RU2233402C2 - Device for determining leakage sites in pipelines - Google Patents
Device for determining leakage sites in pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2233402C2 RU2233402C2 RU2002130087/06A RU2002130087A RU2233402C2 RU 2233402 C2 RU2233402 C2 RU 2233402C2 RU 2002130087/06 A RU2002130087/06 A RU 2002130087/06A RU 2002130087 A RU2002130087 A RU 2002130087A RU 2233402 C2 RU2233402 C2 RU 2233402C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- phase
- finding
- channel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для текущего контроля за герметичностью магистральных трубопроводов.The proposed device relates to measuring equipment and can be used for routine monitoring of the tightness of trunk pipelines.
Известны устройства для обнаружения утечек в магистральных трубопроводах (авт. свид. СССР №№336463, 380910, 411268, 417675, 724957, 930034, 932098, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1368685, 1657988, 1778597, 181577, 1800219, 1831063; патенты РФ №№2011110, 2018965, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757; патенты США №№3046116, 3744298, 4289019; патент Великобритании №1349120; Патенты Франции №№2374628; 2504651; патент ФРГ №3112829; патенты Японии №№46-11795, 55-6856, 63-22531; Волошин В.И. и др. Акустические определители местонахождения развивающегося дефекта. Дефектоскопия, 1980, №8, с.69-74; Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М.: 1988, с.334, рис.9.18; и другие).Known devices for detecting leaks in main pipelines (ed. Certificate of the USSR No. 336463, 380910, 411268, 417675, 724957, 930034, 932098, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1368685, 1657988, 1778597, 181577, 1800219, 1831063; RF patents No. 20111110, 2018965, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757; US patents No. 3046116, 3744298, 4289019; UK patent No. 1349120; French patents No. 2374628; 2504651; Germany patent No. 3112829; Japanese patents No. 3112829; 46-11795, 55-6856, 63-22531; Voloshin V.I. et al. Acoustic determinants of the location of a developing defect. Flaw detection, 1980, No. 8, p. 69-74; Pipeline transport of oil and gas. - M .: 1988 , p.334, fig. 9.18; and others).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах" (Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М., 1988, с.334, рис.9.18), которое и выбрано в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is "A device for determining the location of leaks in main pipelines" (Pipeline transport of oil and gas. - M., 1988, p.334, Fig. 9.18), which is selected as a prototype.
Указанное устройство основано на анализе ударных волн пониженного давления, возникающих в момент местного разрыва или повреждения трубы. Оно обеспечивает определение места возникновения утечек в магистральных трубопроводах, но не позволяет своевременно проинформировать об этом обслуживающий персонал.The specified device 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 устройства 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 device by transmitting via radio channel an alarm signal about the place of occurrence of leaks in the main pipelines to the control point.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах, содержащее на каждом конце контролируемого участка трубопровода последовательно включенные датчик давления, усилитель-преобразователь и управляющий блок клапана, подключенный к клапану-отсекателю, снабжено пунктом контроля, источником питания, обмоткой и контактами реле, ключом, счетчиком времени, вычислительным блоком и передатчиком, который через контакты реле соединен с источником питания, причем к плюсовой клемме источника питания последовательно подключены обмотка реле и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, расположенного на одном из концов контролируемого участка трубопровода, а выход ключа соединен с минусовой клеммой источника питания, к выходу датчиков давления последовательно подключены счетчик времени, вычислительный блок, формирователь кода, сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающая антенна.The problem is solved in that the device for determining the location of leaks in the main pipelines, containing at each end of the monitored section of the pipeline a pressure transducer, an amplifier-converter and a valve control unit connected to the shutoff valve, is equipped with a control point, a power source, a winding and relay contacts, a key, a time counter, a computing unit and a transmitter that is connected through a relay contact to a power source, and to a positive glue A relay coil and a key are connected in series with the power supply, the control input of which is connected to the output of the amplifier-converter located at one end of the monitored section of the pipeline, and the key output is connected to the negative terminal of the power supply, a time counter and a computing unit are connected in series to the output of the pressure sensors , a code generator, an adder, the second input of which is connected to the output of the modulating code generator, a phase manipulator, the second input of which is connected to the generator output RA high-frequency power amplifier and transmission antenna.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на Фиг.1. Схема чувствительного элемента датчиков давления изображена на Фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства, показаны на Фиг.3. Принцип пеленгации поврежденного участка магистрального трубопровода фазовым методом иллюстрируется Фиг.4, 6, 8 и 9. Структурные схемы пунктов контроля представлены на Фиг.5, 7 и 10.The structural diagram of the proposed device is presented in figure 1. A diagram of the sensing element of the pressure sensors is shown in Fig.2. Timing diagrams explaining the principle of operation of the device shown in Fig.3. The principle of direction finding of the damaged section of the main pipeline by the phase method is illustrated in Figures 4, 6, 8 and 9. The structural diagrams of the control points are presented in Figures 5, 7 and 10.
Устройство содержит место разрыва или повреждения трубопровода 1, две образовавшиеся волны пониженного давления 2, датчики давления 3, усилители-преобразователи 4, управляющие блоки 5 клапанов, клапаны-отсекатели 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 обмотка 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 place of rupture or damage to the pipeline 1, two generated waves of reduced
Пункт контроля 23, размещенный на транспортном средстве, 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 41, 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. Устройство работает следующим образом.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
В момент местного разрыва или повреждения трубопровода образуется ударная волна пониженного давления. От места разрыва 1 в противоположных направлениях движется две волны 2 со скоростью 1 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 multi-channel or threaded damping insert that dampens high-frequency pressure fluctuations, i.e. is a low pass filter. With this scheme of switching on the device, the membrane will respond only to the measured value, since the slowly changing large background is compensated. In the conversion 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. Capacitive or strain gauge sensors are used as transducers. When the sensor at one end of the section captures the moment of arrival of the pressure disturbance wave, a time counter 9 is turned on, which stops when the other wave arrives at the sensor at the other end of the section.
Оценка времени прихода волн осуществляется методом максимального правдоподобия, другими словами, 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 концы контролируемого участка протяженностью 1 (Фиг.1), в вычислительном блоке 10 определяется местоположение утечки:Having determined the difference in the time of arrival of waves (t 1 , t 2 ) at the ends of the monitored section of length 1 (Figure 1), the location of the leak is determined in the computing unit 10:
где Vcp - средняя скорость движения транспортируемого продукта (вода, нефть, газ и т.п.).where V cp is 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-converter 4, which is supplied to the valve control unit 5 and to the control input of the key 8, opening it. In the initial state, key 8 is always closed. In this case, the control unit 5 includes a shut-off valve 6, and the relay coil 7.1 through the open key 8 is closed to the ground, the relay is activated and closes the contacts 7.2, through which the supply voltage is supplied to the transmitter 11.
После включения передатчика 11 высокочастотное колебание (Фиг.3, а)After turning on the transmitter 11 high-frequency oscillation (Figure 3, a)
где Uc, ωс, φс - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного колебания;where U c , ω s , φ s - amplitude, carrier frequency and the initial phase of high-frequency oscillations;
с выхода задающего генератора 15 поступает на первый вход фазового манипулятора 16.from the output of the master oscillator 15 is supplied to the first input of the phase manipulator 16.
Место разрыва Хо трубопровода в формирователе 12 тогда 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 образуют 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)The place of the gap X about the pipeline in the shaper 12 is then converted to the corresponding code, consisting of m chips. The generator 13 generates a code consisting of n chips, the number of which reflects the number of the monitored section of the pipeline. These chips are summed in the adder 14 (N = n + m) and form a modulating code M (t) (Fig. 3, b), which is fed to the second input of the phase manipulator 16. As a result of phase manipulation, the phase-manipulated phase-manipulator 16 is formed (PSK) signal (Figure 3, c)
где φk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φk(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 Тc(Тc=N τэ).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 k (t) = const for kτ e <t <(k + 1) τ e and can change abruptly at t = kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (k = 0, 1, 2, ..., N-1); τ e , N - the duration and number of chips that make up a signal of duration T c (T c = N τ e).
Этот сигнал после усиления в усилителе 17 мощности излучается передающей антенной 18 в эфир.This signal after amplification in the power amplifier 17 is radiated by the transmitting antenna 18 into the air.
На пункте контроля 23 принимают ФМн-сигналы с нестабильной несущей частотой на три приемные антенны 24-26:At the
где ±Δω - нестабильность несущей частоты, вызванная различными дестабилизирующими факторами;where ± Δω is the instability of the carrier frequency caused by various destabilizing factors;
которые поступают на первые входы смесителей 27-29, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30which are supplied to the first inputs of the mixers 27-29, to the second inputs of which the voltage of the
На выходе смесителей 27-29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 31-33 выделяются напряжения первой промежуточной частоты: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:
- первая промежуточная частота: - first intermediate frequency:
где
Where
K1 - коэффициент передачи смесителей.K 1 - gear ratio of the mixers.
В измерительном канале напряжение Unp1(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 35, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34In the measuring channel, the voltage U np1 (t) from the output of the
На выходе смесителя 35 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 36 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (Фиг.3, г)At the output of the
где
Where- вторая промежуточная частота; - second intermediate frequency;
Это напряжение поступает на первый вход фазового детектора 43 и на вход удвоителя 37 фазы. Так как 2φk(t)={0, 2π}, то в выходном напряжении удвоителя 37 фазы (Фиг.3, д)This voltage is supplied to the first input of the
манипуляция фазы уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 38, а затем делится по фазе на два в делителе фазы 39 (Фиг.3, е)phase manipulation is already absent. This voltage is allocated by a narrow-
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:The initial phase of the voltage obtained can have two stable values of 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:
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 (Пистолькорс А.А., Сифоров В.И., Костас Д.Ф., Травина Г.А.), которые выделяют опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов, непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала.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, е). При этом на выходе фазового детектора 43 выделяется искаженный аналог модулирующего кода M1(t) (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 ) (Figure 3, e). At the same time, at the output of the
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 +180° в момент времени t1 (Фиг.3, е) на выходе частотного детектора 40 появляется положительный короткий импульс, а при скачке фазы на -180° 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 ° at time t 1 (Fig. 3, e), 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 QPSK signal, a negative voltage is generated at the output of the
При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180°, обусловленном, 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 40 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 40 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 -180°. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения и связанную с ней "обратную работу".When the phase of the reference voltage jumps by 180 °, 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)In this case, a reference voltage with a stable phase is supplied to the reference input of the phase detector 43 (Figure 3, k)
На выходе фазового детектора 43 образуется низкочастотное напряжение (Фиг.3, л)The output of the
где
WhereК2 - коэффициент передачи фазового детектора;K 2 is the transfer coefficient of the phase detector;
пропорциональное модулирующему коду M2(t).proportional to the modulating code M 2 (t).
Одновременно напряжение второй промежуточной частоты uпр4(t) с выхода усилителя 36 второй промежуточной частоты поступает на вторые входы перемножителей 44 и 45, на первые входы которых подаются напряжения uпр2(t) и uпр3(t) с выходов усилителей 32 и 33 первой промежуточной частоты соответственно. На выходах перемножителей 44 и 45 образуются гармонические колебания:At the same time, the voltage of the second intermediate frequency u CR4 (t) from the output of the
где
WhereК3 - коэффициент передачи перемножителей;K 3 - transmission coefficient of the multipliers;
α - азимут поврежденного участка магистрального трубопровода (Фиг.4);α is the azimuth of the damaged section of the main pipeline (Figure 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.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:The signs "+" and "-" before the phase shifts Δφ 1 and Δφ 2 correspond to diametrically opposite positions of the receiving
где
Where
которые фиксируются блоком 50 регистрации.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:The receiving antennas 24-26 are placed in such a way that the measuring bases form a straight line segment in the center of which the receiving
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.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 receiving point, in the form of a straight 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 местоположения 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.
Предлагаемое устройство инвариантно 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. Предлагаемое устройство 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 device 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 устройства соответствует случаю размещения пункта приема на земле, например, на автомобиле, находящемся на некотором расстоянии от магистрального трубопровода.The above described operation of the proposed device corresponds to the case of placing the receiving point on the ground, for example, on a car located 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 неравенствоTo 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
где λ - длина волны,where λ is the wavelength
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,in this case, smaller bases d form rough but unambiguous reference frames for the angles α and β, and larger bases 2d form accurate but ambiguous reference frames for the angles α and β,
где α - азимут места повреждения магистрального трубопровода,where α is the azimuth of the place of damage of the main pipeline,
β - угол места повреждения магистрального трубопровода (Фиг.6).β is the angle of the damage to the main pipeline (Fig.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 также 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 размещена 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 rotary screws can be used as a positive factor to determine the direction of the FMN 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), and 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:In this case, the received FMN signals 24, 25, 26, 51 and 52:
где R - радиус окружности, на которой расположены приемные антенны 25, 26, 51 и 52 (длина лопастей винта вертолета);where R is the radius of the circle on which the receiving
Ω - скорость вращения винта вертолета;Ω is the rotational speed of the helicopter rotor;
преобразуются по частоте, перемножаются, и узкополосными фильтрами 46, 47, 59 и 60 выделяются следующие напряжения:are converted in frequency, multiplied, and the following voltages are allocated by narrow-
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
и устранению неоднозначности отсчета углов α и β.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 and the elimination of the ambiguity of the reference angles α and β.На выходе автокорреляторов образуются напряжения:At the output of the autocorrelators, voltages are formed:
которые поступают на первые входы фазометров 69 и 70, на вторые входы которых подается напряжение опорного гетеродина 68which are supplied to the first inputs of the
Измеренные фазометрами 69 и 70 угловые координаты фиксируются блоком 50 регистрации.The angular coordinates measured by
Таким образом, предлагаемое устройство 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 device in comparison with the prototype provides enhanced functionality by transmitting over the air the alarm signal about the 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 детектором, 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 the frequency detector, trigger, and 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 (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002130087/06A RU2233402C2 (en) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Device for determining leakage sites in pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002130087/06A RU2233402C2 (en) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Device for determining leakage sites in pipelines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002130087A RU2002130087A (en) | 2004-06-27 |
RU2233402C2 true RU2233402C2 (en) | 2004-07-27 |
Family
ID=33413220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002130087/06A RU2233402C2 (en) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Device for determining leakage sites in pipelines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2233402C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2610968C1 (en) * | 2015-09-08 | 2017-02-17 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЕКТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "ЛОРЕС" | Method for detection of oil leaks |
-
2002
- 2002-11-05 RU RU2002130087/06A patent/RU2233402C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2610968C1 (en) * | 2015-09-08 | 2017-02-17 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЕКТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "ЛОРЕС" | Method for detection of oil leaks |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vickery | Acoustic positioning systems. A practical overview of current systems | |
US2408048A (en) | Radio direction method and system | |
CN103189719A (en) | Method for noninvasive determination of acoustic properties of fluids inside pipes | |
RU2551355C1 (en) | Method of coordinates determination of radio emission source | |
US8307694B1 (en) | Hypervelocity impact detection method and system for determining impact location in a detection surface | |
US3286224A (en) | Acoustic direction finding system | |
RU2190152C1 (en) | Method for detecting leakage zone in main pipelines | |
RU2302584C1 (en) | Device for detecting sites of leakage on main pipelines | |
US7362655B1 (en) | Time-synchronous acoustic signal ranging system and method | |
Mahmutoglu et al. | Received signal strength difference based leakage localization for the underwater natural gas pipelines | |
US3445847A (en) | Method and apparatus for geometrical determinations | |
US4905210A (en) | Liquid impoundment survey vehicle incorporating positioning finding and tracking system | |
RU2233402C2 (en) | Device for determining leakage sites in pipelines | |
RU2685578C1 (en) | Method for remote monitoring and diagnostics of condition of structures and engineering structures and device for its implementation | |
RU2258865C1 (en) | Method of detecting location of leakage in pipelines | |
US2859433A (en) | Own doppler nullifier | |
RU2234637C1 (en) | Method of determining leakage site in pipelines | |
US3130385A (en) | Apparatus for determining the direction of arrival of wave energy | |
JPS61502634A (en) | Loran C cycle slip reduction device and method | |
RU2427853C1 (en) | Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method | |
RU2735804C1 (en) | Method of determining location and dimensions of oil slick during emergency oil leakage | |
RU2376612C1 (en) | Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end | |
CN112558003A (en) | Underwater sound network topology sensing method based on vector orientation and ranging | |
RU2637048C1 (en) | Asteroid motion parameters determining system | |
RU2603971C1 (en) | Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041106 |