Устройство для обнаружения места разрыва трубопровода

Устройство относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для наблюдения за целостностью трубопроводов. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности обнаружения слабых полезных сигналов на фоне помех и мешающих маскирующих сигналов, приходящих с других направлений. Устройство для обнаружения места разрыва трубопровода, содержащее передатчик с передающей антенной, первую приемную антенну с кардиоидной диаграммой направленности и первый приемник, при этом передатчик размещен в начале трубопровода у насосной станции, передающая антенна размещена внутри трубопровода, снабжено блоком управления диаграммой направленности, второй приемной антенной с круговой диаграммой направленности, вторым приемником, блоком сравнения, пороговым блоком, генератором пилообразного напряжения, гетеродином, коммутатором и осциллографическим индикатором, причем каждый приемник состоит из последовательно включенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с соответствующим выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты и амплитудного детектора, вход усилителя высокой частоты первого приемника через блок управления диаграммой направленности соединен с выходом первой приемной антенны, вход усилителя высокой частоты второго приемника соединен с выходом второй приемной антенны, к выходу первого приемника последовательно подключены блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, пороговый блок и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом гетеродина, выходы порогового блока, первого и второго приемников через коммутатор подключены к вертикально отклоняющим пластинам осциллографического индикатора, горизонтально отклоняющие пластины которого соединены с выходом генератора пилообразного напряжения. 4 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для наблюдения за целостностью трубопроводов.

Известны устройства для обнаружения места нарушения герметичности трубопроводов (авт. свид. СССР №№380909, 411268, 642575, 934269, 1216550, 1283566, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1705709, 1733837, 1777014, 1778597, 1812386; патент РФ №2196271; патенты США №№4289019, 4570477; патент Франции №2498325; патенты Японии №№59-38537, 60-245900, 63-22531; Трубопроводный транспорт нефти и газа. -М., 1988, Яковлев Е.И. и др. Трубопроводный транспорт жидкости и газа. -М., 1993 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее “Способ обнаружения места разрыва трубопровода” (патент РФ №2196271, F 17 D 5/06, 2001), которое и выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство обеспечивает повышение точности определения места разрыва трубопровода. Это достигается тем, что приемник 5.1 с приемной антенной 6.1 перемещается вдоль трубопровода 2 и им обнаруживаются электромагнитные волны, прошедшие через разрыв в трубопроводе. При этом приемная антенна 6.1 поворачивается до тех пор, пока направление нулевого приема не совпадет с направлением на место разрыва трубопровода и по минимуму диаграммы направленности определяется место разрыва трубопровода. Однако указанное устройство не позволяет обнаружить слабые полезные сигналы на фоне помех и мешающих маскирующих сигналов, приходящих с других направлений.

Это объясняется тем, что пеленгация и селекция полезных сигналов осуществляется по минимуму амплитуды принимаемого сигнала.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности обнаружения слабых полезных сигналов на фоне помех и мешающих маскирующих сигналов, приходящих с других направлений.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения места разрыва трубопровода, содержащее передатчик с передающей антенной, первую приемную антенну с кардиоидной диаграммой направленности и первый приемник, при этом передатчик размещен в начале трубопровода у насосной станции, передающая антенна размещена внутри трубопровода, снабжено блоком управления диаграммой направленности, второй приемной антенной с круговой диаграммой направленности, вторым приемником, блоком сравнения, пороговым блоком, генератором пилообразного напряжения, гетеродином, коммутатором и осциллографическим индикатором, причем каждый приемник состоит из последовательно включенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с соответствующим выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты и амплитудного детектора, вход усилителя высокой частоты первого приемника через блок управления диаграммой направленности соединен с выходом первой приемной антенны, вход усилителя высокой частоты второго приемника соединен с выходом второй приемной антенны, к выходу первого приемника последовательно подключены блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, пороговый блок и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом гетеродина, выходы порогового блока, первого и второго приемников через коммутатор подключены к вертикально отклоняющим пластинам осциллографического индикатора, горизонтально отклоняющие пластины которого соединены с выходом генератора пилообразного напряжения.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Антенна, состоящая из рамки и вибратора и формирующая диаграмму направленности в виде кардиоиды, изображена на фиг.2. Пеленгационная характеристика первого приемника при пеленгации по минимуму показана на фиг.3. Диаграммы направленности первый и второй приемных антенн показаны на фиг.4.

Устройство содержит насосную станцию 1, трубопровод 2, передающую антенну 3 и передатчик 4, последовательно включенные первую приемную антенну 6.1, блок 7 управления диаграммой направленности, приемник 5.1, блок 12 сравнения, второй вход которого соединен с выходом приемника 5.2, пороговый блок 13, генератор 14 пилообразного напряжения и гетеродин 15. Выходы порогового блока 13, первого 5.1 и второго 5.2 приемников через коммутатор 16 подключены к вертикальноотклоняющим пластинам осциллографического индикатора 17, горизонтальноотклоняющие пластины которого соединены с выходом генератора 14 пилообразного напряжения. Каждый приемник состоит из последовательно включенных усилителя 8.1 (8.2) высокой частоты, смесителя 9.1 (9.2), второй вход которого соединен с первым (вторым) выходом гетеродина 15, усилителя 10.1 (10.2) промежуточной частоты и амплитудного детектора 11.1 (11.2).

Устройство работает следующим образом.

Передающая антенна 3 передатчика 4 размещается в трубопроводе 2, в частности в начале трубопровода 2 и насосной станции 1. При включении передатчика 4 в трубопроводе 2 возбуждаются электромагнитные волны (радиоволны). Причем длина волны радиоволн λ выбирается меньше критической для данного диаметра D трубопровода. Для выбора длины волны электромагнитных волн при заданном диаметре D трубопровода используется следующее соотношение:

λ_кр=1,25 D,

при котором происходит переход от экспоненциального затухания излучения в трубопроводе к свободному распространению основной волны в волновом канале трубопровода.

Если трубопровод заполнен средой с относительной диэлектрической проницаемостью ε, то соответствующая λ_кр частота излучения f_кр определяется из выражения:

где С - скорость света в вакууме.

Трубопровод в этом случае для радиоволн служит волноводом. Радиоволны распространяются по трубопроводу 2 и в случае разрыва проникают в атмосферу или грунт, окружающие трубопровод.

Приемная аппаратура перемещается вдоль трубопровода 2. При этом для перемещения могут быть использованы оператор, автомобиль или любое другое транспортное средство.

Гетеродин 15 под действием генератора 14 пилообразного напряжения вырабатывает гетеродинный сигнал с линейно изменяющейся частотой. На выходах приемников 5.1 и 5.2 последовательно во времени выделяются входные сигналы из соответствующего частотного диапазона. С выходов амплитудных детекторов 11.1 и 11.2 эти сигналы подаются через коммутатор 16 на вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 17, на горизонтально отклоняющие пластины которого подается напряжение развертки с выхода генератора 14 пилообразного напряжения. В результате на экране осциллографического индикатора 17 формируется картина спектральной плотности в соответствующем частотном диапазоне. За счет того, что на вторые входы смесителей 9.1 и 9.2 подается один и тот же линейно-частотно-модулированный сигнал с выходов гетеродина 15, на выходах приемников 5.1 и 5.2 в любой момент времени наблюдается один и тот же входной сигнал. Амплитуда сигнала на выходе приемника 5.2 не зависит от направления прихода входного сигнала из-за кругового вида диаграммы направленности антенны 6.2 (фиг.4). Антенна 6.1 имеет кардиоидную диаграмму направленности, вращение которой осуществляется блоком управления 7. Огибающие спектров входных сигналов с выходов амплитудных детекторов 11.1 и 11.2 поступают на входы блока 12 сравнения и коммутатора 16. Коммутатор 16 служит для подключения к вертикально отклоняющим пластинам осциллографического индикатора 17, одного из сигналов: с выходов порогового блока 13, первого 5.1 и второго 5.2 приемников. Для осуществления селекции сигналов по направлению прихода при помощи блока 7 управления кардиоидную диаграммы направленности антенну 6.1 вращают до совмещения нулевого провала с направлением прихода сигналов (фиг.4). Амплитуда сигналов с этого направления на выходе приемника 5.1 близка к нулю, поэтому на выходе блока 12 сравнения в этот момент напряжение будет максимальным.

Если на выходы блока 12 сравнения поступают напряжения, амплитуды которых приблизительно равны, то на выходе блока 12 сравнения напряжение отсутствует. На выходе блока 12 сравнения образуется максимальное напряжение только в случае, когда на два его входа поступают напряжения, амплитуды которых значительно различаются.

Максимальное напряжение с выхода блока 12 сравнения превышает пороговое напряжение Vпор в пороговом блоке 13. Величину порога Vпор выставляют так, чтобы пороговый блок 13 срабатывал только от сигналов, приходящих с нулевого направления.

При срабатывании пороговый блок 13 формирует сигнал управления длительностью Tи, который поступает на генератор 14 пилообразного напряжения и останавливает его перестройку на время, определяемое длительностью Tи сигнала управления. Этот сигнал разрешает прохождение входного сигнала через коммутатор 16 на вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 17. На экране последнего образуется импульс (частотная метка), которая является признаком обнаружения разрыва трубопровода.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности обнаружения слабых полезных сигналов на фоне помех и мешающих маскирующих сигналов, приходящих с других направлений. Это достигается использованием двух приемников с антеннами, имеющими круговую и кардиоидную диаграммы направленности.

Устройство для обнаружения места разрыва трубопровода, содержащее передатчик с передающей антенной, первую приемную антенну с кардиоидной диаграммой направленности и первый приемник, при этом передатчик размещен в начале трубопровода у насосной станции, передающая антенна размещена внутри трубопровода, отличающееся тем, что оно снабжено блоком управления диаграммой направленности, второй приемной антенной с круговой диаграммой направленности, вторым приемником, блоком сравнения, пороговым блоком, генератором пилообразного напряжения, гетеродином, коммутатором и осциллографическим индикатором, причем каждый приемник состоит из последовательно включенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с соответствующим выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты и амплитудного детектора, вход усилителя высокой частоты первого приемника через блок управления диаграммой направленности соединен с выходом первой приемной антенны, вход усилителя высокой частоты второго приемника соединен с выходом второй приемной антенны, к выходу первого приемника последовательно подключены блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, пороговый блок и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом гетеродина, выходы порогового блока, первого и второго приемников через коммутатор подключены к вертикальноотклоняющим пластинам осциллографического индикатора, горизонтальноотклоняющие пластины которого соединены с выходом генератора пилообразного напряжения.