Способ определения трасс прокладки подводных трубопроводов и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к электромагнитным геофизическим исследованиям и могут быть использованы для определения трасс прокладки подводных трубопроводов. Технический результат: возможность автоматического определения трассы прокладки подводного трубопровода. Сущность: устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 периодического напряжения, дипольный излучатель 2, приемные рамки 3 и 4, усилители-регистраторы 5 и 13, корреляторы 7 и 15, перемножители 8 и 16, фильтры 9 и 17 нижних частот, экстремальный регулятор 10, блоки 11 и 19 регулируемой задержки, индикатор 12 глубины прокладки подводного трубопровода, усилитель 18 и указатель 20 угла. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемый способ и устройство относятся к электромагнитным геофизическим исследованиям и могут быть использованы для определения трасс прокладки подводных трубопроводов.

Известны способы и устройства определения трасс прокладки подземных и подводных коммуникаций (авт. свид. СССР №№1.100.603, 1.151.900, 1.247.805, 1.300.396, 1.420.574, 1.553.933, 1.721.566; патенты РФ №№2.100.827, 2.105.330, 2.163.025, 2.194.292, 2.234.112, 2.386.152; патент Японии №57-17.273; Петровский А.Д. Радиоволновые методы в подземной геофизике. М. 1971 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ определения трасс прокладки подводных трубопроводов и устройство для его осуществления» (патент РФ №2.386.152, G01V 3/12, 2008), которые и выбраны в качестве прототипов.

В соответствии с известным способом возбуждают электромагнитное поле дипольным источником излучения. Зондирующий сигнал пропускают через блок регулируемой задержки, перемножают с отраженным сигналом, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное взаимной корреляционной функции, поддерживаемой на максимальном значении путем установки, вводимой блоком регулируемой задержки, определяют глубину прокладки подводного трубопровода и визуально ее наблюдают.

Измеряют отраженный сигнал в двух симметрично расположенных точках двумя приемными устройствами, ориентируя оси чувствительности приемных рамок горизонтально составляющей магнитного поля параллельно направлению движения поисковой установки. По величине и направлению сдвига максимума аномального сигнала в одной рамке по отношению к максимуму в другой определяют трассу прокладки подводного трубопровода (фиг.3).

Для осуществления способа предложено устройство, содержащее генератор периодического напряжения с дипольным излучателем электромагнитного поля, усилитель-регистратор с двумя приемными рамками, разнесенными в горизонтальной плоскости, блок регулируемой задержки, перемножитель, фильтр нижних частот, экстремальный регулятор и индикатор глубины прокладки подводного трубопровода.

Известные способ и устройство обеспечивают автоматическое определение глубины прокладки подводного трубопровода, но не позволяют автоматически определять трассу прокладки подводного трубопровода.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства путем автоматического определения трассы прокладки подводного трубопровода.

Поставленная задача решается тем, что способ определения трасс прокладки подводных трубопроводов, состоящий, в соответствии с ближайшим аналогом, в возбуждении электромагнитного поля дипольным источником излучения, измерении отраженного от подводного трубопровода сигнала в двух точках двумя приемными рамками, при этом точки измерений располагают симметрично, а оси чувствительности приемных рамок горизонтальной составляющей магнитного поля ориентируют параллельно направлению движения поисковой установки, и по величине и направлению сдвига максимума аномального сигнала в одной рамке по отношению к максимуму в другой определяют трассу прокладки подводного трубопровода, зондирующий сигнал пропускают через первый блок регулируемой задержки, перемножают с отраженным сигналом, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное взаимной корреляционной функции R(τ), поддерживают ее на максимальном значении путем установки, вводимой первым блоком регулируемой задержки τ, равной:

,

где τ_з1 - время запаздывания отраженного сигнала относительно зондирующего,

h - глубина прокладки подводного трубопровода,

с - скорость распространения радиоволн,

определяют глубину h прокладки подводного трубопровода и визуально ее наблюдают, отличается от ближайшего аналога тем, что отраженный от подводного трубопровода сигнал, принимаемый первой приемной рамкой, пропускают через второй блок регулируемой задержки, отраженный сигнал, принимаемый второй приемной рамкой, дифференцируют по времени, перемножают его с отраженным сигналом, пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной взаимной корреляционной функции dR(τ)/dT, поддерживают ее на нулевом значении путем установки, вводимой вторым блоком регулируемой задержки τ, равной:

cosα=с·τ_з2/L,

где τ_з2 - время запаздывания отраженного сигнала, принимаемого второй приемной рамкой, относительно отраженного сигнала, принимаемого первой приемной рамкой,

L - расстояние между приемными рамками,

α - угловая координата между направлением прокладки подводного трубопровода и прямой, соединяющей приемные рамки, определяют угловую координату между направлением прокладки подводного трубопровода и прямой, соединяющей приемные рамки,

α=arccos(с·τ_з2/L)

и визуально ее наблюдают.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения трасс прокладки подводных трубопроводов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, генератор периодического напряжения с дипольным излучателем электромагнитного поля, вторую приемную рамку и последовательно включенные первую приемную рамку, первый усилитель-регистратор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока регулируемой задержки, первый фильтр нижних частот, экстремальный регулятор, первый блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом генератора периодического напряжения, и индикатор глубины прокладки подводного трубопровода, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено вторым усилителем-регистратором, дифференциатором, вторым перемножителем, вторым фильтром нижних частот, вторым блоком регулируемой задержки, усилителем и указателем угла, причем к выходу второй приемной рамки последовательно подключены второй усилитель-регистратор, дифференциатор, второй перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока регулируемой задержки, второй фильтр нижних частот, усилитель, второй блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя-регистратора, и указатель угла.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Вид взаимной корреляционной функции R(τ) и ее производной dR(τ)/dτ показан на фиг.2. Графики зависимостей наводимых в приемных рамках ЭДС ℓ₃, ℓ₄ от расстояния между дипольным излучателем и трубопроводом по горизонтальной прямой, параллельной движению устройства, изображены на фиг.3.

Устройство содержит генератор периодического напряжения 1 с дипольным излучателем электромагнитного поля 2 и две приемные рамки 3 и 4, разнесенные в горизонтальной плоскости на расстоянии L. При этом к первой приемной рамке 3 последовательно подключены первый усилитель-регистратор 5, первый перемножитель 8, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока 11 регулируемой задержки, первый фильтр нижних частот 9, экстремальный регулятор 10, первый блок 11 регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 периодического напряжения, и индикатор глубины прокладки 12 подводного трубопровода. Ко второй приемной рамке 4 последовательно подключены второй усилитель-регистратор 13, дифференциатор 14, второй перемножитель 16, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока 19 регулируемой задержки, второй фильтр 15 нижних частот, усилитель 18, второй блок 19 регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя-регистратора 5, и указатель 20 угла.

Перемножитель 8, фильтр 9 нижних частот, экстремальный регулятор 10 и блок 11 регулируемой задержки образуют первый коррелятор 7.

Перемножитель 16, фильтр 15 нижних частот, усилитель 18 и блок 19 регулируемой задержки образуют второй коррелятор 17.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Генератором 1 периодического напряжения формируется электромагнитное поле, которое излучается дипольным излучателем 2. В качестве дипольного излучателя 2 используется, например, контактный электрический диполь, момент тока которого сориентирован перпендикулярно к направлению движения поисковой установки. Направление движения поисковой установки указано стрелкой.

Как известно, вторичное электромагнитное поле подводного трубопровода 6 характеризуется наличием азимутальной составляющей вектора напряженности магнитного поля. Максимум ЭДС, наводимой этой составляющей при выбранной ориентации осей чувствительности приемных рамок 3 и 4, соответствует моменту нахождения рамки точно над трубопроводом 6.

В случае расположения трубопровода 6 перпендикулярно к направлению движения поисковой установки, максимумы ЭДС в каждой из приемных рамок 3 и 4 появляются одновременно, т.е. сдвиг между ними (а) будет равен нулю (фиг.3, а).

Графики на фиг.3, б соответствуют случаю, когда во время движения поисковой установки первой над трубопроводом проходит первая приемная рамка 3. В этом случае, a≠0 (условно принимают, что а>0).

Графики на фиг.3, в иллюстрируют случай, когда первой во времени над трубопроводом проходит вторая приемная рамка 4. Для этого случая а≠0 (а<0).

Зондирующий сигнал

,

где U_c, w_e, φ_с, Т_п - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и период повторения импульсного сигнала,

с выхода генератора 1 периодического напряжения поступает на первый вход первого блока 11 регулируемой задержки, на выходе которого образуется сигнал

,

где τ - переменная временная задержка блока 11 регулируемой задержки.

Этот сигнал поступает на первый вход перемножителя 8, на второй вход которого подается отраженный сигнал с выхода усилителя-регистратора 5:

,

где τ_з1=2h/с - время запаздывания отраженного сигнала относительно зондирующего;

h - глубина прокладки подводного трубопровода;

c - скорость распространения радиоволн.

Полученное на выходе перемножителя 8 напряжение пропускается через фильтр 9 нижних частот, на выходе которого формируется корреляционная функция R(τ). Экстремальный регулятор 10, предназначенный для поддержания максимального значения корреляционной функции R(τ) и подключенный к выходу фильтра 9 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 11 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку τ равной τ_з1 (τ-τ_з1), что соответствует максимальному значению корреляционной функции R(τ).

Шкала блока 11 регулируемой задержки связана с индикатором 12, который позволяет регистрировать измеренное значение глубины прокладки подводного трубопровода:

h=с·τ_з1/2

Отраженные сигналы:

u₂(t-τ_з1)=U₂·cos[w_c(t·τ_з1)+φ₂],

u₃(t-τ_з2)=U₃·cos[w_c(t·τ_з2)+φ₃], 0≤t≤Т_п

выделяются усилителями-регистраторами 5 и 13. Отраженный сигнал u₂(t-τ_з1) через блок 19 регулируемой задержки поступает на первый вход перемножителя 16. Отраженный сигнал u₃(t-τ_з2) через дифференциатор 14 поступает на второй вход перемножителя 16. Полученное на выходе перемножителя 16 напряжение пропускается через фильтр 15 нижних частот, на выходе которого формируется производная корреляционной функции dR(τ)/dτ. Усилитель 18, предназначенный для поддержания нулевого значения производной корреляционной функции и подключенный к выходу фильтра 15 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 19 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку τ равной τ_з2 (τ=τ_з2), что соответствует нулевому значению производной корреляционной функции dR(τ)/dτ.

Шкала блока 19 регулируемой задержки связана с указателем угла 20, который градуируется непосредственно в значениях угловой координаты между направлением прокладки подводного трубопровода и прямой, соединяющей приемные рамки 3 и 4

α=arccos (с·τ_з2/L).

Измеренные значения h и а визуально наблюдают по соответствующим приборам.

Достоинством предлагаемых технических решений является отсутствие необходимости, во-первых, в остановках поисковой установки, а во-вторых, в изменении во времени ориентации приемных рамок при определении трассы прокладки подводного трубопровода, что особенно важно при проведении морских электроразведочных работ (особенно глубинных). Технические решения особенно эффективны, если минимальные расстояния между приемными рамками и трубопроводом не превышают 10-12 м, а угол между осью трубопровода и прямой, проходящей через центры приемных рамок, лежит в пределах (+75°)-(-75°).

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают автоматическое определение трассы прокладки подводного трубопровода.

Для точного автоматического определения трассы прокладки подводного трубопровода необходимо возможно точнее определить значение регулируемого запаздывания τ_з, соответствующее максимуму корреляционной функции. Однако в области максимума корреляционная функция R(τ) имеет очень малую крутизну и изменяется незначительно при изменениях τ (фиг.2).

Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производной от корреляционной функции dR(τ)/dτ. В точке τ=0 производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.

Следовательно, отыскание максимума корреляционной функции R(τ) (максимальный принцип - экстремальная задача) заменяется минимальным принципом измерения - стабилизацией нулевого значения производной корреляционной функции dR(τ)/dτ, что позволяет значительно повысить точность и чувствительность измерителя. Метод определения трассы прокладки подводных трубопроводов по минимуму производной корреляционной функции (прохождению через нуль), наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладает еще одним весьма существенным преимуществом нулевого метода, а именно: амплитуда входных сигналов и ее флуктуации не оказывают влияния на результат измерения.

Продифференцировав один из входных сигналов, получим на выходе коррелятора 15 знакопеременный сигнал с большой крутизной в области максимума корреляционной функции, который может быть использован для автоматического управления блоком 19 регулируемой задержки. Преимуществом такой схемы является относительная простота получения нужного сигнала рассогласования.

Тем самым функциональные возможности способа и устройства расширены.

1. Способ определения трасс прокладки подводных трубопроводов, состоящий в возбуждении электромагнитного поля дипольным источником излучения, измерении отраженного от подводного трубопровода сигнала в двух точках двумя приемными рамками, при этом точки измерения располагают симметрично, а оси чувствительности приемных рамок горизонтальной составляющей магнитного поля ориентируют параллельно направлению движения поисковой установки, и по величине и направлению сдвига максимума аномального сигнала в одной рамке по отношению к максимуму в другой определяют трассу прокладки подводного трубопровода, зондирующий сигнал пропускают через первый блок регулируемой задержки, перемножают с отраженным сигналом, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное взаимной корреляционной функции R(τ), поддерживают ее на максимальном значении путем установки, вводимой первым блоком регулируемой задержки τ, равной:
τ_з1=2h/c,
где τ_з1 - время запаздывания отраженного сигнала относительно зондирующего,
h - глубина прокладки подводного трубопровода,
с - скорость распространения радиоволн,
определяют глубину h прокладки подводного трубопровода и визуально ее наблюдают, отличающийся тем, что отраженный от подводного трубопровода сигнал, принимаемый первой приемной рамкой, пропускают через второй блок регулируемой задержки, отраженный сигнал, принимаемый второй приемной рамкой, дифференцируют по времени, перемножают его с отраженным сигналом, пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотной напряжение, пропорциональное производной взаимной корреляционной функции dR(τ)/dτ, поддерживают ее на нулевом значении путем установки, вводимой вторым блоком регулируемой задержки τ, равной:
cos α=с·τ_з2/L,
где τ_з2 - время запаздывания отраженного сигнала, принимаемого второй приемной рамкой, относительно отраженного сигнала, принимаемого первой приемной рамкой,
L - расстояние между приемными рамками,
α - угловая координата между направлением прокладки подводного трубопровода и прямой, соединяющей приемные рамки, определяют угловую координату между направлением прокладки подводного трубопровода и прямой, соединяющей приемные рамки,
α=arccos(с·τ_з2/L)
и визуально ее наблюдают.

2. Устройство для определения трасс прокладки подводных трубопроводов, содержащее генератор периодического напряжения с дипольным излучателем электромагнитного поля, вторую приемную рамку и последовательно включенные первую приемную рамку, первый усилитель-регистратор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока регулируемой задержки, первый фильтр нижних частот, экстремальный регулятор, первый блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом генератора периодического напряжения, и индикатор глубины прокладки подводного трубопровода, отличающееся тем, что оно снабжено вторым усилителем-регистратором, дифференциатором, вторым перемножителем, вторым фильтром нижних частот, вторым блоком регулируемой задержки, усилителем и указателем угла, причем к выходу второй приемной рамки последовательно подключены второй усилитель-регистратор, дифференциатор, второй перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока регулируемой задержки, второй фильтр нижних частот, усилитель, второй блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя-регистратора, и указатель угла.