Устройство для определения места повреждения напорных трубопроводов

74974 О А 1 ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 1 М 3/2 ГОСУДАРСТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБРЕТ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИСА АВТОРСКОМ 1 2 (21) 4828888/28 : ходов которого соединен с входом 6 блока (22) 24.05.907 определения спектра сигналов утечки и (46) 23,07.92. Бюл, М 27: через последовательно соединенные регу- (71) Киевский филиал Всесоюзного научно- лируемый фильтр 8 нижних частот, усили-. исследовательского и проектно-конструк- тель 9, регулируемый фильтр 10 верхних торскогоинститута техники, технологии и частот, усилитель 11 - с пбстоянным коэфорганизации управления стройтельством Фициентом, блок 12 обработки сложного. предприятий нефтяной и газовой промыш- сигнала. блок 13 задержки и блок 14 циклиленности.: - " . ческой перестройки задержки - с одним из (72) А.И, Афонин,Ю,А.Маэничвнко, В,М. Ру- входов блока 15 совпадения. Другой выход севич и В,Ф, Гришачев . -:., блока 5 определения опорного сигнала че- (56 Авторское свидетельство СССР .рез последовательйо включенные регулиру- М 932098, кл: Р 17 О 5/02, 1979. емый фильтр 16 нижних частот, усилительАвторское свидетельство СССР 17, регулируемый фильтр 18 верхних частот, Мт 1634948, кл, Р 17 О 5/02, 1989.: . усилитель 19 с постоянным коэффициентом (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ усйления и блок 20 обработки сложногосиг- МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НАПОРНЫХ ТРУ- нала подключен к другому входу блока 15 БОПРОВОДОВ .: .; совпадейия. Выход блока 15 совпадения со- (57) Иэобоетение относится к технике конт- единен с входом счетчика 21 совпадений, роля трубопроводных систем и позволяет . выход которого подключен к входу блока 22 повысить точность определения расстояния сравнения и выделения большего числа совпадо места повреждения трубопровода. Уст- дений, выход которого связанс входом блока ройство содержит датчики 1 и 2. соединен-23 хранения задержки, другой вход которого ныечерез усйлители 3 и 4 с одинаковым . соединенсблоком 14 циклическойперестройкоэффициентомусиления с входами блока 5 ки задержки, а выход - с входом 24 индикатора определения опорного сигнала,один из вы- времени задержки, 1 з,п.ф-лы, 3 ил.ЮИзобретение относится к технике контроля трубопроводных системи предназначено для определения мест повреждения в зэглубленных и недоступных техническому осмотру напорных трубопроводах,Известно устройство для обнаружения места повреждения в трубопроводе, содержащее два канэла, в каждом из которых последовательно вклачены датчик акустического сигнзла, усилитель, блок ограничения, связанный с регулятором уровня ограничения, блок формирования импульсов. Причем "сигнал с выхода блока формирования импульсов одного канала поступает,нэ блок совпадения импульсов церез блОк задержки, связанный с индикатором задержки, а выход блока формировэния импульсов второго канала непосредственно связан с блоком совпадения импульсов, Блок совпадения импульсов связан со счетчиком совпадения импульсов. который соедйнен с индикатором уровня совпадения,Входящие в состав устройства блоки ограничения сигнала ограничивают предвэ 20 25 рительно усиленные сигналы акустической эмиссии, причем уровень ограничения сигнала,устанавливается заранее регуляторами.уровня огрэницения, что ведет к потере составляющих сигнала ограничения, Устройство также подвержено воздействию импульсных помех, так как использование усилителей с автоматической регулировкой пульсную помеху, что ведет к частичной потере информации, залокенной в сигнзле, и,как следствие, к снижению точности определения поврекдения. Слабая, помехоустойчивость к импульс 40 най помехе и низкая точность определения места повреждения являются существеннь 1 ми недостатками данного устройства,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения мест повреждения напорных трубопроводов, содеожащее датчйки двух каналов, подключенныечерез усилители с одинаковым козффициейтом усйления 50 к входам узла определения опорного сигнала, один из выходов которого соединен с входом узла определевия спектра сигналов утечки и через последовательно соединенные регулируемый фильтр нижних частот,усилитель, регулируемый фильтр верхних частот, усилитель с АРУ, блок формирования импульсбв, блок задержки и блок циклической перестро 1 лки задержки с одним из входов блока совпадения, другой выход узла определения опсрного сигнала через поне обеспецивает быстрое восстановлениетребуемого усиленияпосле реакции на им следовательно включенные регулируемый фильтр нижних частот, усилитель, регулируемый фильтр верхних частот, усилитель с ЛРУ и блок формирования импульсов подлючен к другому входу блока совпадения,Блок совпадения импульсов подключен к счетчику совпадения импульсов, который связан с блоком сравнения и выделения большего числа совпадений, соединенным с блоком хранения времени, задержки, к которому подключен индикатор времени задержки. Блок циклической перестройкизадержки связан с блоком программного управления, к которому присоединен тактовый генератор,Устройство позволяет автоматицески измерять разность времени распространения шумового сигнала от датциков до места повреждения трубопровода (время задержки), которое входит в формулу для определения расстояния до места повреждения,Недостатком данного устройства является влияние импульсных помех при использовании усилителей с автоматической регулировкой усиления - частичная потеря информации после реакции на импульсную помеху, а также потери цастй частотной информации при использовании формирователя импульсов с заранее заданным порогом ограницения сигналов, что снижает точность определения расстояния до места повреждения,Цель изобретения - повышение точност 1 л определения расстояния до места повреждения за счет сохранения значительной части информации, при ее обработке.Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения места повреждения напорных трубопроводов, содержащее первый и второй датчики, первый и второй усилители с одинаковым козфФициентом усиления, входы которь 1 х соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков, блок определенля опорного сигнала, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей с одинаковым коэффициентом усиления, последовательно соединенные первый регулируемый фильтр нижних частбт, вход которого соединен с первым выходом блока определения опорного сигнала, первый усилитель и первый регулируемый фильтр верхних частот, последовательно соединенные второй регулируемый фильтр нижних частот, вход которого соединен с вторым выходом блока определения опорного сигнала, второй усилитель и второй регулируемый фильтр верхних частот, последовательно соединенные1749740 10 15 20 30 35 40 45 50 55 блокзадержки, блок циклической перестройки задержки, блок совпадения, счетчик совпадений, блок сравнения, блок хранения задержки, второй вход которого соединен с вторым выходом блока циклической перестройки задержки и индикатор времени задержки, последовательно соединенные тактовый генератор и блок программного управления, выход которого соединен с вторыми входами блока циклической перестройки задержки и блока сравнения и с третьим входом блока определения опорного сигнала, и блок определения спектра сигналов утечки, первый вход которого соединен с первым выходом блока определения опорного сигнала, второй вход соединен с выходом блока программного управления, первый выход соединен с управляющими входами первого и второго регулируемых фильтров нижних частот, а второй выход - с управляющими входами первого и второго регулируемых фильтров верхних частот, введены первый усилитель с .постоянным. коэффициентом,вход которого соединен с выходом первого 25 регулируемого фильтра верхних частот, первый блок обработки сложного сигнала, вхбд которого соединен с выходом первого усилителя с постоянным коэффициентом, а выход - с входом блока задержки," второй усилитель с постоянным коэффициентом, вход которого соединен с выходом второго регулируемого фильтра верхних частот, второй блок обработки сложного сигнала. вход которого соединен с выходом второго усилителя с постоянным коэффициентом, а выход - с вторым входом блока совпадения.Блок обработки сложного сигнала включает последовательно соединенные амплитурный детектор, первый электронный ключ, формирователь экспоненты, первый амплитудный дискриинатор, нормализатор й второй электронный ключ. третий электронный ключ с заземленным выходом, Последовательно соединены с входом амплитудного детектора узел задержки, вход которого является входом блока обработки сложного сигнала, операционныйусилитель, импульсный детектор и второй амплитудный дискриинатор. выход которого соединен с вторым входом второго электронного ключа. Вход амплитудного детектора соедийен с вторым входом опера ционного усилителя, а выход - с вторыми входами первого и второго амплитудных дискриминаторов, Второй выход формирователя экспоненты и выход первого амплитудного дискриминатора связаны с первым и вторым входами третьего электронного ключа, а выход первого амплитудного дискриминатора - с вторым входом первого электронного ключа, выход второго электронного ключа является выходом блока обработки сложного сигнала. Вновь введенные первый и второй. усилители с постоянным коэффициентом усиления, а также первый и второй блоки обработки сложного сигнала в указанной связи с остальнь 1 ми элементами схемы позволяют избежать потери информации при обработке сложного сигнала и влияния импульсных помех на систему.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения места повреждения напорных трубопроводов; на фиг,2 - структурная схема блока обработки сложного сигнала; на фиг.З - график прохождения сигнала по измерительному тракту.Устройство для определения места повреждения напорных трубопроводов содержит первый 1 и второй 2 датчики соединенные через первый 3 и второй 4 усилители с одинаковыми коэффициентами усиления. с первым и вторым входами блока определения опорного сигнала 5 соответственно, первый выход которого соединен с первым входом 6 блока 7 определения спектра сигналов утечки и через последовательно соединенный первый регулируемый фильтр 8 нижних частот, первый усилитель .9, первый регулируемый фильтр 10 верхних частот, первый усилитель 11 с постоянным коэффициентом усиления, первый блок 12 обработки сложного сигнала, блок 13 задержки, блок 14 циклической перестройки задержки с первым входом блока 15 совпадения; второй выход блока 5 определения опорного сигнала через последовательно включенные второй регулируемый фильтр 16 нижних частот, второй усилитель 17, второй регулируемый фильтр 18 верхних частот, второй усилитель 19 с постоянным коэффициентом усиления и второй блок 20 обработки сложного сигнала подключен к второму входу блока 15 совпадения. Выход блока 15 совпадения соединен с входом счетчика 21 совпадений, выход которого подклочен к первому входу блока 22 сравнения, выход которого соединен с первым входом блока 23 храрения задержки, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 14 циклической перестройки задержки, а выход - с входом индикатора 24 времени задержки.Последовательно соединенные тактовый генератор 26 и блок 25 программного,управления, выход которого соединен с вторыми входами блока 14 циклической перестройки задержки и блока 22 сравнения, с третьим входом блока 5 определения опор)ного сигнала, а также с вторым входом блока 7 определения спектра сигналов утечки, первый выход которого соединен с управляющими входами первого 8 и второго 16 регулируемых фильтров нижних частот, а второй выход - с управляющими входами первого 10 и второго 18 регулируемых фильтров верхних частот.Каждый блок 12 и 20 обработки сложнотель 38 экспоненты, первый амплитудный дискриминатор 40, нормализатор 41 и второй электронный ключ 42, третий электронный ключ 39 с заземленным выходом, а также последовательно соединенные с входом амплитудного детектора 35 узел 23 задеркки, операционный усилитель 33,импульсный детектор 34 и второй амплитудный дискриминатор.36.,Вход узла 32 эадержки является входом блока обработки сложного сигнала. Выход второго амплитудного дискриминатора 36 соединен с вторым входом второго электронного ключа 42, 25вход амплитудного детектора 35 соединен с вторым входом операционного усилителя 33, а выход амплитудного детектора 35 соединен с вторыми входами первого и второго амплитудных дискриминатов 40 и 36, Вто 30 рой выход формирователя 38 экспоненты и выход первого амплитудного дискриминатора 40 связаны с первым и оторьгм входами третьего электронного ключа 39. а выход первого амплитудного дискриминатора 40 еще подсоединен к второму входу первого электронного ключа 37. выход второго электронного ключа 42 лнляетсл выходом блокаобработки сложного сигнала,Входной сигнал поступает одновременно на вход узла 32 задержки, выполненного на операционном усилителе. включенном по схеме повторителя, на второй вход операционного усилителя 33 и на вход амплитудйого детектора 35. При этом на первый вход операционного усилителя 33 сигнал поступает с задержкой от узла 32 задержки.Амплитуда сигнала на выходе операционного усилителл 33 будет менлться в зависимости от скорости увеличенил или уменьшения прлмого и задержанного сигнала.а не от их амплитуды). При равенстве уровней этих сигналов на выходе операционного усилителя сигнала не будет, Выходной сигнал операционного усилителя 33 55детектируется импульсным детектором 34 длл выделения огибающей сигнала, Напряжение Опор на выходе импульсного детектора 34 подается на перывй вход амплитудного дискриминатора 36 для устэго сигнала включает последовательно сое диненные амплитудный детектор 35, первый электронный ключ 37, формировановки порогового значения. Подобное уменьшение или увеличение порога ограничения сигналов сложной формы приводит тому, что для каждого иэменения сигнала сложной формы будет выработан свой порог ограничения, в результате чего значительная часть частотной информации будет сохранена после ограниченил сигнала сложной формы.С выхода амплитудного детектора 35 огибающая сигнала поступает на вторые входы амплитудных дискриминаторов 36 и 40 и на первый электронный ключ 37. В исходном состолнии первый электронный ключ 37 разомкнут, а третий электронный ключ 39 замкнут, поэтому на вход формирователя экспоненты 38 сигнал не поступает, При повышении сигнала срабатывает первый амплитудный дискриминатор 40, который управляет работой первого 37 и третьего 39 электронных ключей. Первый электроный ключ 37 замыкается и пропускает сигнал, а третий электронный ключ 39 рээмькается и отделяет формирователь 38 экспоненты от "земли". На вход формирователя 38 экспоненты поступает продетектированный сигнал и на его выходе поддерживается напрлжение, равное пиковому значению первого импульса, до тех пор, пока напряжение на выходе амплитудного детектора 35 не начнет уменьшаться. В этот момент срабатывает первый амплитудный дискр 1 лминатор 40 и возвращает первый 37 итретий 39 электронные ключи в исходное состояние, Вход формирователя 38 экспоненть 1 опять закрывается, а напряжение на его выходе уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени т = ВС, которая соответствует реальному времени после звучания системы трубопровод-датчик, Напряжение на входе формирователя 38 экспоненты уменьшается до тех пор, пока не появится очереднойсигнал,В этом случае напряжение, подаваемое с амплитудного детектора 35, начинает возрастать и как только оно превысит напряжение на выходе формирователя 38 экспонен ы на величину, достаточную для срабатывания первого дискриминатора 40, . последний сработает, открывая первый электронный ключ 37 и процесс повторится,На фиг,З показан график прохождения сигнала по измерительному тракту, На вход устройства поступает сигнал сложной формы, который детектируется, и на выходе амплитудного детектора 35 появляется напряжение огибающей 01, которое поступает на вторые входы первого 36 и второго 40 амплитудных дискриминаторов, а такжена вход первого электронного ключа 37, На вход второго амплитудного дискриминатора 36 поступает также постоянное напряжение Опор, поэтому на его выходе появится прямоугольный импульс Ог, длящийся до тех пор, пока О 1 превысит Опор. Этот импульс подается на второй вход второго электронного клюца 42. На выходе первого амплитудного дискриминатора 40, который сравнивает огибащую с напряжением формирователя 38 экспоненты, формируются прямоугольные импульсы, фактически равные длине переднего фронта импульсов огибающей. Они подаются на нормализатор 41, на выходе которого появляются импульсы одинаковой длительности. Второй электронный ключ 42 работает по принципу элемента И, на его выходе появляются только те импульсы О, которые приходят одновре 20 менно и с импульсом О 2. Это позволяет ис,лючить влияние импульсных помех и шумов подбором напряжения Ооор, так как быстроменяющаяся амплитуда импульсной помехи приведет к уменьшению порогового 25 напряжения и автоматическому подавлению помехи.Таким образом, каждое повышение сигнала сложной формы приводит к формированию импульса. так как формирователь 38 первого амплитудного дискриминатора 40.Устройство для определения места повреждения напорных трубопроводов работает следущим образом,35 Размещенные на трубе с обеих сторон от места повреждения первый 1 и второй 2 датчики принимают акустические сигналы утечки и преобразуют их в электрические. Эти сигналы поступают через первый 3 и второй 4 усилители с одинаковым козффи 40 циентом усиления на входы блока 5 определения опорного сигнала, выделяющего Сигнал большего уровня, т.е. сигнал от расположенного ближе к повреждению датцика. Этот сигнал направляется в канал устройства, содержащий блок 13 задержки. Сигнал с выхода блока 5 определения опорного сигнала проходят через частозависимые цепи: первый регулируемый фильтр 8 50 нижних частот и первый регулируемый фильтр 10 верхних цастот в одном канале и соответственно второй регулируемыйфильтр 16 нижних частот и второй регулируемый фильтр 18 верхних цастот в другом канале. Первый 9 и второй 17 усилители. включенные между фильтрами, служат для их развязки и компенсации затухания электрических сигналов утечки в полосе пропускания фильтров. Частоты среза фильтров 8 и 16, а также фильтров 10 и 18 перестраива 55 экспоненты создает следующий порог для 30 ются соответственно с помощью сигналов с первого 28 и второго 29 выходов блока 7 определения спектра сигналов утечки, обеспечивая прохождение сигналов утецки и подавление фоновых шумов и помех.Перестройка частоты среза фильтров может осуществляться, например, посредством цепей, входящих в состав фильтров, Сигналы с выхода первого 10 и второго 18 фильтров верхних частот проходят соответственно через перывй 11 и второй 19 усилители с постоянным коэффициентом усиления на первый 12 и второй 20 блоки обработки сложного сигнала.Сигнал от ближнего к месту повреждения датчика с выхода первого блока 12 обработки сложного сигнала проходит через блок 13 задержки, блок 14 циклической перестройки задержки на первый вход блока 15 совпадения, на другой вход которого поступают сигналы с выхода второго блока 20 обработки сложного сигнала.Количество совпадающих импульсов пересчитывается счетчиком 21 совпадения импульсов Полученное число импульсов для каждого фиксиоованного значения времени задержки пропорционально величине знаковой коррелтционной функции сигналов первого 1 и второго 2 датчиков для данного значения времени задержки, Максимальное значение знаковой корреляционной функции определяется в блоке 22 сравнения, а соответствующее этому знацение задержки Т фиксируется в блоке 23 хранения задержки путем записи в него значения задержки иэ блока 14 циклической перестройки задержки по команде блока 22 сравнения, Полученное значение Т отображается на индикаторе 24 времени задержки. Блок 25 программного управления и тактовый генератор 26 обеспечивают управление работой блока 5 определения опорного сигнала и блока 7 определения спектра сигналов и используются в устройстве для перестройки частот среза регулируемых фильтров 8, 16, 10 и 18.ФМесто поврежединя трубопровода определяется по формулеХ = - + - Т.С2 2где Х - расстояние до места повреждения от датчика, расположенного ближек месту повреждения;. - расстояние между датчиками;С - скорость распространения звука по данному трубопроводу;Т - измеренное время задержки.Предлагаемое устройство позволяет избежать потери информации при обработке сложного сигнала и влияния импульсных.помех и тем самым повысить точность измерения времени задержки Т, что и определяет повышение точности определения расстояния доместа повреждения,Большйнство узлов предлагаемого устройства может быть выполнено на микросхеме 555 и 561 серии и операционйых усилителях, например К 153 УД 1 А, К 140 УД 20. Так, например, первый 3 и второй 4 усилители с одинаковым коэффициентом усиления могут быть выполнены на микросхемах КР 538 УКЗА, блок 5 определения опорного сигнала - на микросхемах КР 59 ОКН 2 и К 140 УД 7, регулируемые фильтры 8, 16, Щ и 18 и полосовые фильтры блока 7 определения спектра сигналовутечки, а также первый 9 и второй 17 усилители и усилители 11 и 19 с постоянным коэффициентом усиления и интеграторы блока 7 определения спектра сигналов утечки - на микросхемах К 14 ОУД 7. Первый 12 и второй 20 блоки обработки сложного сигнала могут быть выполнены: амплитудный детектор 35 на диодах КД 522 А, элекгронные ключи 37, 39 и 42 на транзисторах КП 306 Б, формирователь 38 экспоненты на -микросхеме К 544 УД 1 А, нормализатор 41 на микросхеме К 555 АГ 1, первый 36 и второй 40 амплитудные дискриминаторы на микросхеме К 521 СА 1, блок 13 задержки на микросхемахК 5054 Р 4, блок 14 циклической перестройкизадержки на микросхемах К 555 АР 3, К 555 ИЕ 7, блок 15 совпадения на микросхемах К 555 ЛП 5, счетчик 21 совпадения на К 555 ИЕ 7, блок 22 сравнения на микросхемах К 555 СП 1 и К 555 ИР 1, блок 23 хранения задержки на микросхемах 514 ИД 2 и АЛС 324, тактовый генератор 26 -на микро.схеме К 155 ЛАЗ, блок 25 программного управления - на .микросхемах К 155 ИЕ 7 и К 155 РЕЗ. В качестве первого 1 и второго 2 датчиков акустического сигнала могут быть использованы пьезоэлектрические датчики - акселерометры фирмы "Брюль и Кьер",Формула изобретения 1. Устройство для определения местаповреждения напорных трубопроводов, содержащее первый и второй датчики, первый и второй усилители с одинаковым коэффициентом усиления, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков, блок определения опорного сигнала, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго усилйтелей с одинаковым коэффициентом усиления; последовательно соединенные первый регулируемый фильтр йижних частот, вход .которого соединен с первьм выходом блока определения опорного сигнала, первый усилитель и первый регулируемый фильтр верхних частот, последовательно соединенные второй регулируемый фильтр нижних частот, вход которого соединен с вторым выходом блока 5 определения опорного сигнала. второй усилитель и второй регулируемый фильтр верхних частот, последовательно соединенные блок задержки, блок циклической перестройки задержки, блок совпадения, счет чик совпадений, блок сравнения, блок.хранения задержки; второй вход которого соединен с вторым входом блока циклической перестройки задержки. и индикатор. времени задержки, последовательно соеди ненные тактовый генератор и блок програм:много управления, выход которого соединен с вторыми входами блока циклической перестройки задержки и блока сравнения и с третьим входом блока 20 определения опорного сигнала, и блока определения спектра сигналов утечки, первый вход которого соединен с первым выходом блока определения опорного сигнала, второй вход соединен с выходом блока про граммного управления. первый выходсоединен с управляющими входами первого и второго регулируемых фильтров нижних частот, а второй выход - с управляющими входами первого и второго регулируемых 30 . фильтров верхних частот, о т л и ч:а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности определения расстояния до места повреждения, в него введены первый усилитель с постоянным коэффициентом. вход которого 35 соединен с выходом первоо регулируемогофильтра верхних частот, первый блок обра ботки сложного сигнала, вход которого соединен с выходом первого усилителя с постоянным коэффициентом, а выход -с 40 входом блока задержки. второй усилитель спостояннымкоэффициентом, вход которого соединен с выходом второго регулируемого фильтра верхних чстот, второй блок обработки сложного сигнала. вход которого сое-.45 динен с выходом второго усилителя спостоянным коэффициентом, а выход - с вторым входом блока совпадения. 2, Усройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый блок обработки сложного сигнала включает последовательно соединенные амплитудный детектор, первый электронный ключ, формирователь экспоненты, первый амплитудный дискримина тор, нормализатор и второй электронныйключ, третий электронный ключ с заземленным выходом, последовательно соединенные с входом амплитудного детектора узел задержки, вход которого является входом блока обработки сложного сигнала. операционный усилитель, импульсный детектор и второй амплитудный дискриминатор, выход которого соединен с вторым входом второго электронного ключа, вход амплитудного детектора соединен с вторым входом операционного усилителя, выход амплитудного детектора соединен с вторыми входами первого и второго амплитудных дискриминато. ров, второй выход формирователя экспоненты и выход первого амплитудного дискриминатора связан с первым и вторым входами третьего электронного ключа, а вы ход первого амплитудного дискриминатора -с вторым входом первого электронного клю- .ча, а выход второго электронного ключа является выходом блока обработки сигнала,