Способ дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним и устройство для его реализации
Способ дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним предназначен для дистанционного контроля состояния объекта в условиях невозможности доступа к нему. Техническим результатом является обеспечение связи между изменением параметров контролируемых объектов и акустическими сигналами, позволяющими без непосредственного доступа к объектам получать необходимую информацию. Способ дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним осуществляется с помощью контроля состояния объекта и регистрации акустического сигнала, свидетельствующего об изменении состояния объекта. Определяют параметры, характеризующие внутреннее состояние объекта, выявляют факт отклонения параметров внутреннего состояния объекта от параметров, допустимых условиями эксплуатации. Далее преобразуют сигнал об отклонении параметров внутреннего состояния в акустический сигнал. А также идентифицируют пришедший акустический сигнал и определяют координаты и отклонившиеся параметры внутреннего состояния каждого объекта. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.
Заявляемое изобретение относится к способам подачи сигнала тревоги с передачей на центральную станцию сигналов, определяющих местоположение источника сигнала тревоги. Устройство и способ предназначены для дистанционного контроля состояния объекта в условиях невозможности доступа к нему, например, в долговременном хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) или радиоактивных отходов (РАО) в атомной промышленности.
В одном из вариантов для долговременного хранения ОЯТ помещают в герметичные заваренные пеналы, которые помещают в герметичные гнезда хранения в бетонном массиве хранилища. Гнезда хранения закрывают массивными герметичными защитными пробками. Доступ для контроля персонала возможен только с поверхности защитных пробок. При подобном хранении ОЯТ одной из важнейших задач обеспечения безопасности хранения является периодический, в идеале - непрерывный контроль за состоянием каждого из пеналов с ОЯТ - в первую очередь, за их внутренним давлением, неконтролируемое превышение которого может привести к разрушению системы хранения и радиоактивному загрязнению. Несмотря на действующие системы охлаждения гнезд хранения, желательным также является контроль над температурой каждого из пеналов.
Задача осложняется тем, что при долговременном хранении необходимо исключить применение электрических источников питания. При этом подвод электрических цепей к пеналам, как правило, исключен из-за конструкции пенала и не обеспечивает должный уровень пожаробезопасности и взрывобезопасности. Таким образом, детекторы, контролирующие температуру и давление, а так же способ подачи сигналов от них на центральную станцию сигналов должны иметь неэлектрический принцип действия.
В качестве прототипа заявляемого изобретения-способа выбран способ ультразвукового контроля объектов в охраняемой зоне и устройство для ультразвукового контроля, на который выдан патент РФ №2 263 969 (МПК G08B 13/184, опубл. 10.11.2005 г.).
Способ заключается в том, что излучают ультразвуковой сигнал от источника через твердотельный звукопровод, регистрируют отраженный сигнал, анализируют его, делают вывод об изменении местоположения объекта.
Способ обеспечивает высокую точность контроля присутствия или отсутствия контролируемых объектов на определенном месте. Недостатком способа можно считать то, что ультразвуковой контроль объектов заключается в контроле наличия, или отсутствия объекта. С помощью этого способа невозможно контролировать отклонение параметров состояния объекта от допустимых значений.
В качестве прототипа заявляемого изобретения-устройства выбрано устройство для ультразвукового контроля, на который выдан патент РФ №2 263 969 (МПК G08B 13/184, опубл. 10.11.2005 г.).
Устройство для ультразвукового контроля объектов содержит один или более ультразвуковых передатчиков, осуществляющих передачу ультразвукового излучения в одном или более направлениях через среду в виде твердотельного звукопровода, один или более ультразвуковых приемников отраженного излучения и блок управления и анализа зарегистрированных с выходов ультразвуковых приемников сигналов.
Данное устройство контролирует присутствие или отсутствие контролируемого объекта, а также точное определение места присутствия объекта. Недостатком устройства можно назвать невозможность контроля отклонения параметров у контролируемого объекта по той причине, что регистрируемый отраженный эхо-сигнал не несет информации об отклонении параметров объекта.
Задачей заявляемых изобретений является создание способа и устройства, расширяющих эксплуатационные возможности дистанционного контроля, повышающих информативность контроля объектов, пожаробезопасность и радиационную устойчивость.
Технический результат, благодаря которому решается поставленная задача, заключается в присвоении каждому акустическому сигналу информации о координатах и отклонении параметров, а также в применении источников и проводников акустических сигналов.
Для получения указанного технического результата в способе дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним, заключающемся в контроле состояния объекта и регистрации акустического сигнала, свидетельствующего об изменении состояния объекта, согласно изобретению, определяют параметры, характеризующие внутреннее состояние объекта, выявляют факт отклонения параметров внутреннего состояния объекта от параметров, допустимых условиями эксплуатации, преобразуют сигнал об отклонении параметров внутреннего состояния в акустический сигнал, идентифицируют пришедший акустический сигнал и определяют координаты и отклонившиеся параметры внутреннего состояния каждого объекта.
Для повышения информативности контроля объекта, возможно, идентифицируют сигнал таким образом, что проводят математическую обработку акустических сигналов индивидуально для каждого источника сигнала.
Для повышения информативности контроля объекта, возможно, идентифицируют сигнал таким образом, что проводят математическую обработку акустических сигналов совместно для всех источников сигналов с разными частотами.
Для получения указанного технического результата в устройстве дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним, содержащем один или более источников акустического сигнала, приемник акустических сигналов, блок регистрации и анализа сигналов, согласно изобретению, к каждому объекту в контрольных точках подключены детекторы параметров контролируемого объекта. Каждый из детекторов соединен со своим источником акустического сигнала с возможностью передачи акустических сигналов приемнику акустических сигналов, который соединен с блоком регистрации и анализа сигналов. При этом приемники акустических сигналов и блок регистрации и анализа находятся в зоне доступа.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости каждый источник акустического сигнала может быть соединен с приемником акустических сигналов через твердотельный звукопровод.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости каждый источник акустического сигнала может быть соединен с приемником акустических сигналов через воздух.
Для повышения информативности контроля объектов детекторы параметров объектов могут быть смонтированы на каждом объекте с внешней стороны.
Для повышения информативности контроля объектов детекторы параметров объектов могут быть смонтированы на каждом объекте с внутренней стороны.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости каждый детектор параметров контролируемого объекта может быть снабжен механическим спусковым механизмом, соединенным с источником акустического сигнала.
Для повышения информативности контроля объектов каждый детектор параметров контролируемого объекта, возможно, настроен на свой порог срабатывания.
Для повышения информативности контроля объектов детектор параметров контролируемого объекта может быть снабжен элементом, чувствительным к превышению давления выше заданной нормы.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости элемент, чувствительный к превышению давления, возможно, выполнен в виде барометра-анероида.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости элемент, чувствительный к превышению давления, может быть выполнен в виде герметичного сильфона, изменяющего свою геометрию при увеличении внутреннего давления в объекте.
Для повышения информативности контроля объектов и для пожаробезопасности и радиационной устойчивости детектор параметров контролируемого объекта может быть выполнен содержащим элемент, чувствительный к превышению температуры выше заданной нормы.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости элемент, чувствительный к превышению температуры, выполнен в виде биметаллической пластины.
Для повышения информативности контроля объектов каждый источник акустических сигналов, возможно, выполнен имеющим свой сигнал по частоте и амплитуде, не совпадающий с остальными.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости источник акустических сигналов может быть выполнен в виде механического будильника со сжатой пружиной.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости источник акустических сигналов может быть выполнен в виде анкерного механизма с высвобождаемой гирей, опускающейся под действием силы тяжести внутри объекта.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости источник акустических сигналов может быть выполнен в виде трубки с внутренним каналом для скатывания с ударениями металлического шарика, высвобождаемого спусковым механизмом.
Для пожаробезопасности и радиационной устойчивости источник акустических сигналов может быть выполнен в виде свистка, соединенного с баллоном со сжатым воздухом, открывающегося спусковым механизмом.
Для подтверждения промышленной применимости изобретения рассмотрим вариант способа дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним и устройство для его реализации.
На фиг.1 представлена схема устройства для дистанционного контроля объекта через твердотельный звукопровод без возможности доступа к нему.
На фиг.2 представлен второй вариант схемы устройства для дистанционного контроля объекта через воздух без возможности доступа к нему.
На фиг.3 представлен вариант взаимодействия детектора и источника акустических сигналов.
Как показано на фиг.1, устройство дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним состоит из объекта 1, детектора изменения давления 2, соединенного с источником акустического сигнала 3, детектора изменения температуры 4, соединенного с источником акустического сигнала 5. Детекторы давления 2 и температуры 4 являются детекторами контролируемых параметров на объекте 1. Источники акустического сигнала 5 и 3 имеют акустическую связь через звукопровод 6 с приемником акустических сигналов 7. Звукопроводом 6 может служить металлическая стенка пенала, на которой закреплен источник акустического сигнала 5. Приемник акустических сигналов 7, соединенный с блоком регистрации и анализа 9, находится в зоне доступа 10 за пределами хранилища 11, в котором размещен контролируемый объект 1, к которому доступ невозможен.
Предварительно монтируют детекторы давления 2 и температуры 4 контролируемых параметров объектов на объекте 1 с его внешней, или внутренней стороны в контрольных точках. Соединяют детектор 2 с источником акустического сигнала 3, детектор 4 с источником акустического сигнала 5, составляют базу данных принадлежности акустического сигнала каждого источника акустического сигнала 3 или 5 координатам места крепления детектора 2 или 4, заносят ее в блок регистрации и анализа 9. При отклонении температуры в контрольной точке, в которой закреплен детектор 4 за пределы разрешенного диапазона, он срабатывает, приводя в движение спусковой механизм 12 (на фиг.3) источника акустического сигнала 5. При отклонении давления за пределы разрешенного диапазона в точке крепления детектора 2 он срабатывает, приводя в движение спусковой механизм 12 (на фиг.3) источника акустического сигнала 3 или 5. Источник акустического сигнала 3 или 5, или оба сразу издают сигнал определенной частоты, на которую они изначально настроены. Сигнал передается от источника 5 или 3 по звукопроводу 6 на приемник акустических сигналов 7. Приемник 7 находится в зоне доступа 10, поэтому имеется возможность подводить к нему электричество. Приемник 7 преобразует акустические сигналы, полученные им от источника 5 или 3, или от обоих одновременно, в электрический сигнал, который он передает по электрической связи 8 на блок регистрации и анализа 9. Блок регистрации и анализа 9 обрабатывает электрический сигнал, приходящий от приемников акустических сигналов 7, если необходимо, то разделяет сложенные от нескольких источников 5 и 3 сигналы на составляющие сигналы, сопоставляет полученные сигналы с сигналами, находящимися в базе данных блока 9 и выдает информацию о координате объекта 1, на котором смонтированы сработавшие детекторы 4 или 2, и о характере отклонившегося параметра. Аналогично организуется каждый объект 1, находящийся в хранилище 11. Если одновременно несколько сигналов поступают от нескольких приемников акустических сигналов 7 на блок регистрации и анализа 9, там они регистрируются, обрабатываются, разделяются, идентифицируются по каждому из приемников 7 и по каждому из источников 5 или 3. На выходе блок 9 выдает информацию о координатах объектов 1, на которых сработали детекторы 4 или 2, и о характере отклонившихся параметров.
На фиг.2 показан второй вариант выполнения устройства дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним. На объекте 1 закреплен детектор изменения давления 2, который соединен с источником акустического сигнала 3. Детектор изменения температуры 4 соединен с источником акустического сигнала 5. Источники акустического сигнала 5 и 3 имеют акустическую связь через звукопровод 6 с приемниками акустических сигналов 7. Звукопроводом 6 служит воздух, по которому передается акустический сигнал. Приемники акустических сигналов 7, соединенные с блоком регистрации и анализа 9, находятся в зоне доступа 10 за пределами хранилища 11, в котором размещен контролируемый объект 1, к которому доступ невозможен.
При таком варианте исполнения сигналы от источников 5 или 3 по воздушному воздухопроводу 6 попадают на все приемники акустических сигналов 7, расположенных в зоне доступа 10. Приемники 7 преобразуют акустические сигналы, полученные ими от источника 5 или 3, или от обоих одновременно, в электрический сигнал, который они передают по электрической связи 8 на блок регистрации и анализа 9. Блок регистрации и анализа 9 обрабатывает электрический сигнал, приходящий от приемников акустических сигналов 7, если необходимо, то разделяет сложенные от нескольких источников 5 и 3 сигналы на составляющие сигналы, сопоставляет характеристики полученных сигналов с характеристиками, находящимися в базе данных блока 9 и выдает информацию о координате объекта 1, на котором смонтированы сработавшие детекторы 4 или 2, и о характере отклонившегося параметра.
На фиг.3 представлен пример взаимодействия одного из детекторов 2 или 4 и одного из источников акустических сигналов 3 или 5. У детектора 2 показан спусковой механизм 12, который при срабатывании детектора 2 перемещается влево, открывая шарику 13 путь для прохода внутри трубы 14. При этом на пути прохождения шарика 12 встречаются препятствия 15, ударяясь о которые, шарик 13 производит звуковой сигнал заданной частоты.
Промышленная применимость
Рассмотрение предлагаемых способа и устройства показывает, что их реализация позволяет определить, какие именно параметры вышли за пределы допустимых величин, место расположения объекта, контролируемые параметры которого вышли за пределы без использования электричества в контролируемой зоне и без возможности доступа к контролируемым объектам.
Из приведенных вариантов выполнения способа и устройства вытекает реальность их применения в промышленности.
1. Способ дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним, заключающийся в контроле состояния объекта и регистрации акустического сигнала, свидетельствующего об изменении состояния объекта,
отличающийся тем, что определяют параметры, характеризующие внутреннее состояние объекта, выявляют факт отклонения параметров внутреннего состояния объекта от параметров, допустимых условиями эксплуатации, преобразуют сигнал об отклонении параметров внутреннего состояния в акустический сигнал, идентифицируют пришедший акустический сигнал и определяют координаты и отклонившиеся параметры внутреннего состояния каждого объекта.
2. Способ дистанционного контроля объекта по п.1, отличающийся тем, что идентифицируют сигнал таким образом, что проводят математическую обработку акустических сигналов индивидуально для каждого источника сигнала.
3. Способ дистанционного контроля объекта по п.1, отличающийся тем, что идентифицируют сигнал таким образом, что проводят математическую обработку акустических сигналов совместно для всех источников сигналов с разными частотами.
4. Устройство для дистанционного контроля объектов без возможности доступа к ним, содержащее один или более источников акустического сигнала, приемник акустических сигналов, блок регистрации и анализа сигналов, отличающееся тем, что к каждому объекту в контрольных точках подключены детекторы параметров контролируемого объекта, каждый из которых соединен со своим источником акустического сигнала, имеющим свой сигнал по частоте и амплитуде, не совпадающий с остальными, с возможностью передачи акустических сигналов приемнику акустических сигналов, который соединен с блоком регистрации и анализа сигналов, при этом каждый детектор параметров контролируемого объекта настроен на свой порог срабатывания, снабжен механическим спусковым механизмом, соединенным с источником акустического сигнала, а приемники акустических сигналов и блок регистрации и анализа находятся в зоне доступа.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый источник акустического сигнала соединен с приемником акустических сигналов посредством твердотельного звукопровода.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый источник акустического сигнала соединен с приемником акустических сигналов посредством воздуха.
7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что детекторы параметров объектов смонтированы на каждом объекте с внешней стороны.
8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что детекторы параметров объектов смонтированы на каждом объекте с внутренней стороны.
9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что детектор параметров контролируемого объекта снабжен элементом, чувствительным к превышению давления выше заданной нормы.
10. Устройство дистанционного контроля объекта по п.9, отличающееся тем, что элемент, чувствительный к превышению давления, выполнен в виде барометра-анероида.
11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что элемент, чувствительный к превышению давления, выполнен в виде герметичного сильфона, изменяющего свою геометрию при увеличении внутреннего давления в объекте.
12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что детектор параметров контролируемого объекта выполнен содержащим элемент, чувствительный к превышению температуры выше заданной нормы.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что элемент, чувствительный к превышению температуры, выполнен в виде биметаллической пластины.
14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде механического будильника со сжатой пружиной.
15. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде анкерного механизма с высвобождаемой гирей, опускающейся под действием силы тяжести внутри объекта.
16. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде трубки с внутренним каналом для скатывания с ударениями металлического шарика, высвобождаемого спусковым механизмом.
17. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде свистка, соединенного с баллоном со сжатым воздухом, открывающегося спусковым механизмом.
