УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧИСТНОГО ПОРШНЯ В ТРУБОПРОВОДЕ Российский патент 1998 года по МПК B08B9/04 

Изобретение относится к устройствам для очистки внутренних поверхностей трубопроводов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема устройства.

В состав устройства входит индукционный феррозондовый преобразователь напряженности магнитного поля в электрическое напряжение 1, в свою очередь состоящий из феррозондового датчика 2, подмагничивающая обмотка которого подключена к выходу генератора импульсов 3, а сигнальные обмотки - ко входу усилителя переменного тока 4, выход которого соединен со входом выпрямителя 5. Выход выпрямителя 5, являющийся и выходом 6 преобразователя напряженности магнитного поля в электрическое напряжение 1, в свою очередь, одновременно подключен к первому входу 7 первого компаратора напряжения 8 и входу дифференциатора 13.

Устройство также содержит коммутатор 10, индикатор 11 и триггер 12.

Со вторым входом первого компаратора напряжения соединен задатчик порога 9. Выход дифференциатора 13 соединен с первым входом второго компаратора напряжения 14, второй вход которого подключен к общей шине /точке с нулевым потенциалом/. Выход второго компаратора напряжения 14 соединен с счетным входом двухтактного D-триггера 15. Устройство также содержит генератор 16 импульсов. Триггер 15 имеет прямой и инверсный выходы, соответственно соединенные с суммирующим и вычитающим входами счетчика импульсов 17. Со счетным входом счетчика импульсов 17 соединен выход второго генератора импульсов 16. Выходы счетчика импульсов 17 соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя 18, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя 19, со вторым входом которого соединен выход задатчика напряжения начального уровня 20. Выход усилителя 19 соединен с дополнительной обмоткой, расположенной на феррозонде 2. Выход первого компаратора напряжения 8 соединен с первым входом S R-S-триггера 12, со входом R которого соединен выход коммутатора 10. Выход триггера 12 соединен со входом индикатора 11.

Работа устройства заключается в следующем. Приемная часть устройства устанавливается над трубопроводом, при этом индукционный феррозондовый датчик размещается в вертикальном положении. После включения питания запускается первый генератор импульсов, запитывающий подмагничивающую обмотку феррозонда 2. Так как в районе трубопровода всегда имеется фоновая напряженность магнитного поля, на выходе сигнальной обмотки появляется переменное напряжение, которое, после усиления в усилителе 4, выпрямления и сглаживания в выпрямителе 5, появляется на выходе преобразователя 1:

где
H_b - проекция вектора напряженности внешнего магнитного поля на продольную ось феррозонда;
H_K - проекция вектора напряженности магнитного поля, вызванного влиянием поля дополнительной обмотки, на продольную ось феррозонда;
K₁ - коэффициент преобразования феррозондового преобразователя.

Значение H_K зависит от величины и полярности приложенного к дополнительной обмотке напряжения.

Напряжение U¹ поступает на вход дифференциатора 13, напряжение на выходе которого

где
K₁₃ - коэффициент преобразования дифференциатора.

При увеличении U¹ напряжение U₁₃ принимает положительные значения, при уменьшении - отрицательные.

Напряжение U₁₃ поступает на первый вход второго компаратора напряжения 14, где сравнивается с нулевым потенциалом. Напряжение на его выходе:
U₁₄ = U_O при U₁₃ > 0
U₁₄ = U_I при U₁₃ ≤ 0
Т. о. , по логическому сигналу на выходе компаратора 14 можно судить об изменении суммарного поля в стержнях феррозонда При увеличении на выходе компаратора присутствует сигнал логического нуля, при уменьшении - логической единицы.

В компараторе введен гистерезис у порога переключения, предотвращающий сбои в переходных процессах.

Сигнал с компаратора 14 поступает на счетный вход двухтактного триггера. Изменение состояния на выходе триггера 15 происходит в момент перехода состояния на его счетном входе с логической единицы в ноль (т.е., в момент, когда суммарное поле в стержнях феррозонда - минимально и начинает увеличиваться). Триггер 15 управляет подачей импульсов на счетчик, изменяя направление счета каждый раз, как начинает увеличиваться суммарное поле Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя точно соответствует числу N, записанному в счетчике 17:
U₁₈ = N•K₁₈
где
K₁₈ - коэффициент преобразования цифроаналогового преобразователя 18.

Напряжение U₁₈ поступает на вход суммирующего усилителя 19.

Напряжение на его выходе:
U₁₉ = K₁₉ • (U₁₈ + U₂₀₎,
где
U₂₀ - напряжение на выходе задатчика начального уровня 20, U₂₀ выбирается таким образом, чтобы в установившемся режиме напряжение U₁₉ (напряжение на дополнительной обмотке феррозондового датчика) обеспечивало соблюдение минимума значения при средних значениях N.

Т.о., в установившемся режиме схема осуществляет постоянное переключение счетчика 17 между несколькими разрядами: после достижения минимума дальнейшее увеличение числа N, записанного в счетчике, вызывает увеличение напряжения U₁₉, что, в свою очередь, приводит к увеличению значения H_K и увеличению что вызывает увеличение U₅. На выходе дифференциатора 13 появляется положительное напряжение, а логическое состояние на выходе кот второго компаратора напряжения 14 изменится с U₁ на U₀, что приведет к переключению триггера 15 и, следовательно, к изменению направления счета счетчика 17, в свою очередь, приведет к уменьшению напряжения U₁₉ и, следовательно, к уменьшению При этом уменьшается напряжение U₅, на выходе дифференциатора появится отрицательное напряжение, а на выходе компаратора 14 нулевое состояние изменится на единичное, что не изменит состояние триггера 15 и уменьшение числа, записанного в счетчике 17 продолжится. В какой-то момент времени значение H_k превысит H_b, в результате чего начнет увеличиваться, что вызовет изменение состояния выхода компаратора 14 с U₁ на U₀ и переключение триггера 15. Далее весь цикл повторяется. Т.о., в установившемся режиме схема постоянно компенсирует внешнее поле, причем значение проекции результирующего вектора напряженности магнитного поля на продольную ось феррозонда поддерживается близкой к нулю.

При прохождении очистного устройства значение H_b резко изменяется, что вызывает резкое изменение U₅. Так как частота генератора 16 выбирается исходя из необходимости компенсации только постоянных и медленно меняющихся внешних полей, быстрое изменение H_b скомпенсировано не будет. При достижении напряжения U₅ уровня U₉ (задаваемого с помощью задатчика порога 9), на выходе компаратора напряжения 8 появится сигнал высокого логического уровня, по которому R-S-триггер 12 переведется в единичное состояние, приводящее к срабатыванию индикатора 11, сигнализирующего о моменте прохождения поршня.

Перевод в режим ожидания может быть осуществлен как в ручном режиме, так и автоматически с помощью коммутатора 10. Автоматический перевод может быть использован в случае выполнения приемной части устройства в стационарном закапываемом варианте, когда требуется сигнализация о прохождении в течение заданного времени. В этом случае управление коммутатором 10 осуществляется от реле времени, запускаемого от индикаторов 11.

В случае выполнения приемной части устройства в переносном варианте, с целью продления ресурса работы источников питания, инверсный выход триггера 12 может быть соединен с управляющим входом генератора импульсов 3 (по аналогии с прототипом).

В ряде случаев при выполнении дифференциаторов 13 на операционном усилителе с большим коэффициентом усиления, с целью повышения чувствительности устройства, первый выход компаратора напряжения 8 целесообразно подключить не к выходу преобразователя 1, а к выходу дифференциатора 13.

Использование полностью замкнутой следящей системы позволяет увеличить динамический диапазон работы устройства, возможность увеличения коэффициента усиления усилителя 4 позволяет повысить чувствительность приемной части устройства, а отсутствие необходимости оперативной подстройки - повысить технологичность его эксплуатации. Кроме того, исключение возможности выхода входного сигнала за динамический диапазон работы устройства снижает вероятность пропуска цели и ложной тревоги при изменении внешнего фонового магнитного поля.

Приемная часть устройства может быть использована и с стандартным металлическим очистным поршнем, не оснащенным магнитными блоками за счет реакции на собственное магнитное поле поршня, однако дальность обнаружения в этом случае снижается.

Сущность изобретения: в схему приемника введены дифференциатор, компаратор, триггер, генератор импульсов, суммирующий усилитель и задатчик исходного уровня, а феррозонд оснащен дополнительной обмоткой. Вновь введенная схема в установившемся режиме позволяет минимизировать значение проекции результирующего вектора напряженности магнитного поля на продольную ось феррозонда. 1 ил.

Устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, содержащее источник постоянного магнитного поля, установленный на очистном поршне, и расположенный с внешней стороны трубопровода приемник, имеющий генератор импульсов, подключенный к обмотке подмагничивания феррозонда датчика постоянного магнитного поля, сигнальная обмотка которого соединена через последовательно включенные усилитель, выпрямитель, компаратор напряжения и триггер со входом индикатора, задатчик порогового напряжения, связанный со вторым входом компаратора напряжения, коммутатор, подключенный ко второму входу триггера, и суммирующий усилитель, отличающееся тем, что феррозонд снабжен дополнительной обмоткой, приемник имеет последовательно включенные дополнительный генератор импульсов, счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, задатчик напряжения начального уровня, последовательно соединенные дифференциатор, дополнительный компаратор напряжения и счетный триггер, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами счетчика импульсов, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом суммирующего усилителя, который выходом подключен к дополнительной обмотке феррозонда, выход выпрямителя дополнительно подключен к входу дифференциатора, второй вход дополнительного компаратора напряжения связан с цепью нулевого потенциала, а выход задатчика напряжения начального уровня соединен со вторым входом суммирующего усилителя.