система для наблюдения за состоянием опасного участка магистрального газопровода

Формула изобретения

1. Система для наблюдения за состоянием опасного участка магистрального трубопровода, содержащая видеокамеру с блоком инфракрасной подсветки, оптически согласованные с опасным участком магистрального трубопровода, датчик статического давления транспортируемого газа в магистральном трубопроводе, датчик вибраций, установленный на магистральном трубопроводе, и два датчика акустических шумов, а также четыре усилителя, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два пороговых устройства, микропроцессор и радиомодем, при этом выходы датчика статического давления, датчика вибраций, первого и второго датчиков акустических шумов подключены ко входам первого, второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого, второго и третьего усилителей подключены ко входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь ко входу микропроцессора, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и первому управляющему входу радиомодема, а выход четвертого усилителя через первое пороговое устройство соединен со вторым управляемым входом радиомодема, отличающаяся тем, что дополнительно содержит узкополосный микрофон, гармонический акустический излучатель, блок обработки доплеровского сигнала и фотоприемник, при этом запускающий вход гармонического акустического излучателя соединен с выходом первого порогового устройства, а электрический выход - с первым входом блока обработки доплеровского сигнала, подключенным первым и вторым выходами соответственно к третьему и четвертому управляемым входам радиомодема, и вторым своим выходом - к запускающему входу видеокамеры, второй выход блока обработки доплеровского сигнала соединен с выходом узкополосного микрофона, а выход фотоприемника через второе пороговое устройство подключен к запускающему входу блока инфракрасной подсветки.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок обработки доплеровского сигнала выполнен в виде частотного дискриминатора, дифференцирующего устройства, двух частотных пороговых устройств, таймера, схемы опорного сигнала и счетно-решающего устройства, при этом выход узкополосного микрофона подключен ко входу частотного дискриминатора, соединенного выходом с первым входом первого частотного порогового устройства, входом дифференцирующего устройства и первым входом счетно-решающего устройства, второй вход первого частотного порогового устройства подключен к электрическому выходу гармонического акустического излучателя, а выход - к управляемому входу таймера, выход которого подключен к запускающим входам видеокамеры и радиомодема, выход дифференцирующего устройства соединен со входом второго частотного порогового устройства, подключенного выходом к запускающему входу счетно-решающего устройства, ко второму входу которого подсоединен электрический выход гармонического акустического излучателя, а к третьему - выход схемы опорного сигнала.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что радиомодем выполнен в виде радиопередающего устройства с расширенным спектром.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит звуковой излучатель, выполненный преимущественно в виде сирены, управляемый вход которого подключен к выходу усилителя датчика вибраций.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пневмоаккумулятор со слезоточивым газом, установленный в зоне опасного участка магистрального трубопровода, при этом управляемый электрический вход вентиля пневмоаккумулятора подключен к выходу усилителя датчика статического давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для антитеррористической защиты наиболее уязвимых участков магистральных трубопроводов.

Известна система аналогичного назначения, принятая за прототип, содержащая видеокамеру с блоком инфракрасной подсветки, оптически согласованные с опасным участком магистрального трубопровода, датчик статического давления транспортируемого газа в магистральном трубопроводе, датчик вибраций, установленный на магистральном трубопроводе и два датчика акустических шумов, а также четыре усилителя, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два пороговых устройства, микропроцессор и радиомодем, при этом выходы датчика статического давления, датчика вибраций и первого и второго датчиков акустических шумов подключены ко входам первого второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого, второго и третьего усилителей подключены ко входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь ко входу микропроцессора, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и первому управляющему входу радиомодема, а выход четвертого усилителя через первое пороговое устройство соединен со вторым управляемым входом радиомодема /Патент РФ №2264578, кл. F16L 17/00, 58/00, F17D 5/02, 2005/.

Недостатком прототипа является низкий уровень антитеррористической защиты магистрального трубопровода в местах расположения запорно-регулируемой арматуры.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является повышение уровня антитеррористической защиты магистральных трубопроводов в месте отбора транспортируемой среды.

Данный технический результат достигают за счет того, что известная система для наблюдения за состоянием опасного участка магистрального трубопровода, содержащая видеокамеру с блоком инфракрасной подсветки, оптически согласованные с опасным участком магистрального трубопровода, датчик статического давления транспортируемого газа в магистральном трубопроводе, датчик вибраций, установленный на магистральном трубопроводе и два датчика акустических шумов, а также четыре усилителя, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два пороговых устройства, микропроцессор и радиомодем, при этом выходы датчика статического давления, датчика вибраций, первого и второго датчиков акустических шумов подключены ко входам первого второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого, второго и третьего усилителей подключены ко входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь ко входу микропроцессора, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и первому управляющему входу радиомодема, а выход четвертого усилителя соединен через первое пороговое устройство со вторым управляемым входом радиомодема, дополнительно содержит узкополосный микрофон, гармонический акустический излучатель, блок обработки доплеровского сигнала и фотоприемник, при этом запускающий вход гармонического акустического излучателя соединен с выходом первого порогового устройства, а электрический выход - с первым входом блока обработки доплеровского сигнала, подключенным первым и вторым выходами соответственно к третьему и четвертому управляемым входам радиомодема, и вторым своим выходом - к запускающему входу видеокамеры, второй выход блока обработки доплеровского сигнала соединен с выходом узкополосного микрофона, а выход фотоприемника через второе пороговое устройство подключен к запускающему входу блока инфракрасной подсветки.

При этом блок обработки доплеровского сигнала выполнен в виде частотного дискриминатора, дифференцирующего устройства, двух частотных пороговых устройств, таймера, схемы опорного сигнала и счетно-решающего устройства, при этом выход узкополосного микрофона подключен ко входу частотного дискриминатора, соединенного выходом с первым входом первого частотного порогового устройства, входом дифференцирующего устройства и первым входом счетно-решающего устройства, второй вход первого частотного порогового устройства подключен к электрическому выходу гармонического акустического излучателя, а выход - к управляемому входу таймера, выход которого подключен к запускающим входам видеокамеры и радиомодема, выход дифференцирующего устройства соединен со входом второго частотного порогового устройства, подключенного выходом к запускающему входу счетно-решающего устройства, ко второму входу которого подсоединен электрический выход гармонического акустического излучателя, а к третьему - выход схемы опорного сигнала.

Радиомодем выполнен в виде радиопередающего устройства с расширенным спектром.

Система дополнительно содержит звуковой излучатель, выполненный преимущественно в виде сирены, управляемый вход которого подключен к выходу усилителя датчика вибраций и пневмоаккумулятор со слезоточивым газом, установленный в зоне опасного участка магистрального трубопровода, при этом управляемый электрический вход вентиля пневмоаккумулятора подключен к выходу усилителя датчика статического давления.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена общая схема системы; на фиг.2 - ее электронная схема; на фиг.3 - электронная схема блока обработки доплеровского сигнала; на фиг.4 - частотно-временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы.

Система для наблюдения за состоянием опасного участка магистрального трубопровода 1 с запорно-регулируемой арматурой 2 включает в себя видеокамеру 3 с блоком инфракрасной подсветки 4, оптически согласованные с запорно-регулируемой арматурой 2 магистрального трубопровода 1 (фиг.1).

Имеются также датчик 5 статического давления транспортируемого газа в магистральном трубопроводе 1, датчик 6 вибраций, установленный на магистральном трубопроводе 1, и два датчика акустических шумов (7 и 8), узкополосного микрофона 9, гармонический акустический излучатель 10 и фотоприемник 11.

Электронная схема (фиг.2) содержит четыре усилителя 12, 13, 14, 15, мультиплексор 16, аналого-цифровой преобразователь 17, микропроцессор 18, радиомодем 19, пороговые устройства 20 и 21 и блок обработки доплеровского сигнала 22.

Радиомодем 19 может быть выполнен в виде радиопередающего устройства с расширенным спектром для повышения устойчивости системы к средствам радиоэлектронной борьбы (Цифровые радиоприемные системы» под ред. М.И.Жодзинского, М., «Радио»).

Схема электрических соединений электронных блоков 12... 22 представлена на фиг.2

Выходы датчика 6 вибраций, датчика 5 статического давления, датчиков 7 и 8 акустических шумов подключены соответственно ко входам усилителей 12, 13, 14, 15. Выходы усилителей 12, 13, 14 соединены со входами мультиплексора 16, управляемый вход которого подключен к выходу микропроцессора 18, а основной - ко входу аналого-цифрового преобразователя 17, соединенного выходом со входом микропроцессора 18. Выход последнего подключен к управляемому входу радиомодема 19. Другие управляемые входы радиомодема 19 соединены с выходами порогового устройства 20, блока 22 обработки доплеровского сигнала (имеющего два выхода) и видеокамеры 3.

Управляемый вход мультиплексора 16 соединен с выходом микропроцессора 18.

Выход усилителя 15 соединен со входом порогового устройства 20, выход которого подключен к запускающему входу гармонического акустический излучателя 10.

Блок обработки информации с датчика 6 вибраций, датчика 5 статического давления, датчика 8 акустических шумов условно изображен на фиг.1 под позицией 23.

Выход узкополосного микрофона 9 соединен со входом "а" блока 22 обработки доплеровского сигнала, а электрический выход гармонического акустического излучателя 10 - со входом "б" блока 22 обработки доплеровского сигнала (фиг.2).

Блок 22 обработки доплеровского сигнала (фиг.3) включает в себя частотный дискриминатор 24, дифференцирующее устройство 25, частотные пороговые устройства 26 и 27, таймер 28, схему 29 опорного сигнала и счетно-решающее устройство 30.

Схема электрических соединений блоков 24...30 представлена на фиг.3.

Вход частотного дискриминатора 24 блока 22 обработки доплеровского сигнала соединен с выходом узкополосного микрофона 9 (фиг.2). Данный вход блока 22 обработки доплеровского сигнала обозначен на фиг.2, 3 как вход "а".

Электрический вход гармонического акустического излучателя 10 соединен с частотным пороговым устройством 26 и счетно-решающим устройством 30. Данные входы блока 22 обработки доплеровского сигнала обозначены на фиг.2, 3 как входы "б".

Выход частотного дискриминатора 24 параллельно подключен к входам частотного порогового устройства 26, дифференцирующего устройства 25, счетно-решающего устройства 30. Выход частотного порогового устройства 26 подключен к управляемому входу таймера 28, выход которого соединен с управляемыми входами радиомодема 19.

Система может также включать в себя шумовой излучатель типа «ревун» и пневмоаккумулятор со слезоточивым газом, управляемые входы которых подключены соответственно к усилителям 12, 13 датчиков вибраций и статического давления (на чертеже не показаны).

Система для наблюдения за состоянием участка магистрального трубопровода 1, например, при наличии в магистральном трубопроводе 1 запорно-регулируемой арматуры 2, работает следующим образом.

При приближении к опасному участку магистрального трубопровода 1 объекта, например автомобиля 31 (фиг.1, 2), датчик акустических шумов 7, принимая акустический шумовой сигнал f _ш, выдает командный сигнал через усилитель 15 и пороговое устройство 20 на гармонический акустический излучатель 10 и радиомодем 19. Последний по радиоканалу передает сигнал тревоги на радиостанцию центра мониторинга (на чертежах не показана), а гармонический акустический излучатель 10 начинает облучать подозрительный объект (автомобиль 31) гармоническим ультразвуковым излучением частоты f_о.

Ультразвуковое излучение, отражаясь от движущегося автомобиля 31, принимается узкополосным микрофоном 9 на частоте доплеровского сигнала f_Д. С выхода узкополосного микрофона 9 сигнал f_Д через частотный дискриминатор 24 (фиг.3) поступает на входы частотного порогового устройства 26, дифференцирующего устройства 25 и счетно-решающего устройства 30.

Сигнал f _Д во времени t имеет вид, представленный на фиг.4 (для различных скоростей движения автомобиля 31).

На временах, много больших так называемого траверзного времени t _o (времени прохода автомобиля 31 мимо узкополосного микрофона 9),

постоянна,

здесь V, м/с - скорость автомобиля,

с, м/с - скорость звука.

Из этой математической формулы можно определить скорость движения автомобиля и ее направление:

Скорость V по алгоритму (1) рассчитывается счетно-решающим устройством 30, на которое подаются сигналы f _o через вход "б", с - со схемы опорного сигнала 29 и f_Д, поступающий на счетно-решающее устройство 30 через вход "а", через частотный дискриминатор 24.

Причем расчет V в счетно-решающем устройстве 30 осуществляется в момент времени, когда производная

т.е. сигнал f_Д ˜ постоянен. Этот командный сигнал на счетно-решающее устройство 30 поступает с частотного порогового устройства 27 (фиг.3).

С выхода частотного порогового устройства 26 поступает командный сигнал на таймер 28. При этом последний направляет к радиомодему 19 второй сигнал тревоги о готовности номер один, указывающий на то, что в момент времени t_o подозрительный объект пересек зону опасного участка магистрального трубопровода 1.

Данный момент характерен тем, что он характеризует время, при котором f_Д-f_o 0, т.е. f_Д f_o (фиг.3, 4). При этом, зная скорость движения объекта, можно оценить время его прибытия в зону опасного участка магистрального трубопровода 1.

Видеокамера 3 (фиг.1, 2) до появления объекта 31 работает в режиме сравнения изображений соседних кадров, дублируя работу акустического канала. После появления сигнала о появлении объекта 31 в поле зрения видеокамеры, последняя переходит в обычный режим работы.

Появление сигнала t_o на входе видеокамеры 3 также переключает режим работы видеокамеры 3 в обычный. При этом, если объект проявляет активность в темное время суток, фотоэлемент 11 через пороговое устройство 21 включает блок инфракрасной подсветки 4 и видеокамера 3 переводится в инфракрасный режим работы аппаратуры.

Результаты видеонаблюдений передаются с видеокамеры 3 через радиомодем 19 на рабочую станцию центра мониторинга (на чертеже не показана).

При поступлении с одного из датчиков: датчика 6 вибраций, датчика 5 статического давления или датчика 8 акустических шумов сигнала на блок 23 обработки информации (фиг.1) и через него на радиомодем 19, с последнего на рабочую станцию центра мониторинга поступает сигнал "тревога".

Одновременно при поступлении с датчика 6 вибраций командного сигнала на «ревун» (на чертеже не показан) последний включает в работу сирену.

А при поступлении командного сигнала с датчика 5 статического давления на пневмоаккумулятор со слезоточивым газом (на чертеже не показан) открывается вентиль пневмоаккумулятора, и слезоточивый газ заполняет пространство около контролируемого участка магистрального трубопровода.