Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода Советский патент 1992 года по МПК G01M3/18 F17D5/02 

23

4 00

СЛ -Ч

фазовой автоподстройки частоты, сигнальный вход которой объединен с сигнальным входом фазового детектора 17 и является входом синхронного детектора 15, выходом которого является выход фазового детектора 17. Синхронный детектор 15 последовательно соединен с интегратором 18 и схемой 19 выборки и хранения, подключенной выходом к индикатору 11 течи. Генератор 20 импульсов последовательно соединен со схемой 21 задержки, вход которой объединен с управляющим входом схемы 19 выборки и хранения, а выход схемы 21 задержки соединен с управляющим входом интегратора 18. Вторая рабочая антенна 22 подключена к входу второго приемника 9, ее плоскость ориентирована под 90° к плоскости первой антенны А. 2 ил.

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и позволяет повысить точность локализации места утечки жидкости из трубопровода. Генератор 1 гармонического колебания подключен одним выводом к земле 2, а вторым - к трубопроводу 3. Первая рамочная антенна 4 подключена к первому приемнику 5, включающему в себя последовательно соединенные первый полосовой фильтр 6, амплитудный детектор 7 и индикатор 8 трассы. Второй приемник 9 включает в себя второй полосовой фильтр 10, вход которого является входом второго приемника 9. Вычитатеяь 11 последовательно соединен с фазовым детектором 12, первым интегратором 13 и регулируемым усилителем 14. сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12 и подключен к выходу первого полосового фильтра 6 первого приемника 5, а выход соединен с вычитающим входом вычитэтеля 11, невычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра 10. Синхронный детектор 15 включает в себя схему 16 фазовой автоподстройки частоты и фазовый детектор 17, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы 16 сл

, - - i

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов и изделий с целью обнаружения дефектов и их локализации, при этом в качестве контролируемого материала Используется трубопровод для транспортировки текущего вещества.

Известное устройство, содержащее преобразователь акустического сигнала течи в электрический сигнал, подключенный к восьми узкополосным, с высокой избирательностью по соседнему каналу (до 100 дБ) фильтрам, каждый из которых последовательно соединен соответственно с детектором и индикатором.

Но этому устройству свойственна низкая помехоустойчивость, особенно для подземных трубопроводов, так как все акустические помехи, возникающие вокруг трубопровода, будут воздействовать на пьезопреобразователь совместно с сигналом течи, а это приведет к зашумлению спектра сигналов течи помехами. Кроме того, из-за отсутствия жесткого контакта преобразователя с поверхностью почвы над трубопроводом возникают дополнительные механические колебания преобразователя, порождающие дополнительные акустические помехи, Также среда, вдоль которой находится трубопровод, должна быть высокой степени однородности, в противном случае возможны ложные максимумы спектральной плотности сигнала течи, обусловленные изменением плотности этой среды.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обнаружения утечек жидкости и локализации трубопроводов, состоящее из генератора переменного тока, один электрод которого подключен к проводящему трубопроводу, а другой электрод к земле и двух приемников, включающих в себя соответственно фильтры, амплитудные детекторы и индикаторы течи и трубопровода, причем к входу первого приемника подключена рамочная антенна, ориентированная под трубопроводом таким образом, чтобы индикатор первого приемника показывал максимальное значе- ние, первый вход второго приемника подключей к зонду, а второй вход подключен к земле, аблизи той же точки над трассой трубопровода, у которой находится зонд.

Однако этому устройству также свойственна низкая помехоустойчивость, так как

отсутствует автоматическая компенсация проникающего и воздействующего более мощного электромагнитного поля от самого трубопровода на зонд, что приводит к ложным максимумам индикатора течи.

Цель изооретения - увеличение точности локализации места течи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генерагор гармонического колебания, подключенный одним выводом к земле, а другим предназначенный для подключения к трубопроводу, первую рамочную антенну, соединенный с ней первый приемник,

включающий в себя последовательно соединенные первый полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор трассы, второй приемник, включающий в себя второй полосовой фильтр, вход которого является входом второго приемника, и индикатор течи, отличающийся тем. что. с целью повышения точности, второй приемник включает последовательно соединенные вычитатель, фазовый детектор, первый

интегратор и регулируемый усилитель, сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора и с выходом первого полосового фильтра, а выход регулируемого усилителя соединен с

вычитающим входом вычитателя, невычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, последовательно соединенные с выходом вычитателя синхронный детектор, включающий в себя

схему фазовой автоподстройки частоты и фазовый детектор, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, вход которой объединен с сигнальным вводом фазового детектора и является входом синхронного детектора, выходом которого является выход фазового детектора, второй интегратор, схему выборки и хранения, подключенную выходом к индикатору течи, последовательно соединенные генератор импульсов и схему задержки, вход которой объединен с управляющим входом схемы выборки и хранения, а выход схемы задержки соединен с управляющим входом интегратора, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90° к плоскости первой рамочной антенны и которая подключена к входу второго приемника

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг 2 - функциональная схема первого и второго приемников.

Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода содержит генератор 1 гармонического колебания, подключенный одним электродом к земле 2 а вторым выводом к трубопроводу 3, рамочную антенну 4, подключенную к первому приемнику 5, включающему в себя последовательно соединенные полосовой фильтр 6, амплитудный детектор 7 индикатор трассы 8 и второй приемник 9, включающий в себя полосовой фильтр 10. вход которого является входом второго приемника 9, последовательно соединенные вычитатель 11, фазовый детектор 12, первый интегратор 13, регулируемый усилитель 14, сигнальный вход которого объединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12 и подключен к выходу полосового фильтра 6 первого приемника 5, а выход регулируемого усилителя 14 соединен с вычитающим входом вычита- теля 11, невычитающий вход которого соединен с выходом полосового фильтра 10, последовательно соединенные синхронный детектор 15, включающий в себя схему фазовой автоподстройки частоты 16 и фазовый детектор 17, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты 16. сигнальный вход которой объединен с сигнальным входом фазового детектора 17 и является входом синхронного детектора 15 выходом которого является выходом фазового детектора 17, второй интегратор 18, схема выборки и хранения 19, подключенная выходом к индикатору 20 течи, последовательно соединенные генератор импульсов 21, схема задержки 22, вход которой объединен с управляющим входом схемы выборки и хранения 19, а выход схемы задержки соединен с управляющим входом индикатора 18, вторая

рамочная антенна 23. подключенная к входу второго приемника 9 и плоскость которого ориентирована под умом 90° к плоскости первой антенны 4

Работа устройства заключается в следующем

Посредством генератора 1 в трубопроводе 3 возбуждается электромагнитная вол- на Возбуждение электромагнитной волны

производится так же и в жидкости через проводящий слой трубопровода. Но тогда возбужденный трубопровод и жидкость, истекающая из течи, будут создавать вокруг себя вторичные электромагнитные поля

(ЭМП) В первой антенне 4 будет наводиться ЭДС за счет магнитного трубопровода. Во второй антенне 23 будет наводиться ЭДС за счет магнитного поля самой Но ЭМП возбуждаемое трубопроводом, будет

существенно больше ЭМП, врзбуждаемого течью, так как электропроводность трубопровода на несколько порядков (10 - 10 ) больше электропроводности течи (жидкости) Отсюда, ЭДС, возникающая в первой

антенне 4 будет на несколько порядков больше ЭДС, возникающей во второй антенне 23 К тому же, за счет конечных размеров второй антенны 23, в ней будет наводиться ЭДС от трубопровода, при этом

ЭДС, наводимая от трубопровода, во второй антенне 23 будет соизмерима с ЭДС, наводимой от самой течи Таким образом, ЭДС, возникающая во вторрй антенне, будет состоять из двух частей, т.е

5а sin ( + (f)0 + Ayvaoi) +

+ Гт401 Sin (ftfet + po + ,

где f т201 амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек СИ трассы трубопровода во второй антенне 23;

0)0 - циклическая частота, возбуждаемая генератором 1;

г201 - набег фазы, полученной при распространении возбуждаемой волны генератором 1 в самом трубопроводе и в среде вокруг трубопровода до точки От;

F т401 - амплитуда сигнала, наводимого

от самой течи в одной из точек От трассы трубопровода во второй антенне 22;

Дут101 набег фазы, полученный при распространении возбуждаемой генератором 1 волны в жидкости трубопровода и в

среде вокруг течи до точки Oit

Так как фазовые набеги А т201 и 401 определяются средой распространения ЭМП, а лроводимости сред (трубопровод и жидкость) существенно различны,

поэтому и эти фазовые набеги будут различны, В первой антенне А будет возбуждаться ЭДС, обусловленная магнитным полем трубопровода, г.е.

Ј1 ЈтЮ1 Sin (Wot + (ро + Д/MOl).

где ЈтЮ1 - амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек СИ трассы трубопровода в первой антенне 4:

ЛутШ1 набег фазы, полученный при распространении возбуждаемой волны генератором 1 в самом трубопроводе и а среде вокруг трубопровода до точки СМ.

Но набеги фаз Д 201-так как обусловлены распространением волны в одной и той же среде и порождены от одного источника измерения - трубопровода. Кроме того, как было выше показано, ЭДС Јт201 « ET IOI. так как совместно с напряжениями Е и Ј2 возможно существование помех, то входные напряжения с выходов первой и второй антенн 4,22 предварительно фильтруются полосовыми фильтрами б и 10. Отфильтрованное напряжение с выхода полосового фильтра 10 поступает на суммирующий вход схемы вычитания 11, а отфиль- трованное напряжение с выхода полосового фильтра б поступает на вход опорного сигнала фазового детектора 12 и через управляющий усилитель 14 поступает на вычитающий вход схемы вычитания 11. На выходе вычитателя 11 формируется разностное напряжение.

Up Ur4 Sin( fife t + (p т4) + + UT2 Sin( (Do t т )

- kUTi sin(w0 t + ).

где Ur4 - амплитуда отфильтрованного сигнала, обусловленного течью;

- суммарная начальная фаза сигнала, обусловленного течью;

Ui2 амплитуда отфильтрованного сигнала, обусловленного трубопроводом в антенне 23;

prz - суммарный набег фазы сигнала, обусловленного трубопроводом во второй антенне 23:

U-ri - амплитуда отфильтрованного канала, обусловленного трубопроводом в первой антенне 4;

k - коэффициент передачи управляемого усилителя 14;

( - суммарный набег фазы сигнала, обусловленного трубопроводом в первой антенне 4.

Как было выше показано, суммарные набеги фаз равны, т.е. р Т1 -у т2, отсюда сигналы, обусловленные трубопроводом в первой и второй антеннах 4,23 будут синфазны. Тогда посредством фазового детектора 12, интегратора 13, регулируемого усилителя 14 совместно с вычитателем 11 проводится динамическое поддержание равенства амплитуд напряжений, т.е.

UT2 kUT1.(1)

в результате напряжение на выходе вычита- теля 11 будет представлять собой только напряжение, обусловленное течью, т.е.

UD - UT4 sin( t + )

Если равенство (1) не соблюдается, то на

выходе вычитателя 11 будет часть разностного напряжения Up, синфазного с напряжением д и на выходе фазового детектора 12 будет постоянная составляющая, интегрирование которой приведет к формированию управляющего напряжения, регулирующего коэффициент передачи усилителя 14, Так, если UT1 Ur2 (при этом наклон регулировочной характеристики усилителя 14 должен соответствовать положительным значениям производной д Uy, то при появлении напряжения, коэффициент усиления станет уменьшаться до такой величины, пока не станет выполняться равенство (1). Так как напряжение, обусловленное течью, на выходе вычислителя будет порядка уровня шумов, то его выделение производится посредством синхронного детектора 15. На выходе синхронного детектора 15 формируется амплитуда сигнала течи

совместно с помехами, при интегрировании которых на выходе второго интегратора 18 можно формироватьсигнал с большим отношением уровня выделенного сигнала к уровню помех, определенному как

(С/П) -Т Af

D

где исд амплитуда выделяемого напря- течи на выходе синхронного детектора 15;

D - дисперсия помех на выходе синхронного детектора 15;

Л f - эффективная шумовая полоса фильтра 9;

Т - время интегрирования.

При этом, отношение С/П будет зависеть только от времени интегрирования Т при постоянных значениях остальных параметров. Время интегрирования задается периодом следования импульсов генератора 20. В момент действия этого импульса производится запись накопленной величины в устройство выборки хранения (УВХ) 19, а передача ее на индикатор 20. После записи, через время задержки, задаваемого схемой задержки 22 производится сброс напряжения на выходе интегратора в ноль. При перемещении антенн 4, 23 из точки поверхности От вдоль трассы трубопровода к точке 02 места течи, индикатором 20 будет отслеживаться рост напряжения до максимальной величины. Появление максимума напряжения будет соответствовать росту течи в трубопроводе.

По сравнению с прототипом, в предлагаемом решении посредством введения по- следовательно соединенных вычитающего устройства 11, фазового детектора 12, интегратора 13, регулируемого усилителя 14 производится автоматическая компенсация проникающего более мощного электромагнитного поля от самого трубопровода во вторую антенну 23, за счет чего увеличивается относитегьный уровень ЭДС, наводимой от самой ечи во второй антенне. Формула изобретения Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генератор гармонического колебания, подключенный одним выводом к земле, а другим предназначенный для подключения к трубопровод/, первую рамочную антенну, соединенны/i с ней первый приемник, включающий в себя последовательно соединенные пеоный полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор трлссы второй приемник включающий в себя второй полосовой фильтр, вход которого является входом второго приемника, и индикатор течи, отличаю щреся тем, что, с целью повышения точности, второй приемник включает последовательно соединенные вычитатель, фазовый детектор, первый интегратор и регулируемый усилитель, сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора и с выходом первого полосового фильтра, а выход регулируемого усилителя соединен с вычитающим входом вычитателя, невычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, последовательно соединенные с выходом вычитателя синхронный детектор, включающий в себя схему фазовой автоподстройки частоты, и фазовый детектор, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, вход которой, объединен с сигнальным входом фазового детектора и является входом синхронного детектора, выходом которого является выход фазового детектора, второй интегратор, схему выборки и хранения, подключенную выходом к индикатору течи, последовательно соединенные генератор импульсов и схему задержки, вход которой объединен с управляющим входом схемы выборки и хранения, а выход схемы задержки соединен с управляющим входом интегратора, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90° к плоскости первой рамочной антенны и которая подключена к входу второго приемника.

0

5

0

5

0