Акустическое обнаружение в технологических средах

Использование: для акустических измерений на промышленных предприятиях. Сущность изобретения заключается в том, что акустическая измерительная система для объекта производственного процесса содержит: акустический передатчик, установленный на объекте производственного процесса, причем упомянутый акустический передатчик включает в себя первый акустический датчик; устройство контроля процесса, предоставляющее значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта производственного процесса, на основании, частично, сигнала от первого акустического датчика; второй акустический датчик, предоставляющий акустическое значение; и компонент снижения шума, который использует акустическое значение от второго акустического датчика для воздействия на значение, предоставляемое устройством контроля процесса, так что значение, предоставляемое устройством контроля процесса, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый объектом производственного процесса. Технический результат: обеспечение возможности оперативно отслеживать состояние объекта производственного процесса. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 19 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[01] Варианты осуществления, описываемые ниже, относятся к контролю процесса. В частности, варианты осуществления относятся к акустическим измерениям на промышленных предприятиях.

[02] В системах управления производственным процессом текучие среды и материалы обрабатывают при использовании технологического оборудования, например, такого как реакторы, дистилляторы, смесители и нагреватели. В системах управления производственным процессом текучие среды и материалы помещают в один или несколько резервуаров и перемещают между различными частями технологического оборудования по трубам или трубопроводам. Движение текучих сред и материалов по трубам и резервуарам регулируется одним или несколькими насосами и одним или несколькими клапанами, в том числе перепускными клапанами, которые открываются для сбрасывания избыточного давления. Компоненты в системе управления процессом, такие как, например технологическое оборудование, резервуары, трубы, насосы и клапаны, в общем, могут быть названы технологическими элементами или объектами процесса.

[03] Характеристики этапов процесса контролируют путем измерения одной или нескольких переменных процесса при использовании технологических передатчиков, которые присоединены к одному или нескольким объектам процесса или связаны с ними по текучей среде. Каждый технологический передатчик содержит датчик, который воспринимает состояние текучей среды или материала в одном или нескольких объектах процесса, и схемы, которые преобразуют сигнал датчика в одну или несколько переменных процесса.

[04] Одним примером технологического передатчика является акустический технологический передатчик, который измеряет акустические сигналы, связанные с объектом процесса. Например, акустический технологический передатчик можно использовать для измерения акустических сигналов, связанных с перепускным клапаном, предохранительным клапаном или уловителем пара, чтобы определять случай, когда клапан или уловитель открыт или дает утечку. Акустический передатчик измеряет величину акустического сигнала вблизи контролируемого объекта и передает по сети в хост переменную процесса, представляющую величину акустического сигнала. Либо хост, либо акустический технологический передатчик может сравнивать величину акустического сигнала с уровнем срабатывания сигнализации и инициировать сигнал тревоги, если акустический сигнал превышает порог, заданный для контролируемого объекта. Кроме того, некоторые устройства измеряют температуру.

[05] Приведенное выше рассмотрение представлено только как вспомогательная информация и не предназначено для использования в качестве средства для определения объема заявленного объекта изобретения. Заявленный объект изобретения не ограничен реализациями, в которых устранены какие-либо или все недостатки, отмеченные при описании уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[06] Акустическая измерительная система для объекта производственного процесса включает в себя устройство измерения процесса, предоставляющее значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика, расположенного вблизи объекта производственного процесса. Второй акустический датчик предоставляет акустическое значение и компонент снижения шума использует акустическое значение от второго акустического датчика для воздействия на значение, предоставляемое устройством измерения процесса, так что значение, предоставляемое устройством измерения процесса, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый объектом производственного процесса.

[07] В дальнейшем варианте осуществления измеряется уровень шума на технологической конструкции и измеряется акустический уровень вблизи объекта процесса. Измеренный акустический уровень модифицируется на основании измеренного уровня шума для образования скорректированного акустического уровня.

[08] В дальнейшем варианте осуществления акустическая измерительная система включает в себя акустический датчик, выполненный с возможностью установки вблизи технологической трубы, и акустическое устройство подавления. Акустическое устройство подавления имеет по меньшей мере одну внутреннюю поверхность, имеющую форму для соответствия технологической трубе, и по меньшей мере один соединитель для прикрепления акустического устройства подавления к технологической трубе.

[09] В дальнейшем варианте осуществления модульный комплект шумоподавления включает в себя первое ребро, второе ребро и множество проставок, имеющих различную длину. Проставки различной длины связаны с различными частотами шума. Комплект шумоподавления также включает в себя по меньшей мере один соединитель для присоединения одной из множества проставок между первым ребром и вторым ребром.

[10] Этот раздел «Сущность изобретения» приведен для представления набора концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описываются ниже в разделе «Подробное описание». Этот раздел «Сущность изобретения» не предназначен для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения и не предназначен для использования в качестве средства при определении объема заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

[11] фиг. 1 - структурная схема акустической системы мониторинга согласно предшествующему уровню техники;

[12] фиг. 2 - иллюстрация составляющих измеренного акустического сигнала объекта согласно предшествующему уровню техники;

[13] фиг. 3 - структурная схема акустической системы мониторинга согласно одному варианту осуществления;

[14] фиг. 4 - иллюстрация формирования фильтрованного акустического сигнала объекта согласно одному варианту осуществления;

[15] фиг. 5 - иллюстрация формирования коэффициента затухания согласно одному варианту осуществления;

[16] фиг. 6 - структурная схема акустической измерительной системы согласно второму варианту осуществления;

[17] фиг. 7 - структурная схема акустической измерительной системы согласно третьему варианту осуществления;

[18] фиг. 8 - структурная схема акустической измерительной системы согласно четвертому варианту осуществления;

[19] фиг. 9 - структурная схема компонентов акустических передатчиков, беспроводных шлюзов, инструментов управления сетью и хостов согласно одному варианту осуществления;

[20] фиг. 10 - структурная схема акустической измерительной системы согласно пятому варианту осуществления;

[21] фиг. 11 - вид сбоку в разрезе устройства шумоподавления согласно одному варианту осуществления;

[22] фиг. 12 - вид сбоку устройства шумоподавления из фиг. 11;

[23] фиг. 13 - вид сбоку в разрезе устройства шумоподавления согласно второму варианту осуществления;

[24] фиг. 14 - вид сбоку устройства шумоподавления из фиг. 13;

[25] фиг. 15 - вид сбоку в разрезе устройства шумоподавления согласно третьему варианту осуществления;

[26] фиг. 16 - вид сбоку устройства шумоподавления из фиг. 15;

[27] фиг. 17 - увеличенный вид в разрезе устройства шумоподавления согласно одному варианту осуществления;

[28] фиг. 18 - увеличенный вид в разрезе устройства шумоподавления согласно второму варианту осуществления; и

[29] фиг. 19 - перспективный вид снизу с пространственным разделением деталей модульного устройства шумоподавления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[30] Как показано на структурной схеме из фиг. 1, акустическая измерительная система 100 из предшествующего уровня техники включает в себя беспроводной акустический передатчик 102, беспроводной шлюз 106, сеть 108, инструмент 110 управления сетью и хост 112.

[31] Беспроводной акустический передатчик 102 установлен вблизи контролируемого объекта или на нем и включает в себя акустический датчик 104, который измеряет акустический уровень вблизи контролируемого объекта 114. Если необходимо, акустический уровень, воспринимаемый акустическим датчиком 104, преобразуется в цифровое значение процессором в акустическом передатчике 102 и цифровое значение, представляющее акустический уровень, передается по беспроводному каналу акустическим передатчиком 102 в беспроводный шлюз 106. Согласно одному варианту осуществления между акустическим передатчиком 102 и беспроводным шлюзом 106 поддерживается связь при использовании коммуникационного протокола WirelessHart® в соответствии с МЭК 62591. Однако другие протоколы беспроводной связи также могут использоваться.

[32] Беспроводной шлюз 106 действует как интерфейс между беспроводным акустическим передатчиком 102 и проводной сетью 108 и также определяет и поддерживает сеть передатчиков, которые находятся в беспроводной связи со шлюзом 106. Например, беспроводной шлюз 106 может создавать и поддерживать ячеистую сеть беспроводных передатчиков. Беспроводной шлюз 106 принимает радиосигнал от беспроводного акустического передатчика 102 и передает акустический уровень в радиосигнале по сети 108 к одному из инструмента 110 управления сетью и хоста 112 или к обоим.

[33] В других вариантах осуществления акустический передатчик 102 представляет собой проводной передатчик, который соединен с хостом 112 через контур контроля процесса, в котором используется протокол, такой как, например, коммуникационный протокол HART®, и в котором цифровая информация модулируется на ток 4-20 мА, коммуникационный протокол промышленной сети Foundation Fieldbus или коммуникационный протокол промышленной сети Profibus.

[34] Инструмент 110 управления сетью обеспечивает пользовательские интерфейсы и прикладные программы для сетей мониторинга, поддерживаемых различных беспроводными и проводными шлюзами. С помощью инструмента 110 управления сетью можно видеть, какие сети доступны и какие устройство находятся в каждой сети. Кроме того, можно видеть информацию о состоянии различных устройств в каждой сети, включая информацию о состоянии беспроводного акустического передатчика 102. В одном варианте осуществления инструмент 110 управления сетью включает в себя прикладную программу, которой обеспечивается пользовательский интерфейс, показывающий состояние контролируемого объекта 114 на основании акустического уровня, представляемого акустическим передатчиком 102.

[35] Хост 112 также обеспечивает прикладные программы для мониторинга состояния устройств, соединенных с сетью 108 и любыми сетями, поддерживаемыми шлюзами, присоединенными к сети 108. Согласно одному варианту осуществлении хост 112 включает в себя прикладную программу, образующую пользовательский интерфейс, с помощью которого отображается состояние контролируемого объекта 114 на основании акустического уровня, представляемого акустическим передатчиком 102.

[36] В предшествующем уровне техники любой узел из акустического передатчика 102, инструмента 110 управления сетью 110 и хоста 112 может обладать функцией аварийной сигнализации, в соответствии с которой сигнал тревоги инициируется в случае, когда акустический уровень, обнаруживаемый акустическим датчиком 104, превышает порог срабатывания сигнализации.

[37] В идеальном случае акустическим датчиком 104 только измеряется акустический шум, создаваемый контролируемым объектом 114. Однако, как показано на фиг. 1, шум 120 и 122 присутствует на технологических конструкциях 116 и 118, которые поддерживают контролируемый объект 114 или физически соединены с ним. В зависимости от размеров источника шума и транспортируемых материалов акустический шум может распространяться в технологической среде на большие расстояния по трубам и резервуарам. Для маломощного акустического передатчика 102 может быть трудно проводить различие между акустической энергией, исходящей от контролируемого объекта 114, и фоновым шумом 120 и 122, создаваемым в другом месте системы.

[38] В результате, как показано на фиг. 2, шум, такой как шум 120 и шум 122, добавляется к реальному акустическому сигналу 200 объекта для образования измеряемого акустического сигнала 202 объекта, который в предшествующем уровне техники является сигналом, воспринимаемым акустическим датчиком 104. Как можно видеть на фиг. 2, измеряемый акустический сигнал 202 объекта может совершенно отличаться от реального акустического сигнала 200 объекта. Иногда шум 120 и шум 122 могут быть настолько сильными, что измеряемый акустический сигнал объекта может пересекать порог срабатывания сигнализации, в результате чего будет инициироваться сигнал тревоги, даже если контролируемый объект 114 не создает достаточного звука для оправдания сигнала тревоги. В дополнение к силе звука шум может иметь находящийся в фазе частотный состав, который суммируется с измеряемым реальным акустическим сигналом объекта. Даже если шум имеет низкий уровень, он может суммироваться с акустическим сигналом объекта, если частота шума находится в фазе с акустическим сигналом объекта, в результате чего амплитуда будет возрастать в достаточной степени для инициирования сигнала тревоги. Это может происходить при некоторых применениях устройства.

[39] На фиг. 3 представлена структурная схема акустической измерительной системы 300 согласно варианту осуществления. Хотя на фиг. 3 показана беспроводная конфигурация, настоящее изобретение также применимо к проводным акустическим передатчикам. В такой конфигурации различные линии связи, показанные между компонентами, могут быть проводными линиями связи. Например, может использоваться двухпроводный контур контроля процесса, в котором как электрическая энергия, так и информация передаются по тем же самым двум проводам. Например, может использоваться токовый контур 4-20 мА, в котором аналоговый уровень тока используется для представления переменной процесса. Согласно другому примеру варианта осуществления цифровой информацией модулируется ток контура для передачи дополнительной информации. Такой вариант осуществления может быть реализован при использовании коммуникационного протокола HART®. Однако другие протоколы проводной связи также могут быть реализованы, включая протоколы промышленной сети Profibus, Foundation Fieldbus и другие. В акустической измерительной системе 300 согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрены два дополнительных беспроводных акустических передатчика 314 и 318, которые совместно с беспроводным акустическим передатчиком 102 образуют беспроводную сеть, которая поддерживается беспроводным шлюзом 306. Беспроводные акустические передатчики 314 и 318 включают в себя два дополнительных акустических датчика 316 и 320, соответственно. Акустический датчик 316 воспринимает акустический сигнал на технологической конструкции 118, тогда как акустический датчик 320 воспринимает акустический сигнал на технологической конструкции 116. Таким образом, акустический датчик 316 способен измерять шум 120, тогда как акустический датчик 320 способен измерять шум 122. Акустический датчик 104 предоставляет акустическое значение для звука, обнаруживаемого вблизи контролируемого объекта 114, который включает в себя звук, создаваемый контролируемым объектом 114, и ослабленные версии шумов 120 и 122. Акустические значения, создаваемые акустическими датчиками 316, 104 и 320, преобразуются в цифровые значения и по беспроводной линии передаются соответствующими акустическими передатчиками 314, 102 и 318 в беспроводной шлюз 306. Понятно, что количество дополнительных акустических передатчиков может изменяться в зависимости от конкретной структуры или применения.

[40] В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, беспроводной шлюз 306 включает в себя компонент 324 снижения шума, который снижает шум в акустических значениях акустического датчика 104 на основании акустических значений с акустических датчиков 316 и 320, что описывается дополнительно ниже. Результирующие фильтрованные акустические значения объекта подаются беспроводным шлюзом 306 по сети 308 к одному из инструмента 310 управления сетью и хоста 312 или к обоим.

[41] На фиг. 4 поясняется работа системы согласно структурной схеме из фиг. 3. На фиг. 4 на графиках 400 и 402 представлен пример акустических значений в зависимости от времени, создаваемых акустическими датчиками 316 и 320, соответственно. На графиках 400 и 402 по вертикальной оси показана амплитуда акустического сигнала, измеренного соответствующим акустическим датчиком, и по горизонтальной оси показано время. Таким образом, на графике 400 показаны амплитуды шума 122 на датчике 320 и на графике 402 показаны амплитуды шума 120 на датчике 316.

[42] Когда шум 122 проходит вдоль конструкции 116 от акустического датчика 320 к контролируемому объекту 114, он претерпевает затухание 404. Кроме того, поскольку требуется период времени для распространения шума 122 вдоль конструкции 116, возникает задержка 405 распространения шума 122. Как показано на графике 407, в результате затухания и задержки шум 122 на контролируемом объекте 114 становится ослабленным и задержанным шумом 406. Как показано на графике 407, ослабленный и задержанный шум 406 меньше по амплитуде, чем шум 122, и сдвинут дальше во времени. Аналогично этому, когда шум 120 распространяется вдоль технологической конструкции 118, он ослабляется в соответствии с затуханием 408 и задерживается в соответствии с задержкой 409 распространения, для создания ослабленного и задержанного шума 410, показанного на графике 411. Ослабленный и задержанный шум 406 и ослабленный и задержанный шум 410 суммируются с реальным акустическим сигналом 412 объекта, показанным на графике 414. Этот суммарный сигнал является сигналом, который воспринимается акустическим датчиком 104, что приводит к образованию измеренного акустического сигнала 416 объекта, показанного на графике 418.

[43] В этом варианте осуществления измеренный шум 120, который является акустическим сигналом, создаваемым акустическим датчиком 316, измеренный шум 122, который является акустическим сигналом, создаваемым акустическим датчиком 320, и измеренный акустический сигнал 416 объекта, который является акустическим значением, создаваемым акустическим датчиком 104, все они предоставляются на компонент 324 снижения шума. Кроме того, компонент 324 снижения шума принимает первые коэффициент затухания и задержку 420 и вторые коэффициент затухания и задержку 422. Коэффициент затухания и задержка 420 представляют затухание 404 и задержку 405, а коэффициент затухания и задержка 422 представляют затухание 408 и задержку 409. Используя коэффициент затухания и задержку 420, компонент 324 снижения шума уменьшает измеренный шум 122 и задерживает измеренный шум 122, чтобы получать ослабленный и задержанный шум, который аппроксимирует ослабленный и задержанный шум 406. Аналогично этому, компонент 324 снижения шума использует коэффициент затухания и задержку 422 для уменьшения измеренного шума 120 и задерживает измеренный шум, чтобы получать ослабленный и задержанный шум, который аппроксимирует ослабленный и задержанный шум 410. Затем компонент 324 снижения шума вычитает аппроксимации ослабленных и задержанных шумов 406 и 410 из измеренного акустического сигнала 416 объекта. Результатом этого вычитания является фильтрованный акустический сигнал 424 объекта, показанный на графике 426.

[44] Как показано на графике 426, фильтрованный акустический сигнал 424 объекта является более точным представлением реального акустического сигнала 412 объекта. В результате этого компонент 324 снижения шума уменьшает число ложных сигналов тревоги, создаваемых на основании сигнала от акустического датчика 104.

[45] На фиг. 3 каждый из акустических передатчиков 314, 318 и 102 поддерживает связь с беспроводным шлюзом 306, а компонент снижения шума находится в беспроводном шлюзе 106. В таком варианте осуществления беспроводной шлюз 306 действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 промышленного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 промышленного процесса, а компонент 324 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 316 и 320 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое беспроводным шлюзом 306, так что значение, предоставляемое беспроводным шлюзом 306, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 114.

[46] В других вариантах осуществления акустические передатчики 314 и 318 поддерживают связь с акустическим передатчиком 102 и непосредственно предоставляют акустические сигналы, создаваемые акустическими датчиками 316 и 320, акустическому передатчику 102, а акустический передатчик 102 может включать в себя компонент 324 снижения шума. В таком варианте осуществления акустический передатчик 102 действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 производственного процесса, а компонент 324 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 316 и 320 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое акустическим передатчиком 102, так что значение, предоставляемое акустическим передатчиком 102, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 104. В таких вариантах осуществления акустический передатчик 102 может быть проводным передатчиком, а не беспроводным передатчиком, и может передавать значение, показывающее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, по контуру контроля в хост 312 при использовании протокола проводной связи, такого как, например, HART®, Foundation Fieldbus или Profibus. В других вариантах осуществления, в которых сигналы от акустических датчиков 316 и 320 подаются к акустическому передатчику 102, компонент 324 снижения шума может располагаться в беспроводном шлюзе 306. Акустические передатчики 314 и 318 могут поддерживать связь с акустическим передатчиком 102 либо по беспроводному каналу, либо с помощью непосредственного проводного соединения (непоказанного).

[47] В дальнейших вариантах осуществления компонент 324 снижения шума из фиг. 3 может быть перемещен из беспроводного шлюза 306 в один из инструмента 310 управления сетью и хоста 312. В таких вариантах осуществления беспроводный шлюз 306 ретранслирует акустические значения от акустических передатчиков 102, 314 и 318 в инструмент 310 управления сетью или хост 312, который содержит компонент 324 снижения шума. Независимо от того, где находится компонент 324 снижения шума, он создает фильтрованный акустический сигнал 424 объекта, который более точно отражает реальный акустический сигнал 412 объекта, создаваемый контролируемым объектом 114. В таком варианте осуществления либо инструмент 310 управления сетью, либо хост 312, который содержит компонент 324 снижения шума, действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 производственного процесса, а компонент 324 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 316 и 320 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое инструментом 310 управления сетью или хостом 312, так что значение, предоставляемое инструментом 310 управления сетью или хостом 312, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 114.

[48] На фиг. 5 показан способ формирования коэффициентов 420 и 422 затухания из фиг. 4. Способ из фиг. 5 выполняют отдельно для каждого из акустических датчиков 316 и 320, чтобы раздельно формировать коэффициенты 422 и 420 затухания. В приводимом ниже рассмотрении этапы будут обсуждаться с обращением к акустическому датчику 320, технологической конструкции 116 и коэффициенту 420 затухания. Однако специалистам в данной области техники следует понимать, что при формировании коэффициента 422 затухания одни и те же этапы будут повторяться для акустического датчика 316 и технологической конструкции 118.

[49] До начала способа из фиг. 5 требуется выполнение этапов, на которых гарантируется отсутствие генерации акустического сигнала контролируемым объектом 114. Шум, исходящий от измеряемого объекта, может быть исключен при нахождении объекта в нерабочем состоянии. Этого можно достигать, например, закрыванием изолирующего вентиля, чтобы предотвращать работу измеряемого объекта и/или утечку через него. В идеальном случае контролируемый объект 114 и технологические конструкции 116 и 118 следует поддерживать на этапах в состоянии, которое является по возможности близким к ожидаемому рабочему состоянию контролируемого объекта 114 и технологических конструкций 116 и 118. В частности, контролируемый объект 114 и технологические конструкции 116 и 118 должны быть заполнены такой же текучей средой, которая будет транспортироваться этими элементами во время работы. Кроме того, внутреннее давление и температура в этих элементах должны быть по возможности близкими к ожидаемым температуре и давлению во время работы, а температура и давление окружающей среды должны быть по возможности близкими к ожидаемым температуре и давлению окружающей среды во время работы. Кроме того, скорость текучей среды или материала, проходящего по этим элементам, должна быть по возможности близкой к ожидаемой скорости текучей среды или материала во время работы.

[50] Затем тестовый шумовой сигнал или фоновый шум вводят в технологическую конструкцию 116 и измеряют с помощью акустического датчика 320, чтобы получить измеренный шум 500 (также называемый измеренным фоновым шумом или измеренным тестовым шумом), показанный на графике 501. В идеальном случае измеряемый шум 500 является по возможности аналогичным шуму 122, ожидаемому во время работы технологического оборудования. Шум, измеряемый акустическим датчиком 320, распространяется по технологической конструкции 116 и ослабляется в соответствии с затуханием 502, и на контролируемом объекте 114 получается ослабленный шум, который воспринимается акустическим датчиком 104 как измеряемый ослабленный шум 504. Измеряемый шум 500 с акустического датчика 320 и измеряемый ослабленный шум 504, измеряемый акустическим датчиком 104, подаются на модуль 506 коэффициента затухания, который использует значения для формирования коэффициента 508 затухания. Согласно одному варианту осуществления модуль 506 коэффициента затухания формирует коэффициент 508 затухания путем усреднения в течение некоторого промежутка времени измеряемого шума 500 и измеряемого ослабленного шума 504 и затем определяет отношение среднего измеряемого ослабленного шума к среднему измеряемому шуму для образования коэффициента затухания.

[51] Задержка между моментом обнаружения шума акустическим датчиком 320 и моментом обнаружения акустическим датчиком 104 может быть определена путем ввода импульсного шума в систему и измерения интервала времени между моментом обнаружения импульсного шума акустическим датчиком 320 и моментом обнаружения импульсного шума акустическим датчиком 104. Аналогично этому, задержка между моментом обнаружения шума акустическим датчиком 316 и моментом обнаружения акустическим датчиком 104 может быть определена путем ввода импульсного шума в систему и измерения интервала времени между моментом обнаружения импульсного шума акустическим датчиком 316 и моментом обнаружения импульсного шума акустическим датчиком 104.

[52] На фиг. 6 представлена акустическая измерительная система 600 для объекта производственного процесса согласно второму варианту осуществления. На фиг. 6 элементы, которые являются общими с фиг. 3, имеют такие же позиции и работают аналогичным образом, описанным выше, за исключением акустического передатчика 318, который поддерживает беспроводную связь с беспроводным шлюзом 602, в то время как акустические передатчики 102 и 314 поддерживают связь с отдельным беспроводным шлюзом 601. Поэтому акустический передатчик 318 передает акустическое значение, создаваемое акустическим датчиком 322, в беспроводной шлюз 602, в то время как акустический передатчик 102 передает акустический сигнал, создаваемый акустическим датчиком 104, в беспроводной шлюз 601 и акустический передатчик 314 передает акустический сигнал, создаваемый акустическим датчиком 316, в беспроводной шлюз 601.

[53] Инструмент 608 управления сетью обеспечивает различные пользовательские интерфейсы для связи акустического передатчика 318 с акустическими передатчиками 102 и 314 несмотря на то, что акустический передатчик 318 поддерживает связь через отдельный беспроводной шлюз. Кроме того, инструмент 608 управления сетью может принимать акустические сигналов датчиков, предоставляемые акустическими передатчиками 314, 102 и 318, через беспроводные шлюзы 601 и 602 и сеть 604. В других вариантах осуществления акустические передатчики 314, 318 и 102 представляют собой проводные передатчики, которые поддерживают связь с инструментом 608 управления сетью по технологическому контуру с использованием коммуникационных протоколов, таких как, например, HART®, Foundation Fieldbus или Profibus, а беспроводные шлюзы 601 и 602 отсутствуют. Согласно одному варианту осуществления инструмент 608 управления сетью включает в себя компоненты 612 снижения шума, которые работают идентично компоненту 324 снижения шума из фиг. 3. Компоненты 612 снижения шума из инструмента 608 управления сетью формируют фильтрованный акустический сигнал 424 объекта, который может использоваться в инструменте 608 управления сетью или который инструмент 608 управления сетью может направлять в хост 606 по сети 604. В таком варианте осуществления инструмент 608 управления сетью действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 производственного процесса, а компонент 612 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 316 и 320 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое инструментом 608 управления сетью, так что значение, предоставляемое инструментом 608 управления сетью, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 114.

[54] Аналогичному этому, хост 606 может принимать акустические сигналы датчиков, создаваемые акустическими датчиками 320, 316 и 104, через беспроводные шлюзы 601 и 602 и сеть 604 или через проводной технологический контур. Вследствие этого хост 606 может также включать в себя компонент 610 снижения шума, который работает идентично компоненту 324 снижения шума из фиг. 3, для образования фильтрованного акустического сигнала объекта. В таком варианте осуществления хост 606 действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 производственного процесса, а компонент 610 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 316 и 320 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое хостом 606, так что значение, предоставляемое хостом 606, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 114. Отметим, что хотя на фиг. 6 показаны два компонента 610 и 612 снижения шума, необходим только один компонент снижения шума.

[55] На фиг. 7 представлена акустическая измерительная система 700 для объекта производственного процесса согласно дальнейшему варианту осуществления. В варианте осуществления из фиг. 7 акустические передатчики 314 и 318 из фиг. 3 и 6 исключены, а на их месте расположены акустические датчики 706 и 708, которые непосредственно соединены с акустическим передатчиком 702. Поэтому акустический передатчик 702 принимает акустические сигналы датчиков от акустического датчика 706 и акустического датчика 708. Хотя акустические датчики 706 и 708 показаны соединенными с акустическим передатчиком 702 проводным соединением, в других вариантах осуществления датчики 706 и 708 соединены беспроводным соединением и включают в себя внутренний источник питания или отдельное соединение с источником питания. Акустический датчик 706 предоставляет акустический сигнал, которым определяется акустический шум 120 в технологическом оборудовании 118, тогда как акустический датчик 708 предоставляет акустический сигнал датчика, представляющий шум 122 в технологическом оборудовании 116. Кроме того, акустический передатчик 702 принимает акустический сигнал датчика от акустического датчика 704, которым определяется акустический сигнал вблизи контролируемого объекта 114.

[56] Компонент 710 снижения шума, который работает идентично компоненту 324 снижения шума из фиг. 3, принимает сигналы акустических датчиков с акустических датчиков 704, 706 и 708 и на основании этих акустических сигналов датчиков образует фильтрованный акустический сигнал 424 объекта способом, идентичным способу, описанному в связи с фиг. 4. Акустический передатчик 702 по беспроводному каналу передает фильтрованный акустический сигнал 424 объекта в беспроводной шлюз 712, который ретранслирует фильтрованный акустический сигнал объекта к одному из инструмента 716 управления сетью и хоста 718 или к обоим по проводному соединению с сетью 714. В ином случае акустический передатчик 702 поддерживает связь с одним из хоста 718 и инструмента 716 управления сетью или с обоими по проводному технологическому контуру при использовании протокола, такого как, например, HART®, Foundation Fieldbus или Profibus. В вариантах осуществления как с беспроводным, так и с проводным каналом акустический передатчик 702 действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 производственного процесса, а компонент 710 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 316 и 320 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое акустическим передатчиком 702, так что значение, предоставляемое акустическим передатчиком 702, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 114.

[57] Хотя на фиг. 7 компонент 710 снижения шума показан в акустическом передатчике 702, специалистам в данной области техники следует понимать, что компонент 710 снижения шума может быть в одном или нескольких из беспроводного шлюза 712, инструмента 716 управления сетью и хоста 718. В вариантах осуществления, в которых компонент 710 снижения шума не находится в акустическом передатчике 702, акустический передатчик 702 передает акустические значения от акустических датчиков 704, 706 и 708 в беспроводной шлюз 712, который либо формирует фильтрованные акустические значения 124 объекта, если компонент снижения шума находится в беспроводном шлюзе 712, либо пересылает акустические значения от датчиков в технологическое устройство, содержащее компонент 710 снижения шума, такое как инструмент 716 управления сетью или хост 718. В других вариантах осуществления акустический передатчик 702 посылает акустические значения от датчиков к одному из инструмента 716 управления сетью 716 и хоста 718 или к обоим по проводному технологическому контуру при использовании протокола, такого как, например, HART®, Foundation Fieldbus или Profibus. В таких вариантах осуществления устройство контроля процесса, такое как беспроводной шлюз 712, инструмент 716 управления сетью или хост 718, которое содержит компонент 710 снижения шума, действует как устройство контроля процесса, которое предоставляет значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта 114 производственного процесса, на основании, частично, сигнала от акустического датчика 104, расположенного вблизи объекта 114 производственного процесса, а компонент 710 снижения шума использует акустические значения от акустических датчиков 706 и 708 для воздействия на акустическое значение, предоставляемое беспроводным шлюзом 712, инструментом управления сетью 716 или хостом 718, так что значение, предоставляемое беспроводным хостом 712, инструментом 716 управления сетью или хостом 718, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 114.

[58] На фиг. 8 показана акустическая измерительная система 800 для объекта производственного процесса согласно дальнейшему варианту осуществления. На фиг. 8 контролируемый объект 804 процесса расположен на технологической конструкции 802, такой как труба или трубопровод. Акустический передатчик 808 имеет акустический датчик 810, расположенный вблизи контролируемого объекта 804. Акустический датчик 810 воспринимает акустический сигнал и создает акустические значения датчика, которые преобразуются в цифровые значения, передаваемые акустическим передатчиком 808 в беспроводной шлюз 816. Беспроводной шлюз 816 пересылает акустические значения датчика к одному или нескольким из инструмента 822 управления сетью и хоста 824 по проводному соединению с сетью 820. В других вариантах осуществления акустический передатчик 808 посылает акустические значения датчика к одному из инструмента 822 управления сетью и хоста 824 или к обоим по проводному технологическому контуру при использовании протокола, такого как, например, HART®, Foundation Fieldbus или Profibus.

[59] Кроме того, акустическая измерительная система 800 включает в себя акустический датчик 812, расположенный на технологической конструкции 802 или вблизи нее, и противошумовой передатчик 814, расположенный на технологической конструкции 802. Акустический датчик 812 воспринимает шумовой сигнал 806 на технологической конструкции 802 и передает акустическое значение, представляющее акустический шум 806, к противошумовому передатчику 814. В ответ на акустическое значение, предоставляемое акустическим датчиком 812, и с учетом коэффициента затухания и значения задержки распространения противошумовой передатчик 814 создает акустический сигнал, предназначенный для подавления акустического шума 806. В частности, противошумовой передатчик 814 создает акустический сигнал, который представляет собой сдвинутую по фазе и ослабленную форму акустического шума 806, при этом величина фазового сдвига основана на задержке распространения между акустическим датчиком 812 и противошумовым передатчиком 814 вдоль технологической конструкции 802, а степень ослабления основана на коэффициенте затухания, представляющем степень затухания между акустическим датчиком 812 и противошумовым передатчиком 814. Кроме того, фазовый сдвиг включает в себя фазовый сдвиг на 180° на каждой частоте акустического шума 806, вследствие которого акустический сигнал, создаваемый противошумовым передатчиком 814, подавляет акустический шум 806. Кроме того, в фазовом сдвиге могут учитываться задержки, связанные с созданием акустического сигнала датчика и преобразованием акустического сигнала датчика в подавляющий акустический сигнал.

[60] В дальнейших вариантах осуществления противошумовой передатчик 814 может не создавать акустический сигнал, который полностью подавляет акустический шум 806. В таких вариантах осуществления ожидаемый остаточный шум, который доходит до контролируемого объекта 804, может быть вычислен путем определения разности между акустическим шумом 806 и подавляющим акустическим сигналом, а также с учетом затухания и задержки распространения между противошумовым передатчиком 814 и контролируемым объектом 804. Затем этот остаточный шум может быть отфильтрован из сигнала, обнаруживаемого акустическим датчиком 810, при использовании способов, описанных выше применительно к фиг. 3-7.

[61] При генерации акустического сигнала, который подавляет шум 806, противошумовой передатчик 814 работает как компонент снижения шума, в котором акустическое значение от акустического датчика 812 используется для воздействия на акустическое значение, предоставляемое акустическим передатчиком 808, так что значение, предоставляемое акустическим передатчиком 808, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 804. В частности, при подавлении шума 806 противошумовой передатчик 814 снижает количество шума, доходящего до акустического датчика 810, так что акустический датчик 810 воспринимает по существу только звуки, создаваемые контролируемым объектом 804. Вследствие этого акустическое значение, образуемое акустическим датчиком 810 и передаваемое акустическим передатчиком 808, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 804.

[62] На фиг. 9 представлена структурная схема элементов, входящих в устройство 900 контроля процесса, которое является обобщенным представлением устройств контроля процесса, таких как акустические передатчики 102, 314, 318, 702 и 808, противошумовой передатчик 814, беспроводные шлюзы 106, 306, 601, 602, 712 и 816, инструменты 110, 310, 608, 716 и 822 управления сетью и хосты 112, 312, 606, 718 и 824. На фиг. 9 устройство 900 контроля процесса включает в себя процессор 902, запоминающее устройство 904, связной интерфейс 906, необязательный интерфейс 908 датчиков и акустический преобразователь 916 для противошумового передатчика. Процессор 902 поддерживает связь с запоминающим устройством 904 через шину 910 запоминающего устройства и поддерживает связь со связным интерфейсом 906 через коммуникационную шину 912. В случае, если необязательный интерфейс 908 датчиков предусмотрен в устройстве 900 контроля процесса, процессор 902 поддерживает связь с интерфейсом 908 датчиков через интерфейсную шину 914. Когда устройство 900 контроля процесса представляет собой противошумовой передатчик 814, устройство 900 контроля процесса поддерживает связь с акустическим преобразователем 916 соединением 918. Путем передачи сигнала к акустическому преобразователю 916 по соединению 918 процессор 902 способен вызвать генерацию подавляющего акустического сигнала акустическим преобразователем 916.

[63] Запоминающее устройство 904 включает в себя выполняемые процессором инструкции, такие как инструкции по преобразованию аналогового сигнала датчика в цифровой сигнал датчика и осуществлению функций компонентов 324, 610, 612 и 710 снижения шума. Когда устройство 900 контроля процесса представляет собой противошумовой передатчик 814, запоминающее устройство 904 включает в себя инструкции по фазовому сдвигу акустического сигнала датчика для создания подавляющего сигнала.

[64] Связной интерфейс 906 позволяет устройству 900 контроля процесса поддерживать связь по беспроводному каналу и/или через проводное соединение с другими устройствами контроля процесса либо непосредственно, либо через сетевое соединение.

[65] Интерфейс 908 датчиков принимает сигнал от одного или нескольких акустических датчиков и преобразует аналоговый сигнал датчиков в выборочные цифровые значения, представляющие цифровой сигнал, который подается на процессор 902. Интерфейс 908 датчиков обычно не представлен в беспроводном шлюзе, инструменте управления сетью или хосте, а обычно имеется только в акустических передатчиках.

[66] На фиг. 10 представлена акустическая измерительная система 1000 для объекта производственного процесса согласно дальнейшему варианту осуществления. В акустической измерительной системе 1000 контролируемый объект 1002 соединен с технологическими конструкциями 1004 и 1006, которые могут быть, например, трубопроводом, трубами или резервуарами. Шум 1008 имеется в технологической конструкции 1004 и акустический шум 1010 имеется в технологической конструкции 1006. Акустический передатчик 1012 расположен вблизи контролируемого объекта 1002 и включает в себя акустический датчик 1014, который измеряет акустический сигнал и предоставляет акустические значения на основании акустического сигнала. Акустический передатчик 1012 передает цифровые версии акустических значений в беспроводной шлюз 1016 по беспроводному соединению. Беспроводной шлюз 1016 ретранслирует акустические значения от датчика к одному или нескольким из инструмента 1020 управления сетью и хоста 1022 по сети 1018.

[67] Кроме того, акустическая измерительная система 1000 включает в себя акустические устройства подавления или акустические подавители 1024 и 1026, которые установлены на технологических конструкциях 1004 и 1006, соответственно. В частности, акустический подавитель 1024 расположен между контролируемым объектом 1002 и источником шума, который создает шум 1008. Аналогично этому, акустический подавитель 1024 расположен между контролируемым объектом 1002 и источником шума, который создает шум 1010. В результате акустический подавитель 1024 ослабляет шум 1008 и акустический подавитель 1026 ослабляет шум 1010, так что сниженный шум доходит до контролируемого объекта 1002. Это позволяет акустическому датчику 1014 формировать акустические значения, которые в большей степени представляют акустический сигнал, создаваемый контролируемым объектом 1002.

[68] На фиг. 11 и 12 представлены вид сбоку в разрезе и вид сбоку акустического подавителя 1100 согласно первому варианту осуществления, такого как акустический подавитель 1024 и акустический подавитель 1026. Акустический подавитель 1100 расположен на трубе 1102, которая представляет собой трубу 1004 или трубу 1006 из фиг. 10. Как показано на фиг. 11, акустический подавитель 1100 включает в себя две секции 1104 и 1106. Секция 1104 охватывает верхнюю половину трубы 1102 и находится в контакте с ней, тогда как секция 1106 находится в контакте с нижней половиной трубы 1102 и охватывает ее. В одном варианте осуществления секции 1104 и 1106 имеют в общем цилиндрическую форму и включают в себя одну или несколько внутренних цилиндрических поверхностей, которые находятся в прямом контакте и согласованы по форме с внешней цилиндрической поверхностью 1108 трубы 1102. Например, верхняя секция 1104 включает в себя внутренние цилиндрические поверхности 1110, 1112 и 1114, а нижняя секция 1106 включает в себя внутренние цилиндрические поверхности 1116, 1118 и 1120. Отметим, что на фиг. 11 не все внутренние цилиндрические поверхности обозначены в отдельности и, как показано на фиг. 11, дополнительные внутренние цилиндрические поверхности соприкасаются с внешней цилиндрической поверхностью 1108 трубы 1102.

[69] Верхняя секция 1104 и нижняя секция 1106 прикреплены к трубе 1102 и друг к другу зажимами 1122 и 1124. Зажим 1122 включает в себя первый сегмент 1126, второй сегмент (непоказанный) и два соединителя 1128 и 1130, которые соединяют друг с другом сегменты зажима 1122. Аналогично этому, зажим 1124 включает в себя сегмент 1132, второй сегмент (непоказанный) и соединители 1134 и 1136, которые соединяют друг с другом два сегмента зажима 1124.

[70] Хотя акустический подавитель 1100 показан имеющим две секции, специалистам в данной области техники следует понимать, что акустический подавитель 1100 может быть разделен на более чем две секции, например на три, четыре или пять секций, и может не продолжаться полностью по окружности 1108, а между секциями могут иметься зазоры. При некоторых применениях акустический подавитель может работать лучше, если имеются небольшие зазоры, между которыми секции соприкасаются с цилиндрической поверхностью. При небольшом разносе секций можно обеспечить лучший контакт с цилиндрической поверхностью.

[71] Верхняя секция 1104 включает в себя группу консольных выступов или ребер 1140, которые продолжаются от основания 1138. Аналогично этому, нижняя секция 1106 включает в себя основание 1142 и группу консольных выступов или ребер 1144, которые продолжаются от основания 1142. Размер и расположение групп выступов 1140 и 1144 регулируют, чтобы их частоты гармоник вибрации были согласованы с ожидаемым диапазоном частот шума в трубе 1102. Как рассматривается дополнительно ниже, группы выступов 1140 и 1144 рассчитывают на ослабление как акустического шума, который распространяется по трубе 1102 в осевом направлении 1146, согласованном с осью 1150 трубы 1102, так и акустического шума, который распространяется по трубе 1102 в поперечном направлении 1148, которое перпендикулярно е оси 1150. Отметим, что хотя поперечное направление 1148 показано на фиг. 11 как конкретное направление, группы выступов 1140 и 1144 будут подавлять наведенное шумом радиальное перемещение трубы 1102 в любом направлении, которое перпендикулярно к оси 1150. Благодаря подавлению наведенных шумом перемещений трубы 1102 подавитель 1100 ослабляет или подавляет шум, переносимый трубой 1102.

[72] На фиг. 13 и 14 представлены вид сбоку в разрезе и вид сбоку, соответственно, акустического подавителя 1300 согласно второму варианту осуществления, установленного на технологической трубе 1302. Акустический подавитель 1300 включает в себя верхнюю секцию 1304 и нижнюю секцию 1306, которые имеют соответствующие внутренние цилиндрические поверхности 1310 и 1312, которые находятся в прямом контакте и согласованы по форме с внешней цилиндрической поверхностью 1308 трубы 1302. Верхняя секция 1304 и нижняя секция 1306 имеют в общем цилиндрическую форму и совместно продолжаются вокруг всей внешней окружности 1308 трубы 1302. Хотя акустический подавитель 1300 показан имеющим только две секции 1304 и 1306, в других вариантах осуществления акустический подавитель 1300 может быть разделен на большее число секций, например на три, четыре или пять секций, и может не продолжаться полностью по окружности 1308, а между секциями могут иметься зазоры. При некоторых применениях акустический подавитель может работать лучше, если имеются небольшие зазоры, между которыми секции соприкасаются с цилиндрической поверхностью. При небольшом разносе секций можно обеспечить лучший контакт с цилиндрической поверхностью.

[73] Верхние секции 1304 и 1306 установлены на трубе 1302 и скреплены друг с другом зажимами 1314 и 1316. Зажим 1314 включает в себя первый сегмент 1318 и второй сегмент (непоказанный), которые соединены друг с другом соединителями 1320 и 1322. Зажим 1316 включает в себя первый сегмент 1324 и второй сегмент (непоказанный), которые соединены друг с другом соединителями 1326 и 1328.

[74] Как показано на фиг. 13, нижняя секция 1306 включает в себя основание 1340, которое образует внутреннюю цилиндрическую поверхность 1312, и группу консольных выступов 1342, которые продолжаются от основания 1340. Внешний кожух 1344 присоединен к основанию 1340 и продолжается вокруг консольных выступов 1342, но не соприкасается с консольными выступами 1342. Аналогично этому, верхняя секция 1304 включает в себя основание 1346, которое задает внутреннюю цилиндрическую поверхность 1310. Группа консольных выступов 1348 продолжается от основания 1346, а внешнее покрытие 1350 присоединено к основанию 1346 и окружает консольные выступы 1348 без соприкосновения с консольными выступами 1348. Группе консольных выступов 1342 и группе консольных выступов 1348 придают определенные размеры и разносят друг от друга, чтобы привести в соответствие ожидаемым частотным диапазонам шума, переносимого трубой 1302. В частности, группы выступов рассчитывают на гармоническое колебание на частотах, связанных с шумом, переносимым трубой 1302. Группы выступов 1342 и 1348 рассчитывают на демпфирование наведенного шумом перемещения трубы 1302 как в осевом направлении 1352, которое параллельно оси 1354 трубы 1302, так и в поперечном направлении 1356, которое перпендикулярно к оси 1354. Отметим, что хотя поперечное направление 1356 показано на фиг. 13 как конкретное направление, группы выступов 1342 и 1348 будут подавлять наведенное шумом радиальное перемещение трубы 1302 в любом направлении, которое перпендикулярно к оси 1354. При подавлении наведенных шумом перемещений трубы 1302 подавитель 1300 ослабляет или подавляет шум, переносимый трубой 1302.

[75] На фиг. 15 и 16 представлены вид сбоку в разрезе и вид сбоку, соответственно, акустического подавителя 1500, представляющего третий вариант осуществления. Акустический подавитель 1500 установлен на технологической трубе 1502 и включает в себя внешний кожух 1506, внутренний демпфирующий материал 1512, первую соединительную скобу 1516, вторую соединительную скобу 1518 и соединитель 1520. Внутренний демпфирующий материал 1508 имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность 1512, которая находится в контакте и по форме согласована с внешней цилиндрической поверхностью 1510 трубы 1502. Внешний кожух 1506 и демпфирующий материал 1508 являются по существу цилиндрическими за исключением небольшого зазора на двух завершающих концах, один из которых показан на фиг. 15 как конец 1520. Концы внешнего кожуха 1506 и 1508 прижаты друг к другу с помощью соединителя 1520, проходящего через скобы 1516 и 1518.

[76] Демпфирующий материал 1508 и внешнее покрытие 1506 совместно демпфируют наведенное шумом перемещение по осевому направлению 1550, которое параллельно оси 1552 трубы 1502, а также наведенное шумом перемещение трубы 1502 в поперечном направлении 1554, которое перпендикулярно к оси 1552. Отметим, что хотя для поперечного перемещения 1554 показано только одно направление, акустический подавитель 1500 будет подавлять наведенное шумом перемещение трубы 1502 в любом направлении, которое перпендикулярно к оси 1552. При подавлении наведенных шумом перемещений трубы 1502 подавитель 1500 ослабляет или подавляет шум, переносимый трубой 1502.

[77] На фиг. 17 представлен увеличенный вид в разрезе секции 1104 акустического подавителя 1100 согласно одному варианту осуществления. На фиг. 17 группа 1140 выступов показана включающей выступы 1700, 1702, 1704, 1706, 1708, 1710, 1712 и 1714. Выступы 1700, 1702, 1704 и 1706 имеют длину 1716, тогда как выступы 1708, 1710, 1712 и 1714 имеют длину 1718. Таким образом, в группе 1140 выступов длина консольных выступов различается. Каждый из выступов имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, которая выполнена с возможностью нахождения в контакте с внешней цилиндрической поверхностью 1108 трубы 1102 (фиг. 11). Это означает, что свободные концы каждого из выступов, такие как свободные концы 1114 и 1110 выступов 1700 и 1714, должны быть расположены на одной прямой. Чтобы согласовать такое расположение на одной прямой при различных длинах 1716 и 1718 выступов, основание 1138 имеет две различные толщины 1720 и 1724 на двух соответствующих участках 1722 и 1726. Толщина 1724 участка 1726 больше, чем толщина 1720 участка 1722, вследствие чего длина 1718 выступов 1708, 1710, 1712 и 1714 меньше, чем длина 1716 выступов 1700, 1702, 1704 и 1706.

[78] Длины 1718 и 1716 выбирают так, чтобы выступы были настроены на конкретные частоты шума. В частности, изменением длины 1716 настраивают выступы 1700, 1702, 1704 и 1706 на первую частоту наведенного шумом перемещения трубы 1102 в осевом направлении 1146. Изменением длины 1718 настраивают выступы 1708, 1710, 1712 и 1714 на вторую, отличающуюся частоту наведенного шумом осевого перемещения трубы 1102. Наведенное шумом осевое перемещение трубы 1102 на первой частоте вызывает гармоническое колебание выступов 1700, 1702, 1704 и 1706, показанное волной 1728. Наведенное шумом осевое перемещение трубы 1102 на второй частоте вызывает гармоническое колебание выступов 1708, 1710, 1712 и 1714, показанное волной 1729. При гармоническом колебании выступов некоторая часть энергии шума в трубе 1102 преобразуется в теплоту, вследствие чего уменьшается наведенное шумом осевое перемещение трубы 1102. Это уменьшение наведенного шумом осевого перемещения трубы 1102 является таким же, как снижение шума на частотах, переносимых трубой 1102.

[79] Выступы 1702, 1704 и 1706 отделены от выступа 1700 расстояниями 1730, 1734 и 1738, соответственно. Аналогично этому, выступы 1710, 1712 и 1714 отделены от выступа 1708 расстояниями 1732, 1736 и 1740, соответственно. Группы выступов и расстояния можно регулировать или настраивать для снижения ожидаемого шума. Таким образом, расстояние или разнос между выступами в группе является различным. Например, расстояния 1730, 1732, 1734, 1736, 1738, 1740 можно выбирать так, чтобы они составляли приблизительно 1/2, 1/4 или 1/8 длины волны ожидаемого шума. При этих расстояниях выступы подавляют шум, наводимый перемещением трубы 1102 в поперечном направлении 1148. Например, если расстояние 1738 устанавливают равным 1/2 длины волны шума, наводимого перемещением 1760 трубы 1102, то выступ 1728 будет на впадине 1762 волны этого поперечного перемещения, когда выступ 1700 находится на пике 1764. Соединение между выступом 1700 и выступом 1728, выполняемое с помощью основания 1138, будет демпфировать это перемещение выступов 1700 и 1728, вследствие чего будет демпфироваться поперечное перемещение трубы 1102 и снижаться шум, переносимый трубой 1102.

[80] Соединения, такие как соединение 1748, между выступами показаны на фиг. 17 перпендикулярными к выступам. В других вариантах осуществления могут использоваться иные по форме соединения, такие как закругленное соединение 1748 или конусное соединение 1752. Такие различные формы соединения могут использоваться для уменьшения отражений волн на выступах.

[81] На фиг. 18 представлена секция 1104 подавителя шума 1100 согласно второму варианту осуществления. Вариант осуществления из фиг. 18 идентичен варианту осуществления из фиг. 17 за исключением добавления демпфирующих материалов 1802, 1804, 1806, 1808, 1810, 1812 и 1814 между выступами 1700, 1702, 1704, 1706, 1708, 1710, 1712 и 1714. Демпфирующие материалы 1802, 1804, 1806, 1808, 1810, 1812 и 1814 преобразуют перемещение выступов 1700, 1702, 1704, 1706, 1708, 1710, 1712 и 1714 в теплоту и вследствие этого дополнительно подавляется шум, наводимый перемещением трубы 1102. Относительный разнос и размеры выступов из фиг. 18 такие же, как выступов из фиг. 17, и работают они аналогичным образом.

[82] Варианты осуществления из фиг. 17 и 18 можно инвертировать, чтобы образовать верхнюю часть 1304 акустического подавителя 1300. Во время этой инверсии внутренние цилиндрические поверхности выступов становятся внешними цилиндрическими поверхностями и внешняя цилиндрическая поверхность основания 1138 становится внутренней цилиндрической поверхностью. С другой стороны, длины выступов и расстояния между выступами остаются прежними.

[83] На фиг. 19 представлен перспективный вид снизу, частично с пространственным разделением деталей, акустического подавителя 1900 согласно дальнейшему варианту осуществления. Акустический подавитель 1900 представляет собой модульный акустический подавитель, который включает в себя модульные выступы или ребра 1902, 1904, 1906, 1910 и 1912 и модульные проставки 1914, 1916, 1918, 1920, 1922 и 1924 различной длины, которые соединены друг с другом соединителями 1926, 1928, 1930 и 1932. Компоненты акустического подавителя 1900 являются частью комплекта шумоподавления, который содержит некоторое количество проставок различной длины для получения конструкции акустического подавителя, который настраивают на различные частоты шума. Например, проставка 1916 показана имеющей длину 1934, которая отличается от длины 1936 проставки 1922. Поскольку выступы перемежаются с проставками, длинами проставок определяются частоты шума, которые подавляются акустическим подавителем 1900. Кроме того, поскольку в акустическом подавителе 1900 используются проставки различной длины, расстояния между модульными выступами в акустическом подавителе 1900 являются различными, так что акустическим подавителем 1900 подавляются многочисленные различные частоты. Как показано на фиг. 19, проставки являются неполными цилиндрами, однако в других вариантах осуществления для проставок используются другие формы.

[84] На фиг. 19 показана только верхняя половина акустического подавителя, и специалистам в данной области техники следует понимать, что нижняя половина, идентичная верхней половине, также предусмотрена в комплекте для образования законченного акустического подавителя, который окружает трубу. В частности, нижние поверхности выступов, такие как нижние поверхности 1940 и 1942 выступа 1912 сопряжены с верхними поверхностями идентичного выступа в другой половине акустического подавителя. Аналогично этому, внутренние цилиндрические поверхности выступов, такие как внутренние цилиндрические поверхности 1944 выступа 1912, соприкасаются с внешней цилиндрической поверхностью трубы для передачи шума, наводимого перемещением трубы, в акустический подавитель 1900. В дальнейших вариантах осуществления проставки, такие как проставка 1924, включают в себя демпфирующий материал для дополнительного подавления шума, наводимого перемещением трубы, и тем самым подавления шума, который переносится трубой.

[85] Хотя элементы были показаны или описаны в виде отдельных вариантов осуществления, изложенных выше, части каждого варианта осуществления могут быть объединены со всеми другими вариантами осуществления или частями их, описанными выше.

[86] Хотя объект изобретения был описан на языке, специфичном для конструктивных признаков и/или методологических действий, следует понимать, что объект изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничен конкретными признаками или действиями, описанными выше. Точнее, конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты в виде примерных форм для реализации формулы изобретения.

1. Акустическая измерительная система для объекта производственного процесса, содержащая:

акустический передатчик, установленный на объекте производственного процесса, причем упомянутый акустический передатчик включает в себя первый акустический датчик;

устройство контроля процесса, предоставляющее значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта производственного процесса, на основании, частично, сигнала от первого акустического датчика;

второй акустический датчик, предоставляющий акустическое значение; и

компонент снижения шума, который использует акустическое значение от второго акустического датчика для воздействия на значение, предоставляемое устройством контроля процесса, так что значение, предоставляемое устройством контроля процесса, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый объектом производственного процесса.

2. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой компонент снижения шума уменьшает величину сигнала от первого акустического датчика на основании акустического значения от второго акустического датчика.

3. Акустическая измерительная система по п. 2, в которой компонент снижения шума уменьшает величину сигнала от первого акустического датчика путем применения коэффициента затухания к акустическому значению от второго акустического датчика, чтобы образовать уменьшенное акустическое значение, и вычитания уменьшенного акустического значения из величины сигнала.

4. Акустическая измерительная система по п. 3, в которой коэффициент затухания показывает затухание сигнала от места нахождения второго акустического датчика до места нахождения первого акустического датчика.

5. Акустическая измерительная система по п. 4, в которой коэффициент затухания определяется при приеме акустического тестового сигнала от второго датчика и акустического тестового сигнала от первого акустического датчика, когда объект производственного процесса не создает акустическую энергию.

6. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой компонент снижения шума содержит противошумовой передатчик, который создает сигнал, который подавляет по меньшей мере часть акустического шума, воспринимаемого вторым акустическим датчиком.

7. Акустическая измерительная система по п. 6, в которой противошумовой передатчик создает сигнал, который подавляет по меньшей мере часть акустического шума на основании коэффициента затухания и значения задержки распространения.

8. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой второй акустический датчик и первый акустический датчик поддерживают связь с акустическим передатчиком и компонент снижения шума находится в акустическом передатчике.

9. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой первый акустический датчик является частью первого акустического передатчика и второй акустический датчик является частью второго акустического передатчика.

10. Акустическая измерительная система по п. 9, в которой второй акустический передатчик предоставляет акустическое значение от второго акустического датчика непосредственно первому акустическому передатчику и компонент снижения шума находится в первом акустическом передатчике.

11. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой устройство контроля процесса содержит беспроводной шлюз и компонент снижения шума находится в беспроводном шлюзе.

12. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой устройство контроля процесса содержит хост и компонент снижения шума находится в хосте.

13. Акустическая измерительная система по п. 1, в которой устройство контроля процесса содержит инструмент управления сетью и компонент снижения шума находится в инструменте управления сетью.

14. Способ акустического измерения, содержащий этапы, на которых:

измеряют уровень шума на технологической конструкции;

измеряют акустический уровень у объекта процесса посредством акустического передатчика, установленного на объекте процесса;

модифицируют измеренный акустический уровень на основании измеренного уровня шума с получением скорректированного акустического уровня.

15. Способ по п. 14, в котором модификация измеренного акустического уровня содержит:

понижение измеренного уровня шума на основании коэффициента затухания для образования уменьшенного уровня шума и

вычитание уменьшенного уровня шума из измеренного акустического уровня.

16. Способ по п. 15, дополнительно содержащий определение коэффициента затухания посредством этапов, содержащих:

снижение шума, создаваемого объектом процесса;

измерение уровня фонового шума на технологической трубе;

измерение уровня фонового шума вблизи объекта процесса;

деление измеренного уровня фонового шума вблизи объекта процесса на измеренный уровень фонового шума на технологической трубе.

17. Акустическая измерительная система, содержащая:

акустический датчик, выполненный с возможностью установки вблизи технологической трубы; и

акустическое устройство подавления, содержащее:

по меньшей мере одну внутреннюю поверхность, имеющую форму для соответствия технологической трубе; и

по меньшей мере один соединитель для прикрепления акустического устройства подавления к технологической трубе.

18. Акустическая измерительная система по п. 17, в которой акустическое устройство подавления расположено между местом установки акустического датчика и источником шума.

19. Акустическая измерительная система по п. 17, в которой акустическое устройство подавления дополнительно содержит по меньшей мере два консольных выступа.

20. Акустическая измерительная система по п. 19, в которой по меньшей мере два консольных выступа содержат группу консольных выступов такую, что в группе расстояние между консольными выступами различается.

21. Акустическая измерительная система по п. 19, в которой акустическое устройство подавления дополнительно содержит демпфирующий материал между по меньшей мере двумя консольными выступами.

22. Акустическая измерительная система по п. 19, в которой по меньшей мере два консольных выступа содержат группу консольных выступов такую, что в группе длина консольных выступов различается.

23. Акустическая измерительная система по п. 22, в которой по меньшей мере два консольных выступа содержат группу консольных выступов такую, что в группе расстояние между консольными выступами различается.

24. Акустическая измерительная система по п. 17, в которой акустическое устройство подавления дополнительно содержит модульные выступы, чередующиеся с модульными проставками.

25. Акустическая измерительная система по п. 24, в которой модульные проставки содержат неполные цилиндры.

26. Акустическая измерительная система по п. 24, в которой расстояние между модульными выступами обусловлено различиями модульных проставок по величине.

27. Модульный комплект шумоподавления, содержащий:

первое ребро;

второе ребро;

множество проставок различной длины, при этом проставки различной длины связаны с различными частотами шума; и

по меньшей мере один соединитель для присоединения одной из множества проставок между первым ребром и вторым ребром.

28. Модульный комплект шумоподавления по п. 27, дополнительно содержащий демпфирующий материал, устанавливаемый между первым ребром и вторым ребром.



 

Похожие патенты:

Использование: для неразрушающего контроля днищ вертикальных стальных резервуаров при акустико-эмиссионном методе неразрушающего контроля. Сущность изобретения заключается в том, что на днище резервуара устанавливают пъезоакустические преобразователи, создают упругую деформацию локального участка днища, регистрируют сигналы акустической эмиссии, при этом создание упругой деформации локального участка днища производят локальным охлаждением поверхности твердым диоксидом углерода, сублимация которого происходит при минус 72°C, что максимально исключает фиксацию ложных акустических сигналов.

Изобретение относится к области ультразвукового контроля изделий, имеющих плоскую или цилиндрическую поверхность. Для расширения области применения на нижней поверхности корпуса устройства имеется продольный паз, стенки которого являются опорами и боковыми стенками локальной ванны, торцевыми стенками которой являются сменные планки.

Использование: для неразрушающего контроля металлокомпозитных баков высокого давления по акустико-эмиссионным сигналам. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе нагружения баков путем постепенного увеличения внутреннего давления измеряют параметры акустико-эмиссионных сигналов, по которым определяют уровень накопленных повреждений, и по достижению параметрами критических значений принимают решение о пригодности бака к эксплуатации, при этом проводят тарировочные испытания эталонного бака до уровня не более 1,25 от заданного рабочего давления с непрерывным контролем потоков акустико-эмиссионных сигналов в композиционном материале и соответствующих им внутренних давлений в баке, проводят выделение узкополосных и широкополосных акустико-эмиссионных сигналов, соответствующих процессам разрушения матрицы и волокон композиционного материала, путем вычисления средних квадратических отклонений амплитуд узкополосных и широкополосных акустико-эмиссионных сигналов, определения критериальных параметров, соответствующих квантилям эмпирических функций распределения средних квадратических отклонений амплитуд узкополосных и широкополосных акустико-эмиссионных сигналов, уровень которых выбирается не ниже уровня средних квадратических отклонений шумового потока акустико-эмиссионных сигналов и не выше медианного значения распределения, выбора уровня порога дискриминации исходя из критериальных параметров так, чтобы порог дискриминации соответствовал не менее 75% от разницы критериальных параметров широкополосных и узкополосных акустико-эмиссионных сигналов, полученных на этапе тарировочных испытаний, нагружение каждого последующего бака производят до момента достижения критериальным параметром порога дискриминации, а решение об уровне квалификации бака принимают на основании сравнения внутренних давлений в партии баков, соответствующих порогам дискриминации.

Использование: для мониторинга степени деградации структуры материала и определения остаточной прочности изделия. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют акустико-эмиссионный (АЭ) контроль с использованием локационных групп преобразователей активной эмиссии, предусилителей и системы сбора-обработки регистрируемых массивов импульсов активной эмиссии, при этом в режиме реального времени осуществляют градацию массивов импульсов активной эмиссии по уровню относительной энергии и усредненной частоте выбросов, формируют нижний, средний и верхний кластеры в поле указанных параметров, и вычисляют процентное содержание импульсов в каждом кластере, отражающее микро-, мезо- и макроструктурные разрушения материала, причем в качестве информативных и устойчивых акустико-эмиссионных параметров для кластерного разделения сигналов используют показатель относительной энергии импульса, измеряемого в децибелах и соответствующего количеству выбросов в единицах, по которым при сопоставлении с результатами тестовых испытаний материала на разрушение определяют степень деградации и остаточной прочности изделия в зоне акустико-эмиссионного контроля, причем границы формируемых кластеров устанавливают по результатам предварительного тестирования материала изделия исходя из природы источников излучения импульсов и используемого уровня порога дискриминации сигналов.
Использование: для обнаружения и регистрации в электропроводящих изделиях усталостных поверхностных трещин с использованием метода акустической эмиссии (АЭ). Сущность изобретения заключается в том, что инициируют акустическую эмиссию в контролируемом изделии путем его нагружения, выполняют регистрацию и обработку сигналов акустической эмиссии, при этом осуществляют сканирование изделия линейным индуктором, через который пропускают импульсный электрический ток плотностью, обеспечивающей отсутствие нагревания индуктора и достаточной для инициирования сигнала акустической эмиссии, при этом линейный индуктор жестко связан с пьезопреобразователем датчика акустической эмиссии на расстоянии не более диаметра пьезопреобразователя.

Использование: для неразрушающего контроля металлических конструкций с использованием метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют установку акустических преобразователей на конструкцию с образованием пьезоантенны и акустического преобразователя имитатора в зону, ограниченную пьезоантенной, выполняют калибровку конструкции, определяют скорость распространения сигналов акустической эмиссии на конструкции и определяют минимальную длительность двух временных «окон» по минимальному разбросу времен прихода и разности их времен прихода на акустические преобразователи, при этом времена прихода сигналов акустической эмиссии на датчики пьезоантенны определяются по максимальному значению отношения энергии сигнала во втором временном «окне» к энергии сигнала в первом временном «окне» и вычислению по ним координат дефектов.

Использование: для проведения грузовых испытаний транспортно-установочного оборудования ракетно-космических и ракетных комплексов (ТУО). Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность объекта устанавливают преобразователи акустической эмиссии (АЭ), объект нагружают пробной нагрузкой и одновременно производят регистрацию сигналов АЭ, классифицируют источники сигналов АЭ по степени опасности, при этом нагружение производят путем установки грузомакета фиксированной массы, подъема стрелы с установленным грузомакетом по специальной программе, позволяющей обнаружить опасные скрытые дефекты на этапах наиболее неблагоприятного сочетания действующих нагрузок и разработанной таким образом, чтобы суммарное время периода нагружения и периода регистрации сигналов АЭ не превышало длительность серии сигналов АЭ, сопровождающих развитие трещины; длительность серии сигналов АЭ предварительно определяют при разрушении образцов, изготовленных из материала, идентичного по химическому, фазовому и структурному составу материалу объекта, и толщиной, равной толщине стенок металлоконструкций объекта.

Использование: для определения зон накопления структурных повреждений металлоконструкций при эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что производят нагружение различных участков изделий индентором, регистрацию сигналов акустической эмиссии в процессе нагружения и по интервалу времени между началом индентирования и началом регистрации сигналов акустической эмиссии судят о степени накопления структурных повреждений металла на этих участках.

Использование: для диагностики механических неустойчивостей и раннего предупреждения об опасности разрушения изделий и конструкций из алюминиевых сплавов, демонстрирующих полосообразование и прерывистую деформацию.

Использование: для оценки прочности элементов сварного корпуса подводных аппаратов сферической и кольцевой формы на основании акустического метода неразрушающего контроля.

Использование: для обнаружения и контроля кавитации внутри устройства регулирования потока, такого как регулирующий клапан. Сущность изобретения заключается в том, что система и устройство для обнаружения и контроля кавитации внутри устройства регулирования потока, такого как регулирующий клапан, содержит датчик акустической эмиссии, соединенный с устройством регулирования потока таким образом, чтобы получать акустические сигналы, обусловленные кавитацией. Процессор принимает акустическую информацию от датчика акустической эмиссии. Процессор выборочно определяет кавитационные события из акустической информации, которые удовлетворяют определенным заданным критериям. Уровни кавитации контролируются на основании по меньшей мере одного из следующего: частоты кавитационных событий и интенсивности отдельных кавитационных событий. Уровни кавитации могут использоваться для определения присутствия кавитации в устройстве регулирования потока, для отслеживания накопленной кавитации в устройстве регулирования потока и/или для определения значимых изменений уровней кавитации с течением времени. Эта информация может использоваться для уменьшения кавитации, оценки ремонта и технического обслуживания и/или контроля работы устройства регулирования потока. Технический результат: обеспечение возможности точно спрогнозировать, когда конкретный клапан или другая деталь оборудования потребует ремонта, вплоть до замены, прежде чем технологическая линия остановится и будет в открытом состоянии. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для акустических измерений на промышленных предприятиях. Сущность изобретения заключается в том, что акустическая измерительная система для объекта производственного процесса содержит: акустический передатчик, установленный на объекте производственного процесса, причем упомянутый акустический передатчик включает в себя первый акустический датчик; устройство контроля процесса, предоставляющее значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта производственного процесса, на основании, частично, сигнала от первого акустического датчика; второй акустический датчик, предоставляющий акустическое значение; и компонент снижения шума, который использует акустическое значение от второго акустического датчика для воздействия на значение, предоставляемое устройством контроля процесса, так что значение, предоставляемое устройством контроля процесса, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый объектом производственного процесса. Технический результат: обеспечение возможности оперативно отслеживать состояние объекта производственного процесса. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 19 ил.

Наверх