устройство автоматического диагностирования состояния трубопровода

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА, содержащее первый передающий пункт, включающий последовательно соединенные первый преобразователь давления и первый фильтр нижних частот, первый генератор сигналов и первый усилитель мощности, приемный пункт, включающий первое входное устройство, последовательно соединенные блок оценки временного рассогласования, указатель расстояния и блок сброса, выход которого подключен к первому входу блока оценки временного рассогласования и второму входу указателя расстояния, первую линию связи между выходом первого усилителя мощности и входом первого входного устройства и вторую линию связи, отличающееся тем, что в него введены второй передающий пункт, включающий последовательно соединенные второй преобразователь давления и второй фильтр нижних частот, вторая линия связи, на первом передающем пункте последовательно соединенные первый блок выборки и хранения, первый блок вычитания, первый блок дифференцирования, первый пороговый блок и первый блок фиксации логического уровня, второй пороговый блок, последовательно соединенные первый ключ, первый блок фиксации экстремума, первый компаратор напряжений, первый блок совпадения, первый ждущий преобразователь напряжения в длительность и первый блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам первого блока фиксации экстремума и первого блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом первого блока совпадения, выход первого фильтра нижних частот подключен к второму входу первого блока вычитания и первому входу первого блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока, выход первого блока дифференцирования подключен к входу второго порогового блока и к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока, а выход подключен также к второму входу первого компаратора напряжений, выход первого блока фиксации экстремума подключен к второму входу первого ждущего преобразователя напряжения в длительность, последовательно соединенные первый инвертор, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, второй блок выборки и хранения, второй блок вычитания, второй блок дифференцирования, третий пороговый блок и второй блок фиксации логического уровня, четвертый пороговый блок, последовательно соединенные второй ключ, второй блок фиксации экстремума, второй компаратор напряжений, второй блок совпадения, второй ждущий преобразователь напряжения в длительность и второй блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам второго блока фиксации экстремума и второго блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом второго блока совпадения, выход первого инвертора подключен к второму входу второго блока вычитания, второй вход второго блока выборки и хранения соединен с выходом четвертого порогового блока, выход второго блока дифференцирования подключен к входу четвертого порогового блока и к первому входу второго ключа, второй вход которого соединен с выходом третьего порогового блока, а выход подключен также к второму входу второго компаратора напряжений, выход второго блока фиксации экстремума подключен к второму входу второго ждущего преобразователя напряжения в длительность, последовательно соединенные первый блок управления, третий ключ и первый блок объединения, выход которого подключен к входу первого усилителя мощности, первый генератор второй несущей частоты, четвертый ключ, первый вход которого подключен к второму выходу первого блока управления, второй вход подключен к выходу первого генератора второй несущей частоты, а выход к второму входу первого блока объединения, первый вход первого блока управления подключен к выходу первого ждущего преобразователя напряжения в длительность, а второй его вход к выходу второго ждущего преобразователя напряжения в длительность, на втором передающем пункте последовательно соединенные третий блок выборки и хранения, третий блок вычитания, третий блок дифференцирования, пятый пороговый блок и третий блок фиксации логического уровня, шестой пороговый блок, последовательно соединенные пятый ключ, третий блок фиксации экстремума, третий компаратор напряжений, третий блок совпадения, третий ждущий преобразователь напряжения в длительность и третий блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам третьего блока фиксации экстремума и третьего блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом третьего блока совпадения, выход второго фильтра нижних частот подключен к второму входу третьего блока вычитания и первому входу третьего блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом шестого порогового блока, выход третьего блока дифференцирования подключен к входу шестого порогового блока и к первому входу пятого ключа, второй вход которого соединен с выходом пятого порогового блока, а выход подключен также к второму входу третьего компаратора напряжений, выход третьего блока фиксации экстремума подключен к второму входу третьего ждущего преобразователя напряжения в длительность, последовательно соединенные второй блок управления, седьмой ключ, второй блок объединения и второй усилитель мощности, выход которого подключен к второй линии связи, второй генератор первой несущей частоты, выход которого подключен к второму входу седьмого ключа, последовательно соединенные второй генератор второй несущей частоты и восьмой ключ, второй вход которого подключен к второму выходу второго блока управления, а выход подключен к второму входу второго блока объединения, последовательно соединенные второй инвертор, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, четвертый блок выборки и хранения, четвертый блок вычитания, четвертый блок дифференцирования, седьмой пороговый блок и четвертый блок фиксации логического уровня, восьмой пороговый блок, последовательно соединенные шестой ключ, четвертый блок фиксации экстремума, четвертый компаратор напряжений, четвертый блок совпадения, четвертый ждущий преобразователь напряжения в длительность и четвертый блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам четвертого блока фиксации экстремума и четвертого блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока совпадения, выход второго инвертора подключен к второму входу четвертого блока вычитания, второй вход четвертого блока выборки и хранения соединен с выходом восьмого порогового блока, выход четвертого блока дифференцирования подключен к входу восьмого порогового блока и к первому входу шестого ключа, второй вход которого соединен с выходом седьмого порогового блока, а выход подключен также к второму входу четвертого компаратора напряжений, выход четвертого блока фиксации экстремума подключен к второму входу четвертого ждущего преобразователя напряжения в длительность, первый вход второго блока управления подключен к выходу третьего ждущего преобразователя напряжения в длительность, а второй его вход подключен к выходу четвертого ждущего преобразователя напряжения в длительность, на приемном пункте последовательно соединенные первый блок выделения огибающей, вход которого подключен к выходу первого входного устройства, первый блок управления коммутатором и первый коммутатор несущей частоты, выход которого подключен к второму входу первого блока выделения огибающей, последовательно соединенные второе входное устройство, вход которого подключен к второй линии связи, второй блок выделения огибающей, второй блок управления коммутатором и второй коммутатор несущей частоты, выход которого подключен к второму входу второго блока выделения огибающей, третий генератор первой несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам первого и второго коммутаторов несущей частоты, к третьим входам которых подключен третий генератор второй несущей частоты, последовательно соединенный первый блок селекции импульса по длительности, первый блок оценки длительности импульса и первый индикатор, последовательно соединенные второй блок селекции импульса по длительности, второй блок оценки длительности импульса и второй индикатор, последовательно соединенные третий блок селекции импульса по длительности, третий блок оценки длительности импульса и третий индикатор, последовательно соединенные четвертый блок селекции импульса по длительности, четвертый блок оценки длительности импульса и четвертый индикатор, первые входы первого и второго блоков селекции импульса по длительности подключены к выходу первого блока выделения огибающей, а их вторые входы подключены к выходу первого блока управления коммутатором, первые входы третьего и четвертого блоков селекции импульса по длительности подключен к выходу второго блока выделения огибающей, а их вторые входы подключены к выходу второго блока управления коммутатором, второй и третий входы блока оценки временного рассогласования подключены к выходам соответственно первого и третьего блоков селекции импульса по длительности, а первый генератор сигналов выполнен в виде первого генератора первой несущей частоты, выход которого подключен к второму входу третьего ключа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническим средствам контроля состояния магистральных трубопроводов с жидкими средами, перекачиваемыми под давлением, например магистральных водопроводов, нефтепроводов и продуктопроводов.

Известен сигнализатор нарушения герметичности напорных трубопроводов [1] содержащий датчик вибрации, помещенный на стене трубы и соединенный с усилителем, один выход которого связан с блоком сравнения непосредственно, а другой через реле времени. Это устройство обладает низкой помехозащищенностью, малой чувствительностью и малыми функциональными возможностями.

Известно аналоговое устройство для определения мест повреждения напорного трубопровода [2] содержащее датчик, блок переключения, усилители, блок задержки, индикатор временной задержки, блок перемножения, блок интегрирования, измеритель сигнала блока интегрирования и индикатор уровня сигнала. Устройство обладает низкой помехозащищенностью и малой чувствительностью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство автоматического диагностирования состояния трубопровода [3] содержащее первый передающий пункт, включающий последовательно соединенные первый преобразователь давления, первый фильтр нижних частот, первый селектор, первый генератор сигналов и первый усилитель мощности, приемный пункт, последовательно соединенные второй преобразователь давления, второй фильтр нижних частот и второй селектор, включающий последовательно соединенные первое входное устройство, первый детектор, блок оценки временного рассогласования, указатель расстояния и блок сброса, выход которого подключен к второму входу блока оценки временного рассогласования и второму входу указателя расстояния, первую линию связи между выходом первого усилителя мощности и входом первого входного устройства, выход второго селектора соединен с третьим входом блока оценки временного рассогласования.

Основными недостатками прототипа являются низкие помехозащищенность и чувствительность и малые функциональные возможности, заключающиеся только в обнаружении факта повреждения и измерения расстояния до него и отсутствии оценки степени повреждения трубопровода.

Задачами изобретения являются повышение помехозащищенности и чувствительности, а также расширение функциональных возможностей.

Для решения этих задач в известное устройство автоматического диагностирования состояния трубопровода, содержащее первый передающий пункт, включающий последовательно соединенные первый преобразователь давления и первый фильтр нижних частот, первый генератор сигналов и первый усилитель мощности, приемный пункт, включающий первое входное устройство, последовательно соединенные блок оценки временного рассогласования, указатель расстояния и блок сброса, выход которого подключен к первому входу блока оценки временного рассогласования и второму входу указателя расстояния, первую линию связи между выходом первого усилителя мощности и входом первого входного устройства дополнительно введены второй передающий пункт, включающий последовательно соединенные второй преобразователь давления и второй фильтр нижних частот, вторая линия связи, на первом передающем пункте последовательно соединенные первый блок выборки и хранения, первый блок вычитания, первый блок дифференцирования, первый пороговый блок и первый блок фиксации логического уровня, второй пороговый блок, последовательно соединенные первый ключ, первый блок фиксации экстремума, первый компаратор напряжений, первый блок совпадения, первый ждущий преобразователь напряжения в длительность и первый блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам первого блока фиксации экстремума и первого блока

фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом первого блока совпадения, выход первого фильтра нижних частот подключен к второму входу первого блока вычитания и первому входу первого блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока, выход первого блока дифференцирования подключен к входу второго порогового блока и к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока, а выход подключен также к второму входу первого компаратора напряжений, выход первого блока фиксации экстремума подключен к второму входу первого ждущего преобразователя напряжения в длительность, последовательно соединенные первый инвертор, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, второй блок выборки и хранения, второй блок вычитания, второй блок дифференцирования, третий пороговый блок и второй блок фиксации логического уровня, четвертый пороговый блок, последовательно соединенные второй ключ, второй блок фиксации экстремума, второй компаратор напряжений, второй блок совпадения, второй ждущий преобразователь напряжения в длительность и второй блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам второго блока фиксации экстремума и второго блока фиксации

логического уровня, выход которого соединен с вторым входом второго блока совпадения, выход первого инвертора подключен к второму входу второго блока вычитания, второй вход второго блока выборки и хранения соединен с выходом четвертого порогового блока, выход второго блока дифференцирования подключен к входу четвертого порогового блока и к первому входу второго ключа, второй вход которого соединен с выходом третьего порогового блока, а выход подключен также к второму входу второго компаратора напряжений, выход второго блока фиксации экстремума подключен к второму входу второго ждущего преобразователя напряжения в длительность, последовательно соединенные первый блок управления, третий ключ и первый блок объединения, выход которого подключен к входу первого усилителя мощности, первый генератор второй несущей частоты, четвертый ключ, первый вход которого подключен к второму выходу первого блока управления, второй вход к выходу первого генератора второй несущей частоты, а выход к второму входу первого блока объединения, первый вход первого блока управления подключен к выходу первого ждущего преобразователя напряжения в длительность, а второй его вход к выходу второго ждущего преобразователя напряжения в

длительность, на втором передающем пункте последовательно соединенные третий блок выборки и хранения, третий блок вычитания, третий блок дифференцирования, пятый пороговый блок и третий блок фиксации логического уровня, шестой пороговый блок, последовательно соединенные пятый ключ, третий блок фиксации экстремума, третий компаратор напряжений, третий блок совпадения, третий ждущий преобразователь напряжения в длительность и третий блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам третьего блока фиксации экстремума и третьего блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом третьего блока совпадения, выход второго фильтра нижних частот подключен к второму входу третьего блока вычитания и первому входу третьего блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом шестого порогового блока, выход третьего блока дифференцирования подключен к входу шестого порогового блока и к первому входу пятого ключа, второй вход которого соединен с выходом пятого порогового блока, а выход подключен также к второму входу третьего компаратора напряжений, выход третьего блока фиксации экстремума подключен к второму входу третьего ждущего преобразователя напряжения в длительность, последовательно соединенные второй блок управления, седьмой ключ,

второй блок объединения и второй усилитель мощности, выход которого подключен к второй линии связи, второй генератор первой несущей частоты, выход которого подключен к второму входу седьмого ключа, последовательно соединенные второй генератор второй несущей частоты и восьмой ключ, второй вход которого подключен к второму выходу второго блока управления, а выход к второму входу второго блока объединения, последовательно соединенные второй инвертор, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, четвертый блок выборки и хранения, четвертый блок вычитания, четвертый блок дифференцирования, седьмой пороговый блок и четвертый блок фиксации логического уровня, восьмой пороговый блок, последовательно соединенные шестой ключ, четвертый блок фиксации экстремума, четвертый компаратор напряжений, четвертый блок совпадения, четвертый ждущий преобразователь напряжения в длительность и четвертый блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам четвертого блока фиксации экстремума и четвертого блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока совпадения, выход второго инвертора подключен к второму входу четвертого блока вычитания, второй вход четвертого блока выборки и хранения соединен с

выходом восьмого порогового блока, выход четвертого блока дифференцирования подключен к входу восьмого порогового блока и к первому входу шестого ключа, второй вход которого соединен с выходом седьмого порогового блока, а выход подключен также к второму входу четвертого компаратора напряжений, выход четвертого блока фиксации экстремума подключен к второму входу четвертого ждущего преобразователя напряжения в длительность, первый вход второго блока управления подключен к выходу третьего ждущего преобразователя напряжения в длительность, а второй его вход к выходу четвертого ждущего преобразователя напряжения в длительность, на приемном пункте последовательно соединенные первый блок выделения огибающей, вход которого подключен к выходу первого входного устройства, первый блок управления коммутатором и первый коммутатор несущей частоты, выход которого подключен к второму входу первого блока выделения огибающей, последовательно соединенные второе входное устройство, вход которого подключен к второй линии связи, второй блок выделения огибающей, второй блок управления коммутатором, второй коммутатор несущей частоты, выход которого подключен к второму входу второго блока выделения огибающей, третий генератор первой несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам первого и второго коммутаторов

несущей частоты, к третьим входам которых подключен третий генератор второй несущей частоты, последовательно соединенные первый блок селекции импульса по длительности, первый блок оценки длительности импульса и первый индикатор, последовательно соединенные второй блок селекции импульса по длительности, второй блок оценки длительности импульса и второй индикатор, последовательно соединенные третий блок селекции импульса по длительности, третий блок оценки длительности импульса и третий индикатор, последовательно соединенные четвертый блок селекции импульса по длительности, четвертый блок оценки длительности импульса и четвертый индикатор, первые входы первого и второго блоков селекции импульса по длительности подключены к выходу первого блока выделения огибающей, а их вторые входы к выходу первого блока управления коммутатором, первые входы третьего и четвертого блоков селекции импульса по длительности подключены к выходу второго блока выделения огибающей, а их вторые входы к выходу второго блока управления коммутатором, второй и третий входы блока оценки временного рассогласования подключены к выходам соответственно первого и третьего блоков селекции импульса по длительности, а первый генератор импульсов выполнен в виде первого генератора первой несущей частоты, выход которого подключен к второму входу третьего ключа.

Предлагаемое устройство автоматического диагностирования состояния трубопровода содержит два идентичных передающих пункта, устанавливаемых на концах контролируемого участка трубопровода. В каждом контрольном передающем пункте производится контроль давления жидкой среды, перекачиваемой по трубопроводу. При этом в каждом передающем пункте осуществляется как обнаружение и оценка снижения давления из-за прорыва трубопровода прорыв, так и обнаружение и оценка резкого повышения давления жидкости в трубопроводе удар. Это расширяет функциональные возможности устройства, в результате чего оператор может установить причину повреждения.

Обнаружение и оценка величины прорыва и удара производится в каждом передающем пункте по одной и той же методике и эквивалентными блоками с учетом различия параметров анализируемых событий, например, временного интервала фронта перепада давления и соответствующего учета полярности его производной. Поэтому рассмотрим методику и особенности анализа реализации процесса с выхода преобразователя давления применительно к обнаружению и оценке спада давления в трубопроводе на первом передающем пункте, вызванном повреждением трубопровода.

Введение последовательно соединенных первого блока выборки и хранения, первого блока вычитания, первого блока дифференцирования и второго порогового блока позволяет обеспечить высокую чувствительность к возникновению регулярного изменения давления в трубопроводе путем использования пошагового с частотой дискретизации детального анализа поведения отфильтрованной от высокочастотных флюктуаций в первом фильтре нижних частот реализация информационного сигнала с выхода первого преобразователя давления, что позволяет обнаруживать относительно малые по величине, но быстрые перепады давления из-за мгновенного возникновения небольших по объему и степени повреждений трубопровода.

Предлагаемое устройство имеет чувствительность по утечке от повреждения трубопровода не менее 0,5% от предельного хозяйственного расхода трубопровода. Возникновение относительно крутого перепада давления в трубопроводе за период дискретизации, установленного в первом блоке выборки и хранения, фиксируется переводом сигнала на выходе второго порогового блока на другой, например высокий уровень относительно исходного уровня, при этом дискретизация входной реализации прекращается и производится дальнейший анализ изменения во времени величины входного сигнала относительно хранящегося в первом блоке выборки и хранения уровня входного сигнала, величина которого запомнена на момент последней дискретизации. Критическое значение величины изменения давления за период дискретизации устанавливается величиной порога срабатывания второго порогового блока с учетом обеспечения помехозащищенности к низкочастотным флюктуациям давления в трубопроводе, уменьшая вероятность ложных тревог при обнаружении повреждений из-за такого типа помех.

Введение последовательно соединенных первого порогового блока и первого блока фиксации логического уровня позволяет обеспечить помехозащищенность к относительно высокочастотным и глубоким флюктуациям давления в трубопроводе не вызванным его повреждением, например пульсациям давления, которые, однако, могут иметь за период дискретизации относительно большую глубину и вызвать срабатывание второго порогового блока.

Анализ величины сигнала на выходе первого блока дифференцирования, пропорционального скорости изменения давления относительно момента обнаружения существенного изменения давления за период дискретизации, позволяет обнаружить появление фронта перепада давления в поврежденном трубопроводе, имеющего большую скорость изменения давления, по сравнению с помеховыми флюктуациями давления в трубопроводе. Пороговое значение скорости изменения давления, соответствующее принятию решения об обнаружении повреждения трубопровода, устанавливается порогом срабатывания первого порогового блока, при превышении которого сигналом с выхода первого блока дифференцирования сигнал на выходе первого порогового блока переводится на другой, например высокий уровень относительно исходного уровня. Происходит обнаружение фронта перепада давления из-за повреждения.

В процессе анализа естественных высокочастотных флюктуаций, обнаруженных при срабатывании второго порогового блока, величина сигнала с выхода первого блока дифференцирования не превышает порога срабатывания первого порогового блока соответствующей установкой этого порога. Этим обеспечивается помехозащищенность к высокочастотным флюктуациям давления в трубопроводе, уменьшая вероятность ложных тревог при обнаружении повреждения из-за такого типа помех. Срабатывание первого порогового блока фиксируется переводом первого блока фиксации логического уровня в сработанное состояние, которое затем сбросится после формирования и передачи информационной посылки на приемный пункт, а момент срабатывания соответствует моменту обнаружения повреждения трубопровода в первом передающем пункте.

Если не произошло обнаружения фронта перепада давления трубопровода, а второй пороговый блок сработал из-за флюктуаций давления, то через некоторое время скорость изменения давления изменится и сигнал на выходе первого блока дифференцирования уменьшится до уровня порога отпускания второго порогового блока и произойдет его возвращение в исходное (отпущенное) состояние, уровень сигнала на его выходе станет исходным (низким) и первый блок выборки и хранения начнет дискретизацию и хранение входной реализации сигнала с периодом дискретизации, величина которого согласована со спектром помеховых флюктуаций давления в трубопроводе таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая чувствительность и помехозащищенность работы устройства в соответствии с параметрами трубопровода, условиями его эксплуатации и типом перекачиваемой жидкой среды. При этом частота дискретизации имеет величину существенно большую, чем полоса пропускания первого фильтра нижних частот.

Введение первого блока дифференцирования позволяет осуществить оценку степени повреждения трубопровода, так как сигнал на его выходе пропорционален скорости изменения давления. Поэтому при превышении сигнала с выхода первого блока дифференцирования порога срабатывания первого порогового блока, т. е. когда произошло обнаружение повреждения трубопровода, открывается первый ключ и этот сигнал поступает на первый блок фиксации экстремума, который непрерывно запоминает текущее значение сигнала с выхода первого блока дифференцирования, и после того как скорость изменения давления фронта перепада давления начинает уменьшаться в процессе установления нового значения давления в поврежденном трубопроводе величина этого сигнала достигает экстремального (максимального) значения и начинает также уменьшаться, стремясь к нулевому уровню.

Однако в первом блоке фиксации экстремума запоминается экстремальное (максимальное) значение сигнала с выхода первого блока дифференцирования, которое затем используется в качестве оценочного значения степени повреждения трубопровода. Величина этого экстремального (максимального) значения является оценкой максимальной скорости изменения давления при повреждении трубопровода и пропорциональна величине повреждения при известных параметрах, описывающих процесс перекачки жидкой среды по данному трубопроводу. Зафиксированная экстремальная (максимальная) величина сигнала с выхода первого блока дифференцирования передается на приемный пункт, что позволяет расширить функциональные возможности устройства и наряду с передачей на приемный пункт факта обнаружения повреждения трубопровода передается также информация об оценке степени повреждения.

Введение первого ждущего преобразователя напряжения в длительность, служащего для преобразования энергетического параметра сигнала уровня напряжения, в неэнергетический параметр передаваемого информационного сигнала длительность импульса, позволяет повысить помехозащищенность передаваемой информации об оценке степени повреждения, так как такой вид модуляции информационного параметра является более помехозащищенным при передаче по линии связи между передающим и приемным пунктом, на которую действуют различного рода электромагнитные помехи в основном энергетического воздействия, и при этом протяженность линии связи (затухание на трассе) в меньшей степени скажется на достоверность переданной информации. На приемном пункте осуществляется оценка длительности переданного импульса и ее отображение на первом индикаторе в единицах степени повреждения трубопровода, зафиксированных на первом передающем пункте.

Для использования изложенных особенностей работы устройства при обнаружении и оценке величины резкого повышения давления удара с помощью аналогичных блоков, позволяющих повысить помехозащищенность и чувствительность, а также расширить функциональные возможности устройства, сигнал с выхода первого фильтра нижних частот инвертируется, в результате чего он становится по направлению изменения уровня эквивалентным сигналу прорыва, поэтому он обрабатывается в таких же блоках, как и для обнаружения и оценки спада давления. При этом соответствующим образом подобраны частота дискретизации и пороговые уровни срабатывания третьего и четвертого пороговых блоков, исходя из ожидаемых величин соответствующих параметрам сигнала при повышении давления в трубопроводе и при ударе. Блоки, предназначенные для обнаружения и оценки удара, не реагируют на возникновение прорыва, и наоборот.

Для повышения помехозащищенности передачи информационных импульсов по линии связи на каждом передающем пункте производится частотно-временное кодирование информационной посылки, которая всегда представляет собой составной импульс, состоящий из двух подимпульсов, следующих непосредственно друг за другом на первой и второй несущих частотах.

При обнаружении факта резкого повышения давления и формирования информационного импульса обнаружения и оценки величины удара на выходе соответствующего ждущего преобразователя напряжения в длительность, он поступает на первый вход блока управления. В блоке управления при этом по переднему фронту поступившего информационного импульса длительностью _у формируются два импульса следующих друг за другом. Первый короткий импульс формируется длительностью _1у << _у на первом выходе блока управления, который открывает на длительность _1у ключ для прохождения сигнала с выхода генератора первой несущей частоты. Второй импульс с второго выхода блока управления поступает на другой ключ для прохождения сигнала с выхода генератора второй несущей частоты.

Длительность второго импульса _2у складывается из двух частей: длительности защитного интервала ₃ 2 _1у, равной примерно удвоенной длительности первого импульса, и длительности информационного импульса, так что _{2у 3} + _у. При этом выполняется условие ₃ << _у и в целом можно считать, что длительность второго импульса увеличилась незначительно относительно длительности _у информационного импульса. С выходов ключей импульсы генераторов первой и второй несущих частот поступают на входы блока объединения для линейного суммирования, с выхода которого через усилитель мощности составной импульс поступает в соответствующую линию связи.

При обнаружении факта резкого падения давления из-за повреждения трубопровода и формирования информационного импульса обнаружения и оценки величины прорыва на выходе соответствующего ждущего преобразователя напряжения в длительность, он поступает на другой вход блока управления. В блоке управления при этом по переднему фронту поступившего информационного импульса длительностью _п формируются два следующих друг за другом импульса. Первый импульс с первого выхода блока управления поступает на соответствующий ключ для прохождения сигнала с выхода генератора первой несущей частоты. Длительность первого импульса _1п складывается из двух частей: длительности защитного интервала _з и длительности _п информационного импульса, так что _{1п з} + _п. Второй короткий импульс с второго выхода блока управления длительностью _{2п 1у} открывает второй ключ для прохождения через него сигнала с выхода генератора второй несущей частоты. И в результате на выходе усилителя мощности передающего пункта формируется составной импульс на двух несущих частотах, который поступает в соответствующую линию связи.

Длительность _з защитного интервала выбирают величиной большей, чем длительность импульсных шумовых помех в рабочем диапазоне линии связи, для повышения помехозащищенности устройства.

Несущие частоты генераторов несущей частоты выбраны такой величины, чтобы спектры обеих частот составного сигнала не перекрывались и их можно было бы достаточно легко расфильтровать на приемном пункте.

На приемном пункте для обнаружения факта передачи составного импульса с частотно-временным кодированием применяются соответствующие блоки квадратурного фазового детектирования на первой и второй несущих частотах для выделения огибающих первого и второго подимпульсов несущих частот со случайной начальной фазой и соответствующее декодирование с использованем защитного интервала _з.

Это повышает помехоустойчивость приема информационной посылки и исключает возможность наведения ложного импульса, так как условная вероятность совместного выполнения событий формирования импульсов помехи на первой и второй несущих частотах мала, что повышает помехозащищенность всего устройства в целом при применении такого метода кодирования для передачи информации.

На фиг. 1-3 приведена электрическая функциональная схема предлагаемого устройства для автоматического диагностирования состояния трубопровода (соответственно первый и второй передающие пункты и приемный пункт), где 1-1, 1-2 первый и второй преобразователи давления;

2-1, 2-2 первый и второй фильтры нижних частот;

3-1, 3-2 первый и второй инверторы;

4-1, 4-2, 4-3, 4-4 первый, второй, третий и четвертый блоки выборки и хранения;

5-1, 5-2, 5-3, 5-4 первый, второй, третий и четвертый блоки вычитания;

6-1, 6-2, 6-3, 6-4 первый, второй, третий и четвертый блоки дифференцирования;

7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5, 7-6, 7-7, 7-8 первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой пороговые блоки;

8-1, 8-2, 8-3, 8-4 первый, второй, третий и четвертый блоки фиксации логического уровня;

9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи;

10-1, 10-2, 10-3, 10-4 первый, второй, третий и четвертый блоки фиксации максимума;

11-1, 11-2, 11-3, 11-4 первый, второй, третий и четвертый компараторы напряжений;

12-1, 12-2, 12-3, 12-4 первый, второй, третий и четвертый блоки совпадения;

13-1, 13-2, 13-3, 13-4 первый, второй, третий и четвертый ждущие преобразователи напряжения в длительность;

14-1, 14-2 первый и второй блоки управления;

15-1, 15-2, 15-3, 15-4 первый, второй, третий и четвертый блоки выделения заднего фронта импульса;

16-1 первый генератор сигналов, выполненный в виде первого генератора первой несущей частоты;

16-2, 16-3 второй и третий генераторы первой несущей частоты;

17-1, 17-2, 17-3 первый, второй и третий генераторы второй несущей частоты;

18-1, 18-2 первый и второй блоки объединения;

19-1, 19-2 первый и второй усилители мощности;

20-1, 20-2 первая и вторая линии связи;

21-1, 21-2 первое и второе входное устройство;

22-1, 22-2 первый и второй блоки выделения огибающей;

23-1, 23-2 первый и второй блоки управления коммутатором;

24-1, 24-2 первый и второй коммутаторы несущей частоты;

25-1, 25-2, 25-3, 25-4 первый, второй, третий и четвертый блоки селекции импульса по длительности;

26-1, 26-2, 26-3, 26-4 первый, второй, третий и четвертый блоки оценки длительности импульса;

27-1, 27-2, 27-3, 27-4 первый, второй, третий и четвертый индикаторы;

28 блок оценки временного рассогласования;

29 указатель расстояния;

30 блок сброса.

Предлагаемое устройство автоматического диагностирования состояния трубопровода содбержит первый передающий пункт, включающий последовательно соединенные первый преобразователь 1-1 давления, первый фильтр 2-1 нижних частот, первый блок 4-1 выборки и хранения, первый блок 5-1 вычитания, первый блок 6-1 дифференцирования, первый пороговый блок 7-1 и первый блок 8-1 фиксации логического уровня, второй пороговый блок 7-2, последовательно соединенные первый ключ 9-1, первый блок 10-1 фиксации экстремума, первый компаратор 11-1 напряжений, первый блок 12-1 совпадения, первый ждущий преобразователь 13-1 напряжения в длительность и первый блок 15-1 выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам первого блока 10-1 фиксации экстремума и первого блока 8-1 фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом первого блока 12-1 совпадения.

Выход первого фильтра 2-1 нижних частот подключен к второму входу первого блока 5-1 вычитания, выход первого блока 6-1 дифференцирования подключен к первому входу первого ключа 9-1 и к второму входу порогового блока 7-2, выход которого подключен к второму входу первого блока 4-1 выборки и хранения. Второй вход первого ключа 9-1 подключен к выходу первого порогового блока 7-1, а его выход к второму входу первого компаратора 11-1 напряжений. Второй вход первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность подключен к выходу первого блока 10-1 фиксации экстремума.

Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные первый инвертор 3-1, вход которого подключен к выходу первого фильтра 2-1 нижних частот, второй блок 4-2 выборки и хранения, второй блок 5-2 вычитания, второй блок 6-2 дифференцирования, третий пороговый блок 7-3 и второй блок 8-2 фиксации логического уровня, четвертый пороговый блок 7-4, последовательно соединенные второй ключ 9-2, второй блок 10-2 фиксации экстремума, второй компаратор 11-2 напряжений, второй блок 12-2 совпадения, второй ждущий преобразователь 13-2 напряжения в длительность и второй блок 15-2 выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам второго блока 10-2 фиксации экстремума и второго блока 8-2 фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом второго блока 12-2 совпадения.

Выход первого инвертора 3-1 подключен к второму входу второго блока 5-2 вычитания, второй вход второго блока 4-2 выборки и хранения соединен с выходом четвертого порогового блока 7-4. Выход второго блока 6-2 дифференцирования подключен к входу четвертого порогового блока 7-4 и к первому входу второго ключа 9-2, второй вход которого соединен с выходом третьего порогового блока 7-3, а выход подключен также к второму входу второго компаратора 11-2 напряжений. Выход второго блока 10-2 фиксации экстремума подключен к второму входу второго ждущего преобразователя 13-2 напряжения в длительность.

Устройство содержит последовательно соединенные первый блок 14-1 управления, первый вход которого подключен к выходу первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность, а второй вход подключен к выходу второго ждущего преобразователя 13-2 напряжения в длительность, третий ключ 9-3, первый блок 18-1 объединения и первый усилитель 19-1 мощности, выход которого подключен к первой линии 20-1 связи, первый генератор 16-1 сигналов, выполненный в виде первого генератора первой несущей частоты, выход которого подключен к второму входу третьего ключа 9-3, последовательно соединенные первый генератор 17-1 второй несущей частоты и четвертый ключ 9-4, другой вход которого подключен к второму выходу первого блока 14-1 управления, а выход к второму входу первого блока 18-1 объединения.

Второй передающий пункт, включающий последовательно соединенные второй преобразователь 1-2 давления и второй фильтр 2-2 нижних частот, последовательно соединенные третий блок 4-3 выборки и хранения, третий блок 5-3 вычитания, третий блок 6-3 дифференцирования, пятый пороговый блок 7-5 и третий блок 8-3 фиксации логического уровня, шестой пороговый блок 7-6, последовательно соединенные пятый ключ 9-5, третий блок 10-3 фиксации экстремума, третий компаратор 11-3 напряжений, третий блок 12-3 совпадения, третий ждущий преобразователь 13-3 напряжения в длительность и третий блок 15-3 выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам третьего блока 10-3 фиксации экстремума и третьего блока 8-3 фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 12-3 совпадения. Выход второго фильтра 2-2 нижних частот подключен к второму входу третьего блока 5-3 вычитания и первому входу третьего блока 4-3 выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом шестого порогового блока 7-6. Выход третьего блока 6-3 дифференцирования подключен к входу шестого порогового блока 7-6 и к первому входу пятого ключа 9-5, второй вход которого соединен с выходом пятого порогового блока 7-5, а выход подключен также к второму входу третьего компаратора 11-3 напряжений. Выход третьего блока 10-3 фиксации экстремума подключен к второму входу третьего ждущего преобразователя 13-3 напряжения в длительность, последовательно соединенные второй инвертор 3-2, вход которого подключен к выходу второго фильтра 2-2 нижних частот.

Устройство включает также четвертый блок 4-4 выборки и хранения, четвертый блок 5-4 вычитания, четвертый блок 6-4 диффренцирования, седьмой пороговый блок 7-7 и четвертый блок 8-4 фиксации логического уровня, восьмой пороговый блок 7-8, последовательно соединенные шестой ключ 9-6, четвертый блок 10-4 фиксации экстремума, четвертый компаратор 11-4 напряжений, четвертый блок 12-4 совпадения, четвертый ждущий преобразователь 13-4 напряжения в длительность и четвертый блок 15-4 выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам четвертого блока 10-4 фиксации экстремума и четвертого блока 8-4 фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока 12-4 совпадения. Выход второго инвертора подключен к второму входу четвертого блока 5-4 вычитания, второй вход четвертого блока 4-4 выборки хранения соединен с выходом восьмого порогового блока 7-8. Выход четвертого блока 6-4 дифференцирования подключен к входу восьмого порогового блока 7-8 и к первому входу шестого ключа 9-6, второй вход которого соединен с выходом седьмого порогового блока 7-7, а выход подключен также к второму входу четвертого компаратора 11-4 напряжений.

Выход четвертого блока 10-4 фиксации экстремума подключен к второму входу четвертого ждущего преобразователя 13-4 напряжения в длительность, последовательно соединенные второй блок 14-2 управления, первый вход которого подключен к выходу третьего ждущего преобразователя 13-3 напряжения в длительность, а второй вход к выходу четвертого преобразователя 13-4 напряжения в длительность, седьмой ключ 9-7, второй блок 18-2 объединения и второй усилитель 19-2 мощности, выход которого подключен к второй линии 20-2 связи, второй генератор 16-2 первой несущей частоты, выход которого подключен к второму входу седьмого ключа 9-7, последовательно соединенные второй генератор 17-2 второй несущей частоты и восьмой ключ 9-8, другой вход которого подключен к второму выходу второго блока 14-2 управления, а выход к второму входу второго блока 18-2 объединения.

Приемный пункт, включающий последовательно соединенные первое входное устройство 21-1, вход которого подключен к первой линии 20-1 связи, первый блок 22-1 выделения огибающей, первый блок 23-1 управления коммутатора и первый коммутатор 24-1 несущих частот, выход которого подключен к второму входу первого блока 22-1 выделения огибающей, последовательно соединенные второе входное устройство 21-2, вход которого подключен к второй линии 20-2 связи, второй блок 22-2 выделения огибающей, второй блок 23-2 управления коммутатором и второй коммутатор 24-2 несущих частот, выход которого подключен к второму входу второго блока 22-2 выделения огибающей, третий генератор 16-3 первой несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам первого 24-1 и второго 24-2 коммутаторов несущих частот, к третьим входам которых подключен выход третьего генератора 17-3 второй несущей частоты, последовательно соединенные первый блок 25-1 селекции импульса по длительности, первый вход которого подключен к выходу первого блока 22-1 выделения огибающей, первый блок 26-1 оценки длительности импульса и первый индикатор 27-1, последовательно соединенные второй блок 25-2 селекции импульса по длительности, первый вход которого подключен к выходу первого блока 22-1 выделения огибающей, второй блок 26-2 оценки длительности импульса и второй индикатор 27-2, вторые входы первого 25-1 и второго 25-2 блоков селекции импульса по длительности подключены к выходу первого блока 32-1 управления коммутатора, последовательно соединенные третий блок 25-3 селекции импульса по длительности, вход которого подключен к выходу второго блока 22-2 выделения огибающей, третий блок 26-3 оценки длительности импульса и третий индикатор 27-3, последовательно соединенные четвертый блок 25-4 селекции импульса по длительности, вход которого подключен к выходу второго блока 22-2 выделения огибающей, четвертый блок 26-4 оценки длительности импульса и четвертый индикатор 27-4, вторые входы третьего 25-3 и четвертого 25-4 блоков селекции импульса по длительности подключены к выходу второго блока 23-2 управления коммутатора, последовательно соединенные блок 28 оценки временного рассогласования, указатель 29 расстояния и блок 30 сброса, выход которого подключен к второму входу указателя 29 расстояния и к первому входу блока 28 оценки временного рассогласования, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого 25-1 и третьего 25-3 блоков селекции импульса по длительности.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Первый и второй передающие пункты устанавливаются на концах контролируемого участка трубопровода. Они имеют одинаковые схемы и идентичны и каждый из них связан соответствующей линией связи 20-1 или 20-2 с приемным пунктом. Линии связи 20-1 и 20-2 могут быть проводными, радиорелейными или кабельными, в соответствии с чем выбираются несущие частоты генераторов 16 (17) несущих частот.

Сначала рассмотрим работу одного из двух идентичных передающих пунктов, например первого передающего пункта. В исходном состоянии первый преобразователь 1-1 давления помещен в контролируемый трубопровод и преобразует гидравлическое давление в электрический сигнал по пропорциональному закону. Далее электрический сигнал фильтруется в первом фильтре 2-1 нижних частот, который срезает высокочастотные флюктуации и пропускает для анализа только полосу частот сигнала, и соответственно давления в трубопроводе, согласованную с возможной скоростью изменения давления. Этим повышается помехозащищенность устройства в целом.

Первый 7-1, второй 7-2, третий 7-3 и четвертый 7-4 пороговые блоки, первый 8-1 и второй 8-2 блоки фиксации логического уровня и первый 11-1 и второй 11-2 компараторы напряжений находятся в отпущенном состоянии на их выходах имеется сигнал логического нуля, например низкий уровень. Первый 9-1 и второй 9-2 ключи заперты сигналами логического нуля соответственно с выходов первого 7-1 и второго 7-2 пороговых блоков. Сигналы на входах и выходах первого 10-1 и второго 10-2 блоков фиксации экстремумов равны нулю. Первй 13-1 и второй 13-2 ждущие преобразователи напряжения в длительность находятся в режиме ожидания. Первый блок 4-1 выборки и хранения с периодом дискретизации осуществляет выборку мгновенных значений сигнала с выхода первого фильтра 2-1 нижних частот и ее хранение и выдачу на первый вход (вход уменьшаемого) первого блока 5-1 вычитания, на второй вход (вход вычитаемого) которого непосредственно и непрерывно поступает текущее значение сигнала с выхода первого фильтра 2-1 нижних частот. С выхода первого фильтра 2-1 нижних частот сигнал через первый инвертор 3-1 поступает на первый (информационный) вход второго блока 4-2 выборки и хранения, который с периодом дискретизации осуществляет выборку мгновенных значений сигнала и ее хранение и выдачу на первый вход (вход уменьшаемого) второго блока 5-2 вычитания, на второй вход (вход вычитаемого) которого непосредственно и непрерывно поступает текущее значение сигнала с выхода первого инвертора 3-1.

Вначале рассмотрим работу устройства в условиях отсутствия флюктуаций давления в трубопроводе, обусловленных, например, пульсациями последнего при перекачке. В этом случае в трубопроводе давление постоянное и соответственно сигнал на выходе первого фильтра 2-1 нижних частот имеет постоянную величину. Сигналы на первом и втором входах первого 5-1 и второго 5-2 блоков вычитания одинаковы и на входы первого 6-1 и второго 6-2 блоков дифференцирования поступает нулевой сигнал. Поэтому все остальные блоки находятся в исходном состоянии.

В случае повреждения трубопровода на контролируемом участке вдоль трубопровода распространяется волна спада давления. При достижении фронтом волны спада давления первого преобразователя 1-1 давления на его выходе формируется сигнал, изменяющийся в соответствии с изменением давления, и формируется на выходе первого фильтра 2-1 нижних частот фронт спада уровня сигнала. При этом блоки, подключенные к выходу первого инвертора 3-1, остаются в исходном положении путем соответствующего установления порогов срабатывания третьего 7-3 и четвертого 7-4 пороговых блоков. В первом блоке 4-1 выборки и хранения в момент дискретизации запоминается значение уровня сигнала, которое передается на первый вход первого блока 5-1 вычитания и остается там постоянным на весь период дискретизации. На второй вход первого блока 5-1 вычитания поступает сигнал, текущее значение которого уменьшается в течение длительности периода дискретизации в соответствии с изменением фронта сигнала. На выходе первого блока 5-1 вычитания непрерывно выделяется разность сигналов на его входах, которая равна текущему изменению разности между запомненным значением уровня и изменяющимся текущим значением уровня сигнала. Скорость изменения этой разницы пропорциональна скорости изменения давления в трубопроводе и соответствует скорости нарастания фронта спада давления, которая в свою очередь пропорциональна степени повреждения трубопровода, чем больше повреждение, тем скорость изменения больше. Сигнал разности поступает на вход первого блока 6-1 дифференцирования, на выходе которого формируется сигнал пропорциональный скорости изменения фронта волны и соответственно пропорциональный степени повреждения.

Сигнал с выхода первого блока 6-1 дифференцирования одновременно поступает на входы первого 7-1 и второго 7-2 пороговых блоков, которые имеют разные уровни срабатывания. Второй пороговый блок 7-2 имеет более низкий уровень срабатывания.

Период дискретизации сигнала в первом блоке 4-1 выборки и хранения выбран такой величины, что при появлении фронта волны спада давления от опасного повреждения трубопровода сигнал на выходе первого блока 6-1 дифференцирования достигает порога срабатывания второго порогового блока 7-2, который срабатывает и на его выходе формируется сигнал логической единицы, например высокого уровня.

Этот сигнал поступает на второй (управляющий) вход первого блока 4-1 выборки и хранения и прекращает процесс последующей дискретизации с сохранением на его выходе последнего запомненного уровня сигнала. Для этого, например, в первом блоке 4-1 выборки и хранения имеется ключ, который отключает генератор импульсов от управляющего входа устройства дискретизации и хранения. Соответствующим подбором периода дискретизации в первом блоке 4-1 выборки и хранения и величины порога срабатывания во втором пороговом блоке 7-2 устанавливается требуемая чувствительность устройства к степени повреждения трубопровода путем реагирования на скорость изменения давления за время дискретизации на начальном участке фронта волны спада давления.

На выходе первого блока 5-1 вычитания по окончании периода дискретизации происходит дальнейшее изменение уровня сигнала в соответствии с изменением уровня фронта волны, т.е. происходит выделение фронта сигнала. Соответственно на выходе первого блока 6-1 дифференцирования происходит дальнейшее формирование сигнала, пропорционального скорости изменения фронта сигнала, который за время, превышающее период дискретизации, увеличивается пропорционально нарастанию фронта волны и достигает порога срабатывания первого порогового блока 7-1, величина которого выбрана в соответствии с возможной дальнейшей скоростью изменения фронта волны от наименьшего обнаруженного повреждения трубопровода, т.е. подбором порога срабатывания первого порогового блока 7-1 устанавливается чувствительность всего устройства к степени повреждения трубопровода путем реагирования на скорость изменения давления за время, превышающее период дискретизации на этапе последующего нарастания фронта волны спада давления, который имеет протяженность во времени существенно большую, чем период дискретизации. При этом величина порога срабатывания первого порогового блока 7-1 устанавливается несколько ниже уровня достигаемого сигналом на выходе первого блока 6-1 дифференцирования при максимальной скорости изменения фронта давления, соответствующего наименьшей требуемой обнаруживаемой степени повреждения трубопровода.

После срабатывания первого порогового блока 7-1 сигнал на его выходе переходит на уровень логической единицы, например высокий уровень. При этом первый блок 8-1 фиксации логического уровня срабатывает и сигнал на его выходе переходит на уровень логической единицы, например, высокий уровень, который поступает на второй вход первого блока 12-1 совпадения. Одновременно сигналом логической единицы с выхода первого порогового блока 7-1 открывается первый ключ 9-1, через который с выхода первого блока 6-1 дифференцирования сигнал поступает на первый (информационный) вход первого блока 10-1 фиксации экстремума и на второй вход первого компаратора 11-1 напряжений.

В момент срабатывания первого порогового блока 7-1 уровень сигнала на выходе первого блока 6-1 дифференцирования превысил его порог срабатывания, но еще не достиг максимального значения и в дальнейшем продолжает расти. В этот момент сигнал на выходе первого блока 10-1 фиксации экстремума повторяет сигнал на его входе и в дальнейшем также продолжает расти до максимального значения сигнала на выходе первого блока 6-1 дифференцирования.

Когда сигнал на выходе первого блока 6-1 дифференцирования начинает падать, что соответствует уменьшению скорости изменения фронта волны при подходе давления к новому установившемуся значению, сигнал на выходе первого блока 10-1 фиксации экстремума не изменяется и сохраняет значение максимального уровня, достигнутого сигналом с выхода первого блока 6-1 дифференцирования. Это зафиксированное максимальное значение сигнала с выхода первого болка 6-1 дифференцирования определяет максимальную скорость изменения фронта волны давления и пропорционально степени повреждения трубопровода, поэтому оно является оценкой степени повреждения. Чем больше степень повреждения трубопровода, тем больше скорость изменения фронта волны давления и тем большая величина фиксированного максимального уровня сигнала на выходе первого блока 6-1 дифференцирования.

После фиксации уровня максимума в первом блоке 10-1 фиксации экстремума и при уменьшении уровня сигнала на выходе первого блока 6-1 дифференцирования срабатывает первый компаратор 11-1 напряжений и на его выходе после момента фиксации максимума формируется сигнал логической единицы, например, высокого уровня, который поступает на первый вход первого блока 12-1 совпадения. Из-за наличия двух логических единиц на обоих входах первого блока 12-1 совпадений на его выходе формируется в момент срабатывания первого компаратора 11-1 напряжений сигнал запуска первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность, который поступает на первый (управляющий) вход последнего.

На втором (информационном) входе первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность присутствует сигнал с выхода первого блока 10-1 фиксации экстремума и в момент подачи управлюящего сигнала начинается процесс преобразования уровня напряжения на информационном входе в длительность импульса на выходе.

Первый ждущий преобразователь 13-1 напряжения в длительность может быть выполнен, например, в виде фантастрона. Факт запуска и формирования импульса на выходе первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность соответствует факту обнаружения повреждения трубопровода. Длительность _п импульса на выходе первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность пропорциональна зафиксированному значению сигнала в первом блоке 10-1 фиксации экстремума, а следовательно, и скорости изменения фронта волны давления и соответственно степени повреждения трубопровода. При этом оценка степени повреждения трубопровода из энергетического параметра уровня напряжения преобразуется в неэнергетический параметр длительность импульса, что позволяет в дальнейшем при передаче по линии связи снизить влияние помех на достоверность переданной информации, так как амплитуда сигнала менее помехозащищена при передаче по линии связи, чем длительность от воздействия электромагнитных полей и затухания в линии передачи на расстояние.

В момент окончания импульса на выходе первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность в первом блоке 15-1 выделения заднего фронта импульса формируется импульс сброса, возникновение которого говорит об окончании передачи информации об обнаружении и оценки степени повреждения трубопровода на выход первого передающего пункта в первую линию связи 18-1. Этот импульс поступает на вторые входы (входы сброса) первого блока 8-1 фиксации логического уровня и первого блока 10-1 фиксации экстремума и производит их перевод в начальное нулевое состояние. При этом из-за падения уровня сигнала на выходе первого блока 6-1 дифференцирования, в связи с уменьшением скорости фронта волны при установлении нового значения давления в трубопроводе, сначала первый пороговый блок 7-1 переходит в отпущенное состояние и закрывается первый ключ 9-1, а затем при подходе давления к новому установившемуся уровню второй пороговый блок 7-2 переходит в отпущенное состояние. Все блоки первого передающего пункта после передачи информационного сигнала в первую линию связи 18-1 вернулись в исходное состояние и процесс его работы повторяется.

Импульс длительностью _п с выхода первого ждущего преобразователя 13-1 напряжения в длительность поступает на первый вход первого блока 14-1 управления. В первом блоке 14-1 управления по переднему фронту поступившего информационного импульса формируются два импульса, следующие друг за другом. Первый импульс длительностью _{1п з} + _п с первого выхода первого блока 14-1 управления поступает на первый (управляющий) вход третьего ключа 9-3 и открывает его на время _1п, в результате чего через него проходят колебания первой несущей частоты с выхода первого генератора 16-1 сигналов, выполненного в виде первого генератора первой несущей частоты.

Эти колебания через первый блок 18-1 объединения поступают на первый усилитель 19-1 мощности и далее в первую линию связи. Второй импульс длительностью _2п формируется сразу же по окончании первого импульса и с второго выхода первого блока 14-1 управления поступает на первый (управляющий) вход четвертого ключа 9-4, открывает его на время _2п, в результате чего колебания второй несущей частоты с выхода первого генератора 17-1 второй несущей частоты проходят на второй вход первого блока 18-1 объединения и далее через первый усилитель 19-1 мощности на первую линию 20-1 связи. В результате на выходе первого усилителя 19-1 мощности первого передающего пункта формируется составной импульс на двух несущих частотах.

Теперь рассмотрим работу предлагаемого устройства с учетом флюктуаций давления в трубопроводе, обусловленных, например, пульсациями давления при перекачке жидких продуктов в отсутствии повреждения трубопровода. В этом случае в процессе наблюдения с выхода первого преобразователя 1-1 давления сигнал представляет собой случайный процесс с широким спектром. В первом фильтре 2-1 нижних частот осуществляется подавление помеховых составляющих со спектром, превышающим максимально возможную частоту полезного сигнала, соответствующую максимально возможной скорости изменения фронта волны давления.

Низкочастотные помеховые флюктуации сигнала с выхода первого фильтра 2-1 нижних частот подвергаются двухступенчатому анализу. Сначала анализируется скорость изменения давления за период дискретизации путем сравнения с порогом срабатывания второго порогового блока 7-2 сигнала с выхода первого блока 6-1 дифференцирования. При этом помеховые флюктуации с малой скоростью изменения не обнаруживаются и для них обеспечивается высокая помехозащищенность. При превышении скорости изменения флюктуаций давления за период дискретизации критического значения производится анализ скорости изменения давления за более протяженный отрезок времени путем сравнения сигнала на выходе первого блока 6-1 дифференцирования с порогом срабатывания первого порогового блока 7-1. При этом помеховые флюктуации не достигают порога срабатывания и не происходит формирования информационного сигнала о повреждении трубопровода. Таким образом, соответствующим выбором величины периода дискретизации в первом блоке 4-1 выборки и хранения, порогов срабатывания первого 7-1 и второго 7-2 пороговых блоков обеспечивается низкая величина вероятности ложного обнаружения повреждения трубопровода, т.е. высокая помехозащищеность работы устройства.

В случае возникновения на контролируемом участке трубопровода волны повышенного давления удара, например в случае резкого несанкционированного поступления перекачиваемой жидкости по одному из ответвлений трубопровода, при достижении фронтом этой волны первого преобразователя 1-1 давления на выходе первого фильтра 2-1 нижних частот формируется фронт подъема уровня сигнала, а на выходе первого инвертора 3-1 фронт спада уровня сигнала. При этом блоки, настроенные на обнаружение фронта спада уровня сигнала, остаются в исходном состоянии, а блоки, подключенные к выходу первого инвертора 3-1, работают как описано выше и происходит обнаружение и оценка величины повышения давления в трубопроводе.

Импульс длительностью _у с выхода второго ждущего преобразователя 13-2 напряжения в длительность поступает на второй вход первого блока 14-1 управления. В первом блоке 14-1 управления по переднему фронту поступившего информационного импульса формируются два импульса, следующие непосредственно друг за другом. Первый импульс длительностью _1у << _у с первого выхода первого блока 14-1 управления поступает на первый вход третьего ключа 9-3 и открывает его. В результате чего в первую линию 20-1 связи поступает импульс колебаний первой несущей частоты длительностью _1у. Второй импульс длительностью _2у с второго выхода первого блока 14-1 управления поступает на первый вход четвертого ключа 9-4 и отпирает его. В результате чего в первую линию 20-1 связи поступает импульс колебаний второй несущей частоты. Таким образом, на выходе первого усилителя 19-1 мощности формируется составной импульс на двух несущих частотах.

Второй передающий пункт работает аналогичным образом при достижении второго преобразователя 1-2 давления фронта спада или увеличения давления в трубопроводе.

Приемный пункт работает следующим образом. К выходу первой линии 20-1 связи подключен вход первого входного устройства 21-1, предназначенного для согласования с линией связи и усиления принятого сигнала до необходимого уровня, а к выходу второй линии 20-2 связи подключен вход второго входного устройства 21-2. В исходном состоянии все индикаторы 27 и указатель 30 расстояния имеют нулевые показания, блоки селекции 25 и 28, а также блок 29 оценки временного рассогласования находятся в сброшенном состоянии. Первый 23-1 и второй 23-2 блоки управления коммутатором имеют на своих выходах потенциал, соответствующий логическому нулю, и таким образом включают соответствующие коммутаторы 24-1 и 24-2, что на их выходы поступает сигнал от третьего генератора 16-3 первой несущей частоты, и при этом по вторым входам управляют блоками селекции импульсов по длительности так, что первый 25-1 и третий 25-3 блоки селекции открыты и готовы к работе, а второй 25-2 и четвертый 25-4 блоки селекции закрыты.

Если на любом из передающих пунктов будет обнаружен факт спада или повышения давления, то на приемный пункт по соответствующей линии 20-1 (20-2) связи поступит составной сигнал. Например, на первом передающем пункте произошло обнаружение спада давления из-за повреждения трубопровода. Тогда по первой линии 20-1 связи на вход первого входного устройства 21-1 поступит составной сигнал. Первый подимпульс этого сигнала длительностью _{1п з} + _п квадратурно обрабатывается в первом блоке 22-1 выделения огибающей совместно с опорным напряжением первой несущей частоты, в результате чего на его выходе выделяется огибающая видеоимпульс длительностью _1п, которая одновременно поступает на вход первого блока 23-1 управления коммутатором и на первые (информационные) входы первого 25-1 и второго 25-2 блоков селекции импульса по длительности. При этом, так как его длительность _1п больше чем продолжительность _з защитного интервала, он пропускается через открытый первый блок 25-1 селекции импульса по длительности, имеющий пороговую длительность равной _з.

После окончания первого подимпульса на первой несущей частоте, задним фронтом видеоимпульса первый блок 23-1 управления коммутатором переводится во второе устойчивое положение, когда на его выходе формируется сигнал логической единицы, который отключает от выхода первого коммутатора 24-1 несущей частоты третий генератор 16-3 первой несущей частоты и подключает к выходу третий генератор 17-3 второй несущей частоты, а также закрывает первый блок 25-1 селекции импульса по длительности и открывает второй блок 25-2 селекции импульса по длительности, имеющий также пороговую длительность _з. Начинается процесс выделения огибающей принятого второго подимпульса на второй несущей частоте, длительность которого _2п < _з, и он вследствие этого не пройдет на выход второго блока 25-2 селекции импульса по длительности. Задним фронтом огибающей второго подимпульса первый блок 23-1 управления коммутатором переводится в исходное состояние и на второй (опорный) вход первого блока 22-1 выделения огибающей вновь поступает гармоническое колебание первой несущей частоты. Блоки селекции 25-1 и 25-2 переходят в исходное состояние.

Выделенный на выходе первого блока 25-1 селекции по длительности видеоимпульс длительностью _1п поступает на вход первого блока 26-1 оценки длительности импульса и величина этой оценки, соответствующая величине степени спада давления в трубопроводе, зафиксированная на первом передающем пункте, отображается на первом индикаторе 27-1.

Рассмотрим теперь процессы, если на первом передающем пункте произошло обнаружение резкого повышения давления в трубопроводе. На выходе первого блока 22-1 выделения огибающей выделяется огибающая первого подимпульса длительностью _1у < _з и он не проходит на выход первого блока 25-1 селекции импульса по длительности, так как меньше пороговой длительности _з. Следовательно на первом индикаторе 27-1 останется исходное показание.

Задним фронтом первого подимпульса первый блок 23-1 управления коммутатором переводится в состояние, когда на его выходе будет сигнал логической единицы, который подается на первый (управляющий) вход первого коммутатора 24-1 несущей частоты и подключает к выходу последнего третий генератор 17-3 второй несущей частоты. После этого происходит квадратурное выделение огибающей второго подимпульса длительностью _{2у з} + _у. Этот видеоимпульс пройдет через второй блок 25-2 селекции импульса по длительности на вход второго блока 26-2 оценки длительности импульса, так как _2у > _з больше порогового значения длительности, и результат оценки, соответствующий величине повышения давления в трубопроводе, зафиксированной на первом передающем пункте, отображается на втором индикаторе 27-2.

Аналогичные процессы происходят на приемном пункте, если приходят соответствующие составные информационные сигналы по второй линии 20-2 связи от второго передающего пункта.

В результате автоматически на индикаторах 27 приемного пункта отображаются как факты обнаружения резкого изменения давления (прорыв или удар), зафиксированные в соответствующих передающих пунктах контроля трубопровода, так и оценки величин обнаруженных изменений давления в трубопроводе, что повышает информативность работы передающих пунктов и соответственно расширяются функциональные возможности всего устройства в целом.

В устройстве производится автоматическое определение места повреждения контролируемого участка трубопровода, обусловившего прорыв и спад давления в трубопроводе. Для этого в блоке 28 оценки временного рассогласования производится оценка временного рассогласования t моментов прихода передних фронтов информационных импульсов, поступающих на первой несущей частоте из первого и второго передающих пунктов соответственно и прошедших первый 25-1 и третий 25-3 блоки селекции импульса по длительности. Эти фронты формируются на соответствующих передающих пунктах в моменты приходов к ним фронта волны спада давления, распространяющегося от места прорыва в трубопроводе к концам контролируемого участка трубопровода. Расстояние до повреждения от одного из передающих пунктов на контролируемом участке трубопровода определяется по формуле R 0,5 (L + U) t, где L протяженность контролируемого участка трубопровода; U скорость распространения звука в трубопроводе; t временное рассогласование передних фронтов.

Для оценки величины временного рассогласования t выход первого блока 25-1 селекции импульса по длительности подключен к первому входу блока 28 оценки временного рассогласования, к третьему входу которого подключен выход третьего блока 25-3 селекции импульса по длительности. Для оценки величины временного рассогласования t выход первого детектора 20-1 подключен к первому входу блока 23 оценки временного рассогласования, к третьему входу которого подключен выход третьего детектора 20-3.

Результат оценки временного рассогласования в соответствии с приведенной формулой отображается на указателе 29 расстояния.

В случае ложного срабатывания устройства, например, поступил сигнал только от одного передающего пункта, блок 30 сброса переводит указатель 29 расстояния и блок 28 оценки временного рассогласования в нулевое исходное состояние сбрасывает их путем передачи на их вторые входы сигнала сброс.

После передачи и приема информационных сигналов об обнаружении, оценки степени повреждения и измерения расстояния до него устройство вновь готово к работе и может обнаруживать, оценивать и регистрировать повторное повреждение контролируемого трубопровода и измерять расстояние до него.