигналов в сырую нефть, находящуюся в резервуаре 2. Посредством блока управления 29 запускают генератор импульсных тональных сигналов 30. Сигнал, сгенерированный генератором импульсных тональных сигналов 30, подается на формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, где происходит формирование сигналов с заданными задержками для начального угла вертикального сканирования β1 в режиме излучения. Эти сигналы подают на вертикальную акустическую антенну 3, которая излучает их в сырую нефть. Горизонтальная акустическая антенна 4 принимает тональные эхо-сигналы, отраженные от поверхности шламам и конструкций, расположенных в резервуаре 2. Принятые тональные эхо-сигналы поступают от горизонтальной акустической антенны 4 на формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15, где формируется временная последовательность тональных эхо-сигналов. Тональные эхо-сигналы от формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов 15 поступают в детектор 16, где происходит их детектирование. Тональные эхо-сигналы от детектора 16 поступают в блок памяти результатов детектирования 17, где запоминаются в определенной последовательности. Посредством формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 устанавливается следующий угол вертикального сканирования β2 и все вышеописанные операции повторяются.The receiving-emitting antenna is placed in the
Посредством блока управления 29 запускают генератор импульсных сложных сигналов 28. Сигнал, сгенерированный генератором импульсных сложных сигналов 28, подается на формирователь сканирующей вертикальной характеристики направленности 27, где происходит формирование сигналов с заданными задержками для начального угла вертикального сканирования β1 в режиме излучения и в коррелятор 22. Эти сигналы подают на вертикальную акустическую антенну 3, которая излучает их в сырую нефть. Горизонтальная акустическая антенна 4 принимает тональные эхо-сигналы, отраженные от поверхности шламам и конструкций, расположенных в резервуаре 2. Принятые сложные эхо-сигналы поступают от горизонтальной акустической антенны 4 на формирователь характеристик направленности горизонтальных каналов 15, где формируется временная последовательность тональных эхо-сигналов. Сложные эхо-сигналы от формирователя характеристик направленности горизонтальных каналов 15 поступают в коррелятор 22, где происходит вычисление корреляционной функции этих сигналов с соответствующими сложными сигналами, полученными от генератора импульсных сложных сигналов 28. Результаты корреляционной обработки от коррелятора 22 поступают в блок памяти результатов корреляции 23, где запоминаются в определенной последовательности. Посредством формирователя сканирующей вертикальной характеристики направленности 27 устанавливается следующий угол вертикального сканирования р2 и все вышеописанные операции повторяются. Из блока памяти результатов корреляции 23 результаты корреляционной обработки поступают в блок определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24, в котором устанавливается некоторый пороговый уровень Δ12. В блоке определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов происходит отсечение корреляционных сигналов, уровни которых менее установленного порогового уровня 12. По корреляционным сигналам, уровни которых более установленного порогового уровня 12, происходит формирование стробов 13 в виде прямоугольных сигналов, длительность которых равна ширине корреляционных откликов от когерентных отражателей 11.By means of the control unit 29, the pulsed complex signal generator 28 is started. The signal generated by the pulsed complex signal generator 28 is fed to the shaper of the vertical scanning directional characteristic 27, where signals are generated with predetermined delays for the initial vertical scanning angle β 1 in the radiation mode and in the correlator 22 These signals are fed to a vertical
Во временной селектор 18 поступают данные из блока памяти результатов детектирования 17 и блока определения времен, соответствующих доминирующим сигналам, и формирования временных стробов 24. Временным селектором 18 производится изъятие тональных эхо-сигналов совпадающих по времени и длительности со временем прихода и длительностью стробирующих импульсов, т.е. с местом расположения и шириной стробов 13 по временной оси.The time selector 18 receives data from the memory block of the results of detection 17 and the block for determining the times corresponding to the dominant signals and the formation of temporary gates 24. The temporary selector 18 takes out the tonal echo signals coinciding in time and duration with the arrival time and duration of the strobe pulses, t .e. with the location and width of the
Далее очищенные тональные эхо-сигналы оцифровываются посредством аналого-цифрового преобразователя 19 и подаются в блок вычисления высоты шлама 20. В блоке вычисления высоты шлама 20 определяется высота точек, от которых был отражен данный тональный эхо-сигнал. По данным блока вычисления высоты шлама 20 блоком построения поверхности шлама и структур под ним 21 происходит построение изображения поверхности шлама, которое отображается блоком отображения 26. Далее посредством блока вычисления объема шлама 25 на основе данных блока вычисления высоты шлама 20 и блока построения поверхности шлама и структур под ним 21 вычисляется объем шлама. Результаты вычисления также отображаются блоком отображения 26.Next, the cleaned tone echoes are digitized by an analog-to-digital converter 19 and supplied to the block for calculating the height of the sludge 20. In the block for calculating the height of the sludge 20, the height of the points from which the given tone echo was reflected is determined. According to the data of the block for calculating the height of the slurry 20, the block for constructing the surface of the slurry and structures below it 21 builds an image of the surface of the slurry, which is displayed by the display unit 26. Next, by means of the block for calculating the volume of the slurry 25 based on the data of the block for calculating the height of the slurry 20 and the block for constructing the surface of the slurry and structures under it 21 is calculated the volume of sludge. The calculation results are also displayed by the display unit 26.
Таким образом, определения объема шламовых отложений в резервуарах с сырой нефтью по описанному выше способу обеспечивает повышение точности за счет излучения сложного импульсного сигнала, приема отраженных сложных эхо-сигналов, их последующей корреляционной обработки с излученным сложным импульсным сигналом, формирования стробов, соответствующих временному положению когерентных отражателей и исключения из набора тональных эхо-сигналов сигналов, временное положение и протяженность которых совпадает со временным положением и протяженностью стробов.Thus, determining the volume of slurry deposits in crude oil tanks using the method described above provides improved accuracy due to the emission of a complex pulse signal, reception of reflected complex echo signals, their subsequent correlation processing with the emitted complex pulse signal, and the formation of gates corresponding to the temporal position of coherent reflectors and exclusions from the set of tonal echo signals of signals whose temporal position and length coincide with the temporal position and prot field intensity strobes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012133982/28A RU2524416C2 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Determination of sludge sediment volume in tanks with crude oil and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012133982/28A RU2524416C2 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Determination of sludge sediment volume in tanks with crude oil and device to this end |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012133982A RU2012133982A (en) | 2014-02-20 |
RU2524416C2 true RU2524416C2 (en) | 2014-07-27 |
Family
ID=50113796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012133982/28A RU2524416C2 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Determination of sludge sediment volume in tanks with crude oil and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2524416C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU192949U1 (en) * | 2018-12-11 | 2019-10-08 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Antenna unit for a mobile complex for determining the level and volume of bottom sediments in oil tanks |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4364273A (en) * | 1980-02-15 | 1982-12-21 | Redding Robert J | Apparatus for locating interfaces in media |
US4912686A (en) * | 1987-04-27 | 1990-03-27 | Gec-Marconi Limited | Sensor apparatus |
US5148700A (en) * | 1991-11-12 | 1992-09-22 | Entech Design, Inc. | Apparatus and method for locating sediment in a container |
US5953287A (en) * | 1994-10-18 | 1999-09-14 | Willacy Oil Services Limited | Sludge topography measurement in oil tanks |
KR20000043771A (en) * | 1998-12-29 | 2000-07-15 | 이구택 | Method for measuring depth of burning section of shaft furnace |
RU2375409C1 (en) * | 2008-07-17 | 2009-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Термакат" | Method of hydrocarbons refinery and equipment for it |
-
2012
- 2012-08-07 RU RU2012133982/28A patent/RU2524416C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4364273A (en) * | 1980-02-15 | 1982-12-21 | Redding Robert J | Apparatus for locating interfaces in media |
US4912686A (en) * | 1987-04-27 | 1990-03-27 | Gec-Marconi Limited | Sensor apparatus |
US5148700A (en) * | 1991-11-12 | 1992-09-22 | Entech Design, Inc. | Apparatus and method for locating sediment in a container |
US5953287A (en) * | 1994-10-18 | 1999-09-14 | Willacy Oil Services Limited | Sludge topography measurement in oil tanks |
KR20000043771A (en) * | 1998-12-29 | 2000-07-15 | 이구택 | Method for measuring depth of burning section of shaft furnace |
RU2375409C1 (en) * | 2008-07-17 | 2009-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Термакат" | Method of hydrocarbons refinery and equipment for it |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU192949U1 (en) * | 2018-12-11 | 2019-10-08 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Antenna unit for a mobile complex for determining the level and volume of bottom sediments in oil tanks |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012133982A (en) | 2014-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101294493B1 (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
EP2299292B1 (en) | Scanning apparatus and method | |
US7894303B2 (en) | Detection device, detection program and detection method | |
RU2434246C1 (en) | Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method | |
EP3153884A1 (en) | Detection apparatus, fish finder, and radar | |
RU2343502C2 (en) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium | |
US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
RU2429507C1 (en) | Method of reconstructing sea bottom relief in depth measurement by hydroacoustic means and device to this end | |
RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU2548596C1 (en) | Method of determining iceberg submersion | |
RU2524416C2 (en) | Determination of sludge sediment volume in tanks with crude oil and device to this end | |
RU2541435C1 (en) | Method of determining iceberg immersion | |
Balk et al. | Surface-induced errors in target strength and position estimates during horizontal acoustic surveys. | |
KR101331333B1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
RU153808U1 (en) | PARAMETRIC ECHO DEDOMETER | |
RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
RU2623830C1 (en) | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part | |
RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
RU2559311C1 (en) | Assessment method of state of ice field | |
RU2510045C2 (en) | Side-scanning phase sonar | |
RU2681249C1 (en) | Water reservoirs bottom depth and relief changes prediction method | |
RU98254U1 (en) | MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG | |
RU2801053C1 (en) | Acoustic method for measuring motion parameters of the layered marine environment | |
RU2798390C1 (en) | Method for passive determination of coordinates of a noise-generating object | |
RU2799974C1 (en) | Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170808 |