Устройство для определения течи в трубопроводах Советский патент 1992 года по МПК G01M3/24 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и может быть использовано при определении координат течей в трубопроводах в процессе их эксплуатации по вибрационным сигналам гидравлических ударов, которые генерируются в трубопроводе вытекающей под давлением жидкостью или газом.

Известен течеискатель, который основан на выделении фазовых характеристик вибрационных сигналов, т.е. на использовании свойств взаимокорреляционных функций вибрационных сигналов, содержащий два канала, два преобразователя, переключатель, блок регулируемой задержки, блок умножения, блок интегрирования, индикатор.

Это устройство имеет недостаточную достоверность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство для определения течи в трубопроводах, содержащее первый и второй каналы, каждый из которых включает последовательно сое- диненныедатчики вибраций, предварительный усилитель и полосно-пропускающий фильтр, первый многоразрядный аналого- цифровой преобразователь, микропроцессорный контроллер, первый вход которого соединен с выходом последнего, блок клавиатуры, соединенный со втор ым входом микропроцессорного контролера и соединенный с первым выходом последнего, блок индикации.

Этому изобретению присущи недостатки: большие дисперсии для вычисления кор- реляционных функций зашумленных сигналов; существует влияние ложного источника течи; используются выборки исход- ных сигналов небольшого объема; возможны разрывы и всплески в корреляционной функции в момент изменения знака ее аргумента.

Цель изобретения - повышение досто- верности определения координат течи.

Указанная цель достигается тем, что каждый из каналов дополнительно включает последовательно соединенные с выходом полосно-пропускающего фильтра цифроуправляемое сопротивление, преобразователь с фильтром нижних частот и блок выборки и хранения и регистр, вход которого соединен с соответствующим вторым выходом микропроцессорного конт- ролпера, а выход - со вторым входом цифроуправляемого сопротивления этого хе капала, первый вход первого многоразрядного аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом блока выборки

хранения первого канала, устройство снабжено вторым аналого-цифровым преобразователем, первый вход которого соединен с выходом блока выборки и хранения второго канала, синхронизатором, вход которого соединен со вторым выходом микропроцессорного контроллера, а выход - с управляющими входами блоков выборки и хранения и аналого-цифровых преобразователей, оперативным запоминающим блоком прямого доступа, вход которого соединен с третьим выходом микропроцессорного контроллера, и многоразрядным цифровым коррелятором, информационный вход которого соединен с выходом оперативного запоминающего блока, а второй вход - с четвертым выходом микропроцессорного контролера.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства течи в трубопроводах.

Устройство содержит датчики 1, предварительные усилители 2, полосно-пропуска- ющие фильтры 3,цифроуправляемые сопротивления (ЦУС) 4, регистры 5, преобразователь с фильтром нижних частот (ПФНЧ) 6, устройства выборки-хранения (УВХ)7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, синхронизатор 9, микропроцессорный контроллер 10, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) прямого доступа 11, многоразрядный цифровой коррелятор 12, блок клавиатуры 13, блок инди-отора 14.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливаемые на обз конца диагностируемой трубы датчики преобразуют в электрические сигналы вибрации стенок трубы, которые (вибраьии) создаются выте- каемой под давпенгем водой (средой) из искомого отверстия в трубе Эти вибрации распространяются вдоль трубы со скоростью, которая зависит от геометрических и физических параметров стенок трубы, а также от физических параметров воды (среды)

Сигналы с выхода датчиков 1 поступают на входы предварительных усилителей 2, где усиливаются и усиленные поступают на полосно-пропускающие фильтры 3 В этих фильтрах сигналы отфильтровываются от низкочастотных и высокочастотных электромагнитных акустических помех.

Отфильтрованные сигналы поступают на вход ЦУС 4, которое преобразуют напряжение в ток, величина которого пропорциональна коду, установленному на цифровом регистре 5 с помощью микропроцессорного контроллзра с целью автоматического регулирования усиления Э гот ток преобразуется в напряжение с помощью ПФНЧ6, причем величина выходного напряжения

ПФНЧ 6 определяется согласно выражению:

iWPH-m- l + PfR)R - «2.

(I +PCiRi)(l + PC2R2)R где С С+ + Сг;

R Ri R2 Нз

RiR2 +RiR3 + R3R2

т.е. ПФНЧ кроме преобразования входного тока, равного выходному току ЦУС4, и отфильтровывают свой выходной сигнал от высокочастотных импульсных помех, через цепи(ключи)управления ЦУС4 от буферного регистра 5.

Схема ПФНЧ (фиг.2) позволяет использовать в качестве ЦУС4 интегральные умножающие ЦАП Р-2Р, например, типа 572ПА1, при обеспечении большого коэффициента преобразования (усиления) (до 50-100) за счет выбора малой величины резистора Ra.

В интегральных умножающих ЦАП величина резистора R2 (этот резистор следует из микросхемы, имеет большой абсолютный разброс, но согласован с высокой точностью с остальными токозадающими резисторами сетки R-2R микросхемы ЦАЛ.

Выходные сигналы с ПНФЧ 6 поступают на сигнальные входы на сигнальные вхо- ды УВХ7. На управляющие входы обоих УВХ поступают одновременно синхроимпульсы с выхода синхронизатора 9. Эти импульсы переводят синхронно оба УВХ в режим хранения.

Поэтому несмотря на разные времени работы обоих АЦП 3, их выходные коды соответствуют одинаковым временным моментам отсчетов. Т.о. введение УВХ позволило практически устранить фазовый разбаланс каналов из-за разности времен работы АЦП с выхода АЦП 8 цифровые коды поступают на входы микропроцессорного контроллера 10, выполняющего следующие операции.

1.Сначала происходит запись в МПК, сигналов с АЦП 8, с помощью этих сигналов МПК10 вырабатывает коды для регистров 5 по одному из известных алгоритмов цифрового ПРУ. После определения требуемых ко- эффициентов усиления для блока ЦУС 4 эти коэффициенты фиксируются в регистрах 5.

2.После установки коэффициентов усиления производится запись в собственное ОЗУ МПК (через общую шину) выборки сиг- нала для каждого канала на постоянных кодах на резистор 5. При этом объем выборки определяется в. МПКю с учетом длины трубы

и скорости распространений гидравлического удара, задаваемых с помощью блока

клавиатуры 13, а также частоты запуска АЦП, устанавливаемый МПК с помощью синхронизатора 9.

3.После окончания записи выборок сигналов происходит перезапись выборок сигналов из собственного ОЗУ МПК в ОЗУ прямого доступа 11.

4.После окончания записи выборок сигналов в ОЗУ прямого доступа 11. коррелятор 12 начинает вычисление корреляционных интервалов для каждого временного сдвига опорной выборки, в качестве которой берется часть выборки одного из сигналов относительно сигнала второго канала. После вычисления каждого корреляционного интеграла происходит запись его цифрового значения в МПК 10 - собственное ОЗУ МПК.

5.Во время совместной работы коррелятора 12 и ОЗУ прямого доступа 11, МПК 10 производит уточнение коэффициентов АРУ, запись очередной выборки в собственное ОЗУ МПК, формирование сигналов для индикатора 14. опрос выходов коррелятора 12, усреднение корреляционных функций (набора значений корреляционных интегралов для ряда временных сдвигов) по нескольким предыдущим вычисленным наборам функций.

При этом зз счет прямого обращения коррелятора 12 к ОЗУ прямого доступа 11 (то есть не через общую шину МПК) увеличивается общая производительность всего ус- тройстзз, поскольку это дает возможность применения быстрых цифровых корреляторов, а также организация принципа совмещения операции, т.е. повышается достоверность определения координат течи.

Формула изобретения Устройство для определения течи в трубопроводах, содержащее первый и второй каналы, каждый из которых включает последовательно соединенные датчик вибраций, предварительный усилитель и полосно-про- пускающий фильтр, первый многоразрядный аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорный контроллер, первый вход которого соединен с выходом последнего, блок клавиатуры, соединенный с вторым входом микропроцессорного контроллера, и соединенный с первым выходом последнего блок индикации, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности, каждый из каналов дополнительно включает последовательно соединенные с выходом полосно-пролускающег о фильтра цифроуправляемое сопротивление, преобразователь с фильтром нижних частот и блок выборки и хранения и регистр,

вход которого соединен с соответствующим вторым выходом микропроцессорного контроллера, а выход - с вторым входом цифро- управляемого сопротивления этого же канала, первый вход первого многоразрядного аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом блока выборки хранения первого канала, устройство снабжено вторым аналого-цифровым преобразователем, первый вход которого соединен с выходом блока выборги и хранения второго канала, синхронизатором, вход которого со0

единен с вторым выходом микропроцессорного контроллера, а выход - с управляющими входами блоков выборки и хранения и аналого-цифровых преобразователей, оперативным запоминающим блоком прямого доступа, вход которого соединен с третьим выходом микропроцессорного контроллера, и многоразрядным цифровым коррелятором, информационный вход которого соединен с выходом оперативного запоминающего блока, а второй вход - с четвертым выходом микропроцессорного контроллера.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения координат течей в трубопроводах в процессе их эксплуатации по вибрационным сигналам гидравлических ударов, которые генерируются в трубопроводе вытекающей под давлением жидкости или газом. Устройство содержит датчики предварительные усилители 2, полосно-пропускающие фильтры 3, цифроуправляемые сопротивления 4, регистры 5, преобразователи с фильтром низких частот б, устройства выборки-хранения 7, аналого-цифровые преобразователи 8, синхронизатор 9, микропроцессорный контроллер 10,оперативное запоминающее устройство прямого доступа 11, многоразрядный цифровой коррелятор 12, клавиатуру 13, блок индикатора 14. 2 ил. сл

ВыхоЗ

&

фа2.2