устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода
Классы МПК: | F17D5/02 для наблюдения, предотвращения или обнаружения утечек G01M3/18 испытание трубопроводов, кабелей, труб, клапанов, соединений трубопроводов или перемычек |
Автор(ы): | Рогалев В.А., Кармазинов Ф.В., Гумен С.Г., Денисов Г.А., Дикарев В.И., Койнаш Б.В. |
Патентообладатель(и): | Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-03-13 публикация патента:
20.12.2002 |
Изобретение относится к средству неразрушающего контроля материалов и изделий с целью обнаружения дефектов и их локализации, при этом в качестве контролируемого материала используется трубопровод для транспортировки текущего вещества. Технической задачей изобретения является повышение точности определения местонахождения течи. Устройство содержит генератор 1 гармонического колебания, подключенный одним электродом к земле 2, а вторым выходом к трубопроводу 3, первую рамочную антенну 4, первый приемник 5, первый полосовой фильтр 6, амплитудный детектор 7, индикатор 8 трассы, второй приемник 9, второй полосовой фильтр 10, вычитатель 11, первый фазовый детектор 12, первый интегратор 13, регулируемый усилитель 14, синхронный детектор 15, схему 16 фазовой автоподстройки частоты, второй фазовый детектор 17, второй интегратор 18, схему 19 выборки и хранения, индикатор 20 течи, генератор 21 импульсов, схему 22 задержки, блок 23 эталонных частот, первый смеситель 24, усилитель 25 первой промежуточной частоты, второй смеситель 26, усилитель 27 второй промежуточной частоты и измеритель 28 частоты. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генератор гармонического колебания, подключенный одним выводом к земле, а другим предназначенный для подключения к трубопроводу, первую рамочную антенну, соединенный с ней первый приемник, включающий в себя последовательно соединенные первый полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор трассы, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90o к плоскости первой рамочной антенны, соединенный с ней второй приемник, включающий в себя последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вычитатель, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, первый интегратор, регулируемый усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, вычитатель, схема фазовой автоподстройки частоты, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, второй интегратор, второй вход которого через схему задержки соединен с выходом генератора импульсов, схема выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, и индикатор течи, отличающееся тем, что в него введены два смесителя, усилитель первой промежуточной частоты, усилитель второй промежуточной частоты, блок эталонных частот, и измеритель частоты, причем к выходу вычислителя последовательно подключены первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом блока эталонных частот, усилитель первой промежуточной частоты, второй смеситель, второй вход которого соединен с вторым выходом блока эталонных частот, усилитель второй промежуточной частоты и измеритель частоты.Описание изобретения к патенту
Устройство относится к средствам неразрушающегося контроля материалов и изделий с целью обнаружения дефектов и их локализации, при этом в качестве контролируемого материала используется трубопровод для транспортировки текущего вещества. Известны устройства для обнаружения места течи в трубопроводах (Авт. свид. СССР 336.463, 380.910, 411.268, 417.675, 806.984, 932.098, 941.776, 1.013.704, 1.079.946, 1.208.402, 1.778.597, 1.781.577, 1.800.219; патенты РФ 2.011.110, 2.036.372, 2.047.815, 2.053.436, 2.084.757; патенты США 4.289.019, 4.570.477; патенты Великобритании 1.349.120; патенты Франции 2.498.325, 2.504.656; патенты ФРГ 3.112.829; патенты Японии 59-38537, 63-22531; Яковлев Е. И. и др. Трубопроводный транспорт жидкости и газа. - М., 1993 и др.). Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода" (Авт. свид. СССР 1.781.577, G 01 M 3/18, 1990), которое и выбрано в качестве прототипа. Данное устройство обеспечивает возможность для компенсации электромагнитного излучения от трубопровода и для фиксирования электромагнитного излучения, обусловленного течью из трубопровода. При этом на выходе синхронного детектора формируется амплитуда сигнала течи совместно с помехами, при интегрировании которых на выходе второго интегратора формируется сигнал с большим отношением уровня выделенного сигнала к уровню помех. При перемещении антенн из точки поверхности O1 вдоль трассы трубопровода к точке O2 места течи индикатором будет отслеживаться рост напряжения до максимальной величины. Появление максимума напряжения будет соответствовать росту течи в трубопроводе. Однако в этом случае отсутствует явно выраженный максимум напряжения (точка экстремума), что снижает точность местонахождения утечки в трубопроводе. Кроме того, возможны ложные максимумы напряжения, обусловленные различными факторами. Технической задачей изобретения является повышение точности определения местонахождения течи. Поставленная задача решается тем, что в устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, содержащее генератор гармонического колебания, подключенный одним выводом к земле, а другим предназначенный для подключения к трубопроводу, первую рамочную антенну, соединенный с ней первый приемник, включающий в себя последовательно соединенные первый полосовой фильтр, амплитудный детектор и индикатор трассы, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90o к плоскости первой рамочной антенны, соединенный с ней второй приемник, включающий в себя последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вычитатель, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, первый интегратор, регулируемый усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, вычитатель, схему фазовой автоподстройки частоты, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, второй интегратор, второй вход которого через схему задержки соединен с выходом генератора импульсов, схему выборки и хранения, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, и индикатор течи, введены два смесителя, блок эталонной частоты, усилитель первой промежуточной частоты, усилитель второй промежуточной частоты и измеритель частоты, причем к выходу вычитателя последовательно подключены первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом блока эталонных частот, усилитель первой промежуточной частоты, второй смеситель, второй вход которой соединен с вторым выходом блока эталонных частот, усилитель второй промежуточной частоты и измеритель частоты. Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1; функциональная схема первого и второго приемников изображена на фиг.2. Устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода содержит генератор 1 гармонического колебания, подключенный одним электродом к земле 2, а вторым выводом к трубопроводу 3, первую рамочную антенну 4, подключенную к первому приемнику 5, включающему в себя последовательно соединенные первый полосовой фильтр 6, амплитудный детектор 7 и индикатор трассы 8, вторую рамочную антенну 23, плоскость которой ориентирована под углом 90o к плоскости первой рамочной антенны 4, соединенный с ней второй приемник 9, включающий в себя последовательно соединенные второй полосовой фильтр 10, вычитатель 11, первый фазовый детектор 12, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра 6, первый интегратор 13, регулируемый усилитель 14, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра 6, вычитатель 11, схему фазовой автоподстройки частоты 16, второй фазовый детектор 17, второй вход которого соединен с выходом вычитателя 11, второй интегратор 18, второй вход которого через схему задержки 22 соединен с выходом генератора 21 импульсов, схему 19 выборки и хранения, второй вход которой соединен с выходом генератора 21 импульсов, и индикатор 20 течи, последовательно подключенные к выходу вычитателя 11 первый смеситель 24, второй вход которого соединен с первым выходом блока 23 эталонных частот, усилитель 25 первой промежуточной частоты, второй смеситель 26, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 23 эталонных частот, усилитель 27 второй промежуточной частоты и измеритель 28 частоты. Точное определение места утечки жидкости из подземного трубопровода основано на измерении радиальной скорости передвижения рамочной антенны 23 относительно места утечки жидкости. При этом используется эффект Доплера, сущность которого заключается в том, что частота f принимаемых колебаний отличается от частоты f0 излучаемых колебаний, если излучатель и приемник перемещаются относительно друг друга. Как известно из общих положений теории относительности, связь между частотами f и f0, измеренными соответственно в движущейся и неподвижной системе отсчета, определяется соотношением![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-2t.gif)
где f - частота принимаемых колебаний; f0 - частота излучаемых колебаний; С - скорость света; V - радиальная составляющая скорости перемещения рамочной антенны 23. Поскольку
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-3t.gif)
то выражение (1) можно записать в виде
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-4t.gif)
Ограничиваясь первыми двумя слагаемыми в правой части последнего равенства, получаем
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-5t.gif)
где Fq - доплеровское смещение частоты;
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194013/955.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-6t.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-7t.gif)
Работа устройства заключается в следующем. Посредством генератора 1 в трубопроводе 3 возбуждается электромагнитная волна. Возбуждение электромагнитной волны производится так же и в жидкости через проводящий слой трубопровода. Но тогда возбужденный трубопровод и жидкость, истекающая из течи, будут создавать вокруг себя вторичные электромагнитные поля (ЭВП). В первой антенне 4 будет наводиться ЭДС за счет магнитного поля трубопровода. Во второй антенне 23 будет наводиться ЭДС за счет магнитного поля самой течи. Но ЭВП, возбуждаемое трубопроводом, будет существенно больше ЭМП, возбуждаемого течью, так как электропроводность трубопровода на несколько порядков (10+7
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194024/247.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-8t.gif)
где E201 - амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек O1 трассы трубопровода во второй антенне 23;
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
где E101 - амплитуда сигнала, наводимого от трубопровода в одной из точек O1 трассы трубопровода в первой антенне 4;
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-9t.gif)
где V4 - амплитуда отфильтрованного сигнала, обусловленного течью;
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
Если V2
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194126/8800.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194042/948.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194041/963.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-10t.gif)
где Vсд - амплитуда выделяемого напряжения течи на выходе синхронного детектора 15; Д - дисперсия помех на выходе синхронного детектора 15;
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/916.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
U1(t) = V1
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
На выходе смесителя 24 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25 выделяется напряжение первой промежуточной (разностной) частоты
Uпр1(t) = Vпр1
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
где Vпр1=1/2 K1
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/960.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
Напряжение Uпp1(t) с выхода усилителя 25 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 26, на второй вход которого подается опорный сигнал с второго выхода блока 23 эталонных частей
U2(t)=V2
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
где
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194005/960.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-11t.gif)
На выходе смесителя 26 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 27 второй промежуточной частоты выделяется напряжение второй промежуточной частоты
Uпp2(t)=Vпр2
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194117/969.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194125/981.gif)
где Vпр2=1/2 K1
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194008/8226.gif)
![устройство для локализации места утечки жидкости из трубопровода, патент № 2194919](/images/patents/276/2194919/2194919-12t.gif)
B зависимости от того, fпp2>F0 или fпp2<F, определяется измерителем 28 частоты знак доплеровского смещения, а следовательно, и направление радиальной скорости, т.е. приближается приемная антенна 23 к месту течи жидкости из трубопровода или удаляется от него. По изменению знака доплеровского смещения точно определяется место течи жидкости из трубопровода. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение точности определения местонахождения течи жидкости из трубопровода. Это достигается использованием доплеровского смещения, по знаку которого определяется место повреждения трубопровода.
Класс F17D5/02 для наблюдения, предотвращения или обнаружения утечек
Класс G01M3/18 испытание трубопроводов, кабелей, труб, клапанов, соединений трубопроводов или перемычек