СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ТЕЧИ Советский патент 1995 года по МПК G01M3/24 

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано для контроля герметичности трубопроводов контура ЯР, в частности для контроля целостности технологических каналов реактора РБМК.

Целью изобретения является повышение точности определения местоположения течи в трубопроводе.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что дополнительно определяют среднюю длительность переднего фронта акустических импульсов с акустического датчика, размещенного на краю контролируемого участка трубопровода.

Фазовая скорость соответствует скорости распределения начала импульса, групповая скорость - скорости распространения вершины импульса, причем групповая скорость акустического сигнала меньше фазовой скорости, поэтому чем больше расстояние от течи до датчика, тем больше разница между временем прихода начала импульса и вершины этого импульса от течи к датчику, т.е. больше длительность переднего фронта. Экспериментально была обнаружена линейная зависимость длительности переднего фронта акустического импульса от расстояния между течью и акустическим датчиком.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы поясняющие выполняемые операции обработки информации диаграммы, поясняющие выполняемые операции обработки информации с акустического датчика для случая, когда дефект в трубопроводе находится в непосредственной близости от акустического датчика при l₁=0 (фиг. 2) и для случая, когда дефект находится на расстоянии l₂=5 м (фиг. 3).

Устройство содержит акустический датчик 1, расположенный на краю контролируемого участка трубопровода l контура ЯР, соединенный с измерителем 2 огибающей акустического импульсного сигнала 2, выход котоpого соединен с входом измерителя 3 частоты импульсов и входом дифференцирующего устройства 4, выход которого через измеритель 5 среднего тока соединен с первым входом делителя 6, второй вход которого соединен с выходом измерителя 3 частоты импульсов, выход делителя 6 соединен с индикатором 7 места течи.

Способ реализуется следующим образом.

С выхода акустического датчика 1, расположенного на краю контролируемого участка трубопровода измеряют акустический сигнал, возникающий при появлении течи теплоносителя и представляющий собой поток импульсов с крытым передним фронтом. Для примера на фиг. 1 показаны два случая утечки теплоносителя: точка А в непосредственной близости от акустического датчика, когда расстояние между датчиком и дефектом l₁=0 и точка Б на расстоянии l₂= 5 от места течи. Экспериментально было обнаружено, что форма переднего фронта акустического импульса меняется с изменением расстояния между датчиком и дефектом, причем, чем меньше расстояние, тем круче фронт. Из теории акустики известно, что скорость прохождения акустического сигнала синусоидальной формы в среде характеризуют фазовой скоростью. Для нашего примера (для металлических трубопроводов) эта фазовая скорость равна около 5000 м/с. В случае передачи импульсных акустических сигналов, которые имеют широкий спектр частот, скорость распространения характеризуется также групповой скоростью, которая определяется из выражения
c_гp= c- λ (dc/d λ ), где с_гp - групповая скорость распространения акустических импульсов;
с - фазовая скорость;
λ- длина волны.

Как видно из этого выражения, групповая скорость меньше фазовой скорости. Часть энергии импульса распространяется со скоростью близкой к фазовой, т.е. начало переднего фронта импульса распространяется с фазовой скоростью, остальная энергия импульса передается со скоростью меньшей фазовой. Групповая скорость акустического импульса соответствует скорости распространения вершины импульса. А поскольку с увеличением расстояния длительность переднего фронта t_пр будет увеличиваться, то по величине длительности переднего фронта акустического импульса можно определить расстояние до места течи как
l = t. (1)
Так как групповая c_гp и фазовая с скорости для конкретного трубопровода величины известные, то выражение можно обозначить через постоянный коэффициент K , тогда l=t_пр К, а измеренная величина t_пр с учетом коэффициента К градуируется непосредственно в метрах, соответствующих расстоянию между акустическим датчиком и дефектом в трубопроводе.

Учитывая, что импульсные акустические сигналы, принимаемые акустическим датчиком, имеют разброс по амплитуде, а также положения фоновых акустических сигналов, определение расстояния от точки контроля до места течи осуществляется не по одному отдельно взятому импульсу, а по среднему значению длительности передних фронтов импульсов, поступающих с акустического датчика в процессе измерений.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие выполняемые операции обработки информации с акустического датчика для случая, когда дефект находится в непосредственной близости от акустического датчика (l₁ ≈ 0), и на фиг. 3 - то же для случая, когда дефект находится на некотором расстоянии от него (l₂=5 м). Акустический сигнал, принятый акустическим датчиком, преобразуется в электрический импульс. Акустические датчики имеют резонансную частоту, обусловленную их конструктивными особенностями, поэтому электрический импульс с датчика промодулирован высокой частотой, равной резонансной частоте датчика. Из модулированного электрического импульса измерителем огибающей (2) выделяется огибающая, которая соответствует форме реального акустического импульса.

Экспериментально была измерена средняя длительность импульса на уровне полувысоты. Она равна единицам миллисекунд. Резонансная частота акустического датчика равна около 250 кГц, т.е. за один акустический импульс укладывается более 250 колебаний (на фиг. 2 и 3 число колебаний для удобства восприятия существенно ниже). В результате выделения огибающей сигнала с датчика и последующего дифференцирования дифференцирующим устройством 4 формируются прямоугольные импульсы постоянной амплитуды с длительностью, равной длительности положительной части результата дифференцирования. Длительность этих импульсов и определяет расстояние от акустического датчика места течи теплоносителя в трубопроводе. Для исключения возможных погрешностей в определении местоположения течи измерения ведут не по одному импульсу, а по среднему значению всех импульсов, пришедших за время измерения. Для этого частоту сформированных прямоугольных импульсов преобразуют преобразователем 4 частоты в ток, в значение тока, который пропорционален средней длительности этих импульсов:
I_ср = K₁ = K₂t_пср, а расстояние от акустического датчика до места течи определяется выражением
l=K₃l_cp. где К₁, К₂ и К₃ - постоянные коэффициенты;
l_а - амплитуда тока импульса, сформированная после операции дифференцирования;
t_i - длительность i-го импульса;
n - число импульсов;
t_n - время измерения.

Измерение интенсивности импульсов осуществляется интенсиметром 3, а деление на эту величину осуществляет делитель 6.

В связи с тем, что выходная информация представлена в виде тока, в качестве индикатора 7 может быть использован любой стрелочный прибор, отградуированный в метрах, соответствующих расстоянию между акустическим датчиком и местом дефекта (течи теплоносителя).

В процессе экспериментов были измерены фазовая скорость (5000 м/с) и групповая скорость (2000 м/с) акустического сигнала в трубопроводах l контурах ЯР. При расположении акустического датчика на расстоянии 5 м от течи (фиг. 3) средняя длительность переднего фронта акустического импульса составила 1,5 м. Эти значения полностью соответствуют величине l₂=5м, если подставить измеренные величины в формулу (1).

Предлагаемое техническое решение обеспечивает определение местоположения течи теплоносителя в трубопроводе l контура ЯР с помощью одного стационарно установленного акустического датчика. Это позволило осуществлять контроль таких частей l контура, которые раньше не контролировались из-за отсутствия возможности установки не менее двух стационарных акустических датчиков на краях контролируемого участка трубопровода или установки одного перемещаемого по трубопроводу акустического датчика.

Изобретение направлено на повышение ядерной безопасности ЯР.

Использование: для контроля герметичности трубопроводов 1 контура ядерного реактора, в частности при контроле целостности технологических каналов реактора РБМК. Сущность изобретения: регистрируют импульсы акустического сигнала, возникающие от протечки теплоносителя, выделяют огибающую этих импульсов. Регистрацию импульсов проводят на краю контролируемого участка трубопровода. Определяют среднюю длительность переднего фронта огибающей импульсов, а местоположение течи определяют по соотношению l= t_пф.ср·K , где l - расстояние от места регистрации импульсов до места течи; τ_пф.ср - средняя длительность переднего фронта огибающей импульсов акустического сигнала; К - постоянный коэффициент для данного трубопровода. 3 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ТЕЧИ, заключающийся в том, что регистрируют импульсы акустического сигнала, возникающего при протечке, и измеряют параметры огибающей этих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения местоположения течи в трубопроводах, регистрацию импульсов осуществляют на краю контролируемого участка трубопровода, в качестве измеряемого параметра огибающей импульсов используют среднюю длительность переднего фронта огибающей импульсов, а местоположение течи определяют по отношению
l = t_пф.ср·K,
где l - расстояние от места регистрации импульсов до места течи;
t_пф.ср. - средняя длительность переднего фронта огибающей импульсов акустического сигнала;
К - постоянный коэффициент для данного трубопровода,

c - фазовая скорость акустического сигнала;
c_гр - групповая скорость акустического сигнала.