СПОСОБ ФОНОННОЙ ДИАГНОСТИКИ Российский патент 2025 года по МПК G08C17/02 G01N25/72 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов и сбора и обработки информации и может быть использовано при диагностике объектов сложной формы и больших размеров, используемых для хранения и распределения газов и жидкостей [F17D 5/00, G08C 17/02].

Из уровня техники известна СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ТРУБОПРОВОДА С ПОМОЩЬЮ ВОЛНОВОЙ ФОНОННОЙ ЭНЕРГИИ [CN 113109435 A, опубл. 07.13.2021], включающая две группы модулей приема и передачи фононного сигнала, цифровой осциллограф, цифровой генератор сигналов, компьютер сбора данных, маршрутизатор сбора данных, интегрированную плату преобразования напряжения и компьютер для анализа данных, модуль приема и передачи фононного сигнала может быть свободно установлен в соответствии с длиной трубопровода, собранные данные сигнала обрабатываются и анализируются в компьютере обработки данных, а данные, собранные на разных частотах, группируются в частотной области для взятия числовых точек, при этом математическое характеристическое соотношение между положением дефекта трубопровода и расстоянием модуля передачи фононного сигнала вычисляется с помощью математического статистического метода и служит в качестве образца сравнения эксперимента для проведения других экспериментов с обнаруживаемыми трубопроводами в тех же рабочих условиях, а результат расчета сравнивается с данными образца, так что достигается позиционирование дефекта трубопровода.

Недостатком аналога является отсутствие четкого механизма синхронизации времени отсчетов выборок АЦП каждого канала регистратора. В описании изобретения не указано, каким образом обеспечивается синхронизация времени работы различных модулей и устройств, что может привести к ошибкам в результате диагностики и позиционирования дефектов трубопроводов, как следствие, низкая достоверность и качество обработки информации.

Кроме того, в аналоге используется несколько модулей приема и передачи фононного сигнала, цифровой осциллограф, цифровой генератор сигналов, компьютер сбора данных и другие устройства, каждое из которых может иметь разные временные задержки при выполнении операций. Это может привести к нарушению единства времени отсчетов выборок АЦП каждого канала регистратора, что в свою очередь снижает точность диагностики и позиционирования повреждений трубопроводов, как следствие, низкая достоверность и качество обработки информации.

Также известна СИСТЕМА ФОНОНОЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ [RU 149603 U1, опубл. 10.01.2015], содержащая компьютер, регистрирующий информацию, поступающую от датчиков, представляющих собой низкочастотные преобразователи фононной эмиссии, которые подлежат размещению на диагностируемом объекте и подключению через радиоканальный блок передачи информации посредством радиоканала к этому компьютеру, при этом этот компьютер оснащен средством для сбора сигналов, поступающих от указанных датчиков, средством для записи указанных сигналов и их хранения и средством для сравнительной обработки информации, построенной на указанных сигналах, для определения непрерывного текущего состояния объекта в реальном времени и его изменения в сторону дефектного состояния.

Недостатком аналога является отсутствие единого источника времени. В описанном аналоге компьютер и радиоканальный блок передачи информации могут иметь разные внутренние часы, что приводит к рассинхронизации времени отсчетов, поступающих от датчиков. Это затрудняет точную оценку изменения состояния диагностируемого объекта во времени, как следствие, низкая достоверность и качество обработки информации.

Кроме того, в аналоге не указан механизм синхронизации времени. Даже если компьютер и радиоканальный блок имеют общий источник времени, в описании нет упоминания о наличии каких-либо средств для синхронизации отсчетов времени между ними. Это может привести к постепенному "дрейфу" времени между компонентами системы, как следствие, низкая достоверность и качество обработки информации.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ФОНОНОЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ [RU 2576470 U1, опубл. 10.03.2016], заключающийся в размещении на диагностируемом объекте разнесенных на расстоянии друг от друга датчиков в виде низкочастотных преобразователей фононной эмиссии, подключении указанных датчиков к компьютеризированному средству сбора информации, предназначенному для регистрации информации, поступающей от указанных датчиков, переводят указанные датчики в режим регистрации фононной эмиссии и осуществляют сбор сигналов от датчиков и их обработку для получения текущих состояний диагностируемого объекта и сравнительного анализа этих состояний в разные временные интервалы для регистрации изменений указанного объекта в сторону дефектного состояния, отличающийся тем, что для обеспечения связи в режиме удаленного доступа датчики в виде низкочастотных преобразователей фононной эмиссии оснащают встроенным защищенным от индустриальных помех радиоканальным блоком передачи информации в виде сигналов на радиоканальный блок приема-передачи информации общего компьютера, при этом при включении указанных датчиков для работы в режиме регистрации фононной эмиссии сначала осуществляют опрос всех датчиков на их работоспособность и калибровку на основании эталонной модели объекта, а затем переводят указанные датчики в режим непрерывной регистрации фононной эмиссии и осуществляют непрерывный сбор сигналов от этих датчиков по отдельному каналу для каждого датчика для записи показаний каждого датчика на жесткий диск общего для всех датчиков компьютеризированного средства сбора информации и осуществляют в последнем построение графического или цифрового отображения в режиме реального времени текущего состояния объекта по сигналам датчиков, отобранным в один и тот же для всех датчиков момент времени.

Недостатком прототипа является отсутствие точной синхронизации времени между отдельными датчиками. В прототипе каждый датчик передает свои данные на общий компьютер независимо, без привязки к единой временной шкале, что приводит к несинхронности получаемых данных, затрудняет их корректный сравнительный анализ, как следствие, низкая достоверность и качество обработки информации.

Кроме того, в прототипе отсутствует механизм синхронной временной привязки данных, поступающих от различных датчиков и записывающихся на общий компьютер. То есть, каждый датчик в составе одного регистратора передает свои показания на компьютер обработки с метками времени высокого разрешения того регистратора, к которому этот датчик подключен, а метки времени разных регистраторов, которые не согласованы между собой так как разность частоты датчиков времени приводит с накапливаемому во времени расхождению между показаниями счетчиков времени высокого разрешения. Это приводит к тому, что в процессе записи на общий носитель, данные оказываются промаркированы различными временными отметками, соответствующими локальному времени высокого разрешения каждого регистратора.

Для обработки необходимо чтобы сигналы датчиков полного набора всех регистраторов системы имели метки времени в единой шкале с допуском на расхождение времени высокого разрешения определяемым требованиями для работы алгоритмов обработки диагностики.

Таким образом, при последующем анализе данных полного набора датчиков распределенной системы невозможно обеспечить их корректную временную привязку к единой шкале времени, что делает невозможным анализ состояния диагностируемого объекта при длительных процессах регистрации.

Кроме того, отсутствие механизма периодической синхронизации времени между датчиками со временем может привести к возникновению дрейфа показаний времени на отдельных датчиках, что еще больше ухудшит согласованность данных.

Кроме того, с увеличением продолжительности режима регистрации будет возрастать степень неконтролируемого рассогласования времени регистрации сигналов датчиков, применяемых в алгоритмах обработки, которые используют единое для всех датчиков время регистрации.

Как следствие, низкая достоверность и качество обработки информации.

Задачей изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и качества обработки информации распределенной системы фононной диагностики при диагностике быстропротекающих процессов, требующих точности определения времени этих процессов в местах установки преобразователей фононной эмиссии порядка нескольких микросекунд.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ фононной диагностики, характеризующийся тем, что осуществляют несинхронизированный запуск процессов регистрации на всех регистраторах в составе системы как сессии регистрации с заданным временем непрерывной регистрации, при этом данные АЦП каждого канала регистратора записывают в файлы потоковой регистрации в хранилище данных каждого регистратора, по сигналу начала первого сеанса синхронизации от передатчика сигнала синхронизации каждый приемный модуль сигнала синхронизации переключает вход коммутатора аналогового сигнала на выход своего формирователя сигнала синхронизации, преобразует его в форму, необходимую для выделения и идентификации сигналов синхронизации из потока основного сигнала преобразователей фононной эмиссии, и передает сформированный сигнал синхронизации в регистратор для оцифровки и сохранения в цифровой форме в потоке преобразования АЦП выделенного канала синхронизации регистратора, при этом за интервал каждого сеанса синхронизации осуществляют запись сигналов синхронизации, формирующих уникальную сигнатуру формы волны для каждого сеанса синхронизации, по завершении сеанса синхронизации вход коммутатора аналогового сигнала переключают на регистрацию сигналов от преобразователей фононной эмиссии, по истечении времени регистрации проводят повторный сеанс синхронизации, после чего данные регистрации всех регистраторов пересылают по линиям передачи данных на модуль обработки, в котором осуществляют поиск и идентификацию сигналов синхронизации двух последовательных сеансов синхронизации и проводят расчет двух расчетных параметров для корректировки данных каждого канала синхронизации регистратора относительно данных регистратора, выбранного опорным, после чего производится корректировка амплитуды выборок сигналов каналов АЦП регистраторов, отличных от регистратора, выбранного опорным, с использованием полученных расчетных параметров для приведения их ко времени, соответствующему времени АЦП регистратора, выбранного опорным, при этом для однозначности и достоверности процесса выбора сигналов синхронизации в потоке выборок АЦП канала синхронизации амплитуду аналогового сигнала синхронизации на выходе формирователя сигнала синхронизации устанавливают на уровне, соответствующем максимальному значению входного диапазона АЦП, обеспечивая регистрацию на экстремальных отсчетах, после чего осуществляют формирование единого файла слияния мониторинга потоковых данных по полному количеству каналов регистрации с откорректированным временем регистрации процессов, соответствующим системному времени и частоте генератора частоты преобразования АЦП опорного регистратора, и осуществляют выделение полезного сигнала из единого файла слияния по алгоритмам области назначения.

На чертеже показана схема распределенной системы фононной диагностики состоящей из трех регистраторов с общим количеством каналов регистрации равным шести, как пример для пояснения заявляемого способа фононной диагностики, на которой обозначено: 1 - диагностируемый объект, 2 - преобразователи фононной эмиссии, 3 - каналы потоковой регистрации сигнала, 4 - каналы синхронизации, 5 - формирователи аналогового сигнала, 6 - регистраторы, 7 - модуль обработки данных, 8 - коммутаторы, 9 - приемные модули сигнала синхронизации, 10 - передатчик сигнала синхронизации, 11 - линии передачи данных цифровые широкополосные, 12 - линии передачи сигналов синхронизации.

Осуществление изобретения

На диагностируемом объекте 1 (см. чертеж) размещают преобразователи сигналов фононной эмиссии 2, которые преобразуют часть энергии физического сигнала фононной эмиссии в аналоговый электрический сигнал.

Распределенная система фононной диагностики содержит аналоговые линии каналов потоковой регистрации сигналов 3 и каналов синхронизации 4, которые используются также для потоковой регистрации сигналов между сеансами синхронизации.

Преобразователи сигналов фононной эмиссии 2 с помощью линий передачи аналогового сигнала соединены с формирователями аналогового сигнала 5. Линии передачи аналогового сигнала представляют собой кабельные линии, предназначенные для передачи непрерывных электрических сигналов, генерируемых преобразователями сигналов фононной эмиссии 2.

Выбор мест установки преобразователей фононной эмиссии 2 на диагностируемом объекте 1 производится на основании оценки вариантов расположения для достижения максимальной точности пространственной локализации и идентификации источников фононной эмиссии исходя из количества датчиков и каналов регистрации, а также имеющихся ограничений на объекте в выборе мест возможной установки датчиков и подключения их к формирователям аналогового сигнала 5 кабельными линиями передачи аналогового сигнала.

Формирователи аналогового сигнала 5 в диапазоне частот работы преобразователей фононной эмиссии 2 от 1 до 1 МГц осуществляют преобразование аналогового сигнала, получаемого от упомянутых преобразователей 2. Процесс преобразования сигнала может включать операции усиления, частотной фильтрации, и другие процедуры линейного и нелинейного преобразования аналогового сигнала, и согласования в зависимости от применяемого алгоритма обработки сигналов в модуле обработки данных 7 для передачи сигнала на вход АЦП одного из каналов регистратора 6 для преобразования в цифровую форму, сохранения и обработки.

Выходы формирователей аналогового сигнала 5 каналов потоковой регистрации сигнала 3 подключены к АЦП каналов регистрации регистраторов 6, которые осуществляют контроль режимов преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и сохранение полученных данных в цифровой форме для последующей передачи на модуль обработки данных 7.

Модуль обработки данных 7 распределенной системы фононной диагностики представляет собой центральный элемент системы, отвечающий за объединение и обработку сигналов преобразователей фононной эмиссии 2, записанных с сигналами синхронизации всех регистраторов 6 распределенной системы фононной диагностики.

Для каналов синхронизации 4 (выбираемых из группы каналов регистраторов 6 с общим задающим генератором частоты дискретизации АЦП) формирователи аналогового сигнала 5 подключаются ко входу аналогового коммутатора 8, нормально замкнутого на выход коммутатора 8.

Ко второму входу каждого аналогового коммутатора 8 каналов синхронизации 4 подключен выход приемного модуля сигналов синхронизации 9. Приемный модуль сигналов синхронизации 9 осуществляет прием сигналов синхронизации от передатчика 10 сигналов синхронизации через радиорелейную, электрическую или оптико-электронную линию передачи синхросигнала 12 с формированием аналогового сигнала синхронизации на выходе приемного модуля сигналов синхронизации 9.

Для отдельных реализаций приемного модуля сигналов синхронизации 9 сигналы синхронизации, поступающие на вход приемного модуля сигналов синхронизации 9 через эфир или по кабельной линии в рамках сеанса синхронизации могут быть как в цифровой (цифровые радиостанции), так и в аналоговой (аналоговые радиостанции) формах. При этом на выходе приемного модуля сигналов синхронизации 9 всегда формируется аналоговый сигнал с формой волны (сигнатурой) для каждого сеанса синхронизации, позволяющей однозначно выявить наличие сигналов синхронизации в контексте времени регистрации потока данных датчика всех регистраторов системы распределенной системы фононной диагностики для каждого сеанса синхронизации.

Передатчик сигналов синхронизации 10 генерирует и передает сигналы синхронизации для обеспечения согласованной работы всех элементов распределенной системы фононной диагностики.

Отдельные реализации приемных модулей для формирования сигналов синхронизации могут использовать периодические сигналы с периодом кратным сигналам 1PPS, GPS, ГНСС или автономных генераторов точного времени. При этом отсутствие уникальной сигнатуры может быть решено первоначальной синхронизацией таймеров системного времени операционной системы всех регистраторов распределенной системы перед проведением мониторинга с необходимой точностью, исключающей ложное определение порядкового номера сигнала синхронизации. Однако для работы в полевых условиях такой вариант не может считаться надежным, так как повторная синхронизации времени таймеров системного времени часто невозможна в рамках времени, отведенного для проведения диагностики объекта.

Выходы коммутаторов 8 каналов синхронизации 4 подключены ко входу АЦП одного из каналов регистратора 6.

До начала сеанса синхронизации один из входов коммутатора 8 используется для приема аналогового сигнала от формирователи аналогового сигнала 5 с последующей передачей упомянутого сигнала через выход коммутатора 8 и линию 4 ко входу АЦП канала синхронизации регистратора 6.

По сигналу начала сеанса синхронизации каждый приемный модуль сигналов синхронизации 9 переключает другой вход коммутатора 8 для приема сигнала синхронизации от приемного модуля сигналов синхронизации 9 с последующей передачей упомянутого сигнала синхронизации на вход АЦП канала регистратора 6.

Модуль обработки данных 7 получает данные от регистраторов 6 с помощью цифровых широкополосных линий передач 11, которые могут состоять из кабельных и беспроводных линий передачи данных, а сама передача данных может производиться как во время, так и после проведения сессии регистрации.

Способ фононной диагностики реализуют следующим образом.

Вначале осуществляется запуск всех регистраторов 6 распределенной системы фононной диагностики для одновременной регистрации данных на интервале времени сессии регистрации длительностью до нескольких часов всеми преобразователями фононной эмиссии, при этом старт записи каждого отдельного регистратора 6 может происходить с задержкой во времени.

Начиная с момента времени запуска на всех регистраторах сигналы с входа АЦП каждого канала регистратора 6 начинают преобразовываться в цифровую форму и записываться в файл данных потоковой регистрации в хранилище данных каждого регистратора 6. При этом один из входов коммутатора 8 соединен с формирователь аналогового сигнала 5 для приема аналогового сигнала от формирователи аналогового сигнала 5 с последующей передачей упомянутого сигнала через выход коммутатора 8 к входу АЦП канала регистратора 6.

После запуска в рамках сессии регистрации всех регистраторов распределенной системы фононной диагностики по сигналу запуска сеанса синхронизации оператором производится первый сеанс синхронизации, на время проведения которого вход коммутатора 8 автоматически отсоединяется от формирователя аналогового сигнала 5 и переключается на передачу сигнала синхронизации от приемного модуля сигнала синхронизации 9. По завершения сеанса синхронизации коммутатор 8 возвращается в исходное состояние для передачи сигнала от преобразователя фононной эмиссии.

В ходе проведения сеанса синхронизации каждый приемный модуль сигналов синхронизации 9 распределенной системы фононной диагностики одновременно получает сигнал синхронизации от передатчика сигналов синхронизации 10. При этом на выходе каждого приемного модуля сигналов синхронизации 9 формируется аналоговый сигнал синхронизации необходимой формы и амплитуды для достоверного выявления сигналов синхронизации в основном потоке данных преобразователей фононной эмиссии при последующей обработке.

Приемный модуль сигнала синхронизации 9 переключает на время сессии синхронизации один их входов коммутатора 8 к выходу приемного модуля сигнала синхронизации 9 для последующей записи в выделенный канал регистрации регистратора 6 аналогового сигнала синхронизации.

Форма волны и амплитуда сигнала синхронизации на выходе приемного модуля сигналов синхронизации 9 представляет собой уникальную для каждого сеанса синхронизации сигнатуру, позволяющую при обработке выделить сигналы сеанса синхронизации в потоке данных преобразователей фононной эмиссии.

Например, форма волны на выходе приемного модуля сигналов синхронизации 9 может такой формы, что на выходе АЦП канала регистрации сигналов синхронизации регистратора 6 будет представлена ограниченной последовательностью выборок АЦП разной полярности на частоте дискретизации АЦП и с амплитудой, максимально близкой к предельным значениям амплитуды входного диапазона АЦП, c формированием на выходах каждого приемного модуля сигнала синхронизации 9 уникальной для каждого отдельного сеанса синхронизации сигнатуры формы волны.

Сигналы синхронизации от передатчика сигналов синхронизации 10 передаются через эфир в виде радиосигнала определенной частоты и модуляции, также могут передаваться через кабельные линии передачи сигналов синхронизации, например в тоннелях и изолированных для радиосвязи помещениях.

В другом варианте реализации устройства для формирования сигналов синхронизации с уникальной сигнатурой формой волны на выходе передатчика синхронизации 10 используются сигналы с периодом кратным периоду передачи сигналов точного времени 1PPS (pulse per second) глобальной навигационной системы ГНСС.

Еще в одном из вариантов реализации устройства передатчик синхронизации 10 формирует сигналы синхронизации с постоянной неизменяемой сигнатурой формы волны, синхронизированными по времени с сигналами точного времени 1PPS (pulse per second) глобальной навигационной системы ГНСС таким образом, что интервал времени между двумя последовательными сеансами синхронизации является неповторяющейся величиной, кратной интервалу времени 1 секунда с точностью времени, соответствующей точности сигналов 1PPS ГНСС.

Еще в одном из вариантов реализации устройства с постоянной неизменяемой сигнатурой формы волны синхронизации вместо сигналов 1PPS ГНСС используют автономный высокостабильный генератор тактовой частоты.

По завершении сеанса синхронизации коммутатор 8 переходит в основной режим для приема аналогового сигнала от формирователи аналогового сигнала 5 с последующей передачей упомянутого сигнала через выход коммутатора 8 к входу АЦП канала регистратора 6.

За интервал времени каждого сеанса синхронизации происходит запись сигнала синхронизации с уникальной одинаковой для всех каналов синхронизации сигнатурой формы волны и используемую в дальнейшем для выявления соответствия принадлежности сигналов синхронизации одному сеансу синхронизации для всех каналов синхронизации распределенной системы фононной диагностики.

Интервал времени одного сеанса синхронизации может составлять от времени преобразования одной или двух выборок АЦП до нескольких секунд в зависимости от варианта исполнения системы синхронизации.

Например, при использовании аналоговых радиостанций в качестве задатчика уникальной сигнатуры сеанса синхронизации может использоваться последовательность нажатий оператором контактного прерывателя в схеме передатчика сигнала синхронизации 10 за интервал времени в несколько секунд, при которой интервал времени между двумя последовательными сигналами синхронизации никогда не повторится в контексте времени высоко разрешения АЦП.

Необходимым условием для возможности завершения сессии регистрации является выполнение не менее двух сеансов синхронизации для сессии регистрации проведенных регистраторами в установившемся режиме работы генераторов системного времени и частоты дискретизации. Так, для промышленным компьютеров время прогрева и перехода на установившийся режим частоты кварцевых генераторов в составе таймеров системного времени и генераторов частоты дискретизации АЦП составляет примерно около 30 мин при температуре внешней среды +20°С.

Количество сеансов синхронизации и интервал времени между двумя сеансами синхронизации определяется требованиям достижения необходимой временной точности регистрации процессов, длительностью сессии регистрации и на основании известных характеристикам стабильности генераторов частот каждого регистратора.

Во время проведения сессии регистрации или после ее завершения производится перенос данных сессии регистрации с регистраторов 6 на модуль обработки 7 распределенной системы фононной диагностики с использованием беспроводных и кабельных линий обмена данных сети Ethernet.

При этом обработка данных на модуле обработки 7 возможна сразу после проведения двух сеансов синхронизации необходимых для корректировки времени выборок АЦП каждого канала регистрации регистраторов 6 относительно одного из регистраторов 6, выбранного опорным регистратором.

Таймер системного времени и частота генератора дискретизации, выбранного опорного регистратора 6, принимаются при обработке за эталонные, а время запуска сессии регистрации и форма волны сигналов регистраторов 6 отличных от опорного регистратора преобразуется с аппроксимацией формы волны таким образом, что сигнал в каждой выборке сигнала АЦП регистраторов 6 соответствовал бы времени этой выборки в контексте времени высокого разрешения АЦП регистратора, выбранного опорным.

При этом для объединения данных регистрации в один файл необходимо провести как минимум два сеанса синхронизации, проведенных с минимальным интервалом времени, соответствующим времени установления частоты дискретизации на стабильный постоянный уровень, по которым вычисляется два параметра - время начала сессии регистрации в контексте времени опорного регистратора и разница частот дискретизации опорного и текущего регистратора.

Обязательным этапом в обработке данных является:

- время начала сессии регистрации определяется временем старта последнего по времени запущенного процесса регистрации;

- определение положения отсчетов АЦП каналов регистраторов 6 отличных от выбранного опорного регистратора относительно времени старта мониторинга условно определяемого временем начала процесса мониторинга на регистраторе 6 выбранным опорным и корректировка отсчетов каналов АЦП регистраторов 6 отличных от выбранного опорного регистратора.

Для повышения достоверности идентификации каждой сессии синхронизации в потоке АЦП канала записи сигналов синхронизации каждого регистратора 6 за время интервала синхронизации может производиться несколько сигналов синхронизации, например со случайно задаваемым интервалом времени между двумя последовательными сигналами синхронизации.

Для однозначности и достоверности процесса выбора сигналов синхронизации в потоке выборок АЦП канала синхронизации амплитуду аналогового сигнала синхронизации на выходе формирователя сигнала синхронизации приемных модулей сигнала синхронизации 9 задают равной или превышающими в допустимых пределах предел измерительного диапазона АЦП таким образом, чтобы отсчеты АЦП сигналов синхронизации соответствовали экстремальным значениям входа АЦП.

Форма и длительность интервала записи и сигнатура формы волны сигнала синхронизации задается так, чтобы в частотной области частота сигнала синхронизации на интервале синхронизации превышала половину частоты преобразования АЦП таким образом, чтобы после преобразования сигнал синхронизации представлял собой последовательность +Uref, -Uref, где +Uref и -Uref - максимальная и минимальная амплитуда входного сигнала дифференциального АЦП или близких к ним с учетом возможного действия антиалайзингового фильтра в составе АЦП.

Результатами обработки распределенной системы фононной диагностики является единый файл слияния или набор файлов мониторинга потоковых данных (форма волны АЦП каналов сигналов преобразователей фононной диагностики) по полному количеству каналов регистрации с откорректированным временем относительно времени регистратора выбранного опорным.

Далее производится выделение полезного сигнала из единого файла слияния по алгоритмам области назначения.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и качества обработки информации распределенной системы фононной диагностики при диагностике быстропротекающих процессов, требующих точности определения времени этих процессов в местах установки преобразователей фононной эмиссии порядка нескольких микросекунд, который достигается за счет того, что способ фононной диагностики, характеризующийся тем, что осуществляют несинхронизированный запуск процессов регистрации на всех регистраторах 6 в составе системы как сессии регистрации с заданным временем непрерывной регистрации, при этом данные АЦП каждого канала регистратора 6 начинают записываться в файлы потоковой регистрации в хранилище данных каждого регистратора 6, после чего по сигналу начала первого сеанса синхронизации от передатчика сигнала синхронизации 10 каждый приемный модуль сигнала синхронизации 9 переключает вход коммутатора аналогового сигнала 8 на выход своего формирователя сигнала синхронизации, преобразует его в форму, необходимую для однозначного выделения и идентификации сигналов синхронизации из потока основного сигнала преобразователей фононной эмиссии, и передает сформированный сигнал синхронизации в регистратор 6 для оцифровки и сохранения в цифровой форме в потоке преобразования АЦП выделенного канала синхронизации регистратора 6.

В этом случае передатчик сигнала синхронизации 10 и приемные модули сигнала синхронизации 9 в составе системы обеспечивают форму волны на выходе каждого приемного модуля сигнала синхронизации 9 с одинаковой уникальной сигнатурой для всех каналов синхронизации регистраторов 6, которая отличается для каждого отдельного сеанса синхронизации, что обеспечивает повышение достоверности идентификации сигналов синхронизации и качества последующей обработки данных.

При этом синхронизация времени после начала сессии регистрации в поток АЦП канала синхронизации каждого регистратора 6 по сигналу первого сеанса синхронизации обеспечивает точную временную привязку начала сессии регистрации всех регистраторов 6 в составе распределенной системы относительно времени высокого разрешения регистратора, выбранного опорным. Какая-либо синхронизация системного времени регистраторов 6 не требуется. Такая временная синхронизация повышает достоверность временной привязки данных и качество комплексной обработки всей информации.

При этом каждый следующий сеанс синхронизация позволяет определить величину отклонения частоты дискретизации от частоты регистратора 6, выбранного опорным на интервале времени, прошедшего с предыдущего сеанса синхронизации для дальнейшего объединения в единый файл данных и синхронизировать данные всех регистраторов к единой временной шкале регистратора, выбранного опорным, независимо от их географического распределения.

При этом передача сигналов синхронизации непосредственно в регистраторы 6 для оцифровки гарантирует, что временные метки фононных сигналов всех преобразователей фононной эмиссии 2 со всех каналов всех регистраторов 6 распределенной системы после проведенной обработки и объединения в единый будут согласованы во времени с необходимой точностью, как если бы были получены в результате работы одной аппаратно реализованной многоканальной системы регистрации с единым источником времени регистрации высокого разрешения.

При этом за интервал каждого сеанса синхронизации происходит запись одного или нескольких сигналов синхронизации, формирующих уникальную сигнатуру формы волны для каждого сеанса синхронизации, позволяющая достоверно выделить сигналы синхронизации при дальнейшей обработке данных регистрации.

Запись сигналов сеанса синхронизации в форме аналогового сигнала с формой волны уникальной сигнатуры для каждого сеанса синхронизации позволяет выделить сигналы синхронизации из основного потока данных АЦП преобразователей фононной эмиссии и определить временную метку, определить их принадлежность к конкретному сеансу синхронизации и таким образом обеспечить необходимую точность времени определения процессов и избежать ошибок синхронизации.

По завершении сеанса синхронизации вход коммутатора 8 аналогового сигнала переключается для приема аналогового сигнала от формирователи аналогового сигнала 5 с последующей передачей упомянутого сигнала через выход коммутатора 8 к входу АЦП канала регистратора 6.

По истечении времени регистрации проводят повторный сеанс синхронизации, после чего данные регистрации всех регистраторов 6 пересылаются по линиям передачи данных 11 на модуль обработки данных 7.

После чего производится поиск и идентификация сигналов синхронизации двух последовательных сеансов синхронизации, производится расчет двух расчетных параметров для корректировки данных каждого канала синхронизации регистраторов 6 относительно данных регистратора, выбранного опорным. После чего производится корректировка амплитуды выборок сигналов каналов АЦП регистраторов 6 отличных от регистратора, выбранного опорным, с использованием полученных расчетных параметров для приведения их ко времени, соответствующему времени АЦП регистратора, выбранного опорным.

Определение положения отсчетов АЦП каналов регистраторов 6, отличных от регистратора, выбранного в качество опорного, относительно времени старта мониторинга на опорном регистраторе позволяет выявить временные рассогласования между различными регистраторами, возникающие из-за разницы в моментах начала мониторинга.

Корректировка отсчетов каналов АЦП регистраторов 6, отличных от регистратора, выбранного в качество опорного, компенсирует выявленные временные рассогласования, обеспечивая точное согласование временных меток фононных данных между всеми регистраторами. Кроме того, данный механизм особенно актуален для систем синхронизации, построенных на передаче сигналов по физическим каналам. В таких системах возможны дополнительные временные сдвиги из-за особенностей физической среды передачи. Таким образом, реализация этого механизма обеспечивает:

- согласование временных меток начала регистрации всех каналов регистрации данных фононной эмиссии относительно регистратора, выбранного в качество опорного;

- определение величины рассогласований времени регистрации между регистраторами с течением времени;

- оценку степени рассогласования с паспортными референсными значениями расчетных параметров установившегося режима для каждого регистратора и на этом основании также оценку необходимости и времени проведения следующего сеанса синхронизации для достижения требуемой точности синхронизации;

- повышение точности синхронизации в распределенных системах, использующих физические каналы передачи.

При этом для однозначности и достоверности процесса выбора сигналов синхронизации в потоке выборок АЦП канала синхронизации амплитуду аналогового сигнала синхронизации на выходе формирователя устанавливают на уровне, соответствующем максимальному значению входного диапазона АЦП, обеспечивая регистрацию на экстремальных отсчетах.

Задание амплитуды аналогового сигнала синхронизации на выходе формирователя равной или превышающей предел измерительного диапазона АЦП. Позволяет гарантировать, что отсчеты АЦП сигналов синхронизации будут соответствовать экстремальным значениям входного диапазона АЦП. Отсчеты АЦП, соответствующие экстремальным значениям, легко отличимы и однозначно идентифицируются как сигналы синхронизации, что повышает надежность их распознавания. Таким образом достигается:

- повышение достоверности идентификации сигналов синхронизации. Четкое выделение сигналов синхронизации гарантирует корректное согласование временных меток фононных данных;

- снижение вероятности ошибок при выборе сигналов синхронизации. Отсутствие неоднозначности в идентификации сигналов синхронизации исключает возникновение ошибок синхронизации;

- улучшение точности временной привязки фононных данных. Надежное и однозначное определение положения сигналов синхронизации обеспечивает высокую точность согласования временных меток.

После чего осуществляют формирование единого файла слияния мониторинга потоковых данных по полному количеству каналов регистрации с откорректированным временем регистрации процессов относительно системного времени и частоты генератора частоты преобразования АЦП регистратора 6, выбранного в качество опорного, после чего осуществляют выделение полезного сигнала из единого файла слияния по алгоритмам области назначения.

Формирование единого файла слияния мониторинга потоковых данных по полному количеству каналов регистрации, позволяет объединить все данные от различных регистраторов в единый согласованный массив файлов слияния с откорректированными значениями амплитуды отсчетов АЦП относительно времени АЦП регистратора, выбранного в качество опорного. Благодаря предыдущим механизмам синхронизации, временные метки всех каналов согласованы, что позволяет корректно объединить данные и производить дальнейшее выделение полезного сигнала из единого файла слияния по алгоритмам области назначения в соответствии с задачами мониторинга.

Тем самым достигается:

- объединение данных от различных регистраторов в единый согласованный массив данных высокой точности времени регистрации быстропротекающих процессов и таким образом обеспечивает целостность информации и возможность дальнейшей обработки с использованием различных алгоритмов анализа быстропротекающих процессов на всем интервале времени проведения мониторинга.

Примеры реализации

Заявителем была изготовлена система фононной диагностики на базе двух восьмиканальных регистраторов потоковых данных на базе портативных модульных компьютеров форм-фактора PC104, двух восьмиканальных формирователей полезного сигнала УСД2.3 с передатчиками и приемниками из комплекта системы.

В результате было достигнуто уменьшение неопределенности времени определения событий быстропротекающих процессов всех каналов 16-канальной распределенной системы до требуемого значения 6 мкс и на всем интервале времени мониторинга большой длительности вместо 50 мкс обеспечиваемого аналогом, причем на более коротких интервалах времени мониторинга.

Заявителем была изготовлена система фононной диагностики на базе трех восьмиканальных регистраторов на базе промышленных компьютеров форм фактора LanchBox с платами регистрации аппаратно реализованной алгоритмами выделения полезного сигнала, трех восьмиканальных формирователей полезного сигнала УСД2.3 с передатчиком и приемниками из комплекта «системы синхронизации фононной диагностики №4».

В качестве модуля обработки использовались офисные ПК с установленным специализированным ПО объединения файлов регистрации и специализированной обработки, которое позволило увеличить точность пространственной локализации источников быстропротекающих процессов до 30 -20 мм вместо точности 250-150 мм для ближайшего аналога.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля для диагностики объектов, используемых для хранения и распределения газов и жидкостей. В способе фононной диагностики осуществляют несинхронизированный запуск процессов регистрации на всех регистраторах с заданным временем непрерывной регистрации. По сигналу начала первого сеанса синхронизации от передатчика сигнала синхронизации каждый приемный модуль переключает вход коммутатора аналогового сигнала на выход своего формирователя сигнала синхронизации, преобразует его в форму, необходимую для выделения и идентификации сигналов синхронизации из потока основного сигнала преобразователей фононной эмиссии, и передает сигнал в регистратор. При этом осуществляют запись сигналов синхронизации, формирующих уникальную сигнатуру формы волны, данные всех регистраторов пересылают на модуль обработки, где формируют единый файл потоковых данных с откорректированным временем регистрации процессов и осуществляют выделение полезного сигнала. Технический результат - повышение достоверности и качества обработки информации распределенной системы фононной диагностики при диагностике быстропротекающих процессов. 1 ил.

Способ фононной диагностики, характеризующийся тем, что осуществляют несинхронизированный запуск процессов регистрации на всех регистраторах в составе системы как сессии регистрации с заданным временем непрерывной регистрации, при этом данные АЦП каждого канала регистратора записывают в файлы потоковой регистрации в хранилище данных каждого регистратора, по сигналу начала первого сеанса синхронизации от передатчика сигнала синхронизации каждый приемный модуль сигнала синхронизации переключает вход коммутатора аналогового сигнала на выход своего формирователя сигнала синхронизации, преобразует его в форму, необходимую для выделения и идентификации сигналов синхронизации из потока основного сигнала преобразователей фононной эмиссии, и передает сформированный сигнал синхронизации в регистратор для оцифровки и сохранения в цифровой форме в потоке преобразования АЦП выделенного канала синхронизации регистратора, при этом за интервал каждого сеанса синхронизации осуществляют запись сигналов синхронизации, формирующих уникальную сигнатуру формы волны для каждого сеанса синхронизации, по завершении сеанса синхронизации вход коммутатора аналогового сигнала переключают на регистрацию сигналов от преобразователей фононной эмиссии, по истечении времени регистрации проводят повторный сеанс синхронизации, после чего данные регистрации всех регистраторов пересылают по линиям передачи данных на модуль обработки, в котором осуществляют поиск и идентификацию сигналов синхронизации двух последовательных сеансов синхронизации и проводят расчет двух расчетных параметров для корректировки данных каждого канала синхронизации регистратора относительно данных регистратора, выбранного опорным, после чего производится корректировка амплитуды выборок сигналов каналов АЦП регистраторов, отличных от регистратора, выбранного опорным, с использованием полученных расчетных параметров для приведения их ко времени, соответствующему времени АЦП регистратора, выбранного опорным, при этом для однозначности и достоверности процесса выбора сигналов синхронизации в потоке выборок АЦП канала синхронизации амплитуду аналогового сигнала синхронизации на выходе формирователя сигнала синхронизации устанавливают на уровне, соответствующем максимальному значению входного диапазона АЦП, обеспечивая регистрацию на экстремальных отсчетах, после чего осуществляют формирование единого файла слияния мониторинга потоковых данных по полному количеству каналов регистрации с откорректированным временем регистрации процессов, соответствующим системному времени и частоте генератора частоты преобразования АЦП опорного регистратора, и осуществляют выделение полезного сигнала из единого файла слияния по алгоритмам области назначения.