RU2821691C1 - Система для дистанционного обнаружения дефектов и мест несанкционированной откачки в магистральных трубопроводах - Google Patents
Система для дистанционного обнаружения дефектов и мест несанкционированной откачки в магистральных трубопроводах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821691C1 RU2821691C1 RU2024102890A RU2024102890A RU2821691C1 RU 2821691 C1 RU2821691 C1 RU 2821691C1 RU 2024102890 A RU2024102890 A RU 2024102890A RU 2024102890 A RU2024102890 A RU 2024102890A RU 2821691 C1 RU2821691 C1 RU 2821691C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- outputs
- defects
- unauthorized
- pumping
- Prior art date
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005086 pumping Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля дефектов магистральных трубопроводов углеводородов и мест несанкционированной откачки нефти с использованием бесконтактных летательных аппаратов. В изобретении фазируемая антенная решетка (ФАР) состоит из двух частей левого и правого крыльев, вибраторы которых соединены высокочастотными кабелями с сумматорами радиосигналов, соединенными через передающие входы циркуляторов и коммутатор с передатчиком, приемные выходы циркуляторов подключены через коммутаторы и сумматор высокочастотных сигналов к амплитудному детектору, выходы которого подключены к трем полосовым фильтрам, настроенным на частоты коммутации, нормальных вибраций трубопровода и частоты вибраций дефекта, при этом выход фильтра частоты коммутации, через фазовый детектор, подсоединен к рулевой машине управления высотой полета, а выходы фильтров нормальных вибраций левой и правой ФАР и частот вибраций дефекта подключены через микроконтроллер к блоку флэш-памяти. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей системы, с целью определения одновременно дефектов, сварных швов, линии положения трубопровода и мест несанкционированной откачки, повышение скорости обследования, а также снижение трудоемкости. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля дефектов магистральных трубопроводов углеводородов и мест несанкционированной откачки нефти с использованием бесконтактных летательных аппаратов.
Широко известны применяемые на практике внутритрубные дефектоскопы, основанные на использовании ультразвуковых и магнитных методов наблюдения дефектов стенок трубопроводов при перемещении прибора в потоке внутритрубного продукта [RU № 161019, F17D 5/00, опубл. 10.04.2016], [RU № 117186, G01N 27/00, опубл. 20.06.2012].
Основным недостатком подобных дефектоскопов является низкая скорость обследования трубопроводов, небольшая длина обследования и необходимость вмешательства в процесс перекачки продукта.
Известен автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов, содержащий магнито-поисковую систему и устройство бесконтактной связи [RU №75750, G01N 27/84, опубл. 20.08.2008].
Однако, как и внутритрубные дефектоскопы, они требуют использование человека-оператора для обслуживания дефектоскопов и требует контакта с поверхностью трубопровода.
Проблематично использование подобных устройств для контроля трубопроводов под слоем Земли или воды.
Известен мобильный георадар [RU № 2256941, G01V 3/17, G01S 13/88, опубл. 16.06.2004] для дистанционного поиска подземных магистральных коммуникаций и определения их поперечных размеров и глубины залегания в грунте, содержащий радиолокатор с видео-импульсным излучаемым сигналов, монтируемый на беспилотном летательном аппарате.
Однако этот георадар, из-за низкой чувствительности, не предназначен для регистрации дефектов трубы.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей системы, с целью определения одновременно дефектов, сварных швов, линии положения трубопровода и мест несанкционированной откачки, повышение скорости обследования, а также снижение трудоемкости.
Предложена система для дистанционного обнаружения дефектов и мест несанкционированной откачки в магистральных трубопроводах на базе беспилотного летательного аппарата (БПЛА), состоящая из радиолокатора, включающего передатчик и приемник, соединенные с фазируемой антенной решеткой (ФАР), отличающаяся тем, что ФАР состоит из двух частей левого и правого крыла, вибраторы которых соединены высокочастотными кабелями с сумматорами радиосигналов, соединённые через передающие входы циркуляторов и коммутатор с передатчиком, приемные выходы циркуляторов подключены через коммутаторы и сумматор высокочастотных сигналов к амплитудному детектору, выходы которого подключены к трем полосовым фильтрам, настроенным на частоты коммутации, нормальных вибраций трубопровода и частоты вибраций дефекта, при этом выход фильтра частоты коммутации, через фазовый детектор, подсоединён к рулевой машине управления высотой полета, а выход фильтров нормальных вибраций левой и правой ФАР и частот вибраций дефекта подключены через микроконтроллер к блоку флэш-памяти.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структурная схема заявленной системы. На фиг. 2 изображена схема облучения поверхности земли.
Система состоит из БПЛА 1 самолетного типа, управляемого винтом 5, хвостовыми рулями высоты и курса полета 2, с расположенным на его крыльях двух фазированных антенных решеток (ФАР) с горизонтальными электрическими вибраторами 3, 4, соединёнными высокочастотным кабелем 6 с сумматорами радиосигналов 7, 8, выходы которых через циркуляторы 9,10 подключены через коммутатор 11 и передатчик 13 к генератору несущей частоты 14, а также через коммутатор 11 к генератору частоты коммутации 12.
Приемные выходы циркуляторов подсоединены через электронные ключи 15, 16 к сумматору сигналов 17, подключенному по выходу к амплитудному детектору 18.
Выходы амплитудного детектора 18 подключены к трем полосовым фильтрам, настроенным соответственно на частоту коммутации 19, частоты нормально работающего трубопровода 23 и вибрации дефекта 22. При этом, выход полосового фильтра 19 подключен через фазовый детектор 20 к рулевой машине управления высотой полета БПЛА 21, выход ПФ 23 подключены к рулевой машине управления курсом полета 24, выход ПФ 22 через МК 25 подсоединён к устройству флэш-памяти 26, ко второму входу которого подсоединён выход навигационного приемника 27. Согласно фиг. 2 изображена схема облучения поверхности земли 29 и трубопровода 32 симметричными относительно друг друга радиолучами 30, 31 с равносигнальной зоной 33 и фронтом радиоволны 28.
Система работает следующим образом.
После запуска БПЛА 1 в направлении трубопровода, микроконтроллер 25 включает передатчик РЛС 13 синхронизируемый по несущей частоте генератором 14. Коммутатор 11 поочередно переключает передающие входы циркуляторов 9, 10 на левую или правую ФАР 7, 8, которые формируют две смещенные в вертикальной плоскости диаграммы направленных радиолучей 30, 31 так, что при смещении курса полета БПЛА вправо или влево от линий положения трубы, рулевая машина 24 выравнивает смещение БПЛА относительно равносигнальной зоны 33. Текущая высота полета БПЛА определяется по разности фаз частоты коммутации радиосигнала и опорной частоты F0 поступающей на ФД 20 от генератора частоты коммутации 12. При появлении на выходе полосового фильтра 19 сигнала частоты вибраций дефекта трубы, время и координаты вибраций запоминается во флэш-памяти 26 с помощью навигационного приемника Глонасс GPS 27.
Поскольку частоты вибраций дефекта и места несанкционированной откачки нефти Fд, Fн > 10кГц существенно выше чем частоты вибрации бездефектной трубы F≈2÷5 Гц, то сигналы дефектов выделяются на фоне нормально работающего трубопровода.
При скорости ультразвука в нефти ν = 1500 м/с и диаметра отверстия в металле трубы δ = 1мм, время прохождения струи жидкости составляет
= 1.3 мкс
частота генерации звука на отверстии приближено оценивается как = 800 кГц. Физической основой работы дефектоскопа является фазовая модуляция радиосигнала РЛС вибрациями поверхности стенки трубы.
Оценим требуемую мощность передатчика РЛС при заданных высотах полета БПЛА над поверхность земли h1, глубины положения трубы h2. Глубина фазовой модуляции радиосигнала вибрациями трубы амплитудой δ может быть определена как:
, рад (1)
Где - скорость распространения радиоволн в покрывающем трубу грунте, - рабочая частота РЛС.
≈ (2), где n - коэффициент преломления в грунте, ≈ 9 - относительная диэлектрическая проницаемость.
Поскольку коэффициент модуляции по фазе соответствует для амплитудной модуляции, как , то напряжение равно сигналам на выходе ФАР запишем как:
sin(2t+ ϕ0)sin(2+ ϕн) (3)
После амплитудной демодуляции на выходе детектора получим:
sin(2t + ϕ0)] (4)
Используя уравнение радиолокации, найдем требуемую мощность передатчика:
(5)
Здесь q - требуемое отношение сигнал / шум на входе приемника
- мощность теплового шума
К=1.38 10-23Дж/К
ТК ≈ 300 К
-полоса шумов
- эффективная площадь ФАР
Q = 4π коэффициент направленности действия ФАР
λ - длина волны
σT = ; = ;
σT - эффективная поверхность рассеивания радиоволны цилиндром трубы, - радиус трубы, - эффективная длина участка трубы облучаемого РЛС
коэффициент поглощения радиоволн
μ = 4π 10-7 - магнитная проницаемость воздуха
ω = 2π - частота радиоволн
Дадим численную оценку мощности по (5) при следующих прочих параметрах:
σT = м2
q = 10;
= 103Гц; =20м; =1.5м; = 10-4м; = 0.5м2; = 0.5м;
Q =6.28;
= 0.3м;
MА = 0.7 10-5;
σ = 10-3 Сим/м;
= 3м.
Подстановка в (5) дает = 2Вт.
Таким образом, при мощности передатчика РЛС 2Вт на частоте 300 МГц, возможна регистрация вибраций трубы с амплитудой = 1мкм.
Навигационное обеспечение полета БПЛА производится использованием на борту приемника космических систем Глонасс-GPS, а определение курса полета вдоль положения трубопровода путем измерения отклонения линии полета равносигнальной зоны РЛС.
Высота полета определяется с помощью измерения разности фаз между опорными сигналами частоты коммутации и выделенным из принятой после демодуляции этой частоты с помощью полосового фильтра 19.
Точность определения высоты полета, согласно [RU № 2797828, G01S 3/38, G01S 7/35, опубл. 27.07.2022] определяется погрешностью цифрового фазометра ϕ. Так при погрешности в один градус, ошибка в измерении высоты полета определяется через соотношение
ϕрад = 2πFк (6)
Или
(7)
С-скорость света
Fк - частота коммутации выбирается так, чтобы не было длина волны сигнала этой частоты превышала двойную высоту полета БПЛА h1:
> 2h1 (8)
Так при h1 = 20м, на частоте коммутации = = 7.5 мГц
.
Claims (1)
- Система для дистанционного обнаружения дефектов и мест несанкционированной откачки в магистральных трубопроводах на базе беспилотного летательного аппарата, состоящая из радиолокатора, включающего передатчик и приемник, соединенные с фазируемой антенной решеткой, отличающаяся тем, что фазируемая антенная решетка состоит из двух частей левого и правого крыльев, вибраторы которых соединены высокочастотными кабелями с сумматорами радиосигналов, соединенными через передающие входы циркуляторов и коммутатор с передатчиком, приемные выходы циркуляторов подключены через коммутаторы и сумматор высокочастотных сигналов к амплитудному детектору, выходы которого подключены к трем полосовым фильтрам, настроенным на частоты коммутации, нормальных вибраций трубопровода и частоты вибраций дефекта, при этом выход фильтра частоты коммутации, через фазовый детектор, подсоединен к рулевой машине управления высотой полета, а выходы фильтров нормальных вибраций левой и правой фазируемой антенной решетки и частот вибраций дефекта подключены через микроконтроллер к блоку флэш-памяти.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821691C1 true RU2821691C1 (ru) | 2024-06-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5502444A (en) * | 1994-09-23 | 1996-03-26 | Mandex, Inc. | Method and apparatus for improving the signal-to-clutter ratio of an airborne earth penetrating radar |
| US6252538B1 (en) * | 1996-01-25 | 2001-06-26 | Richard J. Chignell | Underground pipe locating system |
| RU2207588C2 (ru) * | 2001-04-03 | 2003-06-27 | Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы | Вертолетная радиолокационная станция |
| RU2256941C1 (ru) * | 2004-06-16 | 2005-07-20 | Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" | Мобильный георадар для дистанционного поиска местоположения подземных магистральных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте |
| US11714189B2 (en) * | 2019-07-17 | 2023-08-01 | BGA Technology LLC | Systems and methods for mapping manmade objects buried in subterranean surfaces using an unmanned aerial vehicle integrated with radar sensor equipment |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5502444A (en) * | 1994-09-23 | 1996-03-26 | Mandex, Inc. | Method and apparatus for improving the signal-to-clutter ratio of an airborne earth penetrating radar |
| US6252538B1 (en) * | 1996-01-25 | 2001-06-26 | Richard J. Chignell | Underground pipe locating system |
| RU2207588C2 (ru) * | 2001-04-03 | 2003-06-27 | Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы | Вертолетная радиолокационная станция |
| RU2256941C1 (ru) * | 2004-06-16 | 2005-07-20 | Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" | Мобильный георадар для дистанционного поиска местоположения подземных магистральных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте |
| US11714189B2 (en) * | 2019-07-17 | 2023-08-01 | BGA Technology LLC | Systems and methods for mapping manmade objects buried in subterranean surfaces using an unmanned aerial vehicle integrated with radar sensor equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8055193B2 (en) | Underwater remote sensing | |
| US4558439A (en) | Passive method for obtaining target data from a sound source | |
| RU2474793C1 (ru) | Способ параметрического приема волн различной физической природы в морской среде | |
| US20090040093A1 (en) | Method and apparatus for using collimated and linearly polarized millimeter wave beams at brewster's angle of incidence in ground penetrating radar to detect objects located in the ground | |
| AU2021249202B2 (en) | Continuous-wave radar system for detecting ferrous and non-ferrous metals in saltwater environments | |
| RU2656287C1 (ru) | Способ дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте | |
| JP2003517615A (ja) | 土壌透過レーダを用いた地下画像の獲得方法 | |
| US11686839B1 (en) | Continuous-wave radar system for detecting ferrous and non-ferrous metals in saltwater environments | |
| RU2681271C1 (ru) | Устройство для поиска мин и минных полей на основе радиолокационного параметрического метода | |
| Dzikowicz et al. | Underwater acoustic navigation using a beacon with a spiral wave front | |
| RU2424538C1 (ru) | Способ поиска месторождения полезных ископаемых с использованием подводного геофизического судна | |
| CN115166817A (zh) | 一种基于冰层模态群慢度差特征的冰声定位方法 | |
| RU2821691C1 (ru) | Система для дистанционного обнаружения дефектов и мест несанкционированной откачки в магистральных трубопроводах | |
| JP2004184268A (ja) | 水中資源探査方法及びその装置 | |
| US4970701A (en) | Wire detector | |
| Mengyuan et al. | High precision positioning for searching airborne black boxes underwater based on acoustic orbital angular momentum | |
| WO2015142213A1 (ru) | Посадочный радиолокатор | |
| RU2576352C2 (ru) | Буксируемое устройство для измерения акустических характеристик морского грунта | |
| US6215732B1 (en) | Expendable device for measurement of sound velocity profile | |
| RU2522168C2 (ru) | Устройство оперативного освещения подводной обстановки в акваториях мирового океана | |
| JP2003019999A (ja) | 海底地層探査システム | |
| GB2459218A (en) | Underwater signal direction determination | |
| CN113359182B (zh) | 一种深海热液喷口快速搜寻定位装置、方法及系统 | |
| Voloshchenko | Seadrome: Technologies of Complex Navigation for Amphibious Unmanned Aerial Vehicles in the Seaplane Basin | |
| RU2821856C1 (ru) | Способ создания зоны защиты территорий от низколетящих беспилотных летательных аппаратов |