Способ контроля герметичности

 

Использование: изобретение относится к контролю целостности трубопроводов с жидкостью под давлением, и в первую очередь трубопроводов ядерных энергетических установок. Сущность: акустический шум объекта первичными преобразователями преобразуют в электрические сигналы, которые усиливают, фильтруют и формируют. Фильтрацию сигналов с каждого первичного преобразователя в высокочастотной области производят по крайней мере в двух смежных частотных полосах, затем детектированием и фильтрацией выделяют низкочастотную огибающую в каждой полосе, производят сложение огибающих, по суммарной огибающей определяют корреляционную функцию и связанный с ней информационный параметр, затем при выходе значения информационного параметра выше заданного значения формируют сигнал тревоги. Передачу акустических сигналов можно осуществлять последовательно с каждой пары первичных преобразователей, а после сложения огибающих высокочастотных сигналов осуществляют построение взаимокорреляционной функции пары сигналов и по временной координате максимума функции определяют местонахождение разгерметизации. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к контролю целостности трубопроводов с жидкостью под давлением, и в первую очередь трубопроводов ядерных энергетических установок.

Известен способ контроля герметичности трубопроводов под давлением, основанный на измерении взаимно корреляционной функции (ВКФ) сигналов двух первичных преобразователей, устанавливаемых на контролируемый объект [1] По положению максимума ВКФ определяют местоположение течи на контролируемом участке.

Недостатком данного способа является применение локации течи с обработкой сигналов только на высокой частоте. На реальном объекте контроля, содержащем, кроме линейных участков, гибы, врезки, запорно-регулирующую аппаратуру и т.п. происходит значительная интерференция акустического сигнала. При поиске малых течей или большом уровне фона на контролируемом объекте декорреляция акустического сигнала в точках приема и измерения ВКФ по данному способу приводит к потере полезного сигнала и пропуску течи, что снижает надежность контроля.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ контроля герметичности [2] заключающийся в том, что акустический шум объекта первичными преобразователями преобразуют в электрические, коммутируют их, выделяют высокочастотные сигналы, которые усиливают, фильтруют и формиpуют, определяют корреляционную функцию и связанный с ней информативный параметр, а затем при выходе значения информативного параметра выше заданного формируют сигнал тревоги.

В указанном способе выдачу сигнала тревоги производят только после получения разрешающего сигнала, который формируется следующим образом.

Выделяют низкочастотные сигналы, последние усиливают, фильтруют, одновременно с помощью резистивного делителя уменьшают амплитуды этих сигналов до уровня, исключающего случайные выбросы фонового шума, и интегрируют их для формирования амплитуды опорных сигналов, сравнивают уменьшение амплитуды низкочастотных и опорных сигналов. При отсутствии превышения уменьшения амплитуды низкочастотного сигнала над амплитудой опорного сигнала формируют разрешающий сигнал на выдачу сигналов тревоги, а при превышении уменьшения амплитуды низкочастотного сигнала над амплитудой опорного сигнала прекращают формирование сигнала тревоги.

Недостатки прототипа заключаются в следующем.

В результате распространения акустического сигнала по объекту, который содержит неоднородности (как-то сварочные швы, арматуру и т.д.), происходит интерференция и декоррелляция в точках приема. При появлении течи вычисление КФ с целью ее обнаружения по известному способу в высокочастотной области приводит к снижению значения информативного параметра (например, значение экстремума КФ), в результате значение сигнала оказывается ниже значения выбранной уставки и течь не выявляется, поэтому применение указанного способа при разгерметизации на ранней стадии малоэффективно.

Кроме того, предусмотренная способом защита от помех срабатывает при появлении во входном сигнале нестационарности, выражающейся в нестабильности какого-нибудь его параметра по времени, причиной которой является сигнал помехи. Но сигнал от течи почти всегда представляет собой нестационарный процесс, параметры которого, например среднее значение при различных режимах истечения (капельный, турбулентный, кавитационный), может изменяться в широких пределах. Таким образом, появление во входном сигнале нестационарности, обусловленной течью, может быть принято за воздействие помехи, поэтому формирование сигнала запрета в этом случае приведет к исключению из анализа полезного сигнала и пропуску факта появления источника разгерметизации.

Известный способ обнаружения течи предназначен только для определения факта возникновения течи и не дает информации о ее местоположении.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности и эффективности контроля за счет выявления разгерметизации различной степени, а также определения места разгерметизации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе контроля герметичности, включающем преобразование акустического шума объекта первичными преобразователями в электрические сигналы, коммутируют их, выделяют высокочастотные сигналы, последние усиливают, фильтруют и формируют, определяют корреляционную функцию и связанный с ней информативный параметр, затем при выходе значения информативного параметра выше заданного формируют сигнал тревоги, фильтрацию сигналов с каждого первичного преобразователя в высокочастотный области производят, по крайней мере, в двух смежных частотных полосах, затем детектированием и фильтрацией выделяют низкочастотную огибающую в каждой полосе, производят их сложение и по суммарной огибающей определяют корреляционную функцию.

Передачу акустических сигналов можно осуществлять последовательно с каждой пары первичных преобразователей, а после сложения огибающих высокочастотных сигналов осуществляют построение взаимнокорреляционной функции пары сигналов и по временной координате максимума функции определяют местонахождение разгерметизации.

На фиг.1 изображены временные реализации процесса истечения на различных частотах измерения при отсутствии течи; на фиг.2 временные реализации процесса истечения при наличии течи; на фиг.3 вид кривой ВКФ при отсутствии течи; на фиг.4 вид кривой ВКФ при наличии течи.

П р и м е р. Акустический шум трубопровода в точках приема преобразуют первичными преобразователями в электрические широкополостные сигналы. После коммутационного опроса с каждой пары первичных преобразователей электрические сигналы одновременно подвергают обработке, заключающейся в предварительной фильтрации снизу для ослабления низкочастотных технологических шумов и сверху для ослабления неинформативных высоких частот, что дает улучшение отношения сигнал/шум (с/ш) и расширение динамического диапазона сигналов.

Затем осуществляют фильтрацию сигналов в нескольких (например, пяти) узких смежных частотных полосах, примыкающих друг к другу и составляющих общий частотный диапазон обрабатываемых сигналов, при этом центральные частоты узких полос совпадают с центральными частотами гребенчатой амплитудно-частотной характеристики первичных преобразователей. После осуществления фильтрации производят детектирование и низкочастотную фильтрацию, выделяя огибающие с каждой полосы, полученные огибающие суммируют. В результате для сигналов, поступающих с двух первичных преобразователей, вырабатываются низкочастотные огибающие, каждая из которых является суммой нескольких (пяти) огибающих, выделенных с различных частотных составляющих широкополосных входных сигналов.

Для суммарных огибающих, полученных для обоих из опрашиваемых первичных преобразователей, производится вычисление ВКФ.

В случае отсутствия течи набор высокочастотных гармоник составляющих исходный широкополюсный сигнал имеет набор случайных модулирующих низкочастотных огибающих со слабой временной зависимостью (фиг.1). После обработки сигналов, вычисление ВКФ приводит к построению пологой кривой без явного экстремума (фиг. 2). Такой вид ВКФ свидетельствует об отсутствии корреляционных связей в обрабатываемых сигналах. В этом случае принимается решение об отсутствии течи на контролируемой длине и происходит опрос следующей пары первичных преобразователей, охватывающих новый участок контроля.

При возникновении течи характер сигналов с каждого первичного преобразователя и представляет собой сумму высокочастотных гармоник, промодулированных по амплитуде низкочастотными составляющими, которые, в свою очередь, предоставляют сумму сигналов, порожденных пульсациями скорости жидкости через отверстие течи от шумовыми пульсациями турбулентного движения жидкости в трубопроводе, т. е. в огибающих различных частот исходного широкополосного сигнала кроме шумовой появляются полезные сигнальные составляющие, имеющие жесткую временную связь и обусловленные пульсациями скорости истекающей жидкости (фиг.1).

В результате обработки сигналов по предлагаемому способу после фильтрации и полосовых фильтрах, выделения огибающих и их сложения во вновь полученных суммарных огибающих увеличивается доля полезных составляющих сигнала от течи и уменьшается вклад помеховой, шумовой составляющей.

При контроле малых течей обработка сигналов предполагает работу с малым отношением c/ш, однако фильтрация в смежных полосах, выделение огибающих и их сложение позволяет обеспечить прирост доли полезных составляющих сигнала от течи в общем сигнале и увеличить отношение с/ш.

После вычисления ВКФ для таких предварительно обработанных сигналов построение ВКФ приводит к получению кривой с ярко выраженным максимумом (фиг. 2б). При превышении максимальным значением ВКФ предварительно выбранной уставки принимается решение о появлении течи.

Зная расстояние между парой первичных преобразователей и положение максимума функций на временной оси, рассчитывают местоположение течи на данном участке.

Таким образом, использование предлагаемого способа, позволяет выявлять разгерметизацию различной степени и определять место разгерметизации, что повышает надежность контроля.

Формула изобретения

1. Способ контроля герметичности, заключающийся в том, что акустический шум объекта первичными преобразователями преобразуют в электрические сигналы, коммутируют их, выделяют высокочастотные сигналы, последние усиливают, фильтруют и формируют, определяют корреляционную функцию и связанный с ней информационный параметр, а затем при выходе значения информативного параметра выше заданного формируют сигнал тревоги, отличающийся тем, что фильтрацию сигналов с каждого первичного преобразователя в высокочастотной области производят по крайней мере в двух смежных частотных полосах, в каждой полосе детектированием и фильтрацией выделяют низкочастотную огибающую, производят их сложение и по суммарной огибающей определяют корреляционную функцию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передачу акустических сигналов осуществляют последовательно с каждой пары первичных преобразователей, а после сложения огибающих осуществляют построение взаимокорреляционной функции пары сигналов и по временной координате максимума функции определяют место нахождения разгерметизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4