СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАРКИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВНУТРИТРУБНЫМИ ОБЪЕКТАМИ Российский патент 2003 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к вспомогательным устройствам для трубопроводных систем, а именно, к системам контроля и наблюдения за положением и состоянием, а также маркированием внутритрубных объектов типа "крот" (внутритрубных снарядов), пропускаемых внутри трубопроводов, в частности внутритрубных инспекционных снарядов, скребков и разделителей среды транспортировки, а также к системам их дистанционного управления, путем излучения низкочастотного электромагнитного поля внутри или вне трубопровода и регистрации электромагнитного поля с противоположной стороны относительно стенки трубопровода, распознавания и идентификации принятых сигналов, формирования соответствующих управляющих сигналов.

Известно устройство контроля движения внутритрубных объектов (Патент РФ 2137977, MПK F 17 D 5/02, дата публикации 20.09.99) и способ его применения. Устройство содержит последовательно соединенные приемный преобразователь, усилитель, фильтр верхних частот, сумматор, исполнительный элемент, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот и дополнительный усилитель. Выход усилителя подключен к входу фильтра нижних частот, выход дополнительного усилителя подключен к второму входу сумматора.

Устройство регистрирует характерное акустическое излучение, возникающее при движении внутритрубных снарядов.

Основным недостатком указанного устройства и способа его применения является ограниченность информации, которая может быть передана только от снаряда к наземному оборудованию, и только о факте движения снаряда без информации о состоянии снаряда.

Известно устройство для контроля положения снаряда внутри трубопровода и способ его применения (а.с. СССР 1495564, МПК F 17 D 5/00, дата публикации 23.07.89). Устройство включает в себя приемопередатчик электромагнитных волн внутри трубопровода, излучающий электромагнитные волны внутрь трубопровода в направлении снаряда и принимающий излученные от указанного снаряда электромагнитные волны. Измерение разницы во времени между испущенным и принятым сигналом позволяет определить расстояние от точки наблюдения до снаряда, проходимое волнами внутри трубопровода вдоль его оси.

Использование такого устройства для определения положения снаряда, передвигающегося с потоком транспортируемой среды, требует введения антенны наземного приемо-передатчика внутрь трубопровода, что требует наличия специальных взрывобезопасных приспособлений на трубопроводе. Кроме того, точность данных о расстоянии по пути внутри трубопровода от точки наблюдения до застрявшего снаряда не достаточна для отыскания места раскопки трубопровода.

Известно устройство для приема сигналов инфранизкой частоты от объекта, расположенного внутри трубопровода, и способ его применения (а.с. СССР 1458647, МПК F 17 D 5/00, дата публикации: 15.02.89). Устройство содержит магнитную антенну, соединенную через электронный блок с блоком индикации сигнала и характеризуется тем, что магнитная антенна включает в себя полый каркас, электрообмотку на каркасе и магнитопровод внутри каркаса.

Известно также устройство для индикации положения внутритрубных объектов (а. с. СССР 987278, МПК F 17 D 5/00, дата публикации 07.01.83) и способ его применения с помощью низкочастотного передатчика электромагнитных колебаний, расположенного со стороны, противоположной расположению указанного устройства относительно стенки трубопровода, которое включает в себя приемно-усилительный тракт, путем излучения низкочастотных электромагнитных колебаний внутри или вне трубопровода и приема и усиления указанных колебаний с противоположной стороны относительно стенки трубопровода.

Основным недостатком указанных устройств и способов их применения является то, что в условиях сильных внешних паразитных электромагнитных воздействий снижена эффективность регистрации полезных сигналов из-за ложной идентификации, вызванной паразитными влияниями, а применение индукционных катушек с большой индуктивностью ограничивает возможность работы с устройством в труднодоступных районах укладки трубопроводов и ограничивает зону взрывобезопасного применения устройства (в соответствии с ГОСТ12.1.011-78 "Смеси взрывоопасные. Классификация и методы испытаний", ГОСТ12.2.020-76 "Электрооборудование взрывозащищенное. Классификация. Маркировка. ", ГОСТ 22782.5-78 "Искробезопасная электрическая цепь." и соответствующими требованиями Госгортехнадзора России).

Известно устройство для определения прохождения объектов из магнитного материала внутри трубопроводов (Патент РФ 2097649, МПК F 17 D 5/00, дата публикации 27.11.97) и способ его применения. Устройство содержит источник переменного сигнала (генератор) с подключенной к нему катушкой индуктивности, охватывающей трубопровод, а также приемный преобразователь в виде включенных встречно-последовательно катушек, охватывающих трубопровод, и подключенные к выходу приемного преобразователя последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, синхронный детектор, пороговую схему, временной селектор и индикатор. Вход синхронизации синхронного детектора подключен к источнику переменного сигнала.

Источник переменного сигнала с помощью катушки создает внутри трубопровода электромагнитное поле, что приводит к появлению напряжения на выходах приемных катушек. На вход усилителя поступает разностный сигнал, полосовой фильтр выделяет сигнал с частотой генератора, детектор выделяет огибающую сигнала. Сигнал на выходе детектора поступает на вход порогового устройства, которое преобразует его в два прямоугольных импульса, интервал между которыми анализируется временным селектором, если его значение попадает в некоторый интервал, то селектор идентифицирует данный сигнал как сигнал от снаряда и выдает сигнал на индикатор.

Основным недостатком указанного устройства и способа его применения является необходимость использования катушек, обхватывающих трубопровод, что ограничивает применимость способа и устройства при большой скорости снаряда, особенно в газопроводах, и делает невозможным его применение на недоступных участках трубопровода: в болотистой местности и на засыпанных грунтом участках трубопровода.

Прототипом заявленного устройства является устройство для индикации положения внутритрубных объектов (Патент РФ 2154768, MПK F 17 D 5/00, дата публикации 20.08.2000). Устройство содержит передатчик низкочастотных электромагнитных сигналов с излучающей антенной и приемник с приемной антенной. Выход приемной антенны соединен с усилителем, дешифратором, устройством контроля и индикации. Между усилителем и дешифратором введены последовательно соединенные кварцевый генератор, смеситель и усилитель промежуточной частоты, выход генератора соединен с одним из входов смесителя, другой вход смесителя соединен с усилителем, выход смесителя соединен с входом дешифратора.

Способ применения указанного устройства является прототипом заявленного способа. Способ по прототипу характеризуется тем, что принятые сигналы приводят к необходимой для обработки амплитуде и подают на один из входов смесителя, на второй вход которого подают сигналы с генератора, частота которого в несколько раз выше частоты основных сигналов, смешанные сигналы преобразуют в усилителе, настроенном на суммарную частоту, и подают на устройство индикации.

Работа устройства основана на гетеродинном методе преобразования сигналов и позволяет повысить достоверность дешифрации принятых сигналов.

В то же время, преобразование частоты вносит дополнительные искажения в сигнал при определении амплитуд в пачках импульсов и осложняет, тем самым, идентификацию информационных и управляющих сигналов от внутритрубного снаряда к наземному оборудованию и от наземного оборудования к внутритрубному снаряду.

В заявленном изобретении решается задача исключения ложной идентификации сигналов и управления внутритрубным снарядом в условиях сильных внешних паразитных электромагнитных воздействий и толстостенных трубопроводов.

Заявленное устройство для маркирования и/или управления внутритрубными объектами (управления состоянием внутритрубных объектов) с помощью низкочастотного передатчика электромагнитных колебаний, расположенного со стороны, противоположной расположению указанного устройства относительно стенки трубопровода, также включает в себя приемно-усилительный тракт.

В отличие от прототипа заявленное устройство включает в себя также последовательно подключенные формирователь огибающей сигнала, формирователь опорного напряжения, компаратор с изменяемым порогом, анализатор состояния компаратора, вход формирователя огибающей подключен к выходу приемно-усилительного тракта, выход формирователя опорного напряжения подключен к входу установки порогового значения компаратора, сигнальный вход компаратора подключен к выходу приемно-усилительного тракта.

Основной технический результат, достигаемый в результате применения заявленного устройства - повышение эффективности обнаружения внутритрубных объектов, находящихся в толстостенных трубопроводах, магистральных трубопроводах в городской черте с защитой в виде толстостенных кожухов и уложенных в грунте на большой глубине, при работе в зонах ЛЭП и вблизи промышленных установок с преобразователями высокого напряжения, электромеханическими устройствами и/или систем с большим потребляемым током. Кроме того, реализация изобретения позволяет реализовать функции обмена данными со снарядом и дистанционного управления им в указанных условиях. Механизм достижения указанных технических результатов состоит в том, что использование пороговых манипуляций в зависимости от амплитуды принимаемых колебаний позволяет выделять полезные сигналы и использовать их для передачи данных в зоне непосредственной близости внутритрубного снаряда от наземного приемо-передатчика и исключить ложное срабатывание при удалении снаряда (при малом отношении сигнал/шум).

В развитие изобретения сигнальный вход компаратора подключен к выходу приемно-усилительного тракта через анализатор амплитуды принимаемых электромагнитных импульсов.

Анализатор амплитуды включает в себя генератор опорных импульсов заданной частоты, фазосдвигающую цепь, два умножителя, два интегратора, схему вычисления амплитуды,
выход приемно-усилительного тракта подключен к первым входам умножителей, ко второму входу первого умножителя подключен выход генератора опорных импульсов, ко второму входу второго умножителя подключен выход генератора опорных импульсов через фазосдвигающую цепь,
выход первого умножителя подключен через первый интегратор к первому входу схемы вычисления амплитуды, выход второго умножителя подключен через второй интегратор ко второму входу схемы вычисления амплитуды,
выход схемы вычисления амплитуды подключен к сигнальному входу компаратора.

Указанное исполнение устройства позволяет выделять полезные сигналы с учетом того, что начальная фаза в пачках испускаемых импульсов заранее задана для передатчика и синхронизирована с приемником.

Анализатор состояния компаратора выполнен в виде устройства индикации или устройства записи. Индикация может быть звуковой, световой, инфракрасной или радиоволновой. Устройство записи может быть в виде ПЗУ, флэш- или RAM-памяти, магнитных, магнитооптических и иных накопителей цифровых данных.

В дальнейшее развитие изобретения заявленное устройство включает в себя также последовательно подключенные схему определения фазы (начальной) принятых электромагнитных колебаний и схему анализа фазы (начальной) принятых электромагнитных колебаний, вход схемы определения фазы подключен к выходу приемно-усилительного тракта. Схема определения фазы включает в себя генератор опорных импульсов заданной частоты, фазосдвигающую цепь, два умножителя, два интегратора, схему вычисления фазы по амплитудным компонентам,
выход генератора опорных импульсов подключен к одному из входов первого умножителя, и через фазосдвигающую цепь подключен к первому входу второго умножителя,
выход приемно-усилительного тракта подключен ко вторым входам умножителей,
выход первого умножителя подключен через первый интегратор к первому входу схемы вычисления фазы по амплитудным компонентам, выход второго умножителя подключен через второй интегратор к второму входу схемы вычисления фазы по амплитудным компонентам,
выход схемы вычисления фазы по амплитудным компонентам подключен к одному из входов схемы анализа фазы принятых электромагнитных колебаний.

Устройство включает в себя также схему вычисления амплитуды по амплитудным компонентам, компаратор с электронно регулируемым порогом, формирователь опорного напряжения и исполнительное устройство,
входы схемы вычисления фазы по амплитудным компонентам подключены к входам схемы вычисления амплитуды по амплитудным компонентам, выход схемы вычисления амплитуды подключен к одному из входов компаратора, к другому входу компаратора подключен выход формирователя опорного напряжения, выход компаратора подключен к одному из входов исполнительного устройства, к другому входу исполнительного устройства подключен выход схемы анализа фазы принятых электромагнитных колебаний, исполнительное устройство выполнено в виде сигнального устройства или устройства записи.

В предпочтительном исполнении устройство включает в себя также последовательно подключенные формирователь огибающей сигнала, вход формирователя огибающей подключен к выходу приемно-усилительного тракта, выход формирователя огибающей подключен к входу формирователя опорного напряжения.

В дальнейшее развитие изобретения заявленное устройство включает в себя подключенные последовательно источник питания, низкочастотный генератор электромагнитных колебаний и LC-контур, генератор включает в себя электронно управляемые ключи и схему управления ключами, LC-контур выполнен последовательным и подключен к источнику питания через электронно управляемые ключи.

В предпочтительном исполнении один из входов LC-контура через один из ключей подключен к первому полюсу источника питания, через второй ключ подключен ко второму полюсу источника питания, второй вход LC-контура через третий ключ подключен к первому полюсу источника питания, через четвертый ключ подключен ко второму полюсу источника питания.

В развитие изобретения LC-контур включает в себя конденсатор и индуктивную катушку, устройство включает в себя также второй конденсатор, схему приема и усиления электромагнитных колебаний, дополнительный электронно управляемый ключ, один из выходов индуктивной катушки LC-контура, подключенный к конденсатору LC-контура, через указанный дополнительный электронно управляемый ключ подключен также к одному из выходов второго конденсатора, второй выход второго конденсатора подключен к входу схемы приема и усиления электромагнитных колебаний, что позволяет организовать безинерционную двустороннюю связь с внутритрубным объектом.

Устройство включает в себя также третий конденсатор, вход приемно-усилительного тракта подключен через указанный третий конденсатор к общему проводу и/или одному из полюсов источника питания. Емкость третьего конденсатора составляет от 3 до 50 емкости второго конденсатора. Емкость второго конденсатора составляет не менее емкости конденсатора LC-контура или суммарной емкости LC-контура.

В предпочтительном исполнении схема управления электронно управляемыми ключами выполнена в виде программно перенастраиваемого контроллера и включает в себя микропроцессор.

Схема управления электронно управляемыми ключами включает в себя генератор тактовых импульсов и счетчики тактовых импульсов, входы счетчиков подключены к выходам генератора тактовых импульсов, выходы счетчиков подключены к управляющим входам соответствующих электронно управляемых ключей, частота тактового генератора составляет не менее резонансной частоты LC-контура. Указанное исполнение устройства позволяет свободно перепрограммировать организацию схемы устройства в зависимости от решаемых задач и условий применения: толщины стенки трубопровода, наличия защитных кожухов, протяженности участка трубопровода между камерами запуска/приема внутритрубных снарядов, транспортируемой среды, скорости и типа снаряда (отыскания застрявшего очистного скребка или обмен диагностической и управляющей информацией с движущимся инспекционным снарядом (внутритрубным дефектоскопом)) и др.

В предпочтительном исполнении устройства электронно управляемые ключи выполнены на полевых транзисторах; резонансная частота LC-контура составляет не более 1кГц, емкость конденсатора LC-контура составляет от 1 до 100 мкФ, исполнение устройства с указанными параметрами позволяет пренебречь коммутационными процессами.

В дальнейшее развитие изобретения генератор включает в себя резистор, выход индуктивной катушки LC-контура, подключенный к выходу конденсатора LC-контура, подключен через указанный резистор к общему проводу и/или к одному из полюсов источника питания.

Заявленный способ маркирования и/или управления внутритрубными объектами (управления состоянием внутритрубных объектов) также выполняют путем излучения низкочастотных электромагнитных колебаний внутри или вне трубопровода и приема указанных колебаний с противоположной стороны относительно стенки трубопровода, при приеме электромагнитных колебаний формируют электрические колебания, соответствующие принятым электромагнитным колебаниям.

В отличие от прототипа в заявленном способе формируют огибающую электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, определяют амплитуду указанных электрических колебаний, указанную амплитуду сравнивают с пороговым значением, формируют информационные и/или управляющие сигналы, соответствующие указанным электрическим колебаниям, амплитуда которых превышает пороговое значение, указанное пороговое значение устанавливают как функцию напряжения или тока по указанной огибающей.

Основной технический результат, достигаемый в результате применения заявленного способа - повышение эффективности обнаружения внутритрубных объектов, находящихся в толстостенных трубопроводах, магистральных трубопроводах в городской черте с защитой в виде толстостенных кожухов и уложенных в грунте на большой глубине, при работе в зонах ЛЭП и вблизи промышленных установок с преобразователями высокого напряжения, электромеханическими устройствами и/или систем с большим потребляемым током. Кроме того, реализация изобретения позволяет реализовать функции обмена данными со снарядом и дистанционного управления им в указанных условиях. Механизм достижения указанных технических результатов состоит в том, что использование пороговых манипуляций в зависимости от амплитуды принимаемых колебаний позволяет выделять полезные сигналы и использовать их для передачи данных в зоне непосредственной близости внутритрубного снаряда от наземного приемо-передатчика и исключить ложное срабатывание при удалении снаряда (при малом отношении сигнал/шум).

В развитие изобретения указанное пороговое значение устанавливают как линейную функцию напряжения или тока по указанной огибающей.

Указанное пороговое значение устанавливают как функцию напряжения или тока по указанной огибающей на момент приема или в некоторый предшествующий момент времени.

При превышении амплитудой порогового значения принятые электромагнитные колебания идентифицируют как колебания, индицирующие положение внутритрубного объекта.

Амплитуду колебаний определяют путем перемножения указанных электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями заданной частоты по одному из каналов обработки,
перемножения тех же электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями заданной частоты, сдвинутыми по фазе (на 90 или 270 градусов) относительно указанных ранее опорных колебаний, по второму каналу обработки,
интегрирования перемноженных колебаний по каждому из каналов обработки и вычисления результирующей амплитуды колебаний по двум полученным интегральным компонентам.

Указанное выполнение способа позволяет выделять полезные сигналы с учетом того, что начальная фаза в пачках испускаемых импульсов заранее задана для передатчика и синхронизирована с приемником.

В дальнейшее развитие изобретения (во время приема электромагнитных колебаний) генерируют опорные электрические колебания и определяют разность фаз между электрическими колебаниями, соответствующими принятым электромагнитным колебаниям, и опорными колебаниями, формируют информационные и/или управляющие сигналы в зависимости от величины указанной разности фаз.

Разность фаз определяют путем перемножения электрических колебаний (напряжений и/или токов), соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями (напряжениями и/или токами соответственно), заданной частоты по одному из каналов обработки и одновременного перемножения электрических колебаний (напряжений и/или токов), соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями (напряжениями и/или токами соответственно), но сдвинутыми по фазе, по второму каналу обработки, интегрирования перемноженных колебаний по каждому из указанных каналов обработки, определения соотношения между полученными по каждому из двух указанных каналов обработки интегрированными амплитудными компонентами.

В заявленном способе принимают посылки электромагнитных колебаний, в каждой из которых не менее трех полных периодов электромагнитных колебаний заданной частоты, определяют начальную фазу колебаний для каждой из посылок.

При этом вычисляют разность между указанными фазами колебаний в разных посылках, формируют информационные и/или управляющие сигналы в зависимости от величины указанной разности между начальными фазами разных посылок; принимают посылки из 5-30 полных периодов электромагнитных колебаний заданной частоты; идентифицируют посылки с фазовыми манипуляциями.

В предпочтительном исполнении заявленного способа электромагнитные колебания излучают путем возбуждения колебаний в LC-контуре, режим работы LC-контура с излучением электромагнитных колебаний чередуют с режимом работы LC-контура без излучения электромагнитных колебаний, переключение указанных режимов работы LC-контура выполняют путем разрыва или восстановления подключения, по меньшей мере, одного из выходов конденсатора LC-контура в некоторый момент времени, отстоящий от момента резонансного пика по напряжению не более, чем на 0,05 периода резонансных колебаний в LC-контуре.

В предпочтительном исполнении способа переключение режимов работы выполняют в некоторый промежуток времени, в течение которого сила тока в LC-контуре составляет не более 1% максимального значения за период колебаний и/или в течение которого напряжение на конденсаторе LC-контура составляет не менее 95% максимального значения за период колебаний.

Переключение режима работы с излучением колебаний в режим работы без излучения колебаний выполняют в фазе увеличения силы тока в контуре и/или через некоторый промежуток времени после начала фазы увеличения силы тока в контуре.

Промежуток времени составляет 0,01-0,05 периода резонансных колебаний в контуре и/или промежуток времени составляет 30-1000 мкс.

Реализация способа с параметрами в указанных пределах наиболее предпочтительно для сохранения запаса энергии в емкостных элементах схемы при переключениях с учетом характерного времени пассивного состояния передатчика при движении снаряда в трубопроводе.

Длительность режима работы с излучением колебаний составляет не менее трех периодов возбуждаемых колебаний. Указанное условие предпочтительно для обеспечения достоверного приема излучаемых колебаний приемником.

Указанные ранее разрыв или восстановление подключения выхода конденсатора выполняют с помощью электронно управляемого ключа, момент переключения режима работы контура определяют путем подсчета числа импульсов заданной частоты с заданного момента времени как момент регистрации N-го импульса, что позволяет свободно перепрограммировать организацию схемы устройства в зависимости от решаемых задач и условий применения: толщины стенки трубопровода, наличия защитных кожухов, протяженности участка трубопровода и др.

Переключение режимов работы контура выполняют с помощью электронно управляемых ключей подключения LC-контура к источнику питания путем размыкания ключей, соответствующих размыканию, по меньшей мере, одного из выходов конденсатора LC-контура.

Переключение режима работы без излучения колебаний в режим работы с излучением колебаний выполняют через переменный интервал времени, превышающий три периода излучаемых электромагнитных колебаний, значение устанавливаемого интервала времени однозначно соответствует управляющему или информационному коду для средств приема излучаемых электромагнитных колебаний.

Переключение режима работы без излучения колебаний в режим работы с излучением колебаний выполняют через переменный интервал времени, превышающий три периода излучаемых электромагнитных колебаний, разность между значением устанавливаемого интервала времени и значением времени, составляющем сумму полных периодов колебаний, укладывающихся в указанный интервал времени, однозначно соответствует управляющему или информационному коду для средств приема излучаемых электромагнитных колебаний, что позволяет организовать двустороннюю безинерционную связь с внутритрубным объектом и/или его управление.

Заявленное устройство может использоваться также иначе, чем по заявленному способу, заявленный способ может быть реализован также иначе, чем с помощью заявленного устройства.

На фиг.1 изображена схема, иллюстрирующая реализацию заявленного способа обнаружения, определения положения и состояния внутритрубного снаряда и управления его работой; на фиг.2 - схема, иллюстрирующая работу заявленного устройства.

В предпочтительном исполнении заявленное устройство 5 для определения положения и состояния внутритрубных объектов фиг.1 закрепляется на внутритрубном объекте 2 (снаряде), пропускаемом внутри трубопровода 3, находящегося под слоем грунта 4, и включает в себя корпус. В корпусе установлены элементы питания, индуктивная катушка и низкочастотный генератор электромагнитных колебаний и приемно-анализирующие модули, корпус включает в себя фланец 6 для закрепления устройства на снаряде. Излучаемые заявленным устройством электромагнитные колебания 8 регистрируются с помощью приемника (регистратора) 1.

Заявленное устройство включает в себя фиг.2 источник питания 21, последовательный LC-контур из конденсатора 22 и индуктивной катушки 23, низкочастотный генератор электромагнитных колебаний, включающий в себя электронно управляемые ключи 24, 25, 26, 27, резистор 28, дополнительный ключ 29 и схему 30 управления ключами. Устройство включает в себя также приемно-усилительный тракт 31, дополнительные конденсаторы 32, 33.

Один из выходов катушки 23 подключен к конденсатору 22, второй выход катушки 23 подключен через ключ 24 к одному выходу источника питания 21, а через ключ 27 - ко второму выходу источника 21. Второй выход конденсатора 22 (не подключенный к катушке 23) через ключ 26 подключен к первому выходу источника 21, через ключ 25 - ко второму выходу источника 21. Выход катушки 23, подключенный к выходу конденсатора 22, через резистор 28 сопротивлением несколько кОм подключен ко второму выходу источника питания 21 (общему проводу), а через дополнительный электронно управляемый ключ 29 и дополнительный конденсатор 32 подключен к входу приемно-усилительного тракта 31. К входу тракта 31 подключен конденсатор 33, второй выход которого подключен к общему проводу. Выходы схемы 30 подключены к управляющим входам ключей. Схема 30 управления электронно управляемыми ключами выполнена в виде программно перенастраиваемого контроллера и включает в себя микропроцессор, генератор тактовых импульсов и счетчики тактовых импульсов, входы счетчиков подключены к выходам генератора тактовых импульсов, выходы счетчиков подключены к управляющим входам соответствующих электронно управляемых ключей 24, 25, 26, 27, 29. Электронно управляемые ключи 24-27, 29 выполнены на полевых транзисторах; резонансная частота LC-контура составляет около 22 Гц, емкость конденсатора составляет около 5 мкФ. Емкость конденсатора 33 составляет 10 емкостей конденсатора 32. Емкость конденсатора 32 равна емкости конденсатора 22 LC-контура.

Устройство включает в себя также последовательно подключенные схему определения фазы 41 и схему анализа фазы 42 принятых электромагнитных колебаний, вход схемы 41 определения фазы подключен к выходу приемно-усилительного тракта 31. Схема 41 определения фазы включает в себя генератор 43 опорных импульсов заданной частоты (к входу которого подключен выход тактового генератора 55), фазосдвигающую цепь 44, два умножителя 45, 46, два интегратора 47, 48, схему 49 вычисления фазы по амплитудным компонентам, выход генератора 43 опорных импульсов подключен к одному из входов первого умножителя 45, и через фазосдвигающую цепь 44 подключен к первому входу второго умножителя 46. Выход приемно-усилительного тракта 31 подключен ко вторым входам умножителей 45, 46, выход первого умножителя 45 подключен через первый интегратор 47 к первому входу схемы 49 вычисления фазы по амплитудным компонентам, выход второго умножителя 46 подключен через второй интегратор 48 к второму входу схемы 49 вычисления фазы по амплитудным компонентам, выход схемы 49 вычисления фазы по амплитудным компонентам подключен к одному из входов схемы 42 анализа фазы принятых электромагнитных колебаний.

Устройство включает в себя также схему 50 вычисления амплитуды по амплитудным компонентам, компаратор 51 с электронно регулируемым порогом, формирователь опорного напряжения 52 и исполнительное устройство, входы схемы 49 вычисления фазы по амплитудным компонентам подключены к входам схемы 50 вычисления амплитуды по амплитудным компонентам, выход схемы 50 вычисления амплитуды подключен к одному из входов компаратора 51, к другому входу компаратора 51 подключен выход формирователя опорного напряжения 52, выход компаратора 51 подключен к одному из входов исполнительного устройства 53, к другому входу исполнительного устройства 53 подключен выход схемы 49 анализа фазы принятых электромагнитных колебаний, исполнительное устройство 53 выполнено в виде сигнального устройства или устройства записи, устройство включает в себя также формирователь 54 огибающей сигнала, вход формирователя 54 огибающей подключен к выходу приемно-усилительного тракта 31, выход формирователя 54 огибающей подключен к входу формирователя 52 опорного напряжения.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Фиг. 1 иллюстрирует применение заявленного устройства для обнаружения и регистрации прохождения внутритрубного снаряда 2 внутри уложенного трубопровода 3 под слоем грунта 4. Приемопередатчик, элементы которого обозначены позициями 5, 6, 7, является источником низкочастотного электромагнитного поля, которое регистрируется на поверхности земли обнаружителем 1.

Перед запуском снаряда в трубопровод на снаряд 2 устанавливают приемопередатчик. Внутритрубный снаряд с включенным приемопередатчиком пропускают внутри трубопровода. Бригады сопровождения снаряда прибывают на заранее помеченные пункты по трассе трубопровода, включают оборудование для приема низкочастотных сигналов 8 и регистрируют время прохождения снаряда или при получении сигналов от заявленного устройства включают наземный передатчик электромагнитных сигналов, которые принимаются приемно-усилительным трактом 31 и записываются в память.

Электромагнитные колебания излучают путем возбуждения колебаний в LC-контуре, которое осуществляют путем периодического подключения LC-контура к выходам источника питания 21 синхронно с периодом резонансных колебаний в контуре 45,5 мс с чередованием (инвертированием) полярности подключения в зависимости от фазы колебаний в контуре.

Полярность подключения LC-контура к источнику питания изменяют с помощью электронно управляемых ключей 24, 25, 26, 27.

В режиме излучения колебаний ключ 29 разомкнут, ключи 24, 25, 26, 27 образуют пары 24-25 и 26-27. В отрезок времени, когда пара ключей 24-25 замкнуты, ключи 26 и 27 разомкнуты. Когда пара ключей 26-27 замыкает цепь, ключи 24 и 25 разомкнуты. Замыкание и размыкание ключей осуществляют синхронно с периодом резонансных колебаний в контуре. Переключение в режим приема внешних электромагнитных колебаний осуществляют путем замыкания ключа 27 и дополнительного ключа 29 с размыканием ключей 24, 25, 26.

Переключение полярности подключения LC-контура выполняют в момент времени, отсчитываемый счетчиками схемы 30 как момент регистрации N-го импульса с момента последнего переключения полярности. Указанный момент времени соответствует фазе увеличения силы тока в контуре через промежуток времени около 100 мкс после достижения величины тока в LC-контуре менее 5% максимального значения за период колебаний (или после достижения величины напряжения на конденсаторе 22 более 95% максимального значения за период колебаний).

Режим работы LC-контура с излучением электромагнитных колебаний чередуют с режимом работы LC-контура без излучения электромагнитных колебаний. Переключение указанных режимов работы LC-контура выполняют путем разрыва или восстановления подключения выхода конденсатора 22, не подключенного к катушке 23, в момент времени, отсчитываемый счетчиками схемы 30, который соответствует фазе увеличения силы тока в контуре через промежуток времени около 100 мкс после начала фазы увеличения силы тока в контуре, при этом напряжение на конденсаторе 22 более 95% максимального значения за период колебаний, сила тока в LC-контуре менее 1% максимального значения за период колебаний.

Длительность режима работы с излучением колебаний составляет от 6 до 12 периодов возбуждаемых колебаний. Разрыв или восстановление подключения выхода конденсатора 22 выполняют с помощью электронно управляемых ключей 29 и (25 или 26).

В заявленном способе в формирователе 54 формируют огибающую электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, и подают на вход формирователя опорного напряжения 52.

В умножителе 45 перемножают указанные электрические колебания от тракта 31, соответствующие принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями заданной частоты от генератора 43 опорных импульсов по первому каналу обработки 43-45-47, и одновременно перемножают те же электрические колебания от тракта 31, с опорными колебаниями заданной частоты от генератора 43, сдвинутыми по фазе на 90 градусов относительно опорных колебаний в фазосдвигающей цепи 44, по второму каналу обработки 43-44-46-48.

Далее интегрируют перемноженные колебания по каждому из каналов обработки в интеграторах 47, 48 соответственно, и вычисляют результирующую амплитуду колебаний по двум полученным интегральным компонентам в схеме 50 вычисления амплитуды по амплитудным компонентам.

В схеме вычисления амплитуды 50 определяют амплитуду указанных электрических колебаний, указанную амплитуду в компараторе 51 сравнивают с пороговым значением с формирователя 52 опорного напряжения, формируют информационные и/или управляющие сигналы, соответствующие только тем электрическим колебаниям, амплитуда которых превышает пороговое значение, указанное пороговое значение устанавливают как линейную функцию напряжения по указанной огибающей на момент приема колебаний. При превышении амплитудой порогового значения принятые электромагнитные колебания идентифицируют как колебания, индицирующие положение внутритрубного объекта и подают на исполнительное устройство 53.

В предпочтительном исполнении определяют также разность фаз между принятыми и опорными колебаниями, формируют информационные и/или управляющие сигналы в зависимости от величины указанной разности фаз. Разность фаз определяют путем перемножения принятых колебаний с опорными колебаниями заданной частоты по одному из каналов обработки 45-47 и одновременного перемножения принятых колебаний с указанными опорными колебаниями заданной частоты, но сдвинутыми по фазе в схеме 44, по второму каналу обработки 46-48, интегрирования перемноженных колебаний по каждому из указанных каналов обработки, определения соотношения между полученными интегрированными амплитудными компонентами по каждому из двух указанных каналов обработки в схеме 49.

Принимают посылки электромагнитных колебаний, в каждой из которых от 5 до 30 полных периодов электромагнитных колебаний заданной частоты, определяют начальную фазу колебаний для каждой из посылок в схеме 49. При этом вычисляют разность между указанными фазами колебаний в разных посылках, формируют информационные и/или управляющие сигналы в схеме 42 в зависимости от величины указанной разности между начальными фазами разных посылок; принимают посылки из 5-30 полных периодов электромагнитных колебаний заданной частоты; идентифицируют посылки с фазовыми манипуляциями.

Переключение режима работы без излучения колебаний в режим работы с излучением колебаний выполняют через переменный интервал времени, превышающий три периода излучаемых электромагнитных колебаний. Значение устанавливаемого интервала времени однозначно соответствует управляющему или информационному коду для средств приема излучаемых электромагнитных колебаний. Кроме того, разность между значением устанавливаемого интервала времени и значением времени, составляющем сумму полных периодов колебаний, укладывающихся в указанный интервал времени, тоже однозначно соответствует управляющему или информационному коду для средств приема излучаемых электромагнитных колебаний (при этом производится передача кодовых посылок с помощью разности начальной фазы излучаемых колебаний).

Указанное значение задается схемой 30 и является либо заданной запрограммированной функцией времени, либо функцией состояния каких-либо датчиков или индикаторов, установленных на снаряде 2. Например, в случае падения напряжения на источнике питания 21 индикатор падения напряжения выдает управляющий сигнал на схему 30, соответствующий некоторому значению указанного интервала времени. Если на снаряде установлены контрольные датчики для измерения параметров трубопровода и/или состояния установленного на снаряде 2 оборудования, то в случае наступления заданного события (сбоев работы оборудования, идентификации дефектов трубопровода, особо опасных для его дальнейшей эксплуатации или для пропуска последующего инспекционного снаряда) указанные контрольные датчики выдают управляющие сигналы на схему 30 для формирования заданной длительности "молчания" передатчика.

В другом варианте реализации заявленного изобретения заявленное устройство устанавливают вне трубопровода и периодически включают на излучение низкочастотных электромагнитных колебаний. На снаряд 2 устанавливают приемник-регистратор низкочастотных электромагнитных колебаний или бортовой приемопередатчик низкочастотных электромагнитных колебаний.

При прохождении снаряда с установленным на нем приемником-регистратором вблизи заявленного устройства приемник-регистратор регистрирует время приема колебаний или соответствующий времени параметр, например пройденную дистанцию.

При прохождении снаряда с установленным на нем приемопередатчиком вблизи заявленного устройства приемопередатчик принимает электромагнитные колебания и излучает соответствующую посылку электромагнитных колебаний, которая при переключении заявленного устройства в режим приема регистрируется.

Изобретение относится к трубопроводным системам. Устройство для маркирования и управления внутритрубными объектами с помощью низкочастотного передатчика электромагнитных колебаний, расположенного со стороны, противоположной расположению указанного устройства относительно стенки трубопровода, включает в себя приемно-усилительный тракт, формирователь огибающей сигнала, формирователь опорного напряжения, компаратор с изменяемым порогом, анализатор состояния компаратора, вход формирователя огибающей подключен к выходу приемно-усилительного тракта, выход формирователя опорного напряжения подключен к входу установки порогового значения компаратора, сигнальный вход компаратора подключен к выходу приемно-усилительного тракта. Способ маркирования и управления внутритрубными объектами характеризуется тем, что при приеме электромагнитных колебаний формируют огибающую электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, определяют амплитуду указанных электрических колебаний, указанную амплитуду сравнивают с пороговым значением, формируют информационные и/или управляющие сигналы, соответствующие указанным электрическим колебаниям, амплитуда которых превышает пороговое значение, указанное пороговое значение устанавливают как функцию напряжения или тока по указанной огибающей. Применение изобретения позволяет повысить эффективность обнаружения внутритрубных объектов, находящихся в толстостенных трубах, а также увеличить функциональные возможности применения приемопередатчика в условиях сильных внешних паразитных электромагнитных воздействий в зоне работы, в частности, в зонах ЛЭП и вблизи промышленных установок с преобразователями высокого напряжения, электромеханическими устройствами и/или систем с большим потребляемым током, где велико отношение шума к сигналу. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для маркирования и/или управления внутритрубными объектами с помощью низкочастотного передатчика электромагнитных колебаний, расположенного со стороны, противоположной расположению указанного устройства относительно стенки трубопровода, включающее в себя приемно-усилительный тракт, отличающееся тем, что устройство включает в себя также последовательно подключенные формирователь огибающей сигнала, формирователь опорного напряжения, компаратор с изменяемым порогом, анализатор состояния компаратора, вход формирователя огибающей подключен к выходу приемно-усилительного тракта, выход формирователя опорного напряжения подключен к входу установки порогового значения компаратора, сигнальный вход компаратора подключен к выходу приемно-усилительного тракта. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнальный вход компаратора подключен к выходу приемно-усилительного тракта через анализатор амплитуды принимаемых электромагнитных импульсов. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что анализатор амплитуды включает в себя генератор опорных импульсов заданной частоты, фазосдвигающую цепь, два умножителя, два интегратора, схему вычисления амплитуды, выход приемно-усилительного тракта подключен к первым входам умножителей, ко второму входу первого умножителя подключен выход генератора опорных импульсов, ко второму входу второго умножителя подключен выход генератора опорных импульсов через фазосдвигающую цепь, выход первого умножителя подключен через первый интегратор к первому входу схемы вычисления амплитуды, выход второго умножителя подключен через второй интегратор ко второму входу схемы вычисления амплитуды, выход схемы вычисления амплитуды подключен к сигнальному входу компаратора. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что анализатор состояния компаратора выполнен в виде устройства индикации или устройства записи. 5. Способ маркирования и управления внутритрубными объектами путем излучения низкочастотных электромагнитных колебаний внутри или вне трубопровода и приема указанных колебаний с противоположной стороны относительно стенки трубопровода, при приеме электромагнитных колебаний формируют электрические колебания, соответствующие принятым электромагнитным колебаниям, отличающийся тем, что формируют огибающую электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, определяют амплитуду указанных электрических колебаний, указанную амплитуду сравнивают с пороговым значением, формируют информационные и/или управляющие сигналы, соответствующие указанным электрическим колебаниям, амплитуда которых превышает пороговое значение, указанное пороговое значение устанавливают как функцию напряжения или тока по указанной огибающей. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что указанное пороговое значение устанавливают как линейную функцию напряжения или тока по указанной огибающей. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что указанное пороговое значение устанавливают как функцию напряжения или тока по указанной огибающей на момент приема или в некоторый предшествующий момент времени. 8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при превышении амплитудой порогового значения принятые электромагнитные колебания идентифицируют как колебания, индицирующие положение внутритрубного объекта. 9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что амплитуду колебаний определяют путем перемножения указанных электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями заданной частоты по одному из каналов обработки, перемножения тех же электрических колебаний, соответствующих принятым электромагнитным колебаниям, с опорными колебаниями заданной частоты, сдвинутыми по фазе относительно указанных ранее опорных колебаний, по второму каналу обработки, интегрирования перемноженных колебаний по каждому из каналов обработки и вычисления результирующей амплитуды колебаний по двум полученным интегральным компонентам.