Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод

Использование: для обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают трубопровод зондирующими периодическими виброимпульсами, формируют образцовые уровни сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принимают решение по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных точек по разные стороны от места зондирования трубопровода, при этом разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые эталонные уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой к определенному виду несанкционированного воздействия, и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию спектра разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал. Технический результат: обеспечение возможности обнаружить и идентифицировать с большой достоверностью вид несанкционированного воздействия. 4 ил.

 

Изобретение относится к контролю безопасности эксплуатируемых магистральных трубопроводов для обнаружения несанкционированных воздействий, например: создания шурфов, монтажа врезок в трубу, утечек перекачиваемого продукта, закладок взрывчатых веществ.

Известен способ мониторинга виброакустических характеристик протяженного объекта [Пат 2271446, Российская Федерация, МПК Е21В 47/00, G01H 9/00. «Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта» [текст] / Горшков Б. Г., Зазирный М.В., Кулаков А.Т.].

Данный способ мониторинга виброакустических характеристик заключается в том, что вдоль трубопровода прокладывают волоконно-оптический кабель, на одном конце которого в него вводят импульсное излучение, регистрируемое на его другом конце. При изменении виброакустических характеристик объекта (прорыв трубы, ее просадка и др.) регистрируемый сигнал изменяется (из-за деформации оптоволокна) и по этому изменению судят о локальных или протяженных изменениях виброакустических характеристик системы «жидкость - оболочка трубы - изоляция - окружающая среда». Недостатком способа является малая помехоустойчивость, обусловленная присутствием источников сопутствующих сейсмических сигналов на трассе пролегания трубопровода (корни деревьев при наличии ветра, движение техники в прилегающей местности и др.).

Известен «Способ обнаружения изменений параметров среды в окружении заглубленного магистрального трубопровода» [Пат. 2463590, Российская Федерация: МПК G01N 29/04 (2006.01), 10.10.2012 / Б.Н. Епифанцев, А.А. Федотов]. Он основан на возбуждении периодической последовательности прозванивающих импульсов на одном конце трубопровода, регистрации их на другом конце и принятии решения по результатам анализа регистрируемых импульсов, при этом прозванивающие импульсы возбуждают в оболочке контролируемого трубопровода, а каждый из принимаемых импульсов совмещают с предыдущим, полученный таким образом текущий суммарный импульс после регистрации очередного импульса коррелируется с эталонными, полученными ранее аналогичным способом на этом же участке трубопровода с имитированными состояниями, признанными опасными, и при превышении максимальным коэффициентом корреляции из числа полученных установленного уровня принимают решение о наличии интересующего изменения параметров на трассе пролегания трубопровода и вида этого изменения, после чего процесс, мониторинга объекта контроля продолжают, а принятое решение по существующим каналам связи передают в службу безопасности. Однако изменения параметров окружающей среды (температуры, атмосферных явлений, ветровых воздействий и т.д.) приводят к изменениям упругих параметров трубопровода и, следовательно, неконтролируемым изменениям принимаемых сигналов.

Наиболее близким техническим решением является «Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального трубопровода» (Патент РФ №2523043 от 05.04.2013 г., автор Епифанцев Б.Н.), принятый в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают трубу в заданном сечении периодической последовательностью виброакустических импульсов, которые регистрируют их в двух сечениях трубы, удаленных на одинаковые расстояния по обе стороны от сечения возбуждения, накапливают суммы отсчетов интегралов от разностей регистрируемых сигналов, в качестве эталонов используют уровни, исходя из числа накоплений для искомого предвестника чрезвычайной ситуации в совокупности с расчетной оценкой значения ожидаемого сигнала в точках регистрации, и решение о появлении этого предвестника принимают при превышении накопленного за цикл результата установленных для него эталонных уровней, при этом число накоплений в цикле определяют по задаваемой вероятности ложных решений для каждого предвестника. Способ позволяет сохранять надежность обнаружения предвестников чрезвычайной ситуации (несанкционированных воздействий) на необходимом уровне в любое время года. Здесь в качестве «рабочего» информативного сигнала принят его уровень (амплитуда) в виде среднеквадратических отсчетов, но без частотных его проявлений, что ограничивает надежность обнаружения несанкционированных воздействий и возможности идентификации видов несанкционированных воздействий.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности обнаружения и обеспечения возможности идентификации несанкционированных воздействий на трубопровод.

Поставленная цель достигается тем, что способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод, заключающийся в его возбуждении зондирующими периодическими виброимпульсами, формировании образцовых уровней сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принятии решения по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных и по обе стороны от точки зондирования трубопровода, дополнен тем, что, согласно изобретению, разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые образцовые уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой каждого из них к определенному виду несанкционированного воздействия, и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию уровня разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал.

Предлагаемый способ поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему фигурами: 1 - структурной схемой реализации способа, 2 - блок - схемой алгоритма его работы, 3 и 4 - областями непересекающихся доверительных интервалов частотного спектра сигналов на действующем трубопроводе, например, диаметром 400 мм с жидкостью при заданной доверительной вероятности Р=0,99 и выборке N=180 импульсов.

На фиг. 1 обозначено: трубопровода 1, окружающий трубопровод 1 грунт 2, микроконтроллер 3, генератор упругих колебаний 4,; вибропреобразователи 5, 6, двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 со схемой вычитания на выходе, линия задержки 8, накопитель сигналов 9, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 10.

Генератор упругих колебаний 4, запускаемый импульсами от тактового генератора в микроконтроллере 3, возбуждает колебания в трубопроводе 1, которые воспринимаются вибропреобразователями 5 и 6, подключенными к АЦП 7. Преобразование аналогового сигнала в цифровой и вычитание амплитуд от вибропреобразователей 5 и 6 осуществляется после поступления импульса от тактового генератора в микроконтроллере 3 через линию задержки 8, компенсирующую время распространения упругих колебаний по трубопроводу. Дискретные отсчеты разностей сигналов вибропреобразователей 5 и 6 поступают на накопитель 9, реализующий когерентное накопление с усреднением заданного числа N импульсов, заданного в микроконтроллере 3. Блок БПФ 10 преобразует накопленный сигнал в накопителе 9 в амплитудно-частотный спектр, который поступает в память микроконтроллера 3 и сохраняется в его накопителе.

Схема алгоритма микроконтроллера 3 показана на фиг. 2. Приведенная выше последовательность операций повторяется (N⋅k) раз, где N - число накопленных сигналов, 10k - требуемое количество итераций. При достижении заданного значения (N⋅k), микроконтроллер 3 определяет по выборке из к полученных от БПФ 10 частотных спектров для каждой частоты n значения математического ожидания Mn, среднеквадратического отклонения σn и верхней и нижней границ доверительного интервала S1 и S2:

; ,

где t - коэффициент, определяемый по матрице таблицы Стьюдента в памяти микроконтроллера 3 по заданным N и доверительной вероятности Р.

Массив из 2n доверительных границ сохраняется в качестве эталонных в памяти микроконтроллера 3, который переходит в режим ожидания установки имитатора несанкционированного воздействия.

По результатам исследований, проведенных авторами, установлено, что достоверную информацию о виде несанкционированного воздействия можно извлечь из амплитудно-частотного спектра сигнала (фиг. 3, 4) [Федотов А.А. Активный помехоустойчивый виброакустический способ контроля состояния магистрального трубопровода: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.11.13 / Федотов Александр Анатольевич; ОмГУПС. - Омск., 2017. - 23 с].

В режиме ожидания формируется внедрение имитатора нарушения (например, шурф). После данной операции микроконтроллер 3 по внешней команде возобновляет подачу импульсов на генератор 4, и упомянутая последовательность операций (фиг. 1) запускается вновь.

При достижении необходимого количества доверительных границ в памяти микроконтроллера 3, соответствующих установленным имитаторам, микроконтроллер вычисляет зоны амплитудно-частотного спектра, не имеющие по амплитуде общих пересечений (например, восемь диапазонов на фиг. 3, 4), и переходит в режим мониторинга. Текущий накопленный образец амплитудного спектра разницы сигналов от вибропреобразователей 5 и 6 накладывается на доверительные интервалы частотных диапазонов в зонах, обозначенных как информативные, и по попаданию кривой спектра в данные частотные границы идентифицируют вид воздействия.

Информативные диапазоны спектра «привязаны» к состояниям трубопровода (например, «без нарушения» и «шурф» на фиг 3, 4). Например, из выделенных частотных диапазонов выбирают тот, в котором разница между границей, соответствующей доверительному интервалу при состоянии «без нарушения» и границей - «шурф», будет наибольшей.

Таким образом, работа с частотным представлением сигнала позволяет повысить надежность обнаружения за счет исключения неинформативной составляющей и выделить (идентифицировать) с большей достоверностью вид несанкционированного воздействия.

Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод, заключающийся в его возбуждении зондирующими периодическими виброимпульсами, формировании образцовых уровней сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принятии решения по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных точек по разные стороны от места зондирования трубопровода, отличающийся тем, что разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые эталонные уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой к определенному виду несанкционированного воздействия и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию спектра разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проведении комплексной оценки состояния изоляционного покрытия обмоток электродвигателей локомотивов.

Использование: для визуализации внутреннего строения объектов с помощью ультразвуковых волн. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвуковой томографии содержит антенную решетку с n пьезопреобразователями, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующего усилителя, n аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока памяти реализации, количество выходов которого N определено формулой N=n⋅(n+1)/2, а выходы блока памяти реализации соединены с соответствующими входами вычислительного блока, связанного с индикатором через блок памяти изображений.

Использование: для непрерывного дистанционного контроля деформаций в трубопроводе. Сущность изобретения заключается в том, что способ и система предусматривают использование направляемых волн для дистанционного контроля напряжений в трубопроводе, а также в протяженных секциях, имеющих длину, равную сотням метров, с использованием относительно малого количества датчиков, установленных на наружной поверхности трубопровода.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении испытаний адгезионной прочности изоляционного покрытия обмоток электродвигателей локомотивов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении механических испытаний изоляции обмоток электродвигателей локомотивов. Сущность: осуществляют приложение силового воздействия к исследуемому образцу изоляционного покрытия.

Использование: для неразрушающего контроля поврежденности металлов. Сущность изобретения заключается в том, что определяют временные задержки распространения упругой волны, при этом определение временных задержек производят для одного типа объемной упругой волны при разных температурах и определяют поврежденность материала, используя заданную математическую формулу.
Устройство относится к метрологии, в частности к средствам для дистанционного контроля высоковольтного оборудования. Устройство контроля высоковольтного оборудования под напряжением, включающее приемник сигналов от частичных разрядов, оптический визир, блок лазерной наводки, жидкокристаллический индикатор, блок автоматической регулировки чувствительности сигналов от частичных разрядов, блок обработки сигналов.

Использование: для ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля изделий, в частности железнодорожных рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что в зоне досягаемости диаграммы направленности вертикального зондирующего электроакустического преобразователя (ЭАП), направленного через головку, шейку к подошве рельса, устанавливают дополнительные приемные ЭАП.
Изобретение относится к технологии изготовления стволов артиллерийских орудий. Способ поверхностной закалки внутренней поверхности ствола артиллерийского орудия заключается в том, что на контрольный участок внутренней поверхности ствола воздействуют импульсами лазерного излучателя для нагрева и перевода поверхностного слоя металла в мартенсит с последующим контролем качества закалки.

Использование: для комплексного автоматизированного неразрушающего контроля качества многослойных изделий. Сущность изобретения заключается в том, что устройство включает два ультразвуковых преобразователя теневого контроля, ультразвуковой дефектоскоп теневого контроля, пороговое устройство ультразвукового дефектоскопа теневого контроля, датчик позиционирования, электронный блок датчика позиционирования, регистрирующее устройство, преобразователь акустического дефектоскопа для осуществления метода свободных колебаний, акустический дефектоскоп для осуществления метода свободных колебаний, пороговое устройство акустического дефектоскопа для осуществления метода свободных колебаний, электронный ключ, блок задержки.

Использование: для обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают трубопровод зондирующими периодическими виброимпульсами, формируют образцовые уровни сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принимают решение по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных точек по разные стороны от места зондирования трубопровода, при этом разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые эталонные уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой к определенному виду несанкционированного воздействия, и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию спектра разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал. Технический результат: обеспечение возможности обнаружить и идентифицировать с большой достоверностью вид несанкционированного воздействия. 4 ил.

Наверх