Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля параметров длинномерных объектов и протяженных участков в различных средах. Цель изобретения - повышение точности контроля - достигается за счет использования многомодового канала передачи волновой энергии в виде волновода, одна из мод которого используется в качестве опорно-информативной, при этом выделяют из указанных мод наиболее информативные, по контролируемым физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из этих мод. Для осуществления указанных операций используется устройство, в состав которого входят источник 1 модулированной волновой энергии, первый пространственный фильтр 4, волновод 5, второй пространственный фильтр 6 и демодулятор 7. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 4232328/28 (22) 05.05.87 (46) 23.06.92. Бюл, М 23 (71) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (72) С.M.Ìèõååâ, B.Í.Çeìåðoâ и П,В.Елшанский (53) 531.717;11 (088.8) (56) Система контроля положения водоотделяющей буровой колонны, Нем., англ. Подборка фирм. материалов. АЕà — Телефункен, ФРГ, 1980. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ

ДЛИННОМЕРНОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕС1 ВЛЕНИЯ . (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть ис,.,!Ж,, 1742615 А) пользовано для контроля параметров длинномерных объектов и протяженных участков в различных средах. Цель иэобретения— повышение точности контроля — достигается эа счет использования многомодового канала передачи волновой энергии в виде волновода, одна иэ мод которого используется в качестве опорно-информативной, при этом выделяют из указанных мод наиболее информативные, по контролируемым физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из этих мод. Для осуществления указанных операций используется устройство. в состав которого входят источник 1 модулироввнной волновой энергии, первый пространственный фильтр 4, волновод 5, второй пространственный фильтр 6 и демодулятор 7. 2 с, и 2 э.п. ф-лы, 8 ил.

1742615

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике широкого класса физических величин и может быть использовано для контроля параметров длинномерных объектов„к которым относятся длинные (до десятков километров и более) вертикальные и горизонтальные трубопроводы, гибкие шланги, тросы, силовые и информационные кабели, спускаемые на дно моря или в подземные шахты, и так далее и, кроме того, для контроля состояния протяженных участков в различных средах.

Цель изобретения — повышение точности контроля и расширение диапазона данных о состоянии обьекта за счет использования многомодового канала передачи волновой энергии, одна из мод которого используется в качестве опорно-информативной.

На фиг,1 и 2 представлены соответственно конструкция валновода круглого сечения и конструкция волнавада из сочетания элементов круглого сечения; на фиг,3 и 4-- соответственно конструкция волновода прямоугольною сечения и конструкция волновода из сочетания элементов и ря м . угол ьно го сечения; на фиг.5 — конструкция волнавада с петлями задержки одной или нескольких мод; на фиг.6— структурная схема устройства для реализации способа., на фиг.7 — структурная схема демодулятора при работе в оптическом или инфракрасном (ИК) диапазоне; на фиг.8— структурная схема устройства, работающая на видеосигналах, Устройство для контроля состояния длинномерного абьекта содержит последовательна соединенные источник 1 модулированной волновой энергии, выполненный, например, в виде связанных между собой генератора 2 модулирующих видеоимпульсав и генератора 3 СВ4 или оптического диапазона, первый пространственный фильтр 4, канал передачи волновой энергии в виде волновода 5, второй пространственный фильтр 6 и демодулятор 7, выполненный в виде двух синхронных детекторов 8 и

9, подключенных к выходам второго пространственного фильтра 6, интегратора 10, подключенного к выходу детектора 9 и свя-. занного с выходами интегратора 10 и второго детектора 8 операционного усилителя 11.

В состав синхронных детекторов входит генератор 12 сигналов, синхронизированный через направленный ответвитель 13 с опорным выходом пространственного фильтра 6. Кроме того, в состав устройства может входить гетеродинный.преобразователь 14 частот сигналов, включенный между выходами второго пространственного филь10

20

40

50 тра 6 и входами синхронных детекторов 8 и

9. Преобразователь 14 может быть выполнен, например, в виде попарно последовательно соединенных первых смесителя 15 и усилителя 16 промежуточной частоты и последовательно соединенных гетеродина 19 и третьего смесителя 20, при этом опорный выход фильтра 6 подключен к входам второго смесителя 17 и гетеродина 19, а информа тивный выхоц фильтра 6 — к входу первого смесителя t5, выходы усилителей 16 и 18 подключены соответственно к входам детекторов 8 и 9, а второй вход и выход третьего смесителя связаны соответственна с вторым выходом генератора 12 сигналов и вторыми входами смесителей 15 и 17.

Возможно использование схемы устройства, работающей на видеосигналах, при этом и" источника 1 модулированной волновой энергии исключается генератор 3

СВЧ или оптического диапазона и упрощается схема демодулятора (фиг.8), Способ осуществляется следующим образом.

5 Способ основан на свойстве многомодового (многоволнавого) волновода, заключающемся в его способности перераспределять волновую энергию между модами в зависимости ат локальных и

0 распределенных изменений его структуры, Пад структурой понимается как геометрия волновода, так и cBQAcTsB материалов его заполнения. Физически сущность способа основана на использовании в волноваде нескольких связанных типов Bîëí (мад) в качестве опорного и измерительных каналов, Волновод 5 помещают в зоне контроля обьекта, в качестве которого могут быть использованы протяженные участки или области любой среды, или протяженные абьекты и конструкции, В последнем случае волновод 5 жестко связывают с объектами или конструкциями.

Изменение состояния зоны контроля сопровождается изменением параметров передачи волновой энергии через волновод

5. K таким параметрам относятся амплитудно-фазочастотные характеристики мод этой энергии. K данным о состоянии зоны контроля относятся давление, температура, влажность и физико-механические (в том числе геометрические) параметры, характеризующие указанные объекты и конструкции.

Установлено, что изменение контролируемых. данных различно сказывается на амплитудно-фазочастотных характеристиках мод волновой энергии в волноводе 5.

Пои этом фиксируют соответствующие модь, наиболее информативные по указанным

1742615 зом формативной модой через направленный 5 ответвитель 13, Задавая, например, априорно известную деформацию волноводу 5 посредством детекторов 8 и 9, интегратора 10 и операци- онного усилителя 11. выделяют наиболее.данным. и опорно-информативную моду, амплитудно-фазочастотная характеристика которой (или ее часть) наиболее стабильна при изменении контролируемых данных в зоне контроля.

Использованием опорно-информативной моды в качестве базовой при сравнении ее характеристики с характеристиками других мод значительно повышают точность контроля, Кроме того, расчетно-эмпирическим путем получены конструкции волноводов 5, наиболее "богатых" информативными модами с точки зрения достижения максимально возможного эффекта преобразования изменения требуемых данных в зоне контроля в электрические сигналы, Наиболее простая из этих конструкции (фиг.1) — волновод 5 круглого сечения; Остальные конструкции — сочетания элементов круглого и прямоугольного сечений (фиг.2-4), При этом для повышения указанного эффекта преобразования и выделения более стабильной опорно-информативной моды в волноводах 5 выполнены щели для связи между их элементами, В некоторых случаях для введения задержки по времени передачи мод по волноводу в его конструкции (фиг,5) предусмотрены "петли", изменяющие время распространения некоторых мод в волноводе относительно других мод.

Предусмотрено заполнение полости волновода 5 (частично или полностью) средой, электромагнитные постоянные которой изменяются под воздействием изменения данных в зоне контроля. Это повышает чувствительность, например, при контроле температуры и давления.

Способ реализуется следующим обраОт источника 1 модулированной волновой энерии через пространственный фильтр

4, волновод 5 и пространственный фильтр 6 энергия передается в демодулятор 7. В последнем посредством синхронного детектора 8 фиксируют моды колебаний волновой энергии и посредством выбора соответствующей конструкции волновода 5 и настройки фильтра 6 формируют опорно-информативную моду, которая детектируется синхронным детектором 9, Генератор 12, обеспечивающий функционирование детекторов 8 и 9. синхронизируется опорно-ининформативные моды колебаний энергии в вол новоде 5, При этом измеряют амплитуду, фазу и частоту этих мод, а также их реакцию на изменение указанной деформации вол5 навода 5, Таким образом, выявляют зависимость между изменением данных в зоне контроля, в данном случае деформации вол новода 5, и характеристиками мод волновой энергии в

10 нем, Аналогично могут быть выявлены и другие зависимости, например от температуры и давления среды. Используя полученные известные зависимости, проводят контроль в той же зоне описанным путем. В случае

15 использования, волновой энергии более высоких частот, например в световом диапазоне, в схему устройства включают гетеродинный преобразователь 14 (фиг,7).

Посредст вом его частоту мод сигналов с вы20 хода фильтра 6 понижают известным путем, а сигналы с выхода преобразователя 14 обрабатывают далее так же, как и в устойстве без гетеродинного преобразователя 14.

В некоторых случаях волновод 5 воз25 буждают через фильтр 4 от источника 2 модулирующих видеоимпульсов(фиг,8) и после демодулятора 7, имеющего в этом случае более простую конструкцию, выходные сигналы регистрируют на видеоконтрольном

30;ве (не показано). Этим устройством целесообразно пользоваться при экспрессконтроле быстропротекающих изменений состояния в зоне контроля.

Может. быть использована и акустиче35 ская волновая энергия. При этом способ контроля и устройства в принципе не изменяются, так как необходимо только использование известных электроакустических преобразователей для ввода и вывода вол40 новой энергии. Другие виды волновой энер гии соответственно сопровождаются преобразованием этой энергии на входе и выходе протяженного энерговода (волновода).

45 Фа рмул а изобретен ия

1, Способ контроля состояния длинномерного обьекта, заключающийся в.том, что в зоне контроля размещают протяженный канал передачи волновой энергии, измеря50 ют параметры последней и по ним определяют физико-механические данные а состоянии обьекта и их распределение в с зоне контроля, о тл и ч а ю щи и с я тем, что. с целью повышения точности контроля

5 и расширения диапазона данных, канал передачи волновой энергии выполняют в виде волновада, фиксируют моды колебаний указанной энергии, формируют по крайней мере одну из них в качестве опорно-информативной, с ее учетом выделяют из

1742615 укаэанных мод наиболее информативные по указанным физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из них.

2, Способ по и. 1, отличающийся тем, что за параметры мод принимают амп- 5 литудно-фазочастотные характеристики их передачи по волноводу и реакцию этих характеристик на изменение формы, структуры обьекта и окружающих давления и температуры, 10

3. Устройство для контроля состояния длинномерного обьекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодулятор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 15 с целью повышения точности контроля, оно снабжено двумя пространственными фильтрами, один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волно- 20 вой энергии, а второй пространственный фильтр — между входом демодулятора и входом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового протяженного волновода прямоугольного или круглого сечения или их сочетаний, а демодулятор выполнен в виде подключенных к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора и второго и синхронного детектора операционного усилителя.

4. Устройство по и, 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов.

1742615

1742615

Щг7

Составитель И.Рекунова

Техред M.Mîðãåí Tàë Корректор С.Черни

Редактор И,Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2276 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5