RU2030678C1

RU2030678C1 - Device to control cleaning tool passing in pipeline

Info

Publication number: RU2030678C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Алексеев; В.А. Донченко; А.Г. Сакенко; В.Я. Шапорев
Original assignee: Сибирский физико-технический институт им.В.Д.Кузнецова при Томском государственном университете
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: detection of leaks in pipelines for liquids. SUBSTANCE: amplitude detector, comparator with source of reference voltage and indicator are in series connected. Output of coincidence circuit is connected to indicator, its inputs - to pulse selector of maximum signal, connected to input of comparator, and to pulse selector of signal duration, connected to output of comparator. Narrow band acoustic filter is set at input of receiving acoustic-electrical converter, output of which through corresponding amplifier and in series connected resonance frequencies unit with additional amplifier at output and amplitude detector, is connected with input of comparator. Acoustic conductor is made in the form of plate of one fourth of wave thickness of acoustic input signal average length. EFFECT: device is used to detect leaks in pipelines for liquidus. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение касается трубопроводного транспорта и может быть использовано в нефтяной, горной промышленности для контроля перемещения по трубопроводу в потоке жидкости очистных объектов, разделителей, контейнеров, в устройствах для обнаружения течей в жидкостных трубопроводах. The invention relates to pipeline transport and can be used in the oil and mining industry to control movement through a pipeline in a fluid stream of treatment facilities, separators, containers, in devices for detecting leaks in liquid pipelines.

Известно устройство обнаружения очистного объекта в напорном трубопроводе, содержащее приемный преобразователь, усилитель, индикатор [1]. Недостатком этого устройства является низкая помехоустойчивость. Шум насосной станции, шум движения нефти, индуcтриальные помехи могут восприниматься как шум очистного объекта, что может приводить к ложным срабатываниям датчика. A device for detecting a treatment facility in a pressure pipe is known, comprising a receiving transducer, amplifier, indicator [1]. The disadvantage of this device is its low noise immunity. The noise of the pumping station, the noise of the movement of oil, industrial noise can be perceived as the noise of the treatment facility, which can lead to false alarms of the sensor.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство контроля прохождения очистных средств в трубопроводах, которое содержит последовательно соединенные приемный акустико-электрический преобразователь с усилителем на выходе, узкополосный фильтр, а также амплитудный детектор, компаратор и индикатор [2]. Closest to the invention in technical essence is a device for monitoring the passage of treatment products in pipelines, which contains a series-connected receiving acoustic-electric converter with an amplifier at the output, a narrow-band filter, as well as an amplitude detector, comparator and indicator [2].

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не позволяет определить точно временной момент прохождения очистного объекта в контролируемой точке, если используются различные типы очистных объектов, выполненные из различных материалов, а также, если скорости движения потоков жидкости в трубопроводе различны. The disadvantage of this device is that it does not allow you to accurately determine the time of passage of the treatment facility at a controlled point if different types of treatment facilities made of different materials are used, as well as if the velocities of the fluid flows in the pipeline are different.

Это обусловлено тем, что устройство может быть настроено только на заданную скорость движения очистного объекта, имеющего определенную конфигурацию и выполненного из конкретного материала. Настройка достигается установкой определенной длительности импульса (0,1-0,5 с) в схеме временной задержки. Импульс же задержки формируется при достижении входным сигналом на входе компаратора определенного заранее некоторого уровня. Амплитуда сигнала, крутизна его фронта, длительность по уровню 0,5 зависят от скорости движения очистного объекта, его конфигурации, размеров, материала, из которого выполнен очистной объект. Следовательно, при движении различных типов очистных объектов с различной скоростью устройство контроля будет выдавать сигнал о моменте прохождения контрольной точки с различной точностью. Кроме того, импульсом помехи большой амплитуды может быть вызван ложный сигнал, который поступит на интегратор и тем самым увеличит выходное напряжение до уровня срабатывания компаратора. Полезный и шумовой сигналы одновременно усиливаются широкополосным усилителем, так как узкополосный фильтр стоит после усилителя. Это приводит к ухудшению отношения сигнал-шум и в конечном счете к ухудшению помехоустойчивости устройства. Кроме того, при движении очистного объекта по трубопроводу возникает акустическое излучение в широкой полосе частот (10-4300 кГц), а в данном устройстве контроля обрабатывается сигнал только в узкой полосе, которая определяется полосой фильтра. Поэтому из-за неполного использования энергии акустического сигнала также ухудшается помехоустойчивость. This is due to the fact that the device can only be configured for a given speed of movement of a treatment facility having a specific configuration and made of a specific material. The setting is achieved by setting a specific pulse duration (0.1-0.5 s) in the time delay circuit. The delay pulse is formed when the input signal at the input of the comparator reaches a certain level in advance. The amplitude of the signal, the steepness of its front, the duration at the level of 0.5 depend on the speed of the treatment facility, its configuration, size, material from which the treatment facility is made. Therefore, when moving different types of treatment facilities with different speeds, the control device will give a signal about the moment of passing the control point with different accuracy. In addition, a large-amplitude interference pulse can cause a false signal, which will be transmitted to the integrator and thereby increase the output voltage to the level of operation of the comparator. Useful and noise signals are simultaneously amplified by a broadband amplifier, since a narrow-band filter is located after the amplifier. This leads to a deterioration of the signal-to-noise ratio and ultimately to a deterioration in the noise immunity of the device. In addition, when the treatment facility moves through the pipeline, acoustic radiation arises in a wide frequency band (10-4300 kHz), and in this control device the signal is processed only in a narrow band, which is determined by the filter band. Therefore, due to the incomplete use of the energy of the acoustic signal, noise immunity also deteriorates.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости прохождения очистного объекта через контрольную точку. The aim of the invention is to increase the noise immunity of the passage of the treatment plant through the control point.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля прохождения очистного объекта в трубопроводе, содержащее приемный акустоэлектрический преобразователь с усилителем на выходе, узкополосный фильтр, последовательно соединенные амплитудный детектор, компаратор с источником опорного напряжения и индикатор, введены блок резонансных частот в виде соединенных звукопроводником электроакустического и акустоэлектрического пьезоэлектрических преобразователей с дополнительным усилителем на выходе, импульсный селектор длительности сигнала, импульсный селектор максимума сигнала и схема совпадения, выход которой соединен с индикатором, а входы - с импульсным селектором максимума сигнала, подключенным ко входу компаратора, и с импульсным селектором длительности сигнала, подключенным к выходу компаратора, при этом упомянутый фильтр выполнен в виде узкополосного акустического фильтра и установлен на входе приемного акустоэлектрического преобразователя, выход которого через соответствующий усилитель и последовательно соединенные блок резонансных частот с дополнительным усилителем на выходе и амплитудный детектор связан со входом компаратора. This goal is achieved by the fact that in the device for monitoring the passage of the treatment facility in the pipeline, containing a receiving acoustoelectric transducer with an amplifier at the output, a narrow-band filter, a series-connected amplitude detector, a comparator with a reference voltage source and an indicator, a resonant frequency unit is introduced in the form of an electro-acoustic connected sound conductor and acoustoelectric piezoelectric transducers with an additional output amplifier, pulse selector length signal, a pulse maximum signal selector and a coincidence circuit, the output of which is connected to the indicator, and the inputs are with a pulse maximum signal selector connected to the comparator input, and with a pulse duration selector connected to the comparator output, the filter being made in the form narrow-band acoustic filter and is installed at the input of the receiving acoustoelectric transducer, the output of which is through an appropriate amplifier and series-connected block of resonant frequencies with an optional output amplifier and an amplitude detector connected to the comparator input.

В предпочтительном исполнении указанный звукопроводник, соединяющий пьезоэлектрические преобразователи, выполнен в виде пластины четвертьволновой толщины средней длины акустического входного сигнала. In a preferred embodiment, said sound conductor connecting the piezoelectric transducers is made in the form of a quarter-wave thickness plate of the average length of the acoustic input signal.

Кроме того, импульсный селектор длительности сигнала выполнен в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора с заданной длительностью импульса, первой схемы совпадения, вторым входом подключенной к выходу компаратора, формирователя импульса заднего фронта, второй схемы совпадений, вторым входом подключенной к выходу компаратора, и ждущего мультивибратора. In addition, the pulse duration selector is made in the form of a series-connected waiting multivibrator with a given pulse duration, a first coincidence circuit, a second input connected to the output of the comparator, a pulse shaper of the trailing edge, a second coincidence circuit, a second input connected to the output of the comparator, and a waiting multivibrator.

Использование узкополосного акустического фильтра на входе устройства позволяет выделить рабочую полосу частот акустического сигнала и, следовательно, снизить уровень помех. Блок резонансных частот в виде двух пьезоэлектрических преобразователей, соединенных звукопроводником, с дополнительным усилителем на выходе обеспечивают увеличение принимаемой энергии акустического сигнала. Четвертьволновая длина указанного звукопроводника обеспечивает максимальный коэффициент передачи блока резонансных частот. Using a narrow-band acoustic filter at the input of the device allows you to select the working frequency band of the acoustic signal and, therefore, reduce the level of interference. The block of resonant frequencies in the form of two piezoelectric transducers connected by a sound conductor with an additional amplifier at the output provides an increase in the received energy of the acoustic signal. The quarter-wavelength length of the specified sound conductor provides the maximum transmission coefficient of the resonant frequency block.

Для исключения прохождения на выход устройства сигналов помех с амплитудой, сравнимой или превышающей амплитуду сигнала от очистного объекта, введены два параллельных канала, один из которых является селектором длительности сигнала, а другой - селектором максимума сигнала. В результате через включенную схему совпадения проходят лишь сигналы с пределами длительности и изменениями амплитуды во времени, обусловленными очистным объектом, и исключается прохождение на индикатор непрерывных помех большой амплитуды и импульсных помех с высокой амплитудой и с длительностью, выходящей за пределы полосы селекции по длительности. Повышение точности определения момента времени прохождения очистным объектом точки установки датчика обеспечивается временной фиксацией максимума входного сигнала, поступающего на вход предлагаемого устройства. Происхождение максимума следующее. При приближении очистного объекта по трубопроводу к контрольной точке происходит увеличение акустического сигнала к контрольной точке. Акустический сигнал достигает максимума при прохождении очистного объекта через контрольную точку, а при удалении очистного объекта от контрольной точки акустический сигнал шума, обусловленный объектом, уменьшается. To eliminate the passage of interference signals to the device output with an amplitude comparable to or greater than the amplitude of the signal from the treatment facility, two parallel channels were introduced, one of which is a signal duration selector, and the other is a signal maximum selector. As a result, only signals with duration limits and amplitude changes in time due to the treatment object pass through the included coincidence circuit, and large-amplitude continuous pulses and high-amplitude pulsed noise with a duration exceeding the selection selection bandwidth are excluded from the indicator. Improving the accuracy of determining the time of passage by the treatment facility of the sensor installation point is provided by temporarily fixing the maximum input signal received at the input of the proposed device. The origin of the maximum is as follows. When the treatment facility approaches the control point through the pipeline, the acoustic signal increases to the control point. The acoustic signal reaches a maximum when the treatment object passes through the control point, and when the treatment object is removed from the control point, the acoustic noise signal caused by the object decreases.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для контроля прохождения очистного объекта в трубопроводе; на фиг.2 - график эпюр прохождения и формирования сигнала на выходах отдельных блоков. Figure 1 shows a structural diagram of a device for controlling the passage of a treatment facility in a pipeline; figure 2 is a graph of the diagrams of the passage and formation of the signal at the outputs of individual blocks.

Устройство для контроля прохождения очистного объекта в трубопроводе содержит узкополосный акустический фильтр 1, акустоэлектрический преобразователь 2, подключенный к выходу фильтра 1, подключенные к выходу преобразователя 2 последовательно соединенные усилитель 3, блок резонансных частот 4, дополнительный усилитель 5, амплитудный детектор 6, компаратор 7, ко второму входу которого подключен источник 8 опорного напряжения, импульсный селектор 9 длительности сигнала, схему совпадения 10, индикатор 11, а также импульсный селектор 12 максимума сигнала во времени, включенный между выходом амплитудного детектора 6 и вторым входом схемы совпадения 10. A device for monitoring the passage of the treatment facility in the pipeline contains a narrow-band acoustic filter 1, an acoustoelectric transducer 2 connected to the output of the filter 1, connected in series to the output of the transducer 2, an amplifier 3, a resonant frequency unit 4, an additional amplifier 5, an amplitude detector 6, a comparator 7, to the second input of which a reference voltage source 8, a pulse selector 9 of the signal duration, a coincidence circuit 10, an indicator 11, and a maximum pulse selector 12 are connected signal in time, included between the output of the amplitude detector 6 and the second input of the matching circuit 10.

Блок 4 резонансных частот выполнен в виде последовательно соединенных пьезоэлектрического преобразователя 13, акустикопередающей среды 14, в качестве которой использована пластина четвертьволновой толщины средней длины акустической волны входного сигнала, и пьезоэлектрического преобразователя 15. Block 4 of the resonant frequencies is made in the form of a series-connected piezoelectric transducer 13, an acousto-transmitting medium 14, which is used as a quarter-wave thickness plate of the average acoustic wavelength of the input signal, and a piezoelectric transducer 15.

Импульсный селектор 9 длительности сигнала выполнен в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора 16 с заданной длительностью импульса, первой схемы 17 совпадений, формирователя 18 импульса заднего фронта, второй схемы 19 совпадений и ждущего мультивибратора 20, при этом вторые входы схем 17 и 19 соединены со входом мультивибратора 16, т.е. с выходом компаратора 7. The pulse duration selector 9 is made in the form of a series-connected waiting multivibrator 16 with a given pulse duration, a first coincidence circuit 17, a trailing edge pulse shaper 18, a second coincidence circuit 19 and a multivibrator 20, while the second inputs of the circuits 17 and 19 are connected to the input of the multivibrator 16, i.e. with the output of the comparator 7.

Устройство работает следующим образом. Фильтр 1 устройства приводят в непосредственный контакт с внешней поверхностью трубопровода и таким образом все акустические сигналы, проходящие по трубе, поступают на вход фильтра 1, выполненного с полосой пропускания 100-150 кГц, которая соответствует спектру акустического сигнала, возбуждаемого движущимся объектом. Через фильтр 1 проходит акустический сигнал с улучшенным отношением сигнала к шуму. Прошедший сигнал преобразуется акустикоэлектрическим преобразователем 2 в электрический сигнал с некоторыми потерями по амплитуде. Этот электрический сигнал усиливается усилителем 3 с тем, чтобы повысить его амплитуду до величины, обеспечивающей эффективный режим преобразования в блоке резонансных частот 4, где достигается дополнительное увеличение отношения сигнал/шум. С выхода преобразователя 4 сигнал поступает в дополнительный усилитель 5, где он усиливается до амплитуды, обеспечивающей заведомое превышение амплитуды этого сигнала на выходе детектора 6 величины напряжения на выходе опорного источника 8 компаратора 7. The device operates as follows. The filter 1 of the device is brought into direct contact with the outer surface of the pipeline and thus all the acoustic signals passing through the pipe are fed to the input of the filter 1, made with a passband of 100-150 kHz, which corresponds to the spectrum of the acoustic signal excited by a moving object. An acoustic signal with an improved signal to noise ratio passes through filter 1. The transmitted signal is converted by the acoustoelectric transducer 2 into an electrical signal with some loss in amplitude. This electrical signal is amplified by the amplifier 3 in order to increase its amplitude to a value that provides an efficient conversion mode in the resonant frequency unit 4, where an additional increase in the signal-to-noise ratio is achieved. From the output of the Converter 4, the signal enters an additional amplifier 5, where it is amplified to an amplitude that provides a known excess of the amplitude of this signal at the output of the detector 6 of the voltage at the output of the reference source 8 of the comparator 7.

На фиг.2 приведены временные эпюры сигнала помехи, например, индустриальной и сигнала возбужденного прохождением очистного объекта на выходе амплитудного детектора 6 и амплитуда U_оп напряжения источника 8 опорного напряжения. Компаратор 7 формирует импульсы (см. фиг.2б), длительность которых равна длительности сигнала помехи или длительности сигнала возбужденного очистным объектом на уровне амплитуды напряжения U_оп опорного источника 8. Дальнейшая обработка сигнала поясняется на предпочтительном исполнении селектора 9 длительности сигнала. Заданная длительность импульса, формируется ждущим мультивибратором 16, выбрана несколько меньше половины длительности импульса (см. фиг. 2б), на выходе компаратора 7, возбужденного очистным объектом на максимальной скорости прохождения. Таким образом, в качестве эталонного по длительности импульса, обусловленного очистным объектом, выбрана минимально возможная его длительность, в частности 2 с, и при этом заданная длительность импульса ждущего мультивибратора 16 выбрана равной 0,9 с. Такой заданной длительности импульсы вырабатываются мультивибратором 16 и от сигнала помехи и от сигнала, возбужденного очистным объектом (см. фиг. 2б). На фиг.2 показаны эпюры этих же импульсов на выходе схемы 17 совпадений, на отдельный вход которой поступают импульсы (см. фиг. 2,б) с выхода компаратора 7. По заднему фронту импульсов (см. фиг.2,г) осуществляется запуск формирователя 18 импульсов заднего фронта, которые показаны на фиг. 2,д. При их сложении во второй схеме 19 совпадений с импульсами (см. фиг. 2,б), поступающими на второй ее вход с выхода компаратора 7, очевидно, что импульс помехи на выход схемы 19 совпадений не проходит. Импульс (см. фиг. 2, е) запускает ждущий мультивибратор 20, вырабатывающий импульс (см. фиг.2,ж), например, длительностью 2 с. Таким образом, осуществлена селекция сигнала по длительности. Одновременно с приведенной селекцией сигнала по длительности импульсный селектор 12 максимума сигнала во времени вырабатывает импульсы (см. фиг.2,з), соответствующие началу спада его амплитуды (см. фиг. 2, а). Таким образом, сопоставление эпюр импульсов на фиг.2,ж и фиг. 2, а показывает, что через схему совпадения 10 на вход индикатора 11 пройдет лишь импульс, возбужденный сигналом очистного объекта. Назначение импульсного селектора максимума сигнала состоит также в том, чтобы исключить поступление ложного сигнала на вход индикатора 11 при воздействии на вход устройства непрерывным сигналом помехи с постоянной амплитудой, либо сигналом помехи, значительно превышающим длительность сигнала, возбужденного очистным объектом. При этом импульсный селектор 12 максимума соответственно либо вообще не формирует импульса, либо формирует его во времени, не совпадающем во времени с импульсом мультивибратора 20 селектора 9.Figure 2 shows the time plot of the interference signal, for example, industrial and the signal excited by the passage of the treatment object at the output of the amplitude detector 6 and the amplitude U _op voltage of the source 8 of the reference voltage. The comparator 7 generates pulses (see. 2b), the duration of which is equal to the duration of signal interference or signal the duration of the cleaning object on the excited level of the voltage U _op amplitude reference source 8. Further signal processing is illustrated in the preferred embodiment, the signal selector 9 duration. The specified pulse duration is formed by the waiting multivibrator 16, slightly less than half the pulse duration is selected (see Fig. 2b), at the output of the comparator 7, excited by the treatment object at the maximum speed. Thus, the minimum possible duration, in particular 2 s, was selected as a reference pulse duration due to the treatment object, and the specified pulse duration of the waiting multivibrator 16 was selected to be 0.9 s. Such a predetermined duration, the pulses are generated by the multivibrator 16 both from the interference signal and from the signal excited by the treatment object (see Fig. 2b). Figure 2 shows the diagrams of the same pulses at the output of the coincidence circuit 17, to a separate input of which pulses are received (see Fig. 2, b) from the output of the comparator 7. A start is made along the trailing edge of the pulses (see Fig. 2, d) trailing edge pulse shaper 18, which are shown in FIG. 2, d. When they are added in the second circuit 19 coincidences with the pulses (see Fig. 2, b) received at its second input from the output of the comparator 7, it is obvious that the interference pulse to the output of the coincidence circuit 19 does not pass. The pulse (see Fig. 2, f) starts the waiting multivibrator 20, generating a pulse (see Fig. 2, g), for example, for a duration of 2 s. Thus, the selection of the signal duration. Simultaneously with the given selection of the signal by duration, the pulse selector 12 of the signal maximum in time generates pulses (see Fig. 2, h) corresponding to the beginning of a decrease in its amplitude (see Fig. 2, a). Thus, the comparison of the pulse diagrams in FIG. 2, g and FIG. 2a shows that only the pulse excited by the signal of the treatment facility will pass through the coincidence circuit 10 to the input of the indicator 11. The purpose of the pulse maximum signal selector is also to exclude the receipt of a false signal at the input of the indicator 11 when a continuous signal is applied to the input of the device with a constant amplitude, or an interference signal significantly exceeding the duration of the signal excited by the cleaning object. In this case, the maximum pulse selector 12, respectively, either does not generate a pulse at all, or forms it in time that does not coincide in time with the pulse of the multivibrator 20 of the selector 9.

Claims

1. DEVICE FOR MONITORING THE PURPOSE OF A CLEANING OBJECT IN A PIPELINE, comprising a receiving acoustic-electric transducer with an amplifier at the output, a narrow-band filter, as well as a series-connected amplitude detector, a comparator with a reference voltage source, and an indicator, characterized in that it is equipped with a resonant frequency block in in the form of electro-acoustic and acoustic-electric piezoelectric transducers connected by a sound conductor with an additional amplifier at the output, a pulse selector the maximum of the signal and the coincidence circuit, the output of which is connected to the indicator, and the inputs are with a pulse selector of the maximum signal connected to the input of the comparator, and with a pulse selector of the signal duration connected to the output of the comparator, the filter being made in the form of a narrow-band acoustic filter and set to the input of the receiving acoustic-electric transducer, the output of which is through the corresponding amplifier and connected in series to the resonant frequency unit with an additional amplifier at the output and an amplitude detector is connected to the input of the comparator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the sound conductor is made in the form of a quarter-wave thickness plate of the average length of the acoustic input signal.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the pulse duration selector is made in the form of a series-connected first waiting multivibrator with a given pulse duration, a first coincidence circuit, a trailing edge pulse shaper, a second coincidence circuit and a second waiting multivibrator, both coincidence circuits being connected by the second inputs to the output of the comparator.