SU1742615A1

SU1742615A1 - Способ контрол состо ни длинномерного объекта и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1742615A1
Application number: SU874232328A
Authority: SU
Inventors: Сергей Михайлович Михеев; Валерий Николаевич Земеров; Петр Васильевич Елшанский
Original assignee: Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов
Priority date: 1987-05-05
Filing date: 1987-05-05
Publication date: 1992-06-23
Also published as: EP0314813A1; AU1799888A; CN88102544A; AU603902B2; BG47046A3; WO1988008960A1; JPH01503492A; HUT49943A; US4995267A; FI890035A0; BR8807075A; FI890035A; DD270755A5

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл контрол параметров длинномерных объектов и прот женных участков в различных средах. Цель изобретени - повышение точности контрол - достигаетс за счет использовани многомодового канала передачи волновой энергии в виде волновода, одна из мод которого используетс в качестве опорно-информативной, при этом выдел ют из указанных мод наиболее информативные, по контролируемым физико-механическим данным и измер ют параметры каждой из этих мод. Дл осуществлени указанных операций используетс устройство, в состав которого вход т источник 1 модулированной волновой энергии, первый пространственный фильтр 4, волновод 5, второй пространственный фильтр 6 и демодул тор 7. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс к контролы-ю- и,змеригельной технике широкого класса физических величин и может быть использовано дл контрол параметров длинномерных объектов, к которым относ тс длинные (до дес тков километров и более) вертикальные и горизонтальные трубопроводы, гибкие шланги, тросы, силовые и информационные кабели, спускаемые на дно мор или в подземные шахты, и так далее и, кроме того, дл контрол состо ни прот женных участков в различных средах.

Цель изобретени - повышение точности контрол и расширение диапазона данных о состо нии объекта за счет использовани многомодового канала передачи волновой энергии, одна из мод которого используетс в качестве опорно-информативной.

На фиг.1 и 2 представлены соответственно конструкци волновода круглого се- чени и конструкци волновода из сочетани элементов круглого сечени ; на фиг.З и 4 -соответственно конструкци вол повода пр моугольного сечени и конструкци волновода из сочетани элементов пр моугольного сечени ; на фиг.5 - конструкци волновода с петл ми задержки одной или нескольких мод; на фиг.6 - структурна схема устройства дл реализации спосо&а: на фиг.7 - структурна схема демодул тора при работе в оптическом или инфракрасном (ПК) диапазоне; на фиг.8 - структурна схема устройства, работающа на видеосигналах.

Устройство дл контрол состо ни длинномерного объекта содержат последовательно соединенные источник 1 модулированной волновой энергии, выполненный, например, в виде св занных между собой генератора 2 модулирующих видеоимпульсов и генератора 3 СВЧ или оптического диапазона, первый пространственный фильтр 4, канал передачи волновой энергии в виде волновода 5, второй пространственный фильтр 6 и демодул тор 7, выполненный в виде двух синхронных детекторов 8 и 9, подключенных к выходам второго пространственного фильтра 6, интегратора 10, подключенного к выходу детектора 9 и св занного с выходами интегратора 10 и второго детектора 8 операционного усилител 11.

В состав синхронных детекторов входит генератор 12 сигналов, синхронизированный через направленный ответвитель 13 с опорным выходом пространственного фильтра 6. Кроме того, в состав устройства может входить гетеродинный преобразователь 14 частот сигналов, включенный между выходами второго пространственного фильтра 6 и входами синхронных детекторов 8 и 9. Преобразователь 14 может быть выполнен , например, в виде попарно последовательно соединенных первых смесител 15 и

5 усилител 16 промежуточной частоты и последовательно соединенных гетеродина 19 и третьего смесител 20, при этом опорный выход фильтра б подключен к входам второго смесител 17 и гетеродина 19, а информа0 тивный выход фильтра 6 - к входу первого смесител 15, выходы усилителей 16 и 18 подключены соответственно к входам детекторов 8 и 9, а второй вход и выход третьего смесител св заны соответственно с

5 вторым выходом генератора 12 сигналов и вторыми входами смесителей 15 и 17,

Возможно использование схемы устройства , работающей на видеосигналах, при этом из источника 1 модулированной

0 волновой энергии исключаетс генератор 3 СВЧ или оптического диапазона и упрощаетс схема демодул тора (фиг.8).

Способ осуществл етс следующим образом .

5Способ основан на свойстве многомодового (многоволнового) волновода, заключающемс в его способности перераспредел ть волновую энергию между модами в зависимости от локальных и

0 распределенных изменений его структуры. Под структурой понимаетс как геометри волновода, так и свойства материалов его заполнени . Физически сущность способа основана на использовании в волноводе не5 скольких св занных типов волн (мод) в качестве опорного и измерительных каналов.

Волновод 5 помещают в зоне контрол объекта, в качестве которого могут быть использованы прот женные участки или обла40 сти любой среды, или прот женные обьекты и конструкции. В последнем случае волновод 5 жестко св зывают с объектами или конструкци ми.

Изменение состо ни зоны контрол

45 сопровождаетс изменением параметров передачи волновой энергии через волновод 5. К таким параметрам относ тс амплитуд- но-фазочастотные характеристики мод этой энергии. К данным о состо нии зоны конт50 рол относ тс давление, температура, влажность и физико-механические (в том числе геометрические) параметры, характеризующие указанные объекты и конструкции .

55 Установлено, что изменение контролируемых данных различно сказываетс на змплитудно-фазочастотных характеристиках мод волновой энергии в волноводе 5. При этом фиксируют соответствующие мо- ды, наиболее информативные по указанным

.данным, и опорно-информативную моду, амплитудно-фазочастотна характеристика которой (или ее часть) наиболее стабильна при изменении контролируемых данных в зоне контрол .

Использованием опорно-информативной моды в качестве базовой при сравнении ее характеристики с характеристиками других мод значительно повышают точность контрол .

Кроме того, расчетно-эмпирическим путем получены конструкции волноводов 5, наиболее богатых информативными модами с точки зрени достижени максимально возможного эффекта преобразовани изменени требуемых данных о зоне контрол в электрические сигналы. Наиболее проста из этих конструкций (фиг.1) - волновод 5 круглого сечени . Остальные конструкции - сочетани элементов круглого и пр моугольного сечений (фиг.2-4). При этом дл повышени указанного эффекта преобразовани и выделени более стабильной опорно-информативной моды в волноводах 5 выполнены щели дл св зи между их элементами ,

В некоторых случа х дл введени задержки по времени передачи мод по волноводу 5 в его конструкции (фиг.5) предусмотрены петли, измен ющиз врем распространени некоторых мод в волноводе относительно других мод. Предусмотрено заполнение полости волновода 5 (частично или полностью) средой, электромагнитные посто нные которой измен ютс под воздействием изменени данных в зоне контрол . Это повышает чувствительность , например, при контроле температуры и давлени .

Способ реализуетс следующим образом .

От источника 1 модулированной волновой энерии через пространственный фильтр- 4. волновод 5 и пространственный фильтр б энерги передаетс в демодул тор 7, В последнем посредством синхронного детектора 8 фиксируют моды колебаний волновой энергии и посредством выбора соответствующей конструкции волновода 5 и настройки фильтра б формируют опорно-информативную моду, котора детектируетс синхрон- ным детектором 9. Генератор 12, обеспечивающий функционирование детекторов 8 и 9. синхронизируетс опорно-информативной модой через направленный ответвитель 13.

Задава , например, априорно известную деформацию волноводу 5 посредством детекторов 8 и 9, интегратора 10 и операционного усилител 11, выдел ют наиболее

информативные моды колебаний энергии в волноводе 5. При этом измер ют амплитуду, фазу и частоту этих мод, а также их реакцию на изменение указанной деформации вол- 5 повода 5,

Таким образом, вы вл ют зависимость между изменением данных в зоне контрол , в дачном случае деформации волновода 5, и характеристиками мод волновой энергии в 10 нем. Аналогично могут быть вы влены и другие зависимости, например от температуры и давлени среды. Использу полученные известные зависимости, провод т контроль в той же зоне описанным путем. В случае 15 использовани волновой энергии более высоких частот, например в световом диапазоне , в схему устройства включают гетеродинный преобразователь 14 (фиг.7). Посредством его частоту мод сигналов с вы- 0 хода фильтра б понижают известным путем, а сигналы с выхода преобразовател 14 обрабатывают далее так же, как и в устойстве без гетеродинного преобразовател 14.

В некоторых случа х волновод 5 воз- 5 буждают через фильтр 4 от источника 2 модулирующих видеоимпульсов (фиг.8) и после демодул тора 7, имеющего в этом случае более простую конструкцию, выходные сигналы регистрируют на видеоконтрольном 0 устройстве (не показано). Этим устройством целесообразно пользоватьс при экспресс- контроле быстропротекающих изменений состо ни в зоне контрол .

Может быть использована и акустиче- 5 ека волнова энерги . При этом способ контрол м устройства в принципе не измен ютс , так как необходимо только использование известных электроакустических преобразователей дл ввода и вывода вол- 0 новой энергии. Другие виды волновой энергии соответственно сопровождаютс преобразованием этой энергии на входе и выходе прот женного энерговода (волновода ).

Формул а изобретени

Claims

1, Способ контрол состо ни длинномерного обьекта, заключающийс в.том, что в зоне контрол размещают прот женный канал передачи волновой энергии, измер - 0 ют параметры последней и по ним определ ют физико-мехзнические данные о состо нии объекта н их распределение в зоне контрол , отличающийс тем, что, с целью повышени точности контрол 5 и расширени диапазона данных, канал передачи волновой энергии выполн ют в виде волнооэдз, фиксируют моды колебаний указанной энергии, формируют по крайней мере одну из них в качестве опорно-информативной , с ее учетом выдел ют из

указанных мод наиболее информативные по указанным физико-механическим данным и измер ют параметры каждой из них.

2,Способ поп. отличающийс тем, что за параметры мод принимают амп- литудно-фазочастотные характеристики их передачи по волноводу и реакцию этих характеристик на изменение формы, структуры объекта и окружающих давлени и температуры,

3.Устройство дл контрол состо ни длинномерного объекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодул тор, отличающеес тем, что, с целью повышени точности контрол , оно снабжено двум пространственными фильтрами , один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волно-

вой энергии, а второй пространственный фильтр - между входом демодул тора и входом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового прот женного волновода пр моугольного или круглого сечени или их сочетаний, а демодул тор выполнен в виде подключенных к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора , подключенного к выходу одного из них, и св занного с выходами интегратора и второго и синхронного детектора операционного усилител .

4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е- с тем, что оно снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов.

ф«е. 2

Фаг.З

Фиг.ЧФиг 6