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DE10338952A1 - Pipeline inspection pig identification arrangement, in which pig locating takes place by the exchange of acoustic signals between an acoustic unit mounted with the pig and an external acoustic unit - Google Patents

Pipeline inspection pig identification arrangement, in which pig locating takes place by the exchange of acoustic signals between an acoustic unit mounted with the pig and an external acoustic unit Download PDF

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DE10338952A1 DE2003138952 DE10338952A DE10338952A1 DE 10338952 A1 DE10338952 A1 DE 10338952A1 DE 2003138952 DE2003138952 DE 2003138952 DE 10338952 A DE10338952 A DE 10338952A DE 10338952 A1 DE10338952 A1 DE 10338952A1
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/48Indicating the position of the pig or mole in the pipe or conduit

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Arrangement for identifying inspection pigs in a pipeline, comprises at least a unit outside the pipeline with an acoustic transmitter for transmitting an acoustic signal into the pipeline and an acoustic receiver for receiving an acoustic signal back from the pipeline and at least a unit inside the pipeline for transmitting acoustic signals outside the pipeline and receiving acoustic signals from outside the pipeline.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Identifizierung von Körpern in einer Rohrleitung. In Rohrleitungen oder Pipelines für Erdöl und Mineralölprodukte werden in bestimmten Zeiträumen Körper (Molche) in die Flüssigkeit eingebracht. Diese Molche (englisch auch als Pig bezeichnet) werden zur Inspektion, Wanduntersuchung, Deformationsuntersuchung, Reinigung, Produkttrennung usw. eingesetzt.The The invention relates to an arrangement for the identification of bodies in a pipeline. In pipelines or pipelines for petroleum and petroleum products become bodies (newts) in certain periods of time into the liquid brought in. These newts (English also called Pig) become the Inspection, wall examination, deformation investigation, cleaning, Product separation etc. used.

Die Lokalisierung und Erkennung von Molchen ist zur Überwachung der Molchfahrt notwendig.The Localization and detection of newts is necessary to monitor the pig journey.

Eine weitere wichtige Aufgabe ist die rechtzeitige Erkennung des Molches um an den Molchschleusen notwendige Armaturen zu betätigen damit eine Beschädigung der Molche oder Molchschleusen verhindert wird.A Another important task is the timely detection of the pig to operate at the pig locks necessary fittings so that a damage the pigs or pig locks is prevented.

In der Technik sind magnetische Systeme bekannt, die Molchdurchgänge über zwei verschiedene Methoden wahrnehmen, permanente Magnete und magnetische Sender mit Batteriebetrieb.In The art is known magnetic systems, the pig passes over two perceive different methods, permanent magnets and magnetic Transmitter with battery operation.

Die permanenten Magneten, die einem Molch beigefügt werden, können zwar von Einheiten außerhalb der Pipeline wahrgenommen werden, helfen aber nicht, um zusätzliche Körper vor dem Molch zu erkennen.The permanent magnets attached to a newt can indeed of units outside The pipeline will be perceived, but will not help, to additional body to recognize in front of the newt.

In neuerer Zeit sind mobile und stationäre Magnetfeldmesser bekannt geworden, die Anomalien des natürlichen Magnetfeldes entlang einer Pipeline auswerten.In Recently, mobile and stationary magnetic field meters are known become, the anomalies of the natural Evaluate magnetic field along a pipeline.

Zur Lokalisation eines Molches oder der Wahrnehmung eines Molchdurchganges, sind bei diesen Methoden Körper oder Objekte aus ferromagnetischen Materialien notwendig. Damit kann der Gatsch aus Kohlenwasserstoffen nicht erkannt werden.to Localization of a pig or the perception of a pig passage, are body in these methods or objects made of ferromagnetic materials necessary. In order to The gatsch can not be detected from hydrocarbons.

Es sind Einrichtungen zur Molcherkennung auf akustischer Basis bekannt.It are known devices for pig detection on an acoustic basis.

In der Patenschrift WO 00/45161 bzw. PCT/N00/00013 wird eine Methode zur Überwachung von Rohrleitungen beschrieben, die einen akustischen Sensor abwechselnd in einem aktiven oder passiven Modus betreibt. Damit sollen Geräuschemissionen durch Fremdkörper in der Flüssigkeit erkannt werden. Durch den Amplitudenvergleich des gesendeten und empfangenen Signals ist auch eine Erkennung von Fremdkörpern wie Sand oder Geröll möglich. Dazu werden Bandpassfilter für die Charakterisierung der empfangenen Signale eingesetzt.In the patent WO 00/45161 or PCT / N00 / 00013 is a method for monitoring described by piping, alternating an acoustic sensor operates in an active or passive mode. This should be noise emissions by foreign bodies recognized in the liquid become. By the amplitude comparison of the sent and received Signal is also a detection of foreign bodies such as sand or scree possible. To become bandpass filters for the characterization of the received signals used.

Sand und Geröll erzeugen eine Geräuschemission, die wesentlich besser zu erkennen ist als weiche und zähe Materialien wie Gatsch, bei denen keine vom Öl verschiedene Geräuschemission auftritt.sand and scree generate a noise emission, which is much easier to recognize than soft and tough materials like Gatch, where none of the oil different noise emission occurs.

Bei der Molchdetektion besteht das Problem zusätzlich noch darin, das es eine Vielzahl verschiedener Molche gibt. So gibt es zum Beispiel welche mit unterschiedlichen Manschetten, mit und ohne Rollen usw.at In addition to the pig detection, the problem is that it still has one Variety of different newts are. For example, there are those with different cuffs, with and without rollers etc.

Die Aufnahme der Geräuschemission ergibt einen breiten Peak, der eine scharfe Lokalisation des Molches erschwert.The Recording the noise emission gives a broad peak, which is a sharp localization of the pig difficult.

Inspektionsmolche bestehen aus mehreren Metallkörpern und sind deshalb gut mit Methoden zur Magnetfeldmessung nachweisbar. Molche aus Schaumstoffen sind damit nicht nachweisbar.inspection tools consist of several metal bodies and are therefore well detectable with magnetic field measurement methods. Newts made of foams are therefore undetectable.

Sollche Molche und andere Körper in der Pipeline können mit aktiven akustischen Methoden nachgewiesen werden.sollche Newts and other bodies in the pipeline be detected with active acoustic methods.

Herkömmliche Molchmelder nach dem Impuls-Echo-Prinzip können Fremdkörper durch die Unterbrechung des Ultraschallweges erkennen.conventional Pig detectors according to the momentum-echo principle can cause foreign objects through the interruption recognize the ultrasonic path.

Bei Reinigungsmolchen kommt ein weiterer wichtiger Aspekt hinzu. Der sich in der Rohrleitung angesammelte Gatsch, bestehend aus Verunreinigungen wie Paraffinen, Wasser, Rost usw., wird vom Molch vor sich her geschoben. Die Länge dieses Pfropfens ist unbekannt und kann mit den herkömmlichen Mitteln der Überwachung der Ultraschallreflexion nicht ermittelt werden. Dieser Gatsch soll an der Molchschleuse getrennt vom Molch ausgeschleust werden.at Cleaning pigs comes with another important aspect. Of the Gatsch accumulated in the pipeline, consisting of impurities such as paraffins, water, rust, etc., is pushed by the newt in front of him. The length This plug is unknown and can be compared with the conventional one Means of monitoring the ultrasound reflection can not be determined. This gossip should be separated from the pig at the pig trap.

Ein nur auf dem Prinzip der Schallunterbrechung arbeitender Molchdetektor würde schon beim Gatsch einen Molchdurchgang melden. Die Molchschleuse würde damit zu früh betätigt werden.One only on the principle of sound interruption working pig detector I would Report a pig passage at Gatch. The pig trap would do so too early actuated become.

Wird nur die Rückseite des Molches detektiert, d.h. wenn das reflektierte Signal wieder vom Sensor erfasst wird, kann dieses Problem gemindert werden.Becomes only the back of the pig, i. when the reflected signal again detected by the sensor, this problem can be alleviated.

Die Länge des Gatschpfropfens wird aber erst nach dem Molchdurchgang erkennbar. Damit ist eine Abtrennung des Gatsches vom Öl erschwert.The Length of the Gatschpfropfens but only after the passage of the pig recognizable. Thus, a separation of the Gatsches from the oil is difficult.

Der mit wichtigste Mangel, ist die Unzuverlässigkeit dieses Verfahrens. Besitzt das Rohöl einen hohen Anteil an Gatsch, kommt es zur Unterbrechung des Ultraschalls. Dieser Effekt tritt auch bei Gasblasen, durch sich entlösendes Gas aus Rohöl, auf.Of the with most important shortage, is the unreliability of this procedure. Owns the crude oil a high proportion of Gatsch, it comes to the interruption of the ultrasound. This effect also occurs in gas bubbles, by releasing gas from crude oil, on.

Es wird also schon ein Molchdurchgang gemeldet, ohne das ein Molch den Molchdetektor passiert hat.It So a pig passage is already reported, without a newt passed the pig detector.

Mit der Erfindung werden die oben genannten Nachteile der bisherigen Molchdetektoren beseitigt.With the invention, the above-mentioned disadvantages of the previous Pig detectors eliminated.

Zusätzlich zu den beschriebenen Eigenschaften kann die erfindungsgemäße Anordnung als akustisches Modem für die Datenübertragung aus der Pipeline zu außerhalb angeordneten akustischen Einheiten dienen.In addition to the described properties, the inventive arrangement as an acoustic modem for the data transmission out of the pipeline to outside arranged acoustic units serve.

Damit werden Datenspeicher bekannter Inspektionsmolche entlastet und zusätzlich wird die Datenübernahme während der Molchfahrt ohne Öffnen der Pipeline möglich.In order to Data storage of known inspection pigs are relieved and additionally the data transfer while the piggyback without opening the pipeline possible.

Es wird eine Anordnung beschrieben, die außer den Reflektionen der eigenen Ultraschallwellen, weitere Ultraschallwellen empfängt. Diese Ultraschallwellen werden in einem oder mehreren Zeitbereichen zwischen den Reflektionen der ausgesendeten Ultraschallwellen auf Merkmale zur akustischen Identifikation des Molches geprüft.It an arrangement is described, which except the reflections of their own Ultrasonic waves, receiving more ultrasonic waves. These Ultrasonic waves are interspersed in one or more time ranges the reflections of the emitted ultrasonic waves on features tested for acoustic identification of the pig.

Mindestens ein von außen auf die Rohrleitung aufgebrachtes Element zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Wellen in eine Rohrleitung, sendet periodisch akustische Signale. Diese werden von einem zu identifizierenden Körper empfangen und auf akustischem Weg mit einem gesendeten Impuls oder einer Impulsfolge beantwortet.At least one from the outside on the pipeline applied element for transmitting and / or receiving from acoustic waves in a pipeline, periodically sends acoustic Signals. These are received by a body to be identified and acoustically with a transmitted pulse or train of pulses answered.

Eine akustische Einheit in einem Rohr, dessen Oberfläche aus mindestens einem 1–3 Komposit besteht und den Umfang eines im Rohr befindlichen Körpers bedeckt.A Acoustic unit in a tube whose surface consists of at least one 1-3 composite and covers the circumference of a body located in the tube.

Dieses akustisch sensitives Element ist Teil einer Anordnung zur Identifikation von Körpern in Rohrleitungen und ist an der Außenfläche eines Körpers zur Flüssigkeitsseite hin befestigt und zur Rohrinnenwand gerichtet.This acoustically sensitive element is part of an arrangement for identification of bodies in piping and is on the outer surface of a body to the liquid side attached and directed to the pipe inner wall.

Mit einem akustischen Element aus einem oder mehreren 1–3 Komposit können gekrümmte piezoelektrische Elemente kostengünstig einen Umfang von 360° zum Empfang und zum Senden überdecken.With an acoustic element of one or more 1-3 composite can curved piezoelectric elements cost a circumference of 360 ° for reception and cover for sending.

Besonders geeignet sind dabei solche, wie zum Beispiel die als Macro Fibers Composites (MFC) bekannten flexiblen Strukturen.Especially suitable are those, such as those as Macro Fibers Composites (MFC) known flexible structures.

Mit einer Interdigitalstruktur kann man akustische Elemente ausreichender Länge herstellen. Damit ist auch bei höherer Strömungsgeschwindigkeit des Öles und damit auch des Molches eine Erkennung gewährleistet.With An interdigital structure makes acoustic elements more adequate Make length. This is also higher Flow rate of the oil and so that the pig also ensures recognition.

Weitere Komponenten zum Betreiben der Vorrichtung zur Identifikation befinden sich im von dem akustischen Element umhüllten Raum.Further Components for operating the device for identification are located in the room surrounded by the acoustic element.

Die Anordnung zur Identifikation kann auch als Teil anderer Systeme aufgebaut werden. Mit dem akustischen Element können auch Ultraschallwellen von sogenannten Markern empfangen werden und als Auslöser für ein akustisches Identifikationssignal dienen.The Arrangement for identification can also be part of other systems being constructed. The acoustic element can also ultrasonic waves of so-called markers are received and as a trigger for an acoustic Identification signal serve.

Bestehende Systeme zur Inspektion von Pipelines oder Schaumstoffmolche zur Reinigung können mit Sektionen zur Identifikation nachgerüstet werden.existing Systems for the inspection of pipelines or foam pigs Cleaning can be retrofitted with sections for identification.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann diese als akustisches Modem zur Datenübertragung dienen. Inspektionsmolche könne damit an bestimmten Punkten der Pipeline Daten übergeben. Die notwendige Datenspeicherkapazität wird dabei verringert bzw. ergibt sich daraus ein zusätzlicher Sicherheitsaspekt, da im Havariefall nicht alle bisher gesammelten Daten verloren sind.In a further embodiment of the invention, this can be as an acoustic Modem for data transmission serve. Inspection pig could to pass data to the pipeline at certain points. The necessary data storage capacity is included reduces or results from this an additional safety aspect, because in the event of an accident not all previously collected data is lost.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment based on the drawings. In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung der Signalwege der erfindungsgemäßen Anordnung 1 a schematic representation of the signal paths of the arrangement according to the invention

2 einen schematischen Aufbau einer möglichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung 2 a schematic structure of a possible development of the arrangement according to the invention

1 zeigt die Signalwege bei der Identifikation eines Körpers (hier Molch) (4) in einer Rohrleitung oder Pipeline (1). Ein mit der Auswerteeinheit (3) verbundenes akustisches Element (2) sendet akustische Impulse (5) in einer für das Rohöl gut zu durchdringenden Frequenz von zum Beispiel 500 kHz durch die Pipeline (1). 1 shows the signaling pathways in the identification of a body (here newt) ( 4 ) in a pipeline or pipeline ( 1 ). One with the evaluation unit ( 3 ) connected acoustic element ( 2 ) sends acoustic pulses ( 5 ) at a frequency of, for example, 500 kHz, which is well penetrated by the crude oil, through the pipeline ( 1 ).

Wird vom akustischem Element (8), das mit dem Molch (4) verbunden ist und sich innerhalb der Pipeline (1) befindet, ein akustischer Impuls (5) des akustischen Elementes (2) von außerhalb der Pipeline (1) empfangen, wird von der Auswerteeinheit (7) eine akustische Antwort (6) über ein akustisches Element (8) innerhalb der Pipeline (1) zum akustischen Element (2) außerhalb der Pipeline (1) gesendet.Is the acoustic element ( 8th ), with the newt ( 4 ) and within the pipeline ( 1 ), an acoustic impulse ( 5 ) of the acoustic element ( 2 ) from outside the pipeline ( 1 ) is received by the evaluation unit ( 7 ) an acoustic response ( 6 ) via an acoustic element ( 8th ) within the pipeline ( 1 ) to the acoustic element ( 2 ) outside the pipeline ( 1 ) Posted.

Die Auswerteinheit (7) steuert die Aussendung der akustischen Antwort (6) so, das diese nicht in den Zeitpunkt des sonnst von der gegenüberliegenden Wand der Pipeline (1) reflektierten Signals (5) beim akustischen Element (2) fällt.The evaluation unit ( 7 ) controls the transmission of the acoustic response ( 6 ) so that these are not at the time of the sunstorm from the opposite wall of the pipeline ( 1 ) reflected signal ( 5 ) at the acoustic element ( 2 ) falls.

Das akustische Element (8) kann vorteilhafter Weise breitbandig ausgelegt sein.The acoustic element ( 8th ) may advantageously be designed broadband.

Als Empfänger und Sender kann ein piezoelektrisches 1–3 Komposit eingesetzt werden. Senden und Empfangen erfolgen über ein akustisches Element (8).As a receiver and transmitter, a piezoelectric 1-3 composite can be used. Sending and receiving are done via an acoustic element ( 8th ).

Das akustische Element (8) kann dabei aus einem oder mehreren aktiven Einzelteilen zum Empfang und Senden der Ultraschallwellen bestehen.The acoustic element ( 8th ) may consist of one or more active parts for receiving and transmitting the ultrasonic waves.

So kann das akustische Element aus mehreren parallel nebeneinander angeordneten gekrümmten Streifen aus dem schon genannten MFC bestehen.So The acoustic element can consist of several parallel side by side arranged curved Strip consist of the already mentioned MFC.

2 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem akustischem Element (8) aus mehreren Streifen aus MFC (9) bis (14). Die für die Ansteuerung der Streifen aus MFC (9) bis (14) notwendige Elektronik befindet sich in einem Behälter (Zylinder), der Bestandteil des akustischen Elementes (8) ist. Das akustische Element (8) ist Sektion eines Molches (4). 2 shows the schematic structure of the inventive arrangement with an acoustic element ( 8th ) of several strips of MFC ( 9 ) to ( 14 ). For driving the strips from MFC ( 9 ) to ( 14 ) is located in a container (cylinder), which is part of the acoustic element ( 8th ). The acoustic element ( 8th ) is section of a newt ( 4 ).

Auf eine detaillierte Darstellung der MFC wird hier verzichtet. Vorteilhafter Weise sind diese durchkontaktiert und werden nur von einer Seite elektrisch angeschlossen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die MFC mit einem zur Kopplung geeigneten Mittel auf der Innenseite eines ultraschalleitenden Zylinders angebracht werden. Damit sind sie gegen Bestandteile des Erdöles geschützt. Die in bekannter Weise notwendigen Bauteile zum Empfangen und Senden von Ultraschallwellen sind auf Elektronikplatinen im Innern des akustischen Elementes (8) angeordnet.A detailed description of the MFC is omitted here. Advantageously, these are plated through and are electrically connected only from one side. In a further embodiment of the invention, the MFC can be mounted with a means suitable for coupling on the inside of an ultrasound-conducting cylinder. This protects them against components of the oil. The components required in a known manner for receiving and transmitting ultrasonic waves are on electronic boards in the interior of the acoustic element ( 8th ) arranged.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet die Identifikation eines Objektes und bei Bedarf auch die Datenübertragung (15) zu einem außerhalb der Pipeline (1) befindlichen akustischen Element (2). Der Empfang und die Abstrahlung der Ultraschallwellen in einem Umfang von 360° erlauben die Montage des akustischen Elementes (2) in beliebiger Lage. Die Lageorientierung des Molches (4) kann ebenfalls beliebig sein.The inventive arrangement allows the identification of an object and, if necessary, the data transmission ( 15 ) to one outside the pipeline ( 1 ) acoustic element ( 2 ). The reception and the radiation of the ultrasonic waves in a circumference of 360 ° allow the installation of the acoustic element ( 2 ) in any position. The orientation of the pig ( 4 ) can also be arbitrary.

Claims (9)

Anordnung zur Identifikation von Körpern in einer Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus mindestens einer akustische Signale in die Rohrleitung sendenden und akustische Signale aus der Rohrleitung empfangenden Einheit und aus mindestens einer in der Rohrleitung akustische Signale empfangenden und akustische Signale sendenden Einheit besteht.Arrangement for the identification of bodies in a pipeline, characterized in that it consists of at least one acoustic signal in the pipeline sending and acoustic signals from the pipe receiving unit and at least one in the pipeline acoustic signals and emitting acoustic signals unit. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Identifikation von Körpern in einer Rohrleitung dienende Einheit zum Empfang und/oder Senden akustischer Wellen in einem Rohr, aus mindestens einen den Umfang eines Körpers abdeckenden akustischen Element besteht.Arrangement according to claim 1, characterized that for the identification of bodies in a pipeline serving unit for receiving and / or transmitting acoustic waves in a pipe, covering at least one circumference of a body acoustic element. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element aus mindestens einem, der Krümmung angepassten 1–3 Komposit besteht.Arrangement according to claim 1 to 2, characterized that the acoustic element of at least one, the curvature adapted 1-3 composite consists. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element zur Flüssigkeitsseite von einer Schutzhülle umgeben ist, deren Mantelfläche aus einem Ultraschallwellen leitenden Material besteht.Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized that the acoustic element to the liquid side surrounded by a protective cover is, whose lateral surface consists of an ultrasonic wave conducting material. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element einen Umfang von 360° überdeckt.Arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized that the acoustic element covers a circumference of 360 °. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum jeweiligen bestimmungsgemäßen Betreiben des akustischen Elements notwendigen Komponenten im Innern des vom akustischen Elements umhüllten Raumes angeordnet sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the respective intended operation of the acoustic element necessary components in the interior of the acoustic element covered room are arranged. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element als Teil oder alleiniger Teil eines Systems zur Identifikation in der Rohrleitung autark arbeitet und mit anderen Körpern, auch systemfremden, kombiniert werden kann.Arrangement according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the acoustic element as part or sole part of a system for identification in the pipeline works independently and with other bodies, even can be combined. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Betreiben des akustischen Systems außerhalb der Rohrleitung notwendigen Teile über Schnittstellen verfügen und mit anderen, mobilen Systemen allgemeiner Signalverarbeitung kombiniert werden können.Arrangement according to one of claims 1 to 2, characterized that to operate the acoustic system outside the piping necessary parts have interfaces and with other, mobile systems combined with general signal processing can be. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das akustischen System Teil eines akustischen Modems zur Datenübertragung zwischen Körpern innerhalb der Rohrleitung und außerhalb der Rohrleitung ist.Arrangement according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the acoustic system is part of a acoustic modems for data transmission between bodies inside the pipeline and outside the pipeline.
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