Способ определения места течи в напорном трубопроводе и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения координат течи в подземных трубопроводах систем тепло- и водоснабжения. Изобретение направлено на повышение помехоустойчивости и точности определения места течи в напорном трубопроводе путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. Этот результат обеспечивается за счет того, что осуществляют электромагнитное зондирование грунта вдоль трассы трубопровода и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от трубопровода, при этом сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональному глубине залегания трубопровода, а сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты. Выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, ограничивают его по амплитуде, измеряют сдвиг фаз между сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, постоянное напряжение, пропорциональное измеренному сдвигу фаз, сдвигают по фазе на 90°, исходное и сдвинутое по фазе на 90° постоянные напряжения последовательно дважды перемножают сами на себя. Исходное и сдвинутое по фазе на 90° постоянное напряжение второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента К_м=6, вычитают полученное напряжение из исходного постоянного напряжения четвертой степени и суммируют полученное напряжение со сдвинутым по фазе на 90° постоянным напряжением четвертой степени. Сравнивают полученное напряжение с эталонным напряжением и по результатам сравнения принимают решение о наличии места течи в контролируемом трубопроводе. Согласно изобретению перед выделением гармонического напряжения на стабильной частоте гетеродина напряжение гетеродина сдвигают по фазе на 90°, используют его для дополнительного преобразования по частоте сигнала с левой круговой поляризацией, выделяют дополнительное напряжение промежуточной частоты, сдвигают его по фазе на 90°, суммируют с напряжением промежуточной частоты, полученное суммарное напряжение промежуточной частоты перемножают с сигналом с левой круговой поляризацией, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, выделяют его огибающую и используют ее для разрешения перемножения суммарного напряжения промежуточной частоты с сигналом правой круговой поляризации. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы для определения координат течи в подземных трубопроводах систем тепло- и водоснабжения.

Известны способы и устройства для определения места течи в подземных трубопроводах (авт.свид. СССР №336463, 380909, 380910, 411368, 417675, 724957, 903209, 930034, 934268, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1216550, 1283566, 1368685, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1777014, 1781577, 1800219, 1812386; патенты РФ №2011110, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2204119, 2250443; патенты США №3045116, 3744298, 4289019, 4510477; патент Великобритании №1349120; патенты Франции №2374628, 2504651; патент ФРГ №3112829; патенты Японии №46-11795, 55-6856, 59-38537, 60-24590, 63-22531 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является "Способ определения места течи в напорном трубопроводе и устройство для его осуществления" (патент РФ №2250443, G 01 М 3/08, 2003), которые и выбраны в качестве прототипов.

Указанные технические решения обеспечивают повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малым утечкам, и напорного трубопровода, находящегося под слоем грунта.

В тракте приема сигналов с левой круговой поляризацией одно и то же значение промежуточной частоты ω_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ω_с и ω_з, т.е.

ω_пр=ω_с-ω_г и ω_пр=ω_г-ω_з.

Следовательно, если частоту настройки ω_с принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота ω_з которого отличается от частоты ω_с на 2ω_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина ω_г (фиг.2). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехозащищенность тракта приема сигналов с левой круговой поляризацией.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия

ω_пр=|±mω_кi±nω_Г|,

где ω_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность тракта по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_к1=2ω_г-ω_пр и ω_к2=2ω_г+ω_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и точности определения места течи в напорном трубопроводе.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности определения места течи в напорном трубопроводе путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу определения места течи в напорном трубопроводе, находящегося под слоем грунта, осуществляют электромагнитное зондирование грунта вдоль трассы трубопровода и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от трубопровода, при этом сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональном глубине залегания трубопровода, а сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, ограничивают его по амплитуде, измеряют сдвиг фаз между сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, постоянное напряжение, пропорциональное сдвигу фаз, сдвигают по фазе на 90°, исходное и сдвинутое по фазе на 90° постоянные напряжения последовательно дважды перемножают сами на себя, исходное и сдвинутое по фазе на 90° постоянные напряжения второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента К_м=6, вычитают полученное напряжение из исходного постоянного напряжения четвертой степени и суммируют полученное напряжение со сдвинутым по фазе на 90° постоянным напряжением четвертой степени, сравнивают полученное напряжение с эталонным напряжением и по результатам сравнения принимают решение о наличии места течи в контролируемом трубопроводе, перед выделением гармонического напряжения на стабильной частоте гетеродина напряжение гетеродина сдвигают по фазе на 90°, используют его для дополнительного преобразования по частоте сигнала с левой круговой поляризацией, выделяют дополнительное напряжение промежуточной частоты, сдвигают его по фазе на 90°, суммируют с напряжением промежуточной частоты, полученное суммарное напряжение промежуточной частоты перемножают с сигналом с левой круговой поляризацией, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, выделяют его огибающую и используют ее для разрешения перемножения суммарного напряжения промежуточной частоты с сигналом правой круговой поляризации.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения места течи в напорном трубопроводе, содержащее последовательно включенные синхронизатор, передающую и приемную антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, первый ключ, второй вход которого через блок временной задержки соединен со вторым выходом синхронизатора, первый перемножитель, первый узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, второй вход которого соединен со вторым выходом гетеродина, первый фазовращатель на 90°, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фазовращателя на 90°, масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, вычитатель, второй вход которого соединен с выходом третьего перемножителя, первый сумматор, второй вход которого через пятый перемножитель соединен с выходом четвертого перемножителя, измеритель выходного напряжения, блок сравнения, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя выходного напряжения, и индикатор, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, при этом к выходу фазового детектора последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, и третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, снабжено вторым и третьим фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, вторым сумматором, шестым перемножителем, вторым узкополосным фильтром, амплитудным детектором и третьим ключом, причем ко второму выходу гетеродина последовательно подключены второй фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, второй усилитель промежуточной частоты, третий фазовращатель на 90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, второй узкополосный фильтр, амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен ко второму входу первого перемножителя.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, изображена на фиг.2.

Устройство содержит последовательно включенные синхронизатор 13, передатчик 1 и передающую антенну 3, последовательно включенные первую приемную антенну 4, первый приемник 2, первый ключ 15, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора 13, первый перемножитель 21, первый узкополосный фильтр 22, амплитудный ограничитель 23, фазовый детектор 5, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 18, первый фазовращатель 29 на 90°, четвертый перемножитель 30, второй вход которого соединен с выходом первого фазовращателя 29 на 90°, масштабирующий перемножитель 32, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя 27, вычитатель 33, второй вход которого соединен с выходом третьего перемножителя 28, первый сумматор 34, второй вход которого через пятый перемножитель 31 соединен с выходом четвертого перемножителя 30, измеритель 6 выходного напряжения, блок 24 сравнения, второй ключ 25, второй вход которого соединен с выходом измерителя 6 выходного напряжения, и индикатор 26, последовательно включенные вторую приемную антенну 16, второй приемник 17, первый смеситель 19, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 18, и первый усилитель 20 промежуточной частоты, последовательно подключенные ко второму выходу гетеродина 18, второй фазовращатель 35 на 90°, второй смеситель 36, второй вход которого соединен с выходом второго приемника 17, второй усилитель 37 промежуточной частоты, третий фазовращатель 38 на 90°, второй сумматор 39, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 20 промежуточной частоты, шестой перемножитель 40, второй вход которого соединен с выходом второго приемника 17, второй узкополосный фильтр 41, амплитудный детектор 42 и третий ключ 43, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 39, а выход подключен ко второму входу первого перемножителя 21. При этом к выходу фазового детектора 5 последовательно подключены второй перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 5, и третий перемножитель 28, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя 27.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Синхронизатор 13 формирует стабильные прямоугольные видеоимпульсы с известным периодом следования Т_сл и длительностью Т_и, которые периодически запускают передатчик 1. Последний формирует высокочастотный зондирующий сигнал с плоской поляризацией

u_с(t)=U_с cos(ω_сt+ϕ_с), 0≤t≤T_и,

где U_с, ω_с, ϕ_с, Т_и - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность зондирующего сигнала, который через передающую антенну 3 излучается в направлении трубопровода 8, находящегося под слоем грунта 7. В грунте 7 создается электромагнитное поле путем его электромагнитного зондирования вдоль трассы трубопровода 8. При достижении зондирующим сигналом 9 трубопровода 8 происходит его частичное отражение в сторону поверхности земли (точка А). Отраженный сигнал 10 улавливается приемными антеннами 4 и 16. При этом приемная антенна 4 восприимчива только к сигналу с правой круговой поляризацией, а приемная антенна 16 - только к сигналу с левой круговой поляризацией. На выходе приемников 2 и 17 образуются следующие сигналы:

u_п(t)=U_П cos[(ω_с±Δω)t+ϕ₁];

u_Л(t)= U_Л cos[(ω_с±Δω)t+ϕ₂], 0≤t≤T_и,

где индексы «П» и «Л» относятся к сигналам с правой и левой круговой поляризацией;

±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная некогерентным отражением и другими дестабилизирующими факторами;

Сигнал u_П(t) с выхода приемника 2 через первый ключ 15 поступает на первый вход перемножителя 21. Чтобы измеряемая разность фаз соответствовала глубине h залегания трубопровода 8, перемножитель 21 стробируется по времени с помощью ключа 15, на управляющий вход которого поступают короткие прямоугольные видеоимпульсы с выхода блока 14 временной задержки. Временная задержка импульсов определяется глубиной h залегания трубопровода 8 в грунте 7. При изменении глубины меняется и время задержки.

Сигнал u_Л(t) с выхода приемника 17 поступает на первые входы смесителей 19 и 36, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 18 стабильной частоты ω_г:

u_Г1(t)=U_Гcos(ω_Гt+ϕ_Г),

u_Г2(t)=U_Гcos(ω_Гt+ϕ_Г+90°).

На выходах смесителей 19 и 36 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 20 и 37 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты

u_пр(t)=U_пр1cos[(ω_пр±Δω)t+ϕ_пр],

u_пр(t)=U_пр1cos[((ω_пр±Δω))t+ϕ_пр-90°], 0≤t≤T_и,

где

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр=ω_с-ω_г - промежуточная частота;

ϕ_пр1=ϕ_с-ϕ_г.

Напряжение u_пр2(t) с выхода усилителя 37 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 38 на 90°, на входе которого образуется напряжение

u_пр3(t)=U_пр1cos[(ω_пр±Δω)t+ϕ_пр-90°+90°]=U_пр1cos[(ω_пр±Δω)t+ϕ_пр1].

Напряжения u_пр1(t) и u_пр3(t) поступают на два входа сумматора 39, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u_∑1(t)=U_∑1cos[(ω_пр±Δω)t+ϕ_пр1], 0≤t≤T_и,

где U_∑1=2U_пр1.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 40, на второй вход которого подается сигнал u_Л(t) с выхода второго приемника 17. На выходе перемножителя 40 образуется напряжение

u₁₁(t)=U₁₁cos[(ω_Г±Δω)t+ϕ_Г], 0≤t≤T_и,

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Так как частота настройки ω_н узкополосного фильтра 41 выбирается равной частоте ω_г гетеродина 18 (ω_н=ω_г), то напряжение u₁₁(t) выделяется узкополосным фильтром 41, детектируется амплитудным детектором 42 и поступает на управляющий вход ключа 43, открывая его. В исходном состоянии ключи 15, 25 и 43 всегда закрыты.

При этом суммарное напряжение u_∑1(t) с выхода сумматора 39 через открытый ключ 43 поступает на второй вход перемножителя 21. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u₁(t)=U₁cos(ω_Гt+ϕ_Г+Δϕ), 0≤t≤T_и,

где ;

Δϕ=ϕ₂-ϕ₁ - разность фаз между отраженными сигналами левой и правой круговой поляризации, которое выделяется узкополосным фильтром 22 и поступает на вход амплитудного ограничителя 23. На выходе последнего образуется напряжение

u₂(t)=U_огрcos(ω_гt+ϕ_г+Δϕ), 0≤t≤T_и,

где U_огр - порог ограничителя;

которое поступает на первый вход фазового детектора 5, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 18. На выходе последнего образуется постоянное напряжение

u_н(Δ)=U_нcosΔϕ,

где

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональное измеряемому фазовому сдвигу Δϕ.

Это напряжение поступает на два входа второго перемножителя 27, на выходе которого образуется напряжение

,

которое поступает на два входа третьего перемножителя 28. На выходе последнего образуется напряжение

.

Одновременно напряжение u_н(Δϕ) с выхода фазового детектора 5 поступает на вход фазовращателя 29 на 90°, на выходе которого формируется напряжение

u₅(Δϕ)=U_нcos(Δϕ+90°)=-U_нsinΔϕ,

которое поступает на два входа четвертого перемножителя 30. На выходе последнего образуется напряжение

,

которое поступает на два входа пятого перемножителя 31. На выходе последнего образуется напряжение

.

Напряжения u₃(Δϕ) и u₆(Δϕ) поступают на два входа масштабированного перемножителя 32, масштабирующий коэффициент К_м которого выбирается равным 6 (К_м=6). На выходе масштабирующего перемножителя 32 формируется напряжение

.

Напряжение u₄(Δϕ) и u₈(Δϕ) поступают на два входа вычитателя 33, на выходе которого формируется напряжение

.

Напряжения u₇(Δϕ) и u₉(Δϕ) поступают на два входа сумматора 34, на выходе которого формируется напряжение

,

где , Δϕ₁=4Δϕ.

Это напряжение измеряется измерителем 6 выходного напряжения. В блоке 24 сравнения осуществляется сравнение измеренного значения выходного значения с эталонным значением

u_э(Δϕ)=U_эΔϕ_э,

где Δϕ_э - неизменяемый фазовый сдвиг, получаемый при зондировании грунта над неповрежденными участками трубопровода 8.

Сдвиг фаз Δϕ_э определяется частотой зондирующего сигнала и электрическими параметрами грунта 7. Этот сдвиг фаз остается неизменным при зондировании грунта над неповрежденными участками трубопровода 8, поскольку все определяющие его величины остаются постоянными. Поэтому в блоке 24 сравнения хранится эталонное значение выходного напряжения, соответствующего сдвигу фаз Δϕ_э при зондировании грунта над неповрежденными участками трубопровода 8.

Если u₁₀(Δϕ)≈u₇(Δϕ), то в блоке 24 сравнения постоянное напряжение не формируется.

При зондировании грунта над поврежденным участком 11 трубопровода 8 (точка В) сигналы с правой и левой круговой поляризацией частично проходят по влажному слою 12 грунта 7, образованному при вытекании жидкости из контролируемого трубопровода 8.

При прохождении электромагнитной волны по влажному грунту, имеющему отличные от сухого грунта электрические параметры (большую проводимость и диэлектрическую проницаемость), изменяется фазовая скорость распространения волн.

Когда плоскополяризованная электромагнитная волна отражается от трубопровода, на который воздействует внешнее магнитное поле Земли, то она разделяется на две неизвестные составляющие, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения вектора поляризации. На частотах дециметрового диапазона обе составляющие имеют круговую поляризацию.

Обе волны распространяются во влажном слое 12 грунта с различными скоростями, вследствие чего фазовые соотношения между этими волнами изменяются. Это явление обычно называется эффектом Фарадея, из-за которого отраженный сигнал испытывает вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации, который определяется разной скорость распространения сигналов с правой и левой поляризацией по влажному слою грунта, находится из соотношения:

,

где ϕ₁ и ϕ₂ - фазовые запаздывания сигналов с правой (вращение плоскости поляризации по часовой стрелке) и левой (вращение плоскости поляризации против часовой стрелки) круговой поляризации соответственно.

Все это приводит к изменению сдвига фаз и значения выходного напряжения u₁₀(Δϕ) сумматора 34.

При u₁₀(Δϕ)>u₇(Δϕ) в блоке 24 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 25, открывая его. При этом выходное напряжение u₁₀(Δϕ) с выхода измерителя 6 выходного напряжения поступает через открытый ключ 25 на вход индикатора 26. При этом факт регистрации выходного напряжения u₁₀(Δϕ) фазового замера свидетельствует о наличии течи на данном участке трубопровода, а величина данного напряжения характеризует степень повреждения трубопровода 8.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных сигналов по основному каналу на частоте ωс (фиг.2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте ω_з

u_з(t)=U_зcos(ω_зt+ϕ_з), 0≤t≤Т_з,

то усилителями 20 и 37 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр1(t)=U_пр4cos(ω_прt+ϕ_пр),

u_пр5(t)=U_пр4cos(ω_прt+ϕ_пр+90°), 0≤t≤Т_З,

где ;

ω_пр=ω_Г-ω₃ - промежуточная частота;

ϕ_пр4=ϕ_Г-ϕ_З.

Напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 37 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 38 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пp6(t)=U_пр4cos(ω_прt+ϕ_пр4+90°+90°)=-U_пр4cos(ω_прt+ϕ_пр4), 0≤t≤Т_З.

Напряжения u_пр4(t) и u_пр6(t), поступающие на два входа сумматора 39, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_З, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2.

u_к2(t)=U_к2cos(ω_к2t+ϕ_к2), 0≤t≤T_к2,

то усилителями 20 и 37 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр7(t)=U_пр7cos(ω_прt+ϕ_пр7),

u_пр8(t)=U_пр7cos(ω_прt+ϕ_пр7+90°), 0≤t≤Т_к2,

где

ω_пр=ω_к2-2ω_г - промежуточная частота;

ϕ_пр7=ϕ_к2-ϕ_Г.

Напряжение u_пр8(t) с выхода усилителя 37 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 38 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр9(t)=U_пр7cos(ω_прt+ϕ_пр7-90°+90°)=U_пр7cos(ω_прt+ϕ_пр7), 0≤t≤T_к2.

Напряжения u_пр7(t) и u_пр9(t) поступают на два входа сумматора 39, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u_∑2(t)=U_∑2cos(ω_прt+ϕ_пр7), 0≤t≤Т_к2,

где U_∑2=2U_пр7.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 40, на второй вход которого подается ложный сигнал (помеха) u_к2(1), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2. На выходе перемножителя 40 образуется напряжение

u₁₂(t)=U₁₂cos(2ω_Гt+ϕ_Г), 0≤t≤T_к2,

где

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 41, ключ 43 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, подавляется.

Применение предлагаемого способа облегчает нахождение с поверхности трассы подземного трубопровода, так как при отклонении в сторону от трассы будет зафиксировано отсутствие отраженного сигнала 10.

Кроме того, способ и устройство обеспечивают повышение точности и разрешающей способности по глубине при определении места течи в напорном трубопроводе, находящемся под слоем грунта. Это достигается за счет исключения отражений от поверхности воздух-грунт, использования поляризационной селекции и устранения неоднозначности фазовых измерений, что обеспечивается тем, что фазовые измерения осуществляются между сигналами с правой и левой круговой поляризацией, а не между зондирующим и отраженным сигналами. При этом фазовый сдвиг между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией измеряется на стабильной частоте ω_г гетеродина 18. Поэтому процесс измерения фазового сдвига инвариантен к нестабильности амплитуды и несущей частоты отраженного сигнала, возникающих при некогерентном отражении зондирующего сигнала от трубопровода и других дестабилизирующих факторах, что позволяет также повысить точность измерения фазового сдвига и, следовательно, точность определения места течи в напорном трубопроводе.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают также повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малым утечкам из напорных трубопроводов, находящихся под слоем грунта. Это достигается за счет "усиления" малых фазовых сдвигов в соответствии с выражением:

cos⁴Δϕ-6cos²Δϕ·sin²Δϕ+sin⁴Δϕ=cos4Δϕ=cosΔϕ₁,

в четыре раза.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности определения места течи в напорном трубопроводе, находящемся под слоем грунта. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частот ω_З и по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1 используется фазокомпенсационный метод, который реализуется "внешним кольцом", состоящим из смесителей 19 и 36, гетеродина 18, усилителей 20 и 37 промежуточной частоты, фазовращателей 35 и 38 на 90°, сумматора 39. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, используется метод узкополосной фильтрации, который реализуется "внутренним кольцом", состоящим из перемножителя 40, узкополосного фильтра 41, амплитудного детектора 42 и ключа 43.

1. Способ определения места течи в напорном трубопроводе, находящемся под слоем грунта, согласно которому осуществляют электромагнитное зондирование грунта вдоль трассы трубопровода и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от трубопровода, при этом сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональному глубине залегания трубопровода, а сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, ограничивают его по амплитуде, измеряют сдвиг фаз между сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, постоянное напряжение, пропорциональное измеренному сдвигу фаз, сдвигают по фазе на 90°, исходное и сдвинутое по фазе на 90° постоянные напряжения последовательно дважды перемножают сами на себя, исходное и сдвинутое по фазе на 90° постоянное напряжение второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента К_м=6, вычитают полученное напряжение из исходного постоянного напряжения четвертой степени и суммируют полученное напряжение со сдвинутым по фазе на 90° постоянным напряжением четвертой степени, сравнивают полученное напряжение с эталонным напряжением и по результатам сравнения принимают решение о наличии места течи в контролируемом трубопроводе, отличающийся тем, что перед выделением гармонического напряжения на стабильной частоте гетеродина напряжение гетеродина сдвигают по фазе на 90°, используют его для дополнительного преобразования по частоте сигнала с левой круговой поляризацией, выделяют дополнительное напряжение промежуточной частоты, сдвигают его по фазе на 90°, суммируют с напряжением промежуточной частоты, полученное суммарное напряжение промежуточной частоты перемножают с сигналом с левой круговой поляризацией, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, выделяют его огибающую и используют ее для разрешения перемножения суммарного напряжения промежуточной частоты с сигналом правой круговой поляризации.

2. Устройство для определения места течи в напорном трубопроводе, содержащее последовательно включенные синхронизатор, передатчик и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, первый ключ, второй вход которого через блок временной задержки соединен со вторым выходом синхронизатора, первый узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, первый фазовращатель на 90°, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фазовращателя на 90°, масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, вычитатель, второй вход которого соединен с выходом третьего перемножителя, первый сумматор, второй вход которого через пятый перемножитель соединен с выходом четвертого перемножителя, измеритель выходного напряжения, блок сравнения, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя выходного напряжения, и индикатор, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, при этом к выходу фазового детектора последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, и третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, отличающееся тем, что оно снабжено вторым и третьим фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, вторым сумматором, шестым перемножителем, вторым узкополосным фильтром, амплитудным детектором и третьим ключом, причем ко второму выходу гетеродина последовательно подключены второй фазовращатель на 90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, второй узкополосный фильтр, амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен ко второму входу первого перемножителя.