СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ТРАССЕ ПОДЗЕМНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ ЛИНИИ Российский патент 2006 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а более конкретно к определению индукционным методом местоположения подземных электропроводящих линий (электрического кабеля, изолированных трубопроводов) и мест их повреждения.

Известен способ определения места повреждения на трассе подземной электрической кабельной линии, включающий генерацию переменного испытательного сигнала, подачу его в диагностируемую линию (схема подключения источника испытательного сигнала к электрической кабельной линии зависит от вида повреждения), измерение напряженности магнитного поля, создаваемого протекающим по электрической кабельной линии испытательным сигналом с помощью одноэлементного преобразователя, который с помощью оператора перемещают вдоль трассы, а о месте повреждения линии судят по характерному изменению величины, напряженности измеряемого магнитного поля (см. патент DE №1052559, 1965).

Недостаток известного способа (который также используется для определения мест повреждения изоляции трубопроводов, см. патент RU №2005307 C1, 1993) заключается в том, что он не обеспечивает высокой точности диагностирования вследствие того, что величину магнитного поля измеряют последовательно в каждой точке траектории сканирования локального преобразователя над трассой, а определение места повреждения осуществляют на основании субъективной оценки текущего значения измеряемого параметра.

Для устранения указанного выше недостатка в патенте RU №2166435 C1, 2002 предложено измерение над трассой напряженности магнитного поля, создаваемого протекающим по электрической кабельной линии переменным испытательным сигналом, осуществлять с помощью матричного преобразователя, который располагают в плоскости, параллельной поверхности грунта, а распределение напряженности магнитного поля по площади матричного преобразователя преобразуют в сигнал объемного изображения рельефа измеренного распределения напряженности магнитного поля.

Благодаря тому, что в описываемом выше способе одновременно представляется для анализа информация о распределении напряженности магнитного поля по всему контролируемому матричным преобразователем участку поверхности на трассе, повышается точность диагностики линии за счет возможности не только выявления небольших изменений напряженности магнитного поля, но и суждения о характере изменений напряженности магнитного поля в пределах контролируемого участка на трассе.

Однако необходимость использования в известном способе (патент RU №2188435 C1, 2002) для визуализации магнитного рельефа матричного преобразователя магнитного поля, имеющего достаточно большие размера, а следовательно, большое число магниточувствительных элементов для обеспечения необходимой разрешающей способности, подключенных к развертывающему устройству для формирователя видеосигнала, например на приборах с зарядовой связью (см., А.А.Абакумов, А.А.Абакумов (мл.). Магнитная диагностика газонефтепроводов. М.: Энергоатомиздат, 2001, с.302-305), существенно ограничивает область его использования вследствие высокой стоимости используемых при его осуществлении устройств.

Здесь необходимо также отметить, что система обработки информации с матричного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал должна обеспечить быстродействие, достаточное для получения необходимой информации о процессе, происходящем в электрическом кабеле, не только при фиксированном относительно поверхности грунта положении матричного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, но и при его перемещении вдоль трассы.

В качестве прототипа взят способ определения места повреждения на трассе подземной электропроводящей линии (электрического кабеля), включающий следующие существенные признаки, сходные с предложенным способом, а именно: генерируют переменный испытательный сигнал, подают его в диагностируемую линию, измеряют напряженность магнитного поля, создаваемого протекающим по диагностируемой линии переменный испытательным сигналом с помощью одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, который с помощью оператора перемещают вдоль трассы и одновременно осуществляют им поперечное относительно направления трассы сканирование с чередованием направлений его перемещения по траектории, соответствующей дуге окружности, расположенной в плоскости, параллельной поверхности грунта, а о месте повреждения линии судят по характерным изменениям величины напряженности измеряемого магнитного поля (см. заявку GB - А - №2279761, 1995).

Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает высокой точности диагностирования вследствие того, что определение места повреждения линии осуществляют на основании анализа текущего значения измеряемой напряженности магнитного поля.

Настоящее изобретение направлено на повышение точности диагностирования повреждений в подземной электропроводящей линии без существенного увеличения стоимости используемых при осуществлении предлагаемого способа средств.

Поставленная задача решена тем, что в способе определения места повреждения на трассе подземной электропроводящей линии, включающем генерацию переменного испытательного сигнала, подачу его в диагностируемую линию, измерение напряженности магнитного поля, создаваемого протекающим по диагностируемой линии переменным испытательным сигналом, с помощью одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, который с помощью оператора перемещают вдоль трассы и одновременно осуществляют им поперечное относительно направления трассы сканирование с чередованием направлений его перемещения по соответствующей траектории, расположенной в плоскости, параллельной поверхности грунта, согласно изобретению в процессе диагностирования линии осуществляют одновременную визуализацию на экране распределения напряженности магнитного поля, соответствующее, по крайней мере двум, следующим одно за другим при сканировании направлениям перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, одно из которых является текущим направлением его перемещения, при этом амплитуду сигнала с выхода одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, соответствующий каждому текущему направлению его перемещения при сканировании, преобразуют или в яркостный сигнал, или в цветовой сигнал, или в яркостно-цветовой сигнал соответствующей строки на экране, а синхронизацию строчной развертки на экране с перемещением по траектории сканирования одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал осуществляют путем измерения его, положения на траектории сканирования с помощью зафиксированного на операторе соответствующего датчика положения.

Кроме того, поставленная задача решена тем, что:

- в качестве датчика положения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал используют видеокамеру;

- в качестве датчика положения закрепленного на одном конце штанги одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал используют датчик угла поворота, воспринимающий орган которого соединяют с другим концом штанги.

Преимущество предложенного способа определения места повреждения на трассе подземной электропроводящей линии по сравнению с известным, взятым в качестве прототипа, заключается в том, что благодаря одновременной визуализации в процессе диагностирования линии на экране видеоконтрольного устройства (после соответствующего преобразования амплитуды сигнала с выхода одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал или в яркостный сигнал свечения экрана видеоконтрольного устройства, или в цветовой сигнал, или в яркостно-цветовой сигнал) распределений напряженности магнитного поля, которые соответствуют, по крайней мере двум, следующем одна за другим, при сканировании направлениям перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, одно из которых является текущим направлением перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, позволяет произвести оператором более объективный анализ не только представленного на одной строке экрана видеоконтрольного устройства распределения напряженности магнитного поля в процессе текущего перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, но и расположенной на другой, например соседней, строке экрана видеоконтрольного устройства распределения напряженности магнитного поля, соответствующего предшествующему направлению его перемещения при сканировании. В пределе число одновременно представляемых оператору для анализа распределений напряженности магнитного поля по следующим одно за другим в чередующейся последовательности направлениям перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал по траектории, расположенной в плоскости, параллельной поверхности грунта, определяется числом строк на экране используемого в каждом конкретном случае видеоконтрольного устройства. Кроме того, использование одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал позволяет не только упростить аппаратурную реализацию способа (использовать только один канал для передачи данных и один канал для синхронизации строчной развертки на экране видеоконтрольного устройства с перемещением по траектории сканирования одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал), но и обеспечить визуализацию на экране видеоконтрольного устройства распределения напряженности магнитного поля на контролируемом участке трассы как с возможностью изменения величины шага перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал вдоль трассы, так и амплитуды его поперечных перемещений.

Измерение положения на траектории сканирования одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал с помощью зафиксированной на операторе видеокамеру является более предпочтительным по сравнению с использованием датчика угла поворота, поскольку в первом случае одноэлементный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал не соединен с зафиксированным на операторе датчике положения (видеокамере).

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной выше совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 изображена функциональная схема осуществления предложенного способа определения мест повреждения на трассе подземной электропроводящей линии; на фиг.2 - схематично показан процесс сканирования с использованием видеокамеры в качестве датчика: положения; на фиг.3 - то же, но с использованием датчика угла поворота в качестве датчика положения; на фиг.4 - траектория сканирования; на фиг.5 - расположение строк на экране видеоконтрольного устройства, соответствующих различным направлениям перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, которые изображены на фиг.4.

На фиг.1 показаны: подземная электропроводящая линия, например силовой электрический кабель 1, генератор 2 переменного испытательного сигнала, который подключен к диагностируемой линии - силовому электрическому кабелю 1. Схема подключения генератора 2 переменного, испытательного сигнала к силовому электрическому кабелю 1 зависит от вида повреждения (см. например В.В.Платонов и В.Ф.Быкадоров. Определение мест повреждений на трассе кабельной линии. М., Энергоатомиздат, 1993). Одноэлементный преобразователь 3 магнитного поля в электрический сигнал закреплен на нижнем конце штанги 4 и электрически соединен с видеоконтрольным устройством 5, например переносным компьютером. Кроме того, на фиг.1 показан датчик 6 положения на траектории сканирования одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал, который зафиксирован на операторе (на чертежах не показан), например с помощью поясного ремня 7 и электрически соединен с входом синхронизации строчной развертки видеоконтрольного устройства 5.

На фиг.2 направление перемещения вдоль трассы одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал обозначено позицией 8, а стрелками 9 и 10 показаны осуществляемые в чередующейся последовательности направления его перемещений при поперечном относительно направления 8 трассы сканировании по траектории, расположенной в плоскости, параллельной поверхности 11 грунта. Видеокамера 12 закреплена на поясном ремне 7, а на обращенной к ее объективу 13 поверхности одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал размещен светодиод 14, расположенный в поле зрения видеокамеры 12, используемой в данном случае в качестве показанного на фиг.1 датчика 6 положения. Выход видеокамеры 12 соединен с входом синхронизации строчной развертки видеоконтрольного устройства 5.

На фиг.3 верхний конец штанги 4 соединен с воспринимающим органом - осью 15 - датчика 16 угла поворота, содержащего источник 17 светового пучка, поворотное зеркало 18, закрепленное на оси 15 и оптически сопряженное с источником 17 светового пучка и линейкой фотопреобразователей 19, расположенных по дуге окружности, соосной оси 15.

На фиг.4 поперечные перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал по часовой стрелке (на фиг.2 это направление обозначено позицией 9) обозначены позициями 20.1, 20.3, 20.5 и 20.7, а поперечные перемещения против часовой стрелки - позициями 20.2, 20.4 и 20.6.

На фиг.5 строки на экране видеоконтрольного устройства 5, соответствующие чередующимся направлениям перемещения 20.1-20.7 фиг.4, обозначены соответственно 21.1-21.7.

Способ определения места повреждения на трассе подземной электропроводящей линии (электрического силового кабеля или трубопровода) осуществляется следующим образом.

Генератор 2 переменного испытательного сигнала подключают к диагностируемой линии, а именно: к силовому электрическому кабелю 1 (фиг.1), например к одной из его жил и к оболочке. В результате подачи переменного испытательного сигнала (синусоидального или импульсного), который генерируют с помощью генератора 2 переменного испытательного сигнала, в подземный диагностируемый силовой электрический кабель 1, вокруг него (за счет протекания переменного испытательного сигнала по электрической цепи, образовавшейся в силовом кабеле в результате его повреждения) создается магнитное поле, распределение напряженности которого по трассе в плоскости, параллельной поверхности 11 грунта, зависит от вида повреждения. Измерение распределения напряженности магнитного поля по трассе в плоскости, параллельной поверхности 11 грунта, осуществляют с помощью одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал (индукционного, холловского, магниторезистивного и т.п.), который закрепляют на нижнем конце штанги 4 и с помощью оператора перемещают в направлении 8 вдоль трассы, одновременно осуществляя поперечное относительно направления 8 сканирование путем чередования во времени направлений (по часовой стрелке - 9 и против часовой стрелки - 10 фиг.2) перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал по соответствующей траекторий, например дуге окружности, расположенной в плоскости, параллельной поверхности 11 грунта.

Амплитуду сигнала с выхода одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал преобразуют или в яркостный сигнал свечения экрана видеоконтрольного устройства 5 (иными словами осуществляют модуляцию яркости его свечения), или в цветовой сигнал, или в яркостно-цветовой сигнал.

Распределение напряженности магнитного поля, соответствующее каждому направлению 20.1-20.7 (фиг.4) поперечного перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал, воспроизводят на экране видеоконтрольного устройства 5 в виде соответствующей строчной линии 21.1-21.7 с промодулированной в соответствии с распределением амплитуды напряженности магнитного поля или яркостью, или цветом, или одновременно яркостью и цветом. При этом длина линий 21.1-21.7 в каждой строке пропорциональна величине поперечного перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал по соответствующему этой линии направлению 20.1-20.7.

Таким образом, одним из принципиальных отличий предложенного способа от известных из уровня техники заключается в том, что в процессе диагностирования подземной электропроводящей линии осуществляют одновременную визуализацию на экране видеоконтрольного устройства 5 распределения напряженности магнитного поля, соответствующее, по крайней мере двум, следующим одно за другим при сканировании, именно, направлениям перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал, одно из которых является текущим направлением его перемещения. При этом при визуализации переход с одной строки экрана видеоконтрольного устройства 5 на другую строку осуществляется после каждого изменения направления перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал. В результате оператор имеет возможность в достаточно широких пределах (практически от нуля) изменять величину шага продольного перемещения вдоль трассы, причем при нулевом шаге за счет чередования направлений перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал вдоль одной и той же траектории обеспечивается высокая точность диагностирования за счет визуализации на экране видеоконтрольного устройства не только текущих измерений распределения напряженности магнитного поля, но и ранее произведенных измерений распределения напряженности магнитного поля вдоль той же траектории. Иными словами, обеспечивается уменьшение влияния помех на результаты диагностирования подземной электропроводящей линии.

Другим принципиальным отличием предложенного способа от известных из уровня техники является то, что синхронизация строчной развертки на экране видеоконтрольного устройства 5 с перемещением по траектории сканирования одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал осуществляют путем измерения его положения на траектории сканирования с помощью зафиксированного на операторе датчика положения, либо видеокамеры 12, либо датчика 16 угла поворота. Иными словами, обеспечивается "привязка" визуализируемых на экрана распределений напряженности магнитного поля к соответствующим им положениям корпуса оператора.

Измерение положения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал с помощью видеокамеры 12 (фиг.2) осуществляется следующим образом. Пучок света от светодиода 14, который размещен на обращенной к объективу 13 видеокамеры 12 поверхности одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал, пройдя через объектив 13, попадает на один из элементов матрицы светочувствительных элементов (на чертеже не показана) видеокамеры 12. На выходе видеокамеры 12 формируется кодовый сигнал, соответствующий номеру столбца матрицы светочувствительных элементов, содержащего засвеченный светодиодом 14 светочувствительный элемент. Кодовый сигнал с выхода видеокамеры 12 поступает на вход синхронизации строчной развертки видеоконтрольного устройства 5, при этом каждому кодовому сигналу, формируемому на выходе видеокамеры 12 соответствует либо адресный сигнал соответствующего столбца матрицы светоизлучающих элементов, например светодиодов, экрана видеоконтрольного устройства 5, либо определенное горизонтальное положение светового пятна на экране электронно-лучевой трубки.

Кроме того, в видеоконтрольном устройстве 5 осуществляется также и контроль направления поперечного перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал, а именно: если новый кодовый сигнал соответствует монотонному изменению номера столбца матрицы светочувствительных элементов видеокамера 12 (увеличению или уменьшению), то отображение новой информацией о напряженности магнитного поля осуществляют на той же строке экрана видеоконтрольного устройства 5, что и предыдущую информацию. Если же новый кодовый сигнал соответствует обратному (по сравнению с предшествующими отсчетами) изменению номеров столбцов матрицы светочувствительных элементов видеокамеры 12 (т.е. увеличение изменяется на уменьшение, а уменьшение - на увеличение), то сигнал с выхода одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал отображают на другой, например расположенной ниже, строке экрана видеоконтрольного устройства 5.

Объем одновременно отображаемой на экране видеоконтрольного устройства 5 информации (иными словами число хранимых в памяти оперативного запоминающего устройства видеоконтрольного устройства 5 строчных сигналов) определяется в значительной мере квалификацией оператора. Однако для достижения ожидаемого технического результата необходимо осуществлять одновременную визуализацию на экране видеоконтрольного устройства 5 распределения напряженности магнитного поля, соответствующее, по крайней мере двум, следующий одно за другим при сканировании направлениям перемещения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал, одно из которых является текущим направлением его перемещения.

Измерение положения одноэлементного преобразователя 3 магнитного поля в электрический сигнал о помощью датчика 16 угла поворота (фиг.3) осуществляется следующим образом. Верхний конец штанги 4 соединяют с воспринимающим органом - осью 15 датчика 16 угла поворота. Свет от источника 17 светового пучка, отразившись от закрепленного, на оси 15 зеркала 18 попадает на линейку фотопреобразователей 19. Иными словами, каждому угловому положению штанги 4 соответствует определенное положение зеркала 18, а следовательно, и номер фотопреобразователя 19, на который падает свет от источника 17 светового пучка. При засветке фотопреобразователей 19 сигнал с их выхода преобразуют в кодовый сигнал, соответствующий номеру засвеченного фотопреобразователя 19 в линейке. Далее работа устройства осуществляется аналогично тому, как описано выше с использованием видеокамера 12.

Промышленная применимость изобретения подтверждается тем, что при его осуществлении используются только известные в контрольно-измерительной технике средства.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Сущность: генерируют переменный испытательный сигнал. Подают его в диагностируемую линию. Измеряют напряженность магнитного поля, создаваемого протекающим по диагностируемой линии переменным испытательным сигналом с помощью одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал. При этом преобразователь с помощью оператора перемещают вдоль трассы. Одновременно осуществляют им поперечное относительно направления трассы сканирование. В процессе сканирования осуществляют визуализацию на экране распределения напряженности магнитного поля, соответствующего по крайней мере двум, следующим одно за другим направлениям перемещения преобразователя. Амплитуду сигнала с выхода преобразователя преобразуют или в яркостный сигнал, или в цветовой сигнал, или в яркостно-цветовой сигнал соответствующей строки на экране. Синхронизацию строчной развертки на экране осуществляют путем измерения его положения на траектории сканирования с помощью зафиксированного на операторе датчика положения. Технический результат: повышение точности определения мест повреждений. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения места повреждения на трассе подземной электропроводящей линии, включающий генерацию переменного испытательного сигнала, подачу его в диагностируемую линию, измерение напряженности магнитного поля, создаваемого протекающим по диагностируемой линии переменным испытательным сигналом, с помощью одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, который с помощью оператора перемещают вдоль трассы и одновременно осуществляют им поперечное относительно направления трассы сканирование с чередованием направлений его перемещения по соответствующей траектории, расположенной в плоскости, параллельной поверхности грунта, отличающийся тем, что в процессе диагностирования линии осуществляют одновременную визуализацию на экране распределения напряженности магнитного поля, соответствующего, по крайней мере, двум следующим одно за другим при сканировании направлениям перемещения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, одно из которых является текущим направлением его перемещения, при этом амплитуду сигнала с выхода одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, соответствующую каждому текущему направлению его перемещения при сканировании, преобразуют или в яркостный сигнал, или в цветовой сигнал, или в яркостно-цветовой сигнал соответствующей строки на экране, а синхронизацию строчной развертки на экране с перемещением по траектории сканирования одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал осуществляют путем измерения его положения на траектории сканирования с помощью зафиксированного на операторе соответствующего датчика положения.2. Способ по. п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика положения одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал используют видеокамеру.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика положения закрепленного на одном конце штанги одноэлементного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал используют датчик угла поворота, воспринимающий орган которого соединяют с другим концом штанги.