RU2190152C1 - Method for detecting leakage zone in main pipelines - Google Patents
Method for detecting leakage zone in main pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190152C1 RU2190152C1 RU2000133386A RU2000133386A RU2190152C1 RU 2190152 C1 RU2190152 C1 RU 2190152C1 RU 2000133386 A RU2000133386 A RU 2000133386A RU 2000133386 A RU2000133386 A RU 2000133386A RU 2190152 C1 RU2190152 C1 RU 2190152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- phase
- voltage
- frequency
- intermediate frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован для текущего контроля за герметичностью магистральных трубопроводов. The proposed method relates to measuring equipment and can be used for routine monitoring of the tightness of trunk pipelines.
Для определения величины и места утечек транспортируемого продукта целесообразно использовать сочетание пассивных (по данным слежения за ведением технологического процесса перекачки) и активных (путем пропуска диагностирующих устройств) способов. To determine the magnitude and location of leaks of the transported product, it is advisable to use a combination of passive (according to the monitoring of the pumping process) and active (by skipping diagnostic devices) methods.
Пассивные способы: по балансу перекачки; сопоставление давлений вдоль трассы с давлением при нормальном режиме эксплуатации трубопровода; сопоставление расходов по участкам трубопровода; анализ прохождения ударных волн. Passive methods: according to the balance of pumping; comparing pressures along the route with pressure during normal operation of the pipeline; comparison of costs for sections of the pipeline; analysis of the passage of shock waves.
Активные способы: пропуск диагностирующих зондов с использованием акустических, электромагнитных и других методов; запуск в поток и фиксация различного типа сред - "меток", контроль акустических шумов, внешних признаков утечки при осмотре трассы с поверхности земли; использование различного типа излучений (инфракрасного, ультразвукового и т.д.) для контроля утечек как с воздуха, так и с поверхности земли. Active methods: skipping diagnostic probes using acoustic, electromagnetic and other methods; launching into the stream and fixing various types of media - “tags”, control of acoustic noise, external signs of leakage when inspecting the track from the ground; the use of various types of radiation (infrared, ultrasonic, etc.) to control leaks from both air and the surface of the earth.
Для нефтепроводов место повреждения способом "по балансу перекачки" определяется расчетным или графическим путем по разности гидравлических уклонов в начале и конце поврежденного трубопровода. For oil pipelines, the place of damage by the "according to the transfer balance" method is determined by calculation or graphically by the difference in hydraulic slopes at the beginning and end of the damaged pipeline.
Способ сопоставления давлений вдоль трассы трубопровода с давлениями до повреждения позволяет определить только крупные повреждения. Вместе с тем для определения места повреждения необходимо иметь значение давлений вдоль трассы трубопровода. The method of comparing pressures along a pipeline route with pressures before damage allows only large damage to be determined. However, to determine the place of damage, it is necessary to have a pressure value along the pipeline route.
Способ сопоставления расходов по участкам трубопровода применяется при использовании расходомеров класса точности 0,2...0,5%. Такой способ чаще всего используется для определения наличия утечек, так как нахождение поврежденного участка требует значительного числа расходомеров высокого класса точности. The method of comparing costs for sections of the pipeline is used when using flowmeters of accuracy class 0.2 ... 0.5%. This method is most often used to determine the presence of leaks, since finding the damaged area requires a significant number of flow meters of high accuracy class.
Полные разрывы стыков труб, а также разрывы продольных и спиральных швов определяются по падению напора и увеличению расхода (при центробежных насосах). Complete ruptures of pipe joints, as well as ruptures of longitudinal and spiral joints, are determined by the pressure drop and the increase in flow rate (with centrifugal pumps).
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах (Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М., 1988, с. 334, рис. 9.18), который и выбран в качестве ближайшего аналога. Of the known methods, the closest to the proposed one is a method for determining the location of leaks in main pipelines (Pipeline transport of oil and gas. - M., 1988, p. 334, Fig. 9.18), which is chosen as the closest analogue.
Указанный способ основан на анализе ударных волн пониженного давления, возникающих в момент местного разрыва или повреждения трубы. Он обеспечивает определение места возникновения утечек в магистральных трубопроводах, но не позволяет своевременно проинформировать об этом обслуживающий персонал. The specified method is based on the analysis of shock waves of reduced pressure that occur at the time of local rupture or damage to the pipe. It provides a determination of the place of occurrence of leaks in the main pipelines, but does not allow timely inform staff about this.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем передачи по радиоканалу тревожного сигнала о месте возникновения утечек в магистральных трубопроводах на пункт контроля. An object of the invention is to expand the functionality of the method by transmitting over the air the alarm signal about the place of occurrence of leaks in the main pipelines to the control point.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах, основанном на регистрации времени прихода двух ударных волн пониженного давления, образующихся в момент местного разрыва или повреждения трубопровода, на концы контролируемого участка трубопровода, нахождении разности времени прихода указанных волн и определении местоположения утечки, в момент местного разрыва или повреждения трубопровода генерируют высокочастотное колебание, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, содержащим сведения о номере аварийного участка трубопровода и местоположении утечки, формируя тем самым тревожный сигнал с фазовой манипуляцией, усиливают сформированный сигнал по мощности, излучают его в эфир, принимают на пункте контроля тревожный фазоманипулируемый сигнал на три антенны, расположенные на одной линии, параллельной трубопроводу в виде отрезка прямой, в центре которой помещают приемную антенну измерительного канала, общую для приемных антенн двух пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной плоскости, образуя тем самым в данной плоскости две измерительные базы d и 2d, между которыми устанавливают неравенство
d/λ<1/2≤2d/λ,
где λ - длина волны;
при этом меньшей базой d образуют грубую, но однозначную шкалу отсчета угла, а большей базой 2d образуют точную, но неоднозначную шкалу отсчета угла, преобразуют принимаемые сигналы по частоте, выделяют напряжения первой промежуточной частоты, повторно преобразуют по частоте напряжение первой промежуточной частоты измерительного канала, выделяют напряжение второй промежуточной частоты, перемножают его с напряжением первой промежуточной частоты пеленгационных каналов, выделяют из полученных напряжений гармонические колебания по частоте второго гетеродина с сохранением фазовых соотношений, измеряют разности фаз между гармоническими колебаниями и напряжением второго гетеродина и оценивают по ним значение азимута поврежденного участка трубопровода.The problem is solved in that in a method for determining the location of leaks in main pipelines, based on recording the arrival time of two shock waves of reduced pressure generated at the time of local rupture or damage to the pipeline, at the ends of the controlled section of the pipeline, finding the difference in the arrival time of these waves and determining the location leaks, at the moment of local rupture or damage to the pipeline generate a high-frequency oscillation, manipulate it in phase modulating code Ohm, containing information about the number of the emergency section of the pipeline and the location of the leak, thereby generating an alarm signal with phase shift keying, amplify the generated signal by power, radiate it into the air, receive at the control point an alarm phase-shift signal on three antennas located on one line parallel to the pipeline in the form of a straight line segment, in the center of which is placed the receiving antenna of the measuring channel, common to the receiving antennas of two direction finding channels located in the azimuthal plane, thereby, in the given plane, two measuring bases d and 2d, between which the inequality
d / λ <1 / 2≤2d / λ,
where λ is the wavelength;
the smaller base d form a rough but unambiguous angle reference scale, and the larger base 2d form an accurate but ambiguous angle reference scale, convert the received signals by frequency, select the voltage of the first intermediate frequency, re-convert the voltage of the first intermediate frequency of the measuring channel, isolate the voltage of the second intermediate frequency, multiply it with the voltage of the first intermediate frequency of the direction finding channels, extract harmonic oscillations from the obtained voltages often those of the second local oscillator with the preservation of phase relations, measure the phase difference between harmonic oscillations and the voltage of the second local oscillator and estimate the azimuth of the damaged section of the pipeline from them.
Предлагаемый способ может быть реализован устройством, структурная схема которого представлена на фиг.1. The proposed method can be implemented by a device whose structural diagram is presented in figure 1.
Схема чувствительного элемента датчика давления изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия способа и устройства, показаны на фиг.3. A diagram of the sensor element of the pressure sensor is shown in figure 2. Timing diagrams explaining the principle of operation of the method and device shown in Fig.3.
Принцип пеленгации поврежденного участка магистрального трубопровода фазовым методом иллюстрируется фиг.4. Структурная схема пункта контроля представлена на фиг.5. The principle of direction finding of the damaged section of the main pipeline by the phase method is illustrated in Fig. 4. The structural diagram of the control point is presented in figure 5.
Устройство содержит место разрыва или повреждения трубопровода 1, две образовавшиеся волны пониженного давления 2, датчики давления 3, усилители-преобразователи 4, управляющий блок 5 клапана, клапан-отсекатель 6, источник 7 питания, обмотку 7.1 и контакты 7.2 реле, ключ 8, счетчик времени 9, вычислительный блок 10, передатчик 11, формирователь кода 12, генератор 13 модулирующего кода, сумматор 14, генератор 15 высокой частоты, фазовый манипулятор 16, усилитель 17 мощности и передающую антенну 18. Датчики 3 давления устанавливаются в начале и конце контролируемого участка трубопровода. К выходу датчика 3 давления последовательно подключены усилитель-преобразователь 4, управляющий блок 5 клапана и клапан-отсекатель 6. К источнику питания 7 последовательно подключены обмотки 7.1 реле и ключ 8, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя 4. К выходу датчиков 3 давления последовательно подключены счетчик 9 времени, вычислительный блок 10, формирователь кода 12, сумматор 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 модулирующего кода, фазовый манипулятор 16, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 высокой частоты, усилитель 17 мощности и передающая антенна 18. The device contains a rupture or damage to the
Пункт контроля 23 содержит измерительный канал и два пеленгационных канала. Измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 24, смесителя 27, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, усилитель 31 первой промежуточной частоты, смеситель 35, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 34, усилитель 36 второй промежуточной частоты, удвоитель 37 фазы, узкополосный фильтр 38, делитель 39 фазы на два, частотный детектор 40, триггер, балансный переключатель 42, второй вход которого соединен с выходом делителя 39 фазы на два, фазовый детектор и блок 50 регистрации. The
Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 25 (26), смесителя 28 (29), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, усилителя 32 (33) первой промежуточной частоты, перемножителя 44 (45), второй вход которого соединен с выходом усилителя 36 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 46 (47) и фазового детектора 48 (49), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 34 (узкополосного фильтра 46), выход которого подключен к блоку 50 регистрации. Each direction finding channel consists of a series-connected receiving antenna 25 (26), a mixer 28 (29), the second input of which is connected to the output of the
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. A device that implements the proposed method works as follows.
В момент местного разрыва или повреждения трубопровода образуется ударная волна пониженного давления. От места разрыва 1 в противоположных направлениях движутся две волны 2 со скоростью С распространения звука в среде. Схема чувствительного элемента датчика давления, измеряющего весьма малые высокочастотные возмущения давления (0,1...0,001 МПа) на фоне значительных, медленно изменяющихся давлений (3. . . 7,5 МПа), изображена на фиг.2, где введены следующие обозначения: 19 - корпус, 20 - входные патрубки, 21 - демпфер, 22 - мембрана. At the moment of local rupture or damage to the pipeline, a shock wave of reduced pressure is formed. Two
Сигнал из трубопровода в месте измерения подается одновременно на два входных канала чувствительного элемента, т.е. одно и то же давление действует на мембрану с двух сторон. В одном из каналов имеется многоканальная или резьбовая демпфирующая вставка, которая гасит высокочастотные колебания давления, т. е. является низкочастотным фильтром. При такой схеме включения прибора мембрана будет реагировать только на измеряемую величину, поскольку медленно меняющийся большой фон компенсируется. В усилителе-преобразователе показания прибора преобразуются в электрический сигнал, который интегрируется, и результат сравнивается с известным пороговым значением. В качестве преобразователей используются емкостные или тензометрические датчики. Когда датчик на одном конце участка зафиксирует момент прихода волны возмущения давления, включается счетчик времени 9, который останавливается в момент прихода другой волны к датчику на другом конце участка. The signal from the pipeline at the measurement site is fed simultaneously to two input channels of the sensing element, i.e. the same pressure acts on the membrane from two sides. In one of the channels there is a multichannel or threaded damping insert that dampens high-frequency pressure fluctuations, i.e., it is a low-pass filter. With this scheme of switching on the device, the membrane will respond only to the measured value, since a slowly changing large background is compensated. In the converter amplifier, the readings of the device are converted into an electrical signal, which is integrated, and the result is compared with a known threshold value. As converters, capacitive or strain gauge sensors are used. When the sensor at one end of the section captures the moment of arrival of the pressure disturbance wave, a
Оценка времени прихода волн осуществляется методом максимального правдоподобия, другим словом, происходит фильтрация высокочастотных возмущений давления от помех большой интенсивности и оценка их времени прихода. The time of arrival of waves is estimated by the maximum likelihood method, in other words, high-frequency pressure disturbances are filtered from high-intensity interference and their time of arrival is estimated.
Определив разность времени прихода волн (t1, t2) на конце контролируемого участка протяженностью 1 (фиг.1), в вычислительном блоке 10 определяется местоположение утечки:
где Vср - средняя скорость движения транспортируемого продукта (вода, нефть, газ и т.п.).Having determined the difference in the time of arrival of waves (t 1 , t 2 ) at the end of the monitored section of length 1 (Fig. 1), the location of the leak is determined in the computing unit 10:
where V cf - the average speed of the transported product (water, oil, gas, etc.).
При повышении порогового значения в усилителе-преобразователе 4 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий блок 5 клапана и на управляющий вход ключа 8, открывая его. В исходном состоянии ключ 8 всегда закрыт. При этом управляющий блок 5 включает клапан-отсекатель 6, а обмотка 7.1 реле через открытый ключ 8 замыкается на землю, реле срабатывает и замыкает контакты 7.2, через которые напряжение питания подается на передатчик 11. When the threshold value is increased, a constant voltage is generated in the amplifier-
После включения передатчика 11 высокочастотное колебание (фиг.3,а)
uc(t) = Uccos(ωct+φc), 0≤t≤Tс,
где Uс, ωc, φc - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного колебания;
с выхода задающего генератора 15 поступает на первый вход фазового манипулятора 16.After turning on the
u c (t) = U c cos (ω c t + φ c ), 0≤t≤T s ,
where U c , ω c , φ c - amplitude, carrier frequency and the initial phase of high-frequency oscillations;
from the output of the
Место разрыва Хо трубопровода в формирователе 12 кода преобразуется в соответствующий код, состоящий из m элементарных посылок. Генератор 13 формирует код, состоящий из n элементарных посылок, количество которых отражает номер контролируемого участка трубопровода. Указанные элементарные посылки суммируются в сумматоре 14 (N=n+m) и образуется модулирующий код M(t) (фиг. 3, б), который поступает на второй вход фазового манипулятора 16. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 16 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.3,в)
0≤t≤Tс,
где φk(t) = {0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем
φк(t) = const при kτэ<t<(k+1)τэ и может изменяться скачком при t = kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=0, 1, 2, ..., N-1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tс(Tс = Nτэ).
Этот сигнал после усиления в усилителе 17 мощности излучается передающей антенной 18 в эфир.The place of the gap X about the pipeline in the
0≤t≤T s ,
where φ k (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M (t), and
φ к (t) = const for kτ e <t <(k + 1) τ e and can change stepwise at t = kτ e , i.e. at the boundaries between elementary premises (k = 0, 1, 2, ..., N-1);
τ e , N is the duration and number of chips that make up the signal with a duration of T s (T s = Nτ e ).
This signal after amplification in the
На пункте контроля 23 принимают ФМн-сигнал с нестабильной несущей частотой на три приемные антенны 24-26:
u1(t) = U1cos[(ωc±Δω)t+φk(t)+φ1];
u2(t) = U2cos[(ωc±Δω)t+φk(t)+φ2];
u3(t) = U3cos[(ωc±Δω)t+φk(t)+φ3], 0≤t≤Tc,
где ±Δω - нестабильность несущей частоты, вызванная различными дестабилизирующими факторами;
которые поступают на первые входы смесителей 27-29, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30
uг1(t) = Uг1cos(ωг1t+φг1).
На выходе смесителей 27-29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 31-33 выделяются напряжения первой промежуточной частоты:
uпр1(t) = Uпр1cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр1];
uпр2(t) = Uпр2cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр2];
uпр3(t) = Uпр3cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр3], 0≤t≤Tc,
где φпр1 = φ1-φг1;
φпр2 = φ2-φг1;
φпр3 = φ3-φг1;
K1 - коэффициент передачи смесителей.At the
u 1 (t) = U 1 cos [(ω c ± Δω) t + φ k (t) + φ 1 ];
u 2 (t) = U 2 cos [(ω c ± Δω) t + φ k (t) + φ 2 ];
u 3 (t) = U 3 cos [(ω c ± Δω) t + φ k (t) + φ 3 ], 0≤t≤T c ,
where ± Δω is the instability of the carrier frequency caused by various destabilizing factors;
which enter the first inputs of the mixers 27-29, the second inputs of which the voltage of the
u g1 (t) = U g1 cos (ω g1 t + φ g1 ).
At the output of the mixers 27-29, voltages of combination frequencies are generated. Amplifiers 31-33 distinguish the voltage of the first intermediate frequency:
u CR1 (t) = U CR1 cos [(ω CR1 ± Δω) t + φ k (t) + φ CR1 ];
u CR2 (t) = U CR2 cos [(ω CR1 ± Δω) t + φ k (t) + φ CR2 ];
u CR3 (t) = U CR3 cos [(ω CR1 ± Δω) t + φ k (t) + φ CR3 ], 0≤t≤T c ,
Where φ pr1 = φ 1 -φ g1 ;
φ pr2 = φ 2 -φ g1 ;
φ pr3 = φ 3 -φ g1 ;
K 1 - gear ratio of the mixers.
В измерительном канале напряжение uпр1(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 35, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34
uг2(t) = Uг2cos(ωг2t+φг2).
На выходе смесителя 35 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 36 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.3,г)
uпр4(t) = Uпр4cos[(ωпр2±Δω)t+φk(t)+φпр4], 0≤t≤Tc,
где
ωпр2 = ωпр1-ωг2 - вторая промежуточная частота;
φпр4 = φпр1-φг1.
Это напряжение поступает на первый вход фазового детектора 43 и на вход удвоителя 37 фазы. Так как 2φк(t) = {0,2π}, то в выходном напряжении удвоителя 37 фазы (фиг.3,д)
u4(t) = Uпр4cos2[(ωпр2±Δω)t+φпр4]
манипуляция фазы уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 38, а затем делится по фазе на два в делителе фазы 39 (фиг.3,е)
u5(t) = Uпр4cos2[(ωпр2±Δω)t+φпр4].
Начальная фаза полученного напряжения может иметь два устойчивых значения φпр4 = и φпр4+π. Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π:
Следовательно, двузначность фазы полученного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя 39 фазы на два. Это явление "обратной работы" присуще всем устройствам (Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г. А. ), которые выделяют опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов, непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала.In the measuring channel, the voltage u pr1 (t) from the output of the
u g2 (t) = U g2 cos (ω g2 t + φ g2 ).
At the output of the
u CR4 (t) = U CR4 cos [(ω CR2 ± Δω) t + φ k (t) + φ CR4 ], 0≤t≤T c ,
Where
np2 ω = ω z2 -ω pr1 - second intermediate frequency;
φ pr4 = φ pr1 -φ g1 .
This voltage is supplied to the first input of the
u 4 (t) = U CR4 cos2 [(ω CR2 ± Δω) t + φ CR4 ]
phase manipulation is already absent. This voltage is allocated by a narrow-
u 5 (t) = U CR4 cos2 [(ω CR2 ± Δω) t + φ CR4 ].
The initial phase of the voltage obtained can have two stable values φ CR4 = and φ CR4 + π. This is easy to show analytically. If you make a division similar to the previous one, but after adding the angle 2π to the argument, which does not change the initial voltage, then after dividing by two, you get the voltage that is phase shifted by π:
Consequently, the ambiguity of the phase of the voltage obtained follows from the fission process itself. The physically indicated two-valued phase is due to the unstable operation of the
Явление "обратной работы" обусловлено скачкообразными переходами фазы опорного напряжения из одного состояния φпр4 в другое φпр4+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени (например, t1, t2) (фиг.3,ж), что значительно снижает достоверность приема информации, содержащейся в модулирующем коде M(t) (фиг.3,б).The phenomenon of "reverse work" is due to spasmodic transitions of the phase of the reference voltage from one state φ CR4 to another φ CR4 + π under the influence of interference, short-term termination of reception and other factors. These transitions during the reception of the QPSK signal occur at random times (for example, t 1 , t 2 ) (Fig. 3, g), which significantly reduces the reliability of receiving information contained in the modulating code M (t) (Fig. 3, b)
Для стабилизации фазы опорного напряжения и устранения явления "обратной работы" используются частотный детектор 40, триггер 41 и балансный переключатель 42. To stabilize the phase of the reference voltage and eliminate the phenomenon of "reverse operation", a
При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180o в момент времени t1 (фиг. 3,е) на выходе частотного детектора 40 появляется положительный короткий импульс, а при скачке фазы на -180o в момент времени t2 (возвращение фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный импульс (фиг.3,з). Знакочередующие импульсы с выхода частотного детектора 40 управляют работой триггера 41, выходное напряжение которого (фиг. 3,и), в свою очередь, управляет работой балансного переключателя 42.When the phase of the reference voltage jumps by +180 o at the time t 1 (Fig. 3, f), a positive short pulse appears at the output of the
В устойчивом состоянии, когда фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 41 образуется отрицательное напряжение и балансный переключатель находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода делителя 39 фазы на опорный вход фазового детектора 43 без изменения. In a stable state, when the phase of the reference voltage coincides, for example, with the zero phase of the received PSK signal, a negative voltage is generated at the output of the
При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180o, обусловленным, например, неустойчивой работой делителя 39 фазы под действием помех, триггер 41 положительным импульсом с выхода частотного детектора 40 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 41 в момент времени t1 становится и остается положительным до очередного скачка фазы в момент времени t2, который возвращает фазу опорного напряжения в первоначальное состояние. Положительное выходное напряжение триггера 41 переводит балансный переключатель 42 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода делителя 39 фазы поступает на опорный вход фазового детектора 43 с изменением фазы на -180o. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения и связанную с ней "обратную работу".When the phase of the reference voltage jumps by +180 o , due, for example, to the unstable operation of the
Следовательно, частотный детектор 40 обеспечивает обнаружение момента возникновения "обратной работы", а триггер 41 и балансный переключатель 42 устраняют ее. Therefore, the
При этом на опорный вход фазового детектора 43 поступает опорное напряжение со стабильной фазой (фиг.3,к)
u6(t) = Uпр4cos[(ωпр2-Δω)t+φпр4].
На выходе фазового детектора 43 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3,л)
uн(t) = Uнcosφk(t),
где
К2 - коэффициент передачи фазового детектора;
пропорциональное модулирующему коду M2(t).In this case, a reference voltage with a stable phase is supplied to the reference input of the phase detector 43 (Fig. 3, k)
u 6 (t) = U CR4 cos [(ω CR2 -Δω) t + φ CR4 ].
The output of the
u n (t) = U n cosφ k (t),
Where
K 2 is the transfer coefficient of the phase detector;
proportional to the modulating code M 2 (t).
Одновременно напряжение второй промежуточной частоты uпp4(t) с выхода усилителя 36 второй промежуточной частоты поступает на вторые входы перемножителей 44 и 45, на первые входы которых подаются напряжения uпp2(t) и uпp3(t) с выходов усилителей 32 и 33 первой промежуточной частоты соответственно. На выходах перемножителей 44 и 45 образуются гармонические колебания:
u7(t) = U7cos(ωг2t+φг2+Δφ1),
u8(t) = U8cos(ωг2t+φг2+Δφ2),
где
К3 - коэффициент передачи перемножителей;
α - азимут поврежденного участка магистрального трубопровода (фиг.4);
которые выделяются узкополосными фильтрами 46, 47 и поступают на первые входы фазовых детекторов 48, 49 соответственно. На второй вход фазового детектора 48 подается напряжение uг2(t) гетеродина 34, на второй вход фазового детектора 49 подается гармоническое колебание u8(t) с выхода узкополосного фильтра 46.At the same time, the voltage of the second intermediate frequency u p4 (t) from the output of the
u 7 (t) = U 7 cos (ω g2 t + φ g2 + Δφ 1 ),
u 8 (t) = U 8 cos (ω g2 t + φ g2 + Δφ 2 ),
Where
K 3 - transmission coefficient of the multipliers;
α is the azimuth of the damaged section of the main pipeline (figure 4);
which are allocated by narrow-
Знаки "+" и "-" перед фазовыми сдвигами Δφ1 и Δφ2 соответствуют диаметрально противоположным положениям приемных антенн 25 и 26 относительно антенны 24. На выходах фазовых детекторов 48 и 49 образуются постоянные напряжения:
uн1(α) = Uн1cosΔφ1,
uн2(α) = Uн2cosΔφ3,
где
которые фиксируются блоком 50 регистрации.The signs "+" and "-" before the phase shifts Δφ 1 and Δφ 2 correspond to diametrically opposite positions of the receiving
u n1 (α) = U n1 cosΔφ 1 ,
u n2 (α) = U n2 cosΔφ 3 ,
Where
which are fixed by the
Приемные антенны 24...26 размещают таким образом, что измерительные базы образуют отрезок прямой, в центре которого помещают приемную антенну 24 измерительного канала (фиг.4). При этом меньшей базой d образуют грубую, но однозначную шкалу пеленгации, а большей базой 2d - точную, но неоднозначную шкалу пеленгации:
Так предполагается использовать фазовый метод пеленгации поврежденного участка магистрального трубопровода с помощью трех приемных антенн, расположенных на пункте приема, в виде отрезка прямой, параллельной магистральному трубопроводу на некотором расстоянии R1 от него.Receiving
So it is supposed to use the phase method of direction finding of the damaged section of the main pipeline using three receiving antennas located at the reception point, in the form of a straight line segment parallel to the main pipeline at a certain distance R 1 from it.
Зная расстояние R1 и измерив угловую координату α, можно точно и однозначно определить координаты поврежденного участка магистрального трубопровода. Данные сведения уточняются модулирующим кодом M(t), который выделяется из принимаемого ФМн-сигнала путем его синхронного детектирования. В модулирующем коде M(t) содержится информация о номере поврежденного участка магистрального трубопровода и местоположении повреждения участка.Knowing the distance R 1 and measuring the angular coordinate α, it is possible to accurately and unambiguously determine the coordinates of the damaged section of the main pipeline. This information is refined by the modulating code M (t), which is extracted from the received PSK signal by its synchronous detection. The modulating code M (t) contains information about the number of the damaged section of the main pipeline and the location of the damaged section.
Предлагаемый способ инвариантен к нестабильности несущей частоты и виду модуляции (манипуляции) принимаемых сигналов, так как пеленгацию поврежденного участка магистрального трубопровода осуществляют на стабильной частоте ωг2 второго гетеродина 34. Предлагаемый способ позволяет регистрировать аварийные участки транспортируемого продукта весьма малой величины (менее 1%) вдоль участков магистральных трубопроводов протяженностью от нескольких сот метров до нескольких километров с точностью не ниже 0,1% (неопределенность Δx<30 м).The proposed method is invariant to the instability of the carrier frequency and the type of modulation (manipulation) of the received signals, since direction finding of the damaged section of the main pipeline is carried out at a stable frequency ω g2 of the second
Описанная выше работа предлагаемого способа и устройства для его реализации соответствует случаю размещения пункта приема на земле на некотором расстоянии от магистрального трубопровода. The above work of the proposed method and device for its implementation corresponds to the case of placing the receiving point on the ground at some distance from the main pipeline.
Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на борту космического аппарата, проекцию траектории полета которого располагают вблизи магистрального трубопровода параллельно ему. Причем приемные антенны располагают на концах специальных панелей в виде геометрического креста, в пересечении которого помещают приемную антенну 24 измерительного канала, общую для приемных антенн 25 и 26, 51 и 52 пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной) плоскостях, по два на каждую плоскость, образуя тем самым в каждой плоскости две измерительные базы d и 2d, между которыми устанавливают неравенство
где λ - длина волны,
при этом меньшие базы d образуют грубые, но однозначные шкалы отсчета углов α и β, а большие базы 2d образуют точные, но неоднозначные шкалы отсчета углов α и β, где α - азимут места повреждения магистрального трубопровода, β - угол места повреждения магистрального трубопровода (фиг.6).To control the long trunk pipelines, the control point is placed on board the spacecraft, the projection of the flight path of which is located near the main pipeline parallel to it. Moreover, the receiving antennas are located at the ends of special panels in the form of a geometric cross, at the intersection of which the receiving
where λ is the wavelength
the smaller bases d form rough but unambiguous reference frames for the angles α and β, and the larger bases 2d form accurate but ambiguous reference frames for the angles α and β, where α is the azimuth of the damage point of the main pipeline, β is the angle of the place of damage of the main pipeline ( 6).
При этом дополнительные два пеленгационных канала, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны 51 (52), смесителя 53 (54), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, усилителя 55 (56) первой промежуточной частоты, перемножителя 57 (58), второй вход которого соединен с выходом усилителя 36 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 59 (60) и фазового детектора 61 (62), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 34 (узкополосного фильтра 59), а выход подключен к блоку 50 регистрации, обеспечивают точное и однозначное определение угла места β поврежденного участка магистрального трубопровода и работают так же, как два пеленгационных канала в азимутальной плоскости (фиг.7). В этом случае блоком 50 регистрации фиксируются манипулирующий код M(t), азимут α и угол места β поврежденного участка магистрального трубопровода. In this case, two additional direction finding channels, each of which consists of a series-connected receiving antenna 51 (52), a mixer 53 (54), the second input of which is connected to the output of the
Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на борту самолета, пролетающего над магистральным трубопроводом. Причем четыре приемные антенны 25 и 26, 51 и 52 располагают на концах фюзеляжа и крыльев в виде геометрического креста, в пересечении которого помещают приемную антенну 24 измерительного канала (фиг.8). Состав и работа измерительного и четырех пеленгационных каналов те же, что и для космического аппарата (фиг.7). To control the long trunk pipelines, a control point is placed on board an airplane flying over the trunk pipeline. Moreover, four receiving
Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля располагают на борту вертолета, пролетающего над магистральным трубопроводом. Решение данной задачи требует высокоточной координатометрии, что применительно к вертолету имеет свои особенности. Наличие вращающихся винтов может быть использовано как положительный фактор для определения направления на источник излучения ФМн-сигнала (поврежденный участок магистрального трубопровода) с помощью пеленгационного устройства, четыре приемные антенны 25 и 26, 51 и 52 которого расположены на концах четырех лопастей несущего винта, а приемная антенна 24 измерительного канала размещены над втулкой винта (фиг.9). To control long trunk pipelines, a control point is located on board a helicopter flying over the trunk pipeline. The solution to this problem requires high-precision coordinate measurement, which in relation to a helicopter has its own characteristics. The presence of rotating screws can be used as a positive factor to determine the direction of the PSK signal (damaged section of the main pipeline) to the radiation source using a direction finding device, four receiving
Пеленгационные каналы в этом случае имеют следующие отличия: к выходу узкополосного фильтра 46 (59) последовательно подключены перемножитель 48 (63), второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 47 (60), узкополосный фильтр 47 (60), узкополосный фильтр 49 (64) и фазометр 70 (72), второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 68, а выход подключен к блоку 50 регистрации. К выходу узкополосного фильтра 47 (60) последовательно подключены линия задержки 61 (65), фазовый детектор 62 (66) и фазометр 69 (71), второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 68, а выход подключен к блоку 50 регистрации. Двигатель 67 кинетически связан с винтом вертолета и опорным генератором 68 (фиг.10). The direction finding channels in this case have the following differences: a multiplier 48 (63) is connected in series to the output of the narrow-band filter 46 (59), the second input of which is connected to the output of the narrow-band filter 47 (60), the narrow-band filter 47 (60), the narrow-band filter 49 (64) ) and a phase meter 70 (72), the second input of which is connected to the output of the
Пеленгацию источника излучения ФМн-сигнала (поврежденного участка магистрального трубопровода) в двух плоскостях осуществляют дифференциально-фазовым методом с использованием обусловленной эффектом Доплера фазовой модуляцией, возникающей при круговом вращении приемных антенн 25 и 26, 51 и 52 вокруг приемной антенны 24. Direction finding of the radiation source of the QPSK signal (damaged section of the main pipeline) in two planes is carried out by the differential-phase method using phase modulation due to the Doppler effect that occurs when the receiving
В этом случае принимаемые антеннами 24, 25, 26, 51 и 52 ФМн-сигналы:
υ9(τ) = ϒ9χοσ[(ωc±Δω)t+φk(t)+φ1];
где R - радиус окружности, на которой расположены приемные антенны 25, 26, 51 и 52 (длина лопастей винта вертолета);
Ω - скорость вращения винта вертолета;
преобразуются по частоте, перемножаются и узкополосными фильтрами 46, 47, 59 и 60 выделяются следующие напряжения:
Эти напряжения обрабатываются двумя автокорреляторами, каждый из которых состоит из фазового детектора 62 (66) и линии задержки 61 (65), что способствует уменьшению индекса фазовой модуляции Δφm = 2πR/λ и устранению неоднозначности отсчета углов α и β.
На выходе автокорреляторов образуются напряжения:
u18(t) = U18cos(Ωt-α);
u19(t) = U19cos(Ωt-β),
которые поступают на первые входы фазометров 69 и 70, на вторые входы которых подается напряжение опорного гетеродина 68
uo(t) = UocosΩt.
Измеренные фазометрами 69 и 70 угловые координаты фиксируются блоком 50 регистрации.In this case, the received FMN signals 24, 25, 26, 51 and 52:
υ 9 (τ) = ϒ 9 χοσ [(ω c ± Δω) t + φ k (t) + φ 1 ];
where R is the radius of the circle on which the receiving
Ω is the rotational speed of the helicopter rotor;
are converted in frequency, multiplied and the following voltages are allocated by narrow-
These voltages are processed by two autocorrelators, each of which consists of a phase detector 62 (66) and a delay line 61 (65), which helps to reduce the phase modulation index Δφ m = 2πR / λ and eliminate the ambiguity of the reading of the angles α and β.
At the output of autocorrelators, voltages are formed:
u 18 (t) = U 18 cos (Ωt-α);
u 19 (t) = U 19 cos (Ωt-β),
which are supplied to the first inputs of the
u o (t) = U o cosΩt.
The angular coordinates measured by
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет передачи по радиоканалу тревожного сигнала о месте возникновения утечек в магистральных трубопроводах на пункт контроля. При этом тревожный сигнал манипулируется по фазе, что позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Thus, the proposed method in comparison with the prototype provides enhanced functionality by transmitting over the air the alarm signal about the place of occurrence of leaks in the main pipelines to the control point. In this case, the alarm signal is manipulated in phase, which allows the use of a new type of selection - structural selection. This means that there is a new opportunity to separate signals operating in the same frequency band and at the same time intervals.
Для выделения модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала используется его синхронное детектирование на пункте контроля. To isolate the modulating code M (t) from the received QPSK signal, its synchronous detection at the control point is used.
Причем, опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигнала, выделяется непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала, а возникающее при этом явление "обратной работы" устраняется частотным детектированием, триггером и балансным переключателем. Moreover, the reference voltage necessary for the synchronous detection of the PSK signal is extracted directly from the received PSK signal, and the phenomenon of "reverse operation" that arises from this is eliminated by frequency detection, a trigger, and a balance switch.
Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на летательном аппарате (космическом аппарате, самолете или вертолете). To control long trunk pipelines, the control point is placed on an aircraft (spacecraft, airplane or helicopter).
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000133386A RU2190152C1 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Method for detecting leakage zone in main pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000133386A RU2190152C1 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Method for detecting leakage zone in main pipelines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2190152C1 true RU2190152C1 (en) | 2002-09-27 |
Family
ID=20244279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000133386A RU2190152C1 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Method for detecting leakage zone in main pipelines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2190152C1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009067770A1 (en) * | 2007-06-12 | 2009-06-04 | Asel-Tech Technologia E Automação Ltda. | System for detecting leaks in single phase and multiphase fluid transport pipelines |
RU2457392C1 (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" | Method to diagnose tightness of manifold pipeline |
RU2464592C1 (en) * | 2011-11-15 | 2012-10-20 | Вячеслав Адамович Заренков | Automatic unmanned diagnostic complex |
GB2491804A (en) * | 2011-05-11 | 2012-12-19 | Syrinix Ltd | Pipeline fault detection system, method and sensor head |
US9568391B2 (en) | 2013-02-14 | 2017-02-14 | Syrinix Ltd. | Pipeline monitoring unit and method |
RU2714845C1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-02-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Automatic pilotless diagnostic system |
CN114017681A (en) * | 2021-11-05 | 2022-02-08 | 福州大学 | Pipeline leak detection and positioning method based on coupling of negative pressure wave and harmonic attenuation method |
CN114508704A (en) * | 2020-11-16 | 2022-05-17 | 中国石油天然气股份有限公司 | Pipeline leakage detection method and device and storage medium |
US11946819B2 (en) | 2020-08-04 | 2024-04-02 | Syrinix Ltd | Transient pressure event detection system and method |
-
2000
- 2000-12-28 RU RU2000133386A patent/RU2190152C1/en active
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009067770A1 (en) * | 2007-06-12 | 2009-06-04 | Asel-Tech Technologia E Automação Ltda. | System for detecting leaks in single phase and multiphase fluid transport pipelines |
RU2457392C1 (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" | Method to diagnose tightness of manifold pipeline |
GB2491804A (en) * | 2011-05-11 | 2012-12-19 | Syrinix Ltd | Pipeline fault detection system, method and sensor head |
GB2491804B (en) * | 2011-05-11 | 2018-01-17 | Syrinix Ltd | Pipeline fault detection system and monitor unit |
US10094732B2 (en) | 2011-05-11 | 2018-10-09 | Syrinix Limited | Pipeline fault detection system, sensor head and method of detecting pipeline faults |
RU2464592C1 (en) * | 2011-11-15 | 2012-10-20 | Вячеслав Адамович Заренков | Automatic unmanned diagnostic complex |
US9568391B2 (en) | 2013-02-14 | 2017-02-14 | Syrinix Ltd. | Pipeline monitoring unit and method |
RU2714845C1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-02-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Automatic pilotless diagnostic system |
US11946819B2 (en) | 2020-08-04 | 2024-04-02 | Syrinix Ltd | Transient pressure event detection system and method |
CN114508704A (en) * | 2020-11-16 | 2022-05-17 | 中国石油天然气股份有限公司 | Pipeline leakage detection method and device and storage medium |
CN114508704B (en) * | 2020-11-16 | 2024-04-30 | 中国石油天然气股份有限公司 | Pipeline leakage detection method and device and storage medium |
CN114017681A (en) * | 2021-11-05 | 2022-02-08 | 福州大学 | Pipeline leak detection and positioning method based on coupling of negative pressure wave and harmonic attenuation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6492945B2 (en) | Instantaneous radiopositioning using signals of opportunity | |
US20240345265A1 (en) | Techniques for Determining Geolocations | |
EP0649034A2 (en) | SAR/GPS inertial method of range measurement | |
RU2190152C1 (en) | Method for detecting leakage zone in main pipelines | |
US8908475B2 (en) | Acoustic positioning system and method | |
US8307694B1 (en) | Hypervelocity impact detection method and system for determining impact location in a detection surface | |
US3445847A (en) | Method and apparatus for geometrical determinations | |
RU2302584C1 (en) | Device for detecting sites of leakage on main pipelines | |
RU2233402C2 (en) | Device for determining leakage sites in pipelines | |
RU2258865C1 (en) | Method of detecting location of leakage in pipelines | |
RU2234637C1 (en) | Method of determining leakage site in pipelines | |
EP0124587A1 (en) | Method and apparatus for deriving pseudo range from earth-orbiting satellites | |
RU2624912C1 (en) | Radio interferometric method for studying near and far space objects and system for its realisation | |
RU2735804C1 (en) | Method of determining location and dimensions of oil slick during emergency oil leakage | |
KR102217681B1 (en) | Underground medium detecting device | |
RU2603971C1 (en) | Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor | |
RU2219430C2 (en) | Method of location and estimation of size of leakage in underground pipe line | |
Sauta et al. | Short-Range Navigation Systems | |
Oya et al. | A new altimeter for Mars land shape observations utilizing the ionospheric sounder system onboard the Planet-B spacecraft | |
RU2529867C2 (en) | Method of controlling ship movement | |
RU2637048C1 (en) | Asteroid motion parameters determining system | |
CN109444870A (en) | A kind of distance measuring method, device and its system | |
RU2238521C1 (en) | Method of determination of vectors of air and ground speeds and drift angle of flying vehicle and complex laser unit for realization of this method | |
RU2276304C1 (en) | Pipeline break detection system | |
RU2711632C1 (en) | Method of underground facilities of subway monitoring and system for its implementation |