АВИАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ГАЗА ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/39 

Изобретение относится к газоанализу, а именно к определению мест и интенсивности утечек природного газа и ШФЛУ из магистральных трубопроводов с помощью приборов, устанавливаемых на борт летательных аппаратов.

В настоящее время существует ряд устройств, позволяющих обнаружить утечки природного газа, нефтепродуктов и ШФЛУ. Например, оператор на компрессорной станции, измеряя статическое давление в трубопроводе, по его падению может обнаружить утечку [1]
Однако обнаружить таким методом можно только утечку, приводящую к падению давления не менее чем на 0,5 МПа.

Кроме того, практикуется визуальный осмотр трубопроводов с борта вертолета [2]
В случае утечек нефтепродуктов такой метод может привести к положительному результату, но что касается утечек природного газа и ШФЛУ, то обнаружить утечку при визуальном осмотре можно лишь в том случае, когда облако утечки подсвечивается солнечным излучением, а восходящий поток газа создает значительные оптические неоднородности.

Наиболее близок к предлагаемому газоанализатору авиационный лазерный газоанализатор [3] предназначенный для обнаружения утечек природного газа из трубопроводов, использующий метод дифференциального поглощения, и два гелий-неоновых лазера в качестве излучателей, работающих на длинах волн соответственно 3,3922 (l₁)_{мкми3,3912 (l2)} мкм, одна из которых попадает в линию поглощения, а другая лежит вне ее (фиг.1).

Использование двух источников излучения связано с установкой прибора на подвижном носителе, что требует возможно меньшей задержки между импульсами излучения на длинах волн l₁ и l₂. Так, при времени задержки между импульсами, например, в 20 мкс необходимо было бы иметь эквивалентный источник излучения мощных лазерных импульсов, следующих с частотой в 50 кГц, что неэффективно и технически трудно реализуемо из-за ограничений мощности источника бортового электропитания.

Известное устройство содержит два лазера, оптически сопряженные с блоком формирования и вывода излучения, которое облучает контролируемый участок земной поверхности вблизи газопровода, и регистрирует рассеянное от земной поверхности излучение с помощью приемной оптической системы и фотоприемного устройства, которое подключено к усилителю-преобразователю. Электрические импульсы, соответствующие принятому излучения на длинах волн l₁ и l₂, с выхода усилителя-преобразователя поступают в блок буферной памяти, а затем в вычислитель, которым в прототипе является электронная схема, формирующая сигнал, пропорциональный отношению импульсов, соответствующих излучению на длинах волн l₁ и l₂ и сравнивающая полученное значение с априорно заданным порогом, после чего результат сравнения отражается на сигнальном устройстве, которым является лампочка или звуковой сигнал и записывается на самописце, играющем роль долговременной памяти.

Известное техническое решение обеспечивает достаточную чувствительность при малых концентрациях метана (фиг. 2). По мере роста концентрации метана в облаке утечки интенсивность регистрируемого излучения на длине волны l₁ (3,3922 мкм) очень быстро уменьшается до нуля, не позволяя оценить величину концентрации (фиг. 3).

Наиболее важными, требующими оперативного вмешательства, являются утечки газа с взрывоопасной концентрацией. Как известно, взрывоопасной является концентрация метана в смеси с воздухом от 3 до 60 от общего объема газовой смеси.

Известное устройство, таким образом, является только индикатором превышения концентрации некоторой пороговой величины. При большом значении порога возрастает вероятность пропуска утечки меньшего расхода, нежели обусловленное величиной порога значение. При малом значении порога возрастает вероятность ложной тревоги из-за срабатывания устройства при флуктуациях фоновой концентрации метана, среднее значение которой в атмосфере составляет 1,6 2,0 ppm, тогда как дисперсия превышает среднее значение в несколько раз [4]
Таким образом, желательный рабочий диапазон измеряемых концентраций у устройства, предназначенного для контроля за герметичностью газопроводов, должен составлять 1 ppm 600000 ppm, поэтому чем шире динамический диапазон устройства, тем адекватнее оно удовлетворяет требованиям.

Другим важным свойством устройства обнаружения утечек из газопроводов является способность определить объем утечки. Как указывалось выше, из-за маленького динамического диапазона известного устройства оно позволяет проводить только "оконтуривание" облака утечки по уровню, соответствующему некоторому априорно заданному значению концентрации, поэтому измерить концентрацию газа внутри облака утечки с использованием известного технического решения не представляется возможным, а значит, отсутствует возможность оценить объем утечки.

Еще одна особенность известного технического решения это возможность анализа только одного газа из состава природного газа и ШФЛУ (широких фракций легких углеводородов) метана, поскольку у гелий-неонового лазера нет других совпадений линии излучения с линией поглощения иных веществ.

Задача изобретения повышение вероятности и точности определения координат места утечки.

Для решения поставленной задачи сигнальное устройство выполнено в виде дисплея, каждый лазер подключен к соответствующему выходу дополнительно устанавливаемого блока управления режимами работ, состоящего из блока формирования задержки, таймера, коммутатора, усилителя-преобразователя, причем в блоке управления режимами работ выходы коммутатора подключены к блоку формирования задержки и таймеру, таймер связан с блоком формирования задержки и блоком буферной памяти, выход усилителя-преобразователя подключен к блоку буферной памяти. Кроме того, дополнительно установлены блок формирования температурного контраста участка земной поверхности вблизи трубопровода, превышающего по своим размерам облучаемый лазерным излучением участок земной поверхности, который через коммутатор подключен к блоку обработки поля температурного контраста, соединенному с дополнительно устанавливаемым блоком визуализации, причем коммутатор связан с вычислителем.

Дополнительной задачей предлагаемого изобретения является повышение точности привязки места утечки на местности, для чего в авиационном устройстве (п. 1 формулы изобретения) дополнительно установлен блок формирования видимого изображения, связанный через коммутатор с блоком визуализации, причем поле зрения его совпадает с полем зрения блока формирования температурного контраста.

Кроме того, задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей, динамического диапазона измерений и повышения точности определения координат места утечки, для решения которой в авиационном устройстве (п. 1 формулы изобретения) блок контроля излучения выполнен в виде блока калибровки и контроля, между каждым лазером и блоком формирования и вывода излучения на оптической оси дополнительно установлен блок перестройки излучения, независимо и плавно перестраивающий длину волны излучения в диапазоне 3,1 3,6 мкм, подключенный к блоку управления режимами работы, и оптически связанный c блоком калибровки и контроля, в блок управления режимами работы дополнительно установлен блок управления перестройкой, связанный с коммутатором и вычислителем, и усилитель-преобразователь, связанный с коммутатором и выходом блока калибровки и контроля.

Наконец, для повышения точности определения координат места утечки, за блоком формирования и вывода излучения установлен на оптической оси блок пространственного сканирования лазерным излучением, оптически связывающий через облучаемый участок земной поверхности выход блока формирования и вывода излучения с входом приемной оптической системы, и подключенный к блоку управления режимами работы, в который дополнительно установлен блок управления пространственным сканированием, а блок формирования температурного контраста и блок формирования видимого изображения установлены на дополнительно вводимый блок пространственного сканирования, связанный с блоком управления пространственным сканированием, причем поля зрения блока формирования температурного контраста и блока формирования видимого изображения при перемещении их в пространстве совмещены.

Подробнее рассмотрим достигаемый в результате использования предлагаемого технического решения положительный эффект.

Введение дополнительного блока формирования температурного контраста участка земной поверхности вблизи трубопровода связано с тем обстоятельством, что вытекающий из отверстия в трубопроводе газ охлаждается вследствие дроссельного эффекта на величину [4] пропорциональную разности давлений в трубопроводе (30 80 атм) и в окружающей среде
σT = K • σP,
где К константа, равная для метана 0,33 град/атм.

Если утечка расположена под землей, то, проходя через почву, газ охлаждает также и прилегающие участки земной поверхности. Охлажденный участок на поверхности земли соответствует по размеру сечению газового потока, т.е. размеру газового облака у поверхности земли. Из приведенного выражения видно, что величина охлаждения газа достигает 10 25^oC, тогда как температурная чувствительность современных приборов (тепловизиров и радиометров), способных формировать поле температурного контраста достигает значения 0,08 0,1^oC, т. е. намного превосходит требуемое значение [5]
Однако с помощью только одного прибора, регистрирующего поле температурного контраста также сложно обнаружить утечку газа из трубопроводов. Это связано с тем обстоятельством, что приведенное выражение справедливо только для температуры газа. Эффективное охлаждение самой почвы, которое зависит от многих условий теплообмена (температура почвы, скорость ветра в приземном слое воздуха, температура окружающего воздуха, влажность и пр.) будет значительно меньше, чем охлаждение газа. Расчеты показывают, что для наиболее типичных случаев прохождения газа через почву величина охлаждения участка почвы остается в пределах 5 10^oC при диаметре 0,8 2 м в зависимости от размеров отверстия, давления газа в трубопроводе, исходном направлении потока газа, пористости почвы и т.д. и т.п. При таких значениях температурного контраста на земной поверхности мешающим фактором становится фоновый нагрев поверхности солнечным излучением. Из-за неровностей на поверхности земли величина дисперсии температурного фонового контраста достигает летом 7, а в зимних условиях 4^oC. Для повышения вероятности обнаружения места утечки по температурному контрасту на земной поверхности вводится дополнительный блок обработки, проводящий порогово-контрастное выделение места утечки и его масштабно пространственную фильтрацию.

Другим параметром, сопутствующим утечке, является превышение концентрации контролируемого газа фонового значения в объеме приземного слоя, прилегающего к месту утечки. В прототипе для обнаружения утечки природного газа используется превышение средней по трассе зондирования концентрацией метана в облаке утечки априорно заданного порога, и результатом использования известного технического решения является обнаруженная утечка газа, представляющая собой пространственную область в общем произвольной формы.

Как отмечалось выше, геометрические размеры области утечки зависят от величины порога, причем чем ниже заданное значение средней концентрации, тем больше размеры зоны утечки, а значит ошибка в определении места утечки, при повышении порога размеры зоны утечки уменьшаются, но при этом возрастает вероятность пропуска утечки с небольшим расходом (фиг. 1). Для оценки размеров облака отметим, что при турбулентном распространении струи газа [5] на этапе распространения за переходным участком поперечные размеры цилиндрической струи оцениваются выражением
R = tgα•Z, (1),
где
R радиус утечки газа на расстоянии Z от до начала основного участка распространения струи,
tgα ≈ 0,22,
а распределение концентрации в сечении струи описывается выражением
N_z=N_zo•exp(-(Y-Y₀)²/R²,
где Y координата в плоскости сечения на расстоянии Z; - концентрация на оси сечения.

При высоте полета 200 м характерный размер облака утечки, исходя из приведенной формулы, составляет 44 м, причем величина концентрации на оси струи N_zo остается постоянной на всей высоте струйного течения до предельной высоты подъема и, поскольку при нулевой высоте концентрация метана в облаке утечки составляет 100% то для оценки осевой концентрации также следует принять значение 100%
Как видно на фиг. 2, пропускание на длине волны 2948 см^-1 становится нулевым уже при относительной концентрации метана в 150 ppm. Поэтому, задаваясь этой величиной, из выражения (1) получим, что размер облака утечки при использовании известного технического решения составит более 130 м.

В результате использования предлагаемого технического решения местоположение утечки определяется по полю температурного контраста и, как отмечено выше, составляет 0,8 2 м.

Теперь обратимся к усовершенствованиям лазерного канала.

Расширение функциональных возможностей в предложенном техническом решении состоит в том, что введение блока перестройки излучения в диапазоне 3,1 3,6 мкм позволяет проводить контроль за герметичностью не только газопроводов, транспортирующих природный газ, но и продуктопроводов, транспортирующих ШФЛУ, в которых основными компонентами являются этан, пропан, бутан, гексан (фиг. 3).

Кроме того, в результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность оценить степень взрывоопасности утечки путем подбора соответствующей максимальной концентрации длины волны из диапазона 3,1 3,6 мкм с последующей перестройкой на выбранную длину волны (фиг. 1).

Расширение динамического диапазона измерений состоит в том, что благодаря плавной перестройке длины волны излучения в указанном выше диапазоне, появляется возможность выбора такой длины волны, на которой сечение поглощение контролируемого газа обеспечивает прием ненулевой интенсивности излучения на длинах волн l₁ и l₂, а значит, позволяет измерить и оценить концентрацию газа в облаке утечки, а из пространственного распределения концентрации оценить объем утечки и степень ее взрывоопасности.

Другая возможность расширения динамического диапазона измерений заключается в том, что при известном составе транспортируемого газа, контроль ведется не по основной его компоненте, например, по метану в природном газе, а по этану, концентрация которого в облаке утечки составляет 0,01 0,03 от концентрации метана в облаке утечки, а также пропану или бутану, относительная концентрация которых в облаке утечки еще меньше.

Повышение точности определения места утечки достигается за счет возможности измерения концентрации газа внутри облака утечки, тогда как известное техническое решение позволяет проводить только оконтуривание облака утечки, диаметр которого в зависимости от чувствительности (величины порога в известном решении) может достигать десятков метров при контроле с высоты в 100 150 м. При любых условиях распространения газа концентрация его над местом утечки максимальна, поскольку при дальнейшем распространении газового потока его геометрические размеры увеличиваются, при этом концентрация газа в сечении падает в соответствии с законами сохранения.

Схема предлагаемого технического решения (соответствующее реализации устройства приведенном в п. 5 формулы изобретения ) приведена на фиг. 5.

На фиг. 6 приведена соответствующая устройству, представленному на фиг. 5, схема блока управления режимами работ. На приведенных схемах имеется название блоков. Для полноты обсуждения следует подробнее раскрыть их смысл и привести возможные варианты реализации.

Лазер накачки представляет собой импульсно-периодический источник излучения, например, Nd: YAG лазер, состоящий из излучателя, блока питания, блока охлаждения, и, возможно, блока управления затвором, обеспечивающим генерацию последовательности лазерных импульсов с длиной волны 1,06 мкм в режиме генерации гигантских импульсов.

Блок перестройки длины волны излучения может, например, являться параметрическим генератором света, на базе нелинейного кристалла LiNbO₃, состоящим из резонатора, блока селекции длин волн, электромеханического блока, позволяющего изменять ориентацию оптической оси кристалла относительно направления распространения излучения накачки, и самого нелинейного кристалла, преобразующего накачное излучение с длиной волны 1,06 мкм в излучение в диапазоне 3,1 3,6 мкм согласно формуле изобретения в зависимости от спектральных характеристик зеркал резонатора и угла поворота кристалла.

Блок формирования поля температурного контраста может представлять собой, например, тепловизор, регулирующий излучение земной поверхности в диапазоне длин волн 3 5 мкм или 8 14 мкм.

Блок калибровки длины волны излучения и контроля интенсивности излучения может быть выполнен по произвольной схеме, в частности может состоять из оптической схемы, обеспечивающей отвод части излучения из основного канала, прохождение излучения через кювету, наполненную эталонным газом при низком давлении с известным спектром поглощения, например, эталонным газом может служить метан, и двух фотоприемников, один из которых регистрирует энергию импульса излучения на входе в кювету, а другой на выходе из кюветы (в остальных пунктах формулы изобретения присутствует блок контроля интенсивности излучения, который может быть выполнен в виде оптического элемента, обеспечивающего отвод части излучения из основного канала и фотоприемника, установленного на оптической оси отводимого излучения.)
Блок формирования и вывода излучения представляет собой произвольную оптическую схему, обеспечивающую формирование пучка лазерного излучения с требуемой расходимостью и апертурой и облучение лазерным излучением участка земной поверхности вблизи трубопровода, и, в частности представлять собой отклоняющее зеркало, полупрозрачную пластину и формирующий телескоп.

Приемная оптическая система может быть построена по произвольной схеме, например, в виде простой линзы, фокусирующей излучение на фотоприемник, чувствительный в диапазоне длин волн перестройки параметрического генератора, за которым установлен предварительный усилитель, согласующий выход фотоприемника с входом, усилителя-преобразователя.

Усилитель-преобразователь представляет собой электронный усилитель, за которым может быть установлен аналого-цифровой преобразователь.

Блок буферной памяти может быть реализован в виде магнитной памяти, либо электронной, например, на микросхемах типа К132РУ8.

Вычислителем может быть электронная схема с использованием микропроцессоров, а может быть стандартной ПЭВМ, в которой реализуется запрограммированный алгоритм работы.

Блок долговременной памяти может быть выполнен в виде магнитной памяти на дискетах, на магнитной ленте либо в виде файлов, хранимых в ПЭВМ на жестком диске, либо на электронных микросхемах типа К132РУ8.

Визуализатор может быть реализован либо в виде дисплея ПЭВМ, либо в виде любого индикатора, способного отразить информацию о наличии утечки и концентрации газа в ней, например, на электронных лампах цифровых индикаторах.

Блок визуализации температурного контраста и видимого изображения может быть выполнен в виде телевизионного монитора, либо в виде дисплея ПЭВМ, причем, в частности, может быть объединен с блоком визуализации (визуализатором) лазерного канала.

Блок обработки поля температурного контраста (блок обработки изображений) представляет собой электронную схему, которая либо в аналоговом режиме, либо в цифровом, реализует алгоритм контрастно-масштабного преобразования исходного поля температурного контраста, которое формируется блоком формирования температурного контраста участка земной поверхности.

Блок формирования времени задержки представляет собой электронную схему, формирующую последовательность импульсов, поступающих либо на блоки питания лазеров накачки, при значительных временах задержки, либо на блоки управления затвором, и в простейшем варианте может быть реализован по схеме генератора прямоугольных импульсов с регулируемой частотой следования, кроме того, для осуществления режима калибровки в него может включаться дополнительно схема совпадений.

Коммутатор представляет собой управляемую электронную ключевую схему, например, на тиристорах, которая обеспечивает требуемый режим работы газоанализатора.

Усилители-преобразователи в блоке управления могут быть решены по схеме аналогичной описанной выше для канала приемного тракта.

Блок управления перестройки (блок управления перестройкой длины волны излучения) представляет собой электронную схему, формирующую управляющие электрические импульсы для исполнительного элемента в блоке перестройки, например, шагового двигателя, который в зависимости от полярности и амплитуды управляющего импульса посредством механического привода поворачивает оптическую ось кристалла на требуемый угол.

Таймер представляет собой электронную схему, формирующую последовательность синхроимпульсов, обеспечивающих генерацию и последующую обработку последовательности пар импульсов, соответствующих лазерным импульсам на длинах волн 1₁ и 1₂.

Работа предлагаемого устройства на примере описанного выше (соответствующего п. 5 формулы изобретения) происходит следующим образом.

Работа начинается с осуществления режима калибровки и установки исходных рабочих параметров. Таймер задает последовательность импульсов, соответствующих рабочей частоте посылки лазерных импульсов. Блок формирования времени задержки в соответствии с заданным режимом работы формирует последовательность импульсов, сдвинутую на время Т относительно исходных импульсов формируемых таймером и подаваемых на вход блока формирования времени задержки. Импульсы с выхода 1 блока формирования задержки поступают на вход блока питания 1-го лазера, а импульсы с выхода 2 блока формирования времени задержки питания 2-го лазера. На второй вход блока задержки через коммутатор поступает последовательность импульсов от таймера. В режиме калибровки сигналы от таймера в зависимости от состояния коммутатора поступают либо на вход 1-го либо 2-го питания лазеров накачки.

Лазеры накачки (либо 1, либо 2) генерируют соответствующую последовательность импульсов излучения, которая преобразуется в блоке перестройки длины волны излучения в излучение, длина волны которого попадает в диапазон перестройки 3,1 мкм 3,6 мкм в зависимости от углового положения кристалла (номера шага шагового двигателя) и затем поступает на вход блока управления перестройкой длины волны, который по сигналу от вычислителя по заданной программе для заданной последовательности импульсов позволяет ставить в однозначное соответствие номер шага шагового двигателя и амплитуду импульсов с выхода фотоприемников опорного излучения 4 и фотоприемника излучения сигнального 5 (после кюветы с эталонным газом) из блока калибровки и контроля, которые в режиме калибровки поступают на вход усилителей-преобразователей в блоке управления режимами работы и далее через коммутатор на вход вычислителя.

Таким образом, режим калибровки позволяет по спектру пропускания эталонного газа поставить в однозначное соответствие длину волны излучения и угловое положение нелинейного кристалла в 1-м или 2-м блоках перестройки длины волны излучения, задаваемое шаговым двигателем из блока управления перестройкой длины волны излучения. После калибровки по сигналу от вычислителя блоки управления перестройкой длины волны излучения выставляют в лазерах, например, в 1-м и во 2-м рабочие длины волн излучения l₁ и l₂ соответственно.

В режиме обнаружения утечек природного газа из трубопроводов блок управления пространственным сканированием задает режим осмотра трубопровода (автоматический, ручной) и блок формирования температурного контраста формирует изображение поля температурного контраста участка земной поверхности вблизи трубопровода. Одновременно блок формирования видимого изображения формирует видимое изображение того же самого участка земной поверхности.

Регистрируемое поле температурного контраста через коммутатор поступает на блок обработки изображения (поля температурного контраста) и затем в блок визуализации изображения. На блок визуализации изображения могут поступать в зависимости от условной коммутации: необработанное изображение поля температурного контраста, обработанное изображение поля температурного контраста с выхода блока обработки изображений, либо видимое изображение того же участка земной поверхности.

При обнаружении на поле температурного контраста участка, соответствующего температурному распределению утечки газа, сигнал из блока обработки изображений поступает в таймер, который совместно с блоком формирования времени задержки с выходов 1 и 2 блока формирования задержки формирует временную последовательность импульсов, сдвинутых во времени на величину τ, 1-й и 2-й лазеры накачки формируют соответствующую последовательность импульсов излучения, сдвинутых во времени на величину t, которые в блоках перестройки излучения преобразуются в последовательность импульсов излучения на длинах волн l₁ и l₂ соответственно сдвинутых во времени на величину t. Импульсы излучения на длинах волн l₁ и l₂ поступают в блок формирования и вывода излучения, затем в блок пространственного сканирования, функционирующий по заданной программе (в режиме ручного или автоматического управления) и затем облучают участок земной поверхности вблизи ( или в ) месте предполагаемой утечки газа. Последовательность импульсов излучения на длинах волн l₁ и l₂, отраженная от земной поверхности поступает на вход приемной оптической системы, регистрируется фотоприемным устройством, усиливается в усилителе-преобразователе и далее последовательность импульсов, соответствующая импульсам излучения на длинах волн l₁ и l₂ запоминается в буферной памяти. Туда же поступают зарегистрированные в блоке контроля излучения опорные импульсы, соответственно на длинах волн l₁ и l₂. Затем хранящаяся в буферной памяти информация поступает в вычислитель, в котором определяется концентрация газа в облаке утечки.

Предлагаемое изобретение было реализовано на практике, прошло наземные испытания, размещалось на вертолете МИ-8Т и прошло контрольные летные испытания.

Результаты испытаний показали работоспособность как по составным частям, так и в целом в режиме обнаружения искусственно создаваемой подземной утечки природного газа.

Литература
1. Шумайлов А. С. Заянчковская А. П. Прогнозирование развития аппаратуры для обнаружения утечек из магистральных трубопроводов. Обзорная информация. Серия "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов". М.ВНИИОНГ, 1980, N 7, с. 10 12.

2. Положение о воздушном патрулировании магистральных нефтепроводов. РЛ-39-30-343-82. Уфа: ВНИИСПТНефть, 1984 г.

3. Косицын В. Е. и др. Вертолетный лазерный локатор утечек метана "Поиск-2". Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров". Л. 1990, с. 380.

4. TELLUS, 1983, v. 35B, N 1, p. 1 15.

5. Ландау Л. Д. Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М. Наука, 1976, с. 72.

6. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. М. Наука, 1984 г.

7. Нефтяное хозяйство, 1990, N 2, с. 66 68.

8. Пратт В.К. Лазерные системы связи. М. Связь, 1972.

9. Кондратьев В.Н. Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М. Наука, 1975, гл. XII.

10. Лазерные абсорбционные методы анализа микроконцентраций газов. М. Энергоиздат, 1984, с. 84 89, с. 103 1-9.

11. Тепловизоры /Под ред. А. З. Криксунова. М. Радио и связь, 1978.

12. Тепловая аэросъемка в гидрогеологии и инженерной геологии / Под. ред. Г. С. Выдрицкого. Л. 1986.

Изобретение относится к газоанализу, а именно к определению мест и интенсивности утечек природного газа и ШФЛУ из магистральных трубопроводов с помощью приборов, устанавливаемых на борт летательных аппаратов. Сущность изобретения: устройство содержит два лазера, оптически сопряженные с блоком формирования и вывода излучения, которое облучает контролируемый участок земной поверхности вблизи газопровода и регистрирует рассеянное от земной поверхности излучение с помощью приемной оптической системы и фотоприемного устройства, которое подключено к усилителю-преобразователю. Электрические импульсы, соответствующие принятому излучению, с выхода усилителя-преобразователя поступают в блок буферной памяти, а затем в вычислитель. Результат вычисления отражается на сигнальном устройстве, выполненном в виде дисплея, каждый лазер подключен к соответствующему выходу дополнительно устанавливаемого блока управления режимами работ, состоящего из блока формирования задержки, таймера, коммутатора, усилителя-преобразователя, причем в блоке управления режимами работ выходы коммутатора подключены к блоку формирования задержки и таймеру, при этом таймер связан с блоком формирования задержки и блоком буферной памяти, выход усилителя-приобразователя подключен к блоку буферной памяти. Кроме того, дополнительно установлены блок формирования температурного контраста участка земной поверхности вблизи трубопровода, превышающего по своим размерам облучаемый лазерным излучением участок земной поверхности, который через коммутатор подключен к блоку обработки поля температурного контраста, соединенному с дополнительно устанавливаемым блоком визуализации, причем коммутатор связан с вычислителем. Кроме того, в устройство могут быть введены блок формирования видимого изображения, блок перестройки излучения, независимо и плавно перестраивающий длину волны излучения в диапазоне 3,1 - 3,6 мкм, и блок пространственного сканирования лазерным излучением. 4 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Авиационное устройство для обнаружения утечек из трубопроводов, состоящее из двух лазеров, оптически сопряженных с блоком контроля интенсивности излучения и блоком формирования и вывода излучения и через облучаемый участок земной поверхности с приемной оптической системой и фотоприемным устройством, которое подключено к усилителю-преобразователю, подключенному к блоку буферной памяти, связанному с вычислителем, а выходы вычислителя связаны с сигнальным устройством и блоком долговременной памяти, отличающееся тем, что сигнальное устройство выполнено в виде дисплея, каждый лазер подключен к соответствующему выходу дополнительно устанавливаемого блока управления режимами работ, состоящего из блока формирования времени задержки, таймера, коммутатора, усилителя-преобразователя, причем в блоке управления режимами работ выходы коммутатора подключены к блоку формирования задержки и таймеру, таймер связан с блоком формирования времени задержки и блоком буферной памяти, выход усилителя-преобразователя подключен к блоку буферной памяти, кроме того, дополнительно установлены блок формирования температурного контраста участка земной поверхности вблизи трубопровода, превышающего по своим размерам облучаемый лазерным излучением участок земной поверхности, который через коммутатор подключен к блоку обработки поля температурного контраста, соединенному с дополнительно устанавливаемым блоком визуализации, причем коммутатор связан с вычислителем. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля интенсивности излучения выполнен в виде блока калибровки длины волны и контроля интенсивности излучения, между каждым лазером и блоком формирования и вывода излучения на оптической оси дополнительно установлен блок перестройки длины волны излучения, независимо и плавно перестраивающий длину волны излучения в диапазоне 3,1 3,6 мкм, подключенный к блоку управления режимами работы, и оптически связанный с блоком калибровки и контроля, в блок управления режимами работы дополнительно установлен блок управления перестройкой длины волны излучения, связанный с коммутатором и вычислителем, и усилитель-преобразователь, связанный с коммутатором и выходом блока калибровки длины волны и контроля излучения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно установлен блок формирования видимого изображения, связанный через коммутатор с блоком визуализации, причем поле зрения его совпадает с полем зрения блока формирования температурного контраста. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что за блоком формирования и вывода излучения установлен на оптической оси блок пространственного сканирования лазерным излучением, оптически связывающий через облучаемый участок земной поверхности выход блока формирования и вывода излучения с входом приемной оптической системы, и подключенный к дополнительно установленному блоку управления пространственным сканированием, а блок формирования температурного контраста установлен на дополнительно вводимый блок пространственного сканирования, связанный с блоком управления пространственным сканированием. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дополнительно установлен блок формирования видимого изображения участка земной поверхности вблизи трубопровода, связанный через коммутатор с блоком визуализации, причем поле зрения его совпадает с полем зрения блока формирования температурного контраста, за блоком формирования и вывода излучения установлен на оптической оси блок пространственного сканирования лазерным излучением, оптически связывающий через облучаемый участок земной поверхности выход блока формирования и вывода излучения с входом приемной оптической системы, и подключенный к дополнительно установленному блоку управления пространственным сканированием, а блок формирования температурного контраста и блок формирования видимого изображения установлены на дополнительно вводимый блок пространственного сканирования, связанный с блоком управления пространственным сканированием, причем поля зрения блока формирования температурного контраста и блока формирования видимого изображения при перемещении их в пространстве совмещены.