УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ОЧИСТНОГО ОБЪЕКТА В ТРУБОПРОВОДЕ Российский патент 1995 года по МПК F17D5/00 

Изобретение касается трубопроводного транспорта и может быть использовано в нефтяной, горной промышленности для контроля перемещения по трубопроводу в потоке жидкости очистных объектов, разделителей, контейнеров, в устройствах для обнаружения течей в жидкостных трубопроводах.

Известно устройство обнаружения очистного объекта в напорном трубопроводе, содержащее приемный преобразователь, усилитель, индикатор [1]. Недостатком этого устройства является низкая помехоустойчивость. Шум насосной станции, шум движения нефти, индуcтриальные помехи могут восприниматься как шум очистного объекта, что может приводить к ложным срабатываниям датчика.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство контроля прохождения очистных средств в трубопроводах, которое содержит последовательно соединенные приемный акустико-электрический преобразователь с усилителем на выходе, узкополосный фильтр, а также амплитудный детектор, компаратор и индикатор [2].

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не позволяет определить точно временной момент прохождения очистного объекта в контролируемой точке, если используются различные типы очистных объектов, выполненные из различных материалов, а также, если скорости движения потоков жидкости в трубопроводе различны.

Это обусловлено тем, что устройство может быть настроено только на заданную скорость движения очистного объекта, имеющего определенную конфигурацию и выполненного из конкретного материала. Настройка достигается установкой определенной длительности импульса (0,1-0,5 с) в схеме временной задержки. Импульс же задержки формируется при достижении входным сигналом на входе компаратора определенного заранее некоторого уровня. Амплитуда сигнала, крутизна его фронта, длительность по уровню 0,5 зависят от скорости движения очистного объекта, его конфигурации, размеров, материала, из которого выполнен очистной объект. Следовательно, при движении различных типов очистных объектов с различной скоростью устройство контроля будет выдавать сигнал о моменте прохождения контрольной точки с различной точностью. Кроме того, импульсом помехи большой амплитуды может быть вызван ложный сигнал, который поступит на интегратор и тем самым увеличит выходное напряжение до уровня срабатывания компаратора. Полезный и шумовой сигналы одновременно усиливаются широкополосным усилителем, так как узкополосный фильтр стоит после усилителя. Это приводит к ухудшению отношения сигнал-шум и в конечном счете к ухудшению помехоустойчивости устройства. Кроме того, при движении очистного объекта по трубопроводу возникает акустическое излучение в широкой полосе частот (10-4300 кГц), а в данном устройстве контроля обрабатывается сигнал только в узкой полосе, которая определяется полосой фильтра. Поэтому из-за неполного использования энергии акустического сигнала также ухудшается помехоустойчивость.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости прохождения очистного объекта через контрольную точку.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля прохождения очистного объекта в трубопроводе, содержащее приемный акустоэлектрический преобразователь с усилителем на выходе, узкополосный фильтр, последовательно соединенные амплитудный детектор, компаратор с источником опорного напряжения и индикатор, введены блок резонансных частот в виде соединенных звукопроводником электроакустического и акустоэлектрического пьезоэлектрических преобразователей с дополнительным усилителем на выходе, импульсный селектор длительности сигнала, импульсный селектор максимума сигнала и схема совпадения, выход которой соединен с индикатором, а входы - с импульсным селектором максимума сигнала, подключенным ко входу компаратора, и с импульсным селектором длительности сигнала, подключенным к выходу компаратора, при этом упомянутый фильтр выполнен в виде узкополосного акустического фильтра и установлен на входе приемного акустоэлектрического преобразователя, выход которого через соответствующий усилитель и последовательно соединенные блок резонансных частот с дополнительным усилителем на выходе и амплитудный детектор связан со входом компаратора.

В предпочтительном исполнении указанный звукопроводник, соединяющий пьезоэлектрические преобразователи, выполнен в виде пластины четвертьволновой толщины средней длины акустического входного сигнала.

Кроме того, импульсный селектор длительности сигнала выполнен в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора с заданной длительностью импульса, первой схемы совпадения, вторым входом подключенной к выходу компаратора, формирователя импульса заднего фронта, второй схемы совпадений, вторым входом подключенной к выходу компаратора, и ждущего мультивибратора.

Использование узкополосного акустического фильтра на входе устройства позволяет выделить рабочую полосу частот акустического сигнала и, следовательно, снизить уровень помех. Блок резонансных частот в виде двух пьезоэлектрических преобразователей, соединенных звукопроводником, с дополнительным усилителем на выходе обеспечивают увеличение принимаемой энергии акустического сигнала. Четвертьволновая длина указанного звукопроводника обеспечивает максимальный коэффициент передачи блока резонансных частот.

Для исключения прохождения на выход устройства сигналов помех с амплитудой, сравнимой или превышающей амплитуду сигнала от очистного объекта, введены два параллельных канала, один из которых является селектором длительности сигнала, а другой - селектором максимума сигнала. В результате через включенную схему совпадения проходят лишь сигналы с пределами длительности и изменениями амплитуды во времени, обусловленными очистным объектом, и исключается прохождение на индикатор непрерывных помех большой амплитуды и импульсных помех с высокой амплитудой и с длительностью, выходящей за пределы полосы селекции по длительности. Повышение точности определения момента времени прохождения очистным объектом точки установки датчика обеспечивается временной фиксацией максимума входного сигнала, поступающего на вход предлагаемого устройства. Происхождение максимума следующее. При приближении очистного объекта по трубопроводу к контрольной точке происходит увеличение акустического сигнала к контрольной точке. Акустический сигнал достигает максимума при прохождении очистного объекта через контрольную точку, а при удалении очистного объекта от контрольной точки акустический сигнал шума, обусловленный объектом, уменьшается.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для контроля прохождения очистного объекта в трубопроводе; на фиг.2 - график эпюр прохождения и формирования сигнала на выходах отдельных блоков.

Устройство для контроля прохождения очистного объекта в трубопроводе содержит узкополосный акустический фильтр 1, акустоэлектрический преобразователь 2, подключенный к выходу фильтра 1, подключенные к выходу преобразователя 2 последовательно соединенные усилитель 3, блок резонансных частот 4, дополнительный усилитель 5, амплитудный детектор 6, компаратор 7, ко второму входу которого подключен источник 8 опорного напряжения, импульсный селектор 9 длительности сигнала, схему совпадения 10, индикатор 11, а также импульсный селектор 12 максимума сигнала во времени, включенный между выходом амплитудного детектора 6 и вторым входом схемы совпадения 10.

Блок 4 резонансных частот выполнен в виде последовательно соединенных пьезоэлектрического преобразователя 13, акустикопередающей среды 14, в качестве которой использована пластина четвертьволновой толщины средней длины акустической волны входного сигнала, и пьезоэлектрического преобразователя 15.

Импульсный селектор 9 длительности сигнала выполнен в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора 16 с заданной длительностью импульса, первой схемы 17 совпадений, формирователя 18 импульса заднего фронта, второй схемы 19 совпадений и ждущего мультивибратора 20, при этом вторые входы схем 17 и 19 соединены со входом мультивибратора 16, т.е. с выходом компаратора 7.

Устройство работает следующим образом. Фильтр 1 устройства приводят в непосредственный контакт с внешней поверхностью трубопровода и таким образом все акустические сигналы, проходящие по трубе, поступают на вход фильтра 1, выполненного с полосой пропускания 100-150 кГц, которая соответствует спектру акустического сигнала, возбуждаемого движущимся объектом. Через фильтр 1 проходит акустический сигнал с улучшенным отношением сигнала к шуму. Прошедший сигнал преобразуется акустикоэлектрическим преобразователем 2 в электрический сигнал с некоторыми потерями по амплитуде. Этот электрический сигнал усиливается усилителем 3 с тем, чтобы повысить его амплитуду до величины, обеспечивающей эффективный режим преобразования в блоке резонансных частот 4, где достигается дополнительное увеличение отношения сигнал/шум. С выхода преобразователя 4 сигнал поступает в дополнительный усилитель 5, где он усиливается до амплитуды, обеспечивающей заведомое превышение амплитуды этого сигнала на выходе детектора 6 величины напряжения на выходе опорного источника 8 компаратора 7.

На фиг.2 приведены временные эпюры сигнала помехи, например, индустриальной и сигнала возбужденного прохождением очистного объекта на выходе амплитудного детектора 6 и амплитуда U_оп напряжения источника 8 опорного напряжения. Компаратор 7 формирует импульсы (см. фиг.2б), длительность которых равна длительности сигнала помехи или длительности сигнала возбужденного очистным объектом на уровне амплитуды напряжения U_оп опорного источника 8. Дальнейшая обработка сигнала поясняется на предпочтительном исполнении селектора 9 длительности сигнала. Заданная длительность импульса, формируется ждущим мультивибратором 16, выбрана несколько меньше половины длительности импульса (см. фиг. 2б), на выходе компаратора 7, возбужденного очистным объектом на максимальной скорости прохождения. Таким образом, в качестве эталонного по длительности импульса, обусловленного очистным объектом, выбрана минимально возможная его длительность, в частности 2 с, и при этом заданная длительность импульса ждущего мультивибратора 16 выбрана равной 0,9 с. Такой заданной длительности импульсы вырабатываются мультивибратором 16 и от сигнала помехи и от сигнала, возбужденного очистным объектом (см. фиг. 2б). На фиг.2 показаны эпюры этих же импульсов на выходе схемы 17 совпадений, на отдельный вход которой поступают импульсы (см. фиг. 2,б) с выхода компаратора 7. По заднему фронту импульсов (см. фиг.2,г) осуществляется запуск формирователя 18 импульсов заднего фронта, которые показаны на фиг. 2,д. При их сложении во второй схеме 19 совпадений с импульсами (см. фиг. 2,б), поступающими на второй ее вход с выхода компаратора 7, очевидно, что импульс помехи на выход схемы 19 совпадений не проходит. Импульс (см. фиг. 2, е) запускает ждущий мультивибратор 20, вырабатывающий импульс (см. фиг.2,ж), например, длительностью 2 с. Таким образом, осуществлена селекция сигнала по длительности. Одновременно с приведенной селекцией сигнала по длительности импульсный селектор 12 максимума сигнала во времени вырабатывает импульсы (см. фиг.2,з), соответствующие началу спада его амплитуды (см. фиг. 2, а). Таким образом, сопоставление эпюр импульсов на фиг.2,ж и фиг. 2, а показывает, что через схему совпадения 10 на вход индикатора 11 пройдет лишь импульс, возбужденный сигналом очистного объекта. Назначение импульсного селектора максимума сигнала состоит также в том, чтобы исключить поступление ложного сигнала на вход индикатора 11 при воздействии на вход устройства непрерывным сигналом помехи с постоянной амплитудой, либо сигналом помехи, значительно превышающим длительность сигнала, возбужденного очистным объектом. При этом импульсный селектор 12 максимума соответственно либо вообще не формирует импульса, либо формирует его во времени, не совпадающем во времени с импульсом мультивибратора 20 селектора 9.

Использование: для обнаружения течей в жидкостных трубопроводах. Сущность изобретения: последовательно соединены амплитудный детектор, компаратор с источником опорного напряжения и индикатор. Выход схемы совпадения соединен с индикатором, входы - с импульсным селектором максимума сигнала, подключенным к входу компаратора, и с импульсным селектором длительности сигнала, подключенным к выходу компаратора. Узкополосный акустический фильтр установлен на входе приемного акустико-электрического преобразователя, выход которого через соответствующий усилитель и последовательно соединенные блок резонансных частот с дополнительным усилителем на выходе и амплитудный детектор связан с входом компаратора. Звукопроводник выполнен в виде пластины четвертьволновой толщины средней длины акустического входного сигнала. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ОЧИСТНОГО ОБЪЕКТА В ТРУБОПРОВОДЕ, содержащее приемный акустико-электрический преобразователь с усилителем на выходе, узкополосный фильтр, а также последовательно соединенные амплитудный детектор, компаратор с источником опорного напряжения и индикатор, отличающееся тем, что оно снабжено блоком резонансных частот в виде соединенных звукопроводником электроакустического и акустико-электрического пьезоэлектрических преобразователей с дополнительным усилителем на выходе, импульсным селектором максимума сигнала и схемой совпадения, выход которой соединен с индикатором, а входы - с импульсным селектором максимума сигнала, подключенным к входу компаратора, и с импульсным селектором длительности сигнала, подключенным к выходу компаратора, причем упомянутый фильтр выполнен в виде узкополосного акустического фильтра и установлен на входе приемного акустико-электрического преобразователя, выход которого через соответствующий усилитель и последовательно соединенные блок резонансных частот с дополнительным усилителем на выходе и амплитудный детектор связан с входом компаратора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что звукопроводник выполнен в виде пластины четвертьволновой толщины средней длины акустического входного сигнала. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что импульсный селектор длительности сигнала выполнен в виде последовательно соединенных первого ждущего мультивибратора с заданной длительностью импульса, первой схемы совпадений, формирователя импульса заднего фронта, второй схемы совпадений и второго ждущего мультивибратора, причем обе схемы совпадений подключены вторыми входами к выходу компаратора.