Патент на изобретение №2190152

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОНАХОЖДЕНИЯ УТЕЧЕК В МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для текущего контроля за герметичностью магистральных трубопроводов. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа путем передачи по радиоканалу тревожного сигнала о месте возникновения утечек в магистральных трубопроводах на пункт контроля. Способ основан 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 его и излучают 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/<1/22d/, где – 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 на 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. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован для текущего контроля за герметичностью магистральных трубопроводов.

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.

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.

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.

Для нефтепроводов место повреждения способом “по балансу перекачки” определяется расчетным или графическим путем по разности гидравлических уклонов в начале и конце поврежденного трубопровода.

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.

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.

Полные разрывы стыков труб, а также разрывы продольных и спиральных швов определяются по падению напора и увеличению расхода (при центробежных насосах).

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.

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.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем передачи по радиоканалу тревожного сигнала о месте возникновения утечек в магистральных трубопроводах на пункт контроля.

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/<1/22d/,
где – 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.

Предлагаемый способ может быть реализован устройством, структурная схема которого представлена на фиг.1.

Схема чувствительного элемента датчика давления изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия способа и устройства, показаны на фиг.3.

Принцип пеленгации поврежденного участка магистрального трубопровода фазовым методом иллюстрируется фиг.4. Структурная схема пункта контроля представлена на фиг.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.

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.

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, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

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.

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.

Оценка времени прихода волн осуществляется методом максимального правдоподобия, другим словом, происходит фильтрация высокочастотных возмущений давления от помех большой интенсивности и оценка их времени прихода.

Определив разность времени прихода волн (t₁, t₂) на конце контролируемого участка протяженностью 1 (фиг.1), в вычислительном блоке 10 определяется местоположение утечки:

где V_ср – средняя скорость движения транспортируемого продукта (вода, нефть, газ и т.п.).

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.

После включения передатчика 11 высокочастотное колебание (фиг.3,а)
u_c(t) = U_ccos(_ct+_c), 0tT_с,
где U_с, _c, _c – амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного колебания;
с выхода задающего генератора 15 поступает на первый вход фазового манипулятора 16.

Место разрыва Х_о 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)
0tT_с,
где _k(t) = {0,} – манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем
_к(t) = const при k_ээ и может изменяться скачком при t = k_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=0, 1, 2, …, N-1);
_э, N – длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_с(T_с = N_э).
Этот сигнал после усиления в усилителе 17 мощности излучается передающей антенной 18 в эфир.

На пункте контроля 23 принимают ФМн-сигнал с нестабильной несущей частотой на три приемные антенны 24-26:
u₁(t) = U₁cos[(_c)t+_k(t)+₁];
u₂(t) = U₂cos[(_c)t+_k(t)+₂];
u₃(t) = U₃cos[(_c)t+_k(t)+₃], 0tT_c,
где – нестабильность несущей частоты, вызванная различными дестабилизирующими факторами;
которые поступают на первые входы смесителей 27-29, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30
u_г1(t) = U_г1cos(_г1t+_г1).
На выходе смесителей 27-29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 31-33 выделяются напряжения первой промежуточной частоты:
u_пр1(t) = U_пр1cos[(_пр1)t+_k(t)+_пр1];
u_пр2(t) = U_пр2cos[(_пр1)t+_k(t)+_пр2];
u_пр3(t) = U_пр3cos[(_пр1)t+_k(t)+_пр3], 0tT_c,
где _пр1 = ₁–_г1;
_пр2 = ₂–_г1;
_пр3 = ₃–_г1;
K₁ – коэффициент передачи смесителей.

В измерительном канале напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 35, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34
u_г2(t) = U_г2cos(_г2t+_г2).
На выходе смесителя 35 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 36 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.3,г)
u_пр4(t) = U_пр4cos[(_пр2)t+_k(t)+_пр4], 0tT_c,
где
_пр2 = _пр1–_г2 – вторая промежуточная частота;
_пр4 = _пр1–_г1.
Это напряжение поступает на первый вход фазового детектора 43 и на вход удвоителя 37 фазы. Так как 2_к(t) = {0,2}, то в выходном напряжении удвоителя 37 фазы (фиг.3,д)
u₄(t) = U_пр4cos2[(_пр2)t+_пр4]
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) = U_пр4cos2[(_пр2)t+_пр4].
Начальная фаза полученного напряжения может иметь два устойчивых значения _{пр4 =} и _пр4+. Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2, что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на :

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.

Явление “обратной работы” обусловлено скачкообразными переходами фазы опорного напряжения из одного состояния _пр4 в другое _пр4+ 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).

Для стабилизации фазы опорного напряжения и устранения явления “обратной работы” используются частотный детектор 40, триггер 41 и балансный переключатель 42.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180^o в момент времени t₁ (фиг. 3,е) на выходе частотного детектора 40 появляется положительный короткий импульс, а при скачке фазы на -180^o 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.

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.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180^o, 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 -180^o. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения и связанную с ней “обратную работу”.

Следовательно, частотный детектор 40 обеспечивает обнаружение момента возникновения “обратной работы”, а триггер 41 и балансный переключатель 42 устраняют ее.

При этом на опорный вход фазового детектора 43 поступает опорное напряжение со стабильной фазой (фиг.3,к)
u₆(t) = U_пр4cos[(_пр2–)t+_пр4].
На выходе фазового детектора 43 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3,л)
u_н(t) = U_нcos_k(t),
где
К₂ – коэффициент передачи фазового детектора;
пропорциональное модулирующему коду M₂(t).

Одновременно напряжение второй промежуточной частоты u_пp4(t) с выхода усилителя 36 второй промежуточной частоты поступает на вторые входы перемножителей 44 и 45, на первые входы которых подаются напряжения u_пp2(t) и u_пp3(t) с выходов усилителей 32 и 33 первой промежуточной частоты соответственно. На выходах перемножителей 44 и 45 образуются гармонические колебания:
u₇(t) = U₇cos(_г2t+_г2+₁),
u₈(t) = U₈cos(_г2t+_г2+₂),
где

К₃ – коэффициент передачи перемножителей;


– 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 u_г2(t) гетеродина 34, на второй вход фазового детектора 49 подается гармоническое колебание u₈(t) с выхода узкополосного фильтра 46.

Знаки “+” и “-” перед фазовыми сдвигами ₁ и ₂ соответствуют диаметрально противоположным положениям приемных антенн 25 и 26 относительно антенны 24. На выходах фазовых детекторов 48 и 49 образуются постоянные напряжения:
u_н1() = U_н1cos₁,
u_н2() = U_н2cos₃,

где
которые фиксируются блоком 50 регистрации.

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.

Зная расстояние R₁ и измерив угловую координату , 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.

Предлагаемый способ инвариантен к нестабильности несущей частоты и виду модуляции (манипуляции) принимаемых сигналов, так как пеленгацию поврежденного участка магистрального трубопровода осуществляют на стабильной частоте _г2 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 x<30 м).

Описанная выше работа предлагаемого способа и устройства для его реализации соответствует случаю размещения пункта приема на земле на некотором расстоянии от магистрального трубопровода.

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 – длина волны,
при этом меньшие базы d образуют грубые, но однозначные шкалы отсчета углов и , а большие базы 2d образуют точные, но неоднозначные шкалы отсчета углов и , где – азимут места повреждения магистрального трубопровода, – угол места повреждения магистрального трубопровода (фиг.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 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 и угол места поврежденного участка магистрального трубопровода.

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).

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).

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).

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.

В этом случае принимаемые антеннами 24, 25, 26, 51 и 52 ФМн-сигналы:
₉() = ₉[(_c)t+_k(t)+₁];




где R – радиус окружности, на которой расположены приемные антенны 25, 26, 51 и 52 (длина лопастей винта вертолета);
– 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 _m = 2R/ и устранению неоднозначности отсчета углов и .
На выходе автокорреляторов образуются напряжения:
u₁₈(t) = U₁₈cos(t-);
u₁₉(t) = U₁₉cos(t-),
которые поступают на первые входы фазометров 69 и 70, на вторые входы которых подается напряжение опорного гетеродина 68
u_o(t) = U_ocost.
Измеренные фазометрами 69 и 70 угловые координаты фиксируются блоком 50 регистрации.

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.

Для выделения модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала используется его синхронное детектирование на пункте контроля.

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.

Для контроля протяженных магистральных трубопроводов пункт контроля размещают на летательном аппарате (космическом аппарате, самолете или вертолете).

Формула изобретения

1. Способ определения местоположения утечек в магистральных трубопроводах, основанный 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, отличающийся тем, что 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 которого 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/<1/22d/, где – 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 на 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пункт контроля размещают на борту космического аппарата, проекцию траектории полета которого прокладывают вблизи магистрального трубопровода параллельно ему, причем приемные антенны располагают на концах специальных панелей в виде геометрического креста, в пересечении которого помещают приемную антенну измерительного канала, общую для приемных антенн четырех пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной и угломестной плоскостях, по два на каждую плоскость, образуя тем самым в каждой плоскости две измерительные базы d и 2d.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пункт контроля размещают на борту самолета, пролетающего над магистральным трубопроводом, причем приемные антенны располагают на концах фюзеляжа и крыльев в виде геометрического креста.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пункт контроля размещают на борту вертолета, пролетающего над магистральным трубопроводом, причем четыре приемные антенны пеленгационных каналов располагают на концах лопастей несущего винта, а приемную антенну измерительного канала располагают над втулкой винта.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.12.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 16-2004

Извещение опубликовано: 10.06.2004