Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода

Изобретение относится к технической диагностике трубопроводов и может быть использовано для обнаружения напряженно-деформированных участков магистральных трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является повышение точности измерений путем перехода с аналогового на цифровой способ измерения линейных деформаций магистрального трубопровода с постоянной привязкой опорной частоты цифрового датчика к эталонной частоте. Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода, содержащая датчики линейных деформаций, установленные на магистральном трубопроводе, и блоки обработки информации, входы которых соединены с выходами датчиков линейных деформаций, дополнительно содержит приемник спутниковой радионавигационной системы, мультиплексор, микропроцессор и радиомодем, а в качестве датчиков линейных деформаций используют струнные датчики, расположенные в контролируемом сечении магистрального трубопровода, при этом каждый блок обработки информации дополнительно содержит цифровой частотомер-периодомер с кварцевым генератором, причем выход приемника спутниковой радионавигационной системы подключен к управляемым входам кварцевых генераторов частотомеров-периодомеров, выходы которых через мультиплексор подсоединены ко входу микропроцессора, подключенного выходом к управляемым входам мультиплексора и радиомодема. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технической диагностике трубопроводов и может быть использовано для обнаружения напряженно-деформированных участков магистральных трубопроводов в условиях вечной мерзлоты.

Известна аппаратура, реализующая способ аналогичного назначения, содержащая датчики линейных деформаций, установленные на магистральном трубопроводе, и блоки обработки информации, выходы которых соединены с выходами датчиков линейных деформаций /Авторское свидетельство СССР №1839706, кл. F17D 5/00, 1993/.

Данная аппаратура принята за прототип.

В прототипе в качестве датчиков линейных деформаций используются тензодатчики.

Недостатком прототипа являются значительные погрешности аналоговых измерений тензодатчиками деформаций в условиях вечной мерзлоты.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является устранение недостатка прототипа путем перехода с аналогового на цифровой способ измерения линейных деформаций магистрального трубопровода с постоянной привязкой опорной частоты датчика деформаций к эталонной частоте.

Данный технический результат достигают за счет того, что известная аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода, содержащая датчики линейных деформаций, установленные на магистральном трубопроводе, и блоки обработки информации, входы которых соединены с выходами датчиков линейных деформаций, дополнительно содержит приемник спутниковой радионавигационной системы, мультиплексор, микропроцессор и радиомодем, а в качестве датчиков линейных деформаций используют струнные датчики, расположенные в контролируемом сечении магистрального трубопровода, при этом каждый блок обработки информации дополнительно содержит цифровой частотомер-периодомер с кварцевым генератором, причем выход приемника спутниковой радионавигационной системы подключен к управляемым входам кварцевых генераторов частотомеров-периодомеров, выходы которых через мультиплексор подсоединены ко входу микропроцессора, подключенного выходом к управляемым входам мультиплексора и радиомодема.

При этом струнные датчики линейных деформаций установлены в различных сечениях магистрального трубопровода с определенным пространственным шагом и подключены выходами к дополнительно введенным аналогичным блокам обработки информации, выходы которых соединены со входами мультиплексора.

В частном случае струнные датчики линейных деформаций установлены в контролируемых сечениях магистрального трубопровода с одинаковым шагом.

В каждом контролируемом сечении магистрального трубопровода квазиоптимальным является установка не менее одного датчика деформации.

Приемник может быть выполнен в виде комбинированного приемника сигналов нескольких спутниковых радионавигационных систем, выходы которого подсоединены к управляемым входам соответствующих кварцевых генераторов частотомеров-периодомеров.

Аппаратура может дополнительно содержать запоминающее устройство начального уровня напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, соединенного выходом со входом мультиплексора, а также датчик давления, установленный в магистральном трубопроводе, и аналого-цифровой преобразователь, при этом выход датчика давления через аналого-цифровой преобразователь подключен ко входу мультиплексора.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлено расположение датчиков на магистральном трубопроводе; на фиг.2 - общая блок-схема аппаратуры.

Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода 1 включает в себя (фиг.1) датчики 2₁, 2₂, 2₃ линейных деформаций, установленные на магистральном трубопроводе 1, и датчик 3 давления транспортируемой среды.

Датчики 2 линейных деформаций могут быть установлены в различных сечениях магистрального трубопровода 1 с определенным пространственным шагом.

Датчики 2 линейных деформаций могут быть установлены в каждом сечении магистрального трубопровода 1 с одинаковым угловым шагом.

На фиг.1 количество датчиков 2 линейных деформаций выбрано равным трем. Это количество датчиков является квазиоптимальным с точки зрения объема получаемой информации и производимых затрат на ее получение. В общем случае количество датчиков 2 может быть любым, например, равным N.

В качестве датчиков 2 линейных деформаций в аппаратуре используют струнные датчики, широко применяемые в измерительной технике для измерения линейных деформаций /«Измерения в промышленности». Под ред. проф. П. Профоса. М., Металлургия, 1980, с.272/.

Электронная схема аппаратуры (фиг.2) содержит N блоков обработки информации, поступающей с N струнных датчиков 2₁...2_N линейных деформаций.

Каждый блок обработки информации включает в себя цифровой частотомер-периодомер 4 с кварцевым генератором (на чертеже не показан).

Имеется также приемник 5 спутниковой радионавигационной системы 6, мультиплексор 7, микропроцессор 8 и радиомодем 9.

Приемник 5 спутниковой радионавигационной системы 6 может быть выполнен в виде комбинированного приемника сигналов нескольких спутниковых радионавигационных систем (на чертеже не показаны).

Имеется также аналого-цифровой преобразователь 10, подключенный входом к выходу датчика давления 3.

Для запоминания начальных линейных деформаций трубопровода 1 имеется цифровое запоминающее устройство 11.

Схема электрических соединений электронных блоков представлена на фиг.2.

Выходы датчиков 2 линейных деформаций подключены ко входам частотомеров-периодомеров 4, управляемые входы кварцевых генераторов которых соединены с выходом приемника 5 спутниковой радионавигационной системы 6.

Выходы частотомеров-периодомеров 4 подключены ко входам мультиплексора 7.

Выход датчика 3 давления транспортируемой среды через аналого-цифровой преобразователь 10 и выход цифрового запоминающего устройства 11 также подключены ко входам мультиплексора 7, соединенного выходом со входом микропроцессора 8. Выходы микропроцессора 8 подключены к управляемым входам мультиплексора 7 и радиомодема 9.

В случае выполнения приемника 5 спутниковой радионавигационной системы 6 комбинированным выходы последнего подключаются к управляемым входам соответствующих кварцевых генераторов.

Аппаратура работает следующим образом.

Струнные датчики 2 линейных деформаций выдают на своем выходе частотный сигнал, зависящий от величины линейной деформации магистрального трубопровода 1. Принцип их работы основан на том, что частота собственных колебаний натянутой измерительной струны изменяется при натяжении. Над струной находится электромагнит; при прохождении по его обмотке электрических импульсов возбуждаются механические колебания в струне и измеряется частота собственных колебаний струны путем снятия с выводов обмотки электрического напряжения, частота которого является мерой деформации трубопровода 1.

Частота измеряется цифровым частотомером-периодомером 4. Точность измерений задается кварцевым генератором, входящим в состав цифрового частотомера-периодомера 4.

Резкое изменение климатических условий, которое наблюдается в районах Крайнего Севера, приводит к тому, что опорная частота кварцевого генератора отклоняется от своего номинального значения. Это приводит к погрешностям измерений линейных деформаций магистрального трубопровода 1 струнными датчиками 2.

Для исключения погрешностей этого рода опорная частота кварцевого генератора привязывается к эталонной частоте спутниковой радионавигационной системы 6 с помощью приемника 5, соединенного выходом с управляемым входом кварцевого генератора цифрового частотомера-периодомера 4.

Выполнение приемника 5 комбинированным позволяет осуществить привязку опорной частоты с более высокой точностью.

Учитывая, что при строительстве магистрального трубопровода 1 в нем будут иметь место начальные напряжения, последние с помощью струнных датчиков 2 измеряются перед началом эксплуатации трубопровода. Значения начальных напряжений трубопровода заносятся в специальное запоминающее устройство 11 и учитываются при дальнейших расчетах линейных деформаций, измеряемых струнными датчиками 2₁...2_N.

Транспортируемая среда вносит дополнительное напряжение на стенки трубопровода 1. Для учета этих напряжений имеется датчик 3 давления. Его выходной сигнал через аналого-цифровой преобразователь 10 также направляется в микропроцессор 8.

Таким образом, на выходе микропроцессора 8 присутствует выходной сигнал, свободный от перечисленных выше погрешностей. Сигнал направляется на радиомодем 9, откуда по радиоканалу передается на центральный пункт мониторинга (на чертеже не показан) магистрального трубопровода 1.

На центральном пункте мониторинга проводится анализ технического состояния трубопровода с принятием решений о его дальнейшей эксплуатации.

1. Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода, содержащая датчики линейных деформаций, установленные на магистральном трубопроводе, и блоки обработки информации, входы которых соединены с выходами датчиков линейных деформаций, отличающаяся тем, что дополнительно содержит приемник спутниковой радионавигационной системы, мультиплексор, микропроцессор и радиомодем, а в качестве датчиков линейных деформаций используют струнные датчики, расположенные в контролируемом сечении магистрального трубопровода, при этом каждый блок обработки информации дополнительно содержит цифровой частотомер-периодомер с кварцевым генератором, причем выход приемника спутниковой радионавигационной системы подключен к управляемым входам кварцевых генераторов частотомеров-периодомеров, выходы которых через мультиплексор подсоединены ко входу микропроцессора, подключенного выходом к управляемым входам мультиплексора и радиомодема.

2. Аппаратура по п.1, отличающаяся тем, что струнные датчики линейных деформаций установлены в различных сечениях магистрального трубопровода с определенным пространственным шагом и подключены выходами к дополнительно введенным аналогичным блокам обработки информации, выходы которых соединены со входами мультиплексора.

3. Аппаратура по п.2, отличающаяся тем, что струнные датчики линейных деформаций установлены в контролируемых сечениях магистрального трубопровода с одинаковым шагом.

4. Аппаратура по п.3, отличающаяся тем, что в каждом контролируемом сечении магистрального трубопровода установлено не менее трех датчиков деформации.

5. Аппаратура по п.1, отличающаяся тем, что приемник выполнен в виде комбинированного приемника сигналов нескольких спутниковых радионавигационных систем, выходы которого подсоединены к управляемым входам соответствующих кварцевых генераторов частотомеров-периодомеров.

6. Аппаратура по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит запоминающее устройство начального уровня напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, соединенного выходом со входом мультиплексора.

7. Аппаратура по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик давления, установленный в магистральном трубопроводе и аналого-цифровой преобразователь, при этом выход датчика давления через аналого-цифровой преобразователь подключен ко входу мультиплексора.