Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК742 5 601 В 15/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ едовательтут цветных,В.Елшаня Водоотдеангл, Поделефункен,ОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСУЩЕСТВЛЕНИЯ . относится к контрольноехнике и может быть ис(54) СПОСОБ К ДЛИННОМЕРНО СТВО ДЛЯ ЕГО О (57) Изобретение измерительной т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(71) Центральный научно-исслский геологоразведочный инстии благородных металлов(56) Система контроля положениляющей буровой колонны, Немборка фирм. материалов. АЕГ - ТФРГ, 1980,пользовано для контроля параметров длин- номерных объектов и протяженных участков в различных средах, Цель иэобретения - повышение точности контроля - достигается эа счет использования многомодового канала передачи волновой энергии в виде волновода, одна иэ мод которого используется в качестве опорно-информативной, при этом выделяют из укаэанных мод наиболее информативные, по контролируемым Физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из этих мод. Для осуществления указанных операций используется устройство, в состав которого входят источник 1 модулироввнной волновой энергии, первый пространственный фильтр 4, волновод 5, второй пространственный Фильтр 6 и демодулятор 7. 2 с, и 2 э.п, ф-лы, 8 ил.10 15 20 35 40 45 50 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике широкого классафизических величин и может быть использовано для контроля параметров длинномерных объектовк которым относятся длинные(до десятков километров и более) вертикальные и горизонтальные трубопроводы, гибкие шланги, тросы, силовые иинформационные кабели, спускаемые надно моря или в подземные шахты, и такдалее и, кроме того, для контроля состоянияпротяженных участков в различных средах,Цель изобретения - повышение точности контроля и расширение диапазона данных о состоянии обьекта за счетиспользования многомодового канала передачи волновой энергии, одна из мод которого используется в качествеопорно-информативной.На фиг,1 и 2 представлены соответственно конструкция валновода круглого сечения и конструкция волнавода изсочетания элементов круглого сечения; наФиг,3 и 4 соответственно конструкция волновода прямоугольного сечения и конструкция волновода из сочетания элементовпрям.угольного сечения; на фиг.5 - конструкция волновада с петлями задержки одной или нескольких мод; на фиг.6 -структурная схема устройства для реализации способа., на фиг.7 - структурная схемадемодулятора при работе в оптическом илиинфракрасном (ИК) диапазоне; на фиг.8 -структурная схема устройства, работающаяна видеосигналах,Устройство для контроля состояниядлинномерного абьекта содержит последовательна соединенные источник 1 модулированной волновой энергии, выполненный,например, в виде связанных между собойгенератора 2 модулирующих видеоимпульсов и генератора 3 СВЧ или оптическогодиапазона, первый пространственныйфильтр 4, канал передачи волновой энергиив виде волновода 5, второй пространственный фильтр 6 и демодулятор 7, выполненный в виде двух синхронных детекторов 8 и9, подключенных к выходам второго пространственного фильтра 6, интегратора 10,подключенного к выходу детектора 9 и свя-.занного с выходами интегратора 10 и второго детектора 8 операционного усилителя 11.В состав синхронных детекторов входитгенератор 12 сигналов, синхронизированный через направленный ответвитель 13 сопорным выходом пространственногофильтра 6. Кроме того, в состав устройстваможет входить гетеродинный.преобразователь 14 частот сигналов, включенный междувыходами второго пространственного фильтра 6 и входами синхронных детекторов 8 и 9, Преобразователь 14 может быть выполнен, например, в виде попарно последовательно соединенных первых смесителя 15 и усилителя 16 промежуточной частоты и последовательно соединенных гетеродина 19 и третьего смесителя 20, при этом опорный выход фильтра 6 подключен к входам второго смесителя 17 и гетеродина 19, а информативный выхоц фильтра 6 - к входу первого смесителя 15, выходы усилителей 16 и 18 подключены соответственно к входам детекторов 8 и 9, а второй вход и выход третьего смесителя связаны соответственна с вторым выходом генератора 12 сигналов и втооыми входами смесителей 15 и 17.Возможно использование схемы устройства, работающей на видеосигналах, при этом из источника 1 модулированной волновой энергии исключается генератор 3 СВЧ или оптического диапазона и упрощается схема демодулятора (фиг.8),Способ осуществляется следуащим образом.Способ основан на свойстве многомодового (многоволнового) волновода, заключающемся в его способности перераспределять волновую энергио между модами в зависимости от локальных и распределенных изменений его структуры, Под структурой понимается как геометрия волновода, так и свойства материалов его заполнения. Физически сущность способа основана на использовании в волноваде нескольких связанных типов волн (мад) в качестве опорного и измерительных каналов,Волновод 5 помещают в зоне контроля обьекта, в качестве которого могут быть использованы протяженные участки или области любой среды, или протяженные абьекты и конструкции, В последнем случае волновад 5 жесто связывают с обьектами или конструкциями.Изменение состояния зоны контроля сопровождается изменением параметров передачи волновой энергии через волновод 5. К таким параметрам относятся амплитудно-фазочастотные характеристики мод этой энергии. К данным о состоянии зоны контроля относятся давление, температура, влажность и физико-механические (в том числе геометрические) параметры, характеризующие указанные объекты и конструкции.Установлено, что изменение контролируемых. данных различно сказывается на амплитудно-фазочастотных характеристиках мод волновой энергии в волноводе 5, Пои этом фиксируют соответствующие моды, наиболее инФормативные по указаннымзом Формативной модой через направленный 5 ответвитель 13,Задавая, например, априорно известную деформацию волноводу 5 посредством детекторов 8 и 9, интегратора 10 и операци-онного усилителя 11, выделяют наиболее,данным. и опорно-информативную моду, амплитудна-фазочастотная характеристика которой (или ее часть) наиболее стабильна при изменении контролируемых данных в зоне контроля.Использованием опорно-информативной моды в качестве базовой при сравнении ее характеристики с характеристиками других мод значительно повышают точность контроля,Кроме того, расчетно-эмпирическим путем получены конструкции волноводов 5, наиболее богатых" информативными модами с точки зрения достижения максимально возможного эффекта преобразования изменения требуемых данных в зоне контроля в электрические сигналы, Наиболее простая иэ этих конструкций (фиг,1) - волновод 5 круглого сечения; Остальные конструкции - сочетания элементов круглого и прямоугольного сечений (фиг.2-4), При этом для повышения укаэанного эффекта преобразования и выделения более стабильной опорно-информативной моды в волноводах 5 выполнены щели для связи между их эле-. ментами,В некоторых случаях для введения задержки по времени передачи мод по волноводу 5 в его конструкции (фиг,5) предусмотрены "петли", изменяющие время распространения некоторых мод в волноводе относительно других мод. Предусмотрено заполнение полости волновода 5 (частично или полностью) средой, электромагнитные постоянные которой изменяются пад воздействием изменения данных в зоне контроля. Это повышает чувствительность, например, при контроле температуры и давления,Способ реализуется следующим обраОт источника 1 модулированной волновой энерии через пространственный фильтр 4, волновад 5 и пространственный фильтр б энергия передается в демодулятор 7, В последнем посредством синхронного детектора 8 фиксируют моды колебаний волновой энергии и посредством выбора соответствующей конструкции волновода 5 и настройки фильтра б формируют опорно-информативную моду, которая детектируется синхронным детектором 9, Генератор 12, обеспечивающий Функционирование детекторов 8 и 9. синхранизируется апорно-ининформативные моды колебаний энергии ввол новоде 5, При этом измеряют амплитуду,фазу и частоту этих мод, а также их реакциюна изменение указанной деформации вол 5 навада 5,Таким образом, выявляют зависимостьмежду изменением данных в зоне контроля,в данном случае деформации валнавода 5, ихарактеристиками мод волновой энергии в10 нем, Аналогично могут быть выявлены и другие зависимости, например ат температурыи давпения среды. Используя полученныеизвестные зависимости, проводят контрольв.тай же зоне описанным путем. В случае15 использования,волновой энергии более высоких частот, например в световом диапазоне, в схему устройства включаютгетеродинный преобразователь 14 (фиг,7).Пасредст вом его частоту мад сигналов с вы 20 хода Фильтра 6 понижают известным путем,а сигналь 1 с выхода преобразователя 14 обрабатывают далее так же, как и в устойствебеэ гетеродинного преобразователя 14.В некоторых случаях волновод 5 воз 25 буждают через фильтр 4 от источника 2 модулирующих видеоимпульсав(фиг,8) и последемодулятора 7, имеющега в этом случаеболее простую конструкцию, выходные сигналы регистрируют на видеоконтрольном30 устройстве (не показано), Этим устройствомцелесообразно пользоваться при экспрессконтрале быстрапротекающих измененийсостояния в зоне контроля.Может, быть использована и акустиче 35 ская волновая энергия. При этом способконтроля и устройства в принципе не изменяатся, так как необходимо только использование известных электроакустическихпреобразователей для ввода и вывода вал 40 новой энергии, Другие виды волновой энергии соответственно сопровождаютсяпреобразованием этой энергии на входе ивыходе протяженного энергавода (волновода).45 Формула изобретения1, Способ контроля состояния длиннамерного обьекта, заключающийся в,том, чтов зоне контроля размещают протяженныйканал передачи волновой энергии, иэмеря 50 ют параметры последней и по ним определяют физико-механические данные асостоянии обьекта и их распределение всэане контроля, а т л и ч.а ющ и й с я тем,что. с целью повышения точности контроля5 и расширения диапазона данных, канал передачи волновой энеогии выполняют в виде волновада, фиксируют моды колебанийуказанной энергии, формируют по крайней мере одну из них в качестве опорно-информативной, с ее учетом выделяют изукаэанных мод наиболее информативные по указанным физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из них,2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что за параметры мод принимают амп литудно-фазочастотнце характеристики их передачи по волноводу и реакцию этих характеристик на изменение формы, структуры обьекта и окружающих давления и температуры, 103. Устройство для контроля состояния длинномерного обьекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодулятор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, 15 с целью повышения точности контроля, оно снабжено двумя пространственными фильтрами, один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волно вой энергии, а второй пространственный фильтр - между входом демодулятора и входом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового протяженного волновода прямоугольного или круглого сечения или их сочетаний, а демодулятор выполнен в виде подключеннцх к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора и второго и синхронного детектора операционного усилителя. 4, Устройство по и, 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов.1742615 Составитель И.РекуновТехред М.Моргентал Корректор С.Черн едактор И,Горна аказ 2276 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 НТ СССР роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1