Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885194/28 (22) 28,11.90 (46) 15,12.92. Бюл, М 46 (71) Красноярский политехнический институт (72) А,П.Романов (56) Заявка ФРГ М 3112829, кл. G 01 М 3/24, 1983, Заявка Франции М 2504651, кл. F 17 0 5/06, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ

МЕСТА УТЕЧКИ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА (57) 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 подклю„„5U,, 1781577 А1 (я)5 G 01 М 3/18; F 17 D 5/02 чена к первому приемнику 5, включающему в себя последовательно соединенные первый полосоаой фильтр 6, амплитудный детектор 7 и индикатор 8 трассы. Второй приемник 9 включает в себя второй полосоаой фильтр 10, вход которого является входом второго приемника 9. Вычитатель 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 вычитаю щим входом. вычитателя 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

1781577

20

30

45 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, ГенераИзобретение 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 низ-. кая помехоустойчивость, особенно для подземных трубопроводов, так как все акустические помехи, возникающие вокруг трубопровода, будут воздействовать на пьезопреобразователь совместйо-с сигналом течи, а это приведет к заШумлению спектра сигналов течи помехами. Кроме того, из-за отсутствия жесткого контакта пре.образователя 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 антентор 20 импульсов последовательно соеди- . нен со схемой 21 задер>кки, 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 4. 2 ил на. ориентированная под трубопроводом таким образом, чтобы. индикатор первого приемника показывал максимальное значе- . ние, первый вход второго приемника подключен к зонду, а второй вход подключен к земле, вблизи 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 изоЬретения — увеличение точности локализации места течи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генератор гармонического колебания, подключенный одйим выводом к земле, а другим предназначенный для подключения к трубопроводу, первую рамочную антенну, соединенный с ней первый приемник, вкл ючающий в себя последовательно соединенные .первый полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор тр.ассы, 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 еычитатель, 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 фазо1781577 вой 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 антейны 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 б; амплитудный детектор 7, индикатор трассы

8 и второй приемник 9, включающий в себя поласовой 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 .1 2 и подключен к выходу полосовото фильтра 6 первого приемника 5, а выход регулируемого усилителя

14 соединен с вычитающим входом вычитателя 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. вйходом 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 управляюшим входом схемы выборки и хранения 19, а выход схемы задержки соединен с управляющим входом ийди каторз 18, вторая рамочная антенна 23, подключенная к входу второго приемника 9 и плоскость которого ориентирована под углом 90О к плоскости первой антенны 4, Работа устройства заключается в следующем.

Посредством генератора 1 в трубопроводе 3 возбуждается электромагнитная волна, 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). 8 первой антенне 4 будет наводиться

ЭДС за счет магнитного поля трубопровода.

Во второй антенне 23 будет наводиться

ЭДС за счет магнитного поля самой течи. Но

ЭМП, возбуждаемое трубопроводом, будет

20 существенно больше ЭМП, возбуждаемого 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

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

35 ..

А = т201 s 1 0 (г о1 + po + A pr201) +

+ Гт401 $1Ï (Г1>о| + Po + +Pr401

40 где r; zo1 — амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек 01 трассы трубопровода во второй антенне 23; и, — циклическая частота, возбуждаемая генератором 1; р201 — набег фазы, полученной при распространении возбуждаемой волны генератором 1 в самом трубопроводе и в среде вокруг трубопровода до точки 01

F, 401 -- амплитуда сигнала, наводимого

50 от самой течи в одной из точек 01 трассы трубопровода во второй антенне 22;

Л р 401 — набег фазы, полученный при распространении возбуждаемой генерато: ром 1 волны в жидкости трубопровода и в

55 среде вокруг течи до гочки С1.

Так как фазовые набеги Ар т201 и

Ьр, 401 определяются средой распространения ЭМП, а проводимости сред (трубопроводд и жидкость) существен но раэличн ы, 1781577

Но набеги фаз hP1î1 = ЛРт2о1. 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

faP1 «Ет1О1, таК КаК СОВМЕСТНО С НаПРЯжЕНИями Е1 и а возможно существование помех, то входные напряжения с выходов первой и второй антенн 4, 22 пр дварительно фильтруются полосовыми фильтрами 6 и

10. Отфильтрованное напряжение с выхода полосового фильтра 10 поступает на суммирующий вход схемы вычитания 11, а отфильтрованное напряжение с выхода полосового фильтра 6 поступает на вход 3 опорного сигнала фазового детектора 12 и через управляющий усилитель 14 поступает на вычитающий вход схемы вычитания 11.

На выходе вычитателя 11 формируется разностное напряжение.

Ь<< =. Бт4 Sln(Й) \ + p.4) + 0т2 Sin(В,1+

- kU» sin(o>,1+ тр»), поэтому и эти фазовые набеги будут различны, В первой антенне 4 будет возбуждаться

ЭЛ,С, обусловленная магнитным полем трубопровода, т.е.

F1 = т1О1 S1n (<+т/ о +hPr101) ГДЕ F. т1О1 — аМПЛИтУДа СИГНаЛа, наВОДИМОГО от трубопровода в одной из точек 01 трассы трубопровода в первой антенне 4:

ЛРт1о1 — набег фазы, полУченный пРи распространении возбуждаемой волны генератором 1 в самом трубопроводе и в среде вокруг трубопровода до точки 01.

Up =. Ут4 3|п(, шо 1 +

ГДЕ Ут4 — аМПЛИтУДа ОтфИЛЬтРОВаННОГО СИГнала, обусловленного течь1о; т т4 — СУММаРНаЯ НаЧаЛЬНал фаэа СИГНала, обусловленного течью;

UT2 — амплитуда отфильтровайного сиг.нала, обусловленного трубопроводом в антенне 23:

1/1т2 — СУММаРНЫй НабЕГ фаЗЫ СИГНаЛа, обусловленного трубопроводом во второй антенне 23:

U» — амплитуда отфильтрованного канала, обусловленного трубопроводом в первой антенне 4;

k — коэффициент передачи управляемого усилителя 14; ф» — суммарный набег фазы сигнала, обусловленного трубопроводом в первой антенне 4.

Как было выше показано, суммарные

НабЕГИ фаэ раВНЫ, т,Е. т/, 1-р т2, ОтСтОда сигналы, обусловленные трубопроводом в первой и второй антеннах 4,23 будут син5 фазны, Тогда посредством фазового детектора 12, интегратора 13, ретулируемого усилителя 14 совместно с вычитателем 11 проводится динамическое поддержание равенгтва амплитуд напряжений, т.е.

10 цт2 = кОт1 . (1) в результате напряжение на выходе вычитателя 11 будет представлять собой только

<5 напряжение, обусловленное течью, т,е.

Если равенство (1) не соблюдается, то на

0 выходе вычитателя 11 будет часть разностного напряжения Ор, синфззного с напряжением д1 и на выходе фазового детектора

12 будет постоянная составляющая, интегрирование которой приведет к формиро5 ванию управляющего напряжения, регулирующего коэффициент передачи усилителЯ 14, Так, если U» > От2 (пРи этом наклон регулировочной характеристики усилителя 14 должен соответствовать положительным значенияM производной д K/ä Uó, 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

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

45 где Uсд — амплитуда выделяемого напряжения течи на выходе синхронного детектора 15;

0 — дисперсия помех на выходе синхронного детектора 15;

Л f — эффективная шумовая полоса фильтра 9;

Т вЂ” время интегрирования.

При этом, отношение С/П будет зазисеть только от времени интегрирования Т при постоянных значениях остальных пара17В1 >17

1Ï

Фиг, f

Составитель А.Романов

Ре акто ВЛ бченко Гех е М.Мо гентал Ко екто И.Ш лла

A. Р Р/ Р д Р РР Р У

Заказ 4269 Ги раж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5, Произвоодственно-издэгельский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101 метров. Время интегрирования задается периодом следования импульсов генератора

20. В момент действия этого импульса производится запись накопленной величины вустройство выборки хранения (УВХ) 19, а 5 передача ее на индикатор 20. После записи, через время задержки, задав*емого схемой задержки 22 производится сброс напряжения на выходе интегратора в ноль. При перемещении антенн 4, 23 из точки 10 поверхности 01 вдоль трассы трубопровода. к точке 02 места течи, индикатором 20 будет отслеживаться рост напряжения до максимальной величины. Появление макси- . мума напряжения будет соответствовать ро- 15 сту течи в трубопроводе, По сравнению с прототипом, в предла-. гаемом решении посредством введения последовательно соединенных вычитэющего устройства 11, фазового детектора 12, ин- 20 тегратора 13, регулируемого усилителя 14 производится автоматическая компенсация проникающего более мощного электромагнитного поля от самого трубопровода во вторую антенну 23, за счет чего увелйчива- 25 ется относитетьный уровень ЭДС, наводимой от самой ечи во второй антенне.

Формула изобретения

Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода,.содержащее 30 генератор тармонического колебания, подключенный одним вы водом к земле, а другим предназначенный для подключения к трубопровод, первую рамочную антенну, соединенны с ней первый приемник, 35 включающий в себя последовательно соединенные пеовый полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор Tp;Iccbl, второй приемник, включающий в себя второй полосовой фильтр, вход которого является входом второго приемника, и индикатор течи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целыю 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 интеграто ), схему выборки и хранения, подключенную выходом к индикатору течи, последовательно соединеннйе геенератор импульсов и схему задержки, вход которой обьединен 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.