RU2037797C1

RU2037797C1 - Device for remote detection of injury of pipe-line

Info

Publication number: RU2037797C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Геннадьевич Вилин
Original assignee: Юрий Геннадьевич Вилин
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: instrumentation. SUBSTANCE: remote detection of injury in pipe-line is conducted by placement of pressure transducers in radio communication line which includes electron logic units for processing of signals. EFFECT: expanded application field. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническим средствам контроля состояния магистральных трубопроводов с жидкими средами, перекачиваемыми под давлением, например магистральных водопроводов, нефтепроводов и прдуктопроводов. The invention relates to measuring equipment, in particular to technical means for monitoring the condition of pipelines with liquid media pumped under pressure, for example, pipelines, oil pipelines and product pipelines.

Известен сигнализатор нарушения герметичности напорных трубопроводов [1] содержащий датчик вибрации, помещенный на стене трубы и соединенный с усилителем, один выход которого связан с блоком сравнения непосредственно, а другой через реле времени. Known alarm leakage pressure pipes [1] containing a vibration sensor placed on the pipe wall and connected to an amplifier, one output of which is connected to the comparison unit directly, and the other through a time relay.

Это устройство обладает низкой помехозащищенностью, малой чувствительностью и малыми функциональными возможностями. This device has low noise immunity, low sensitivity and low functionality.

Известно аналоговое устройство для определения мест повреждения напорного трубопровода [2] содержащее датчик, блок переключения, усилители, блок задержки, индикатор временной задержки, блок перемножения, блок интегрирования, измеритель сигнала блока интегрирования и индикатор уровня сигнала. Known analog device for determining the location of damage to the pressure pipe [2] comprising a sensor, a switching unit, amplifiers, a delay unit, a time delay indicator, a multiplication unit, an integration unit, a signal meter of an integration unit and a signal level indicator.

Устройство обладает низкой помехозащищенностью и малой чувствительностью. The device has low noise immunity and low sensitivity.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для дистанционного обнаружения повреждения трубопровода [3] содержащее передающий пункт, включающий последовательно соединенные преобразователь давления, фильтр нижних частот, селектор, генератор звуковой частоты и усилитель мощности, приемный пункт, включающий последовательно соединенные полосовой фильтр, детектор и индикатор, линию связи между выходом усилителя мощности и входом полосового фильтра. The closest in technical essence and the achieved effect to the invention is a device for remote detection of pipeline damage [3] containing a transmitting point, including a series-connected pressure transducer, low-pass filter, selector, sound frequency generator and power amplifier, a receiving point, including a series-connected strip filter, detector and indicator, communication line between the output of the power amplifier and the input of the band-pass filter.

Основными недостатками прототипа являются низкие помехозащищенность и чувствительность и малые функциональные возможности, заключающиеся только в обнаружении факта повреждения и отсутствии оценки степени повреждения трубопровода. The main disadvantages of the prototype are low noise immunity and sensitivity and low functionality, consisting only in the detection of damage and the lack of assessment of the degree of damage to the pipeline.

Задачами изобретения являются повышение помехозащищенности и чувствительности, а также расширение функциональных возможностей. The objectives of the invention are to increase the noise immunity and sensitivity, as well as expanding the functionality.

Для этого в известное устройство для дистанционного обнаружения повреждения трубопровода, содержащее передающий пункт, включающий последовательно соединенные преобразователь давления и фильтр нижних частот, усилитель мощности, приемный пункт, включающий полосовой фильтр и индикатор, и линию связи между передающим и приемными пунктами, соединяющую выход усилителя мощности и вход полосового фильтра, дополнительно введены на передающем пункте последовательно соединенные блок выборки и хранения, блок вычитания, блок дифференцирования, первый пороговый блок и блок фиксации логического уровня, второй пороговый блок, последовательно соединенные ключ, блок фиксации максимума, компаратор напряжений, блок совпадения, ждущий преобразователь напряжения в длительность и блок выделения заднего фронта импульса, выход которого подключен к вторым входам блока фиксации максимума и блока фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом блока совпадения, выход фильтра нижних частот подключен к второму входу блока вычитания и первому входу блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом
второго порогового блока. Выход блока дифференцирования подключен к входу второго порогового блока и первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока, а выход подключен также к второму входу компаратора напряжений. Выход блока фиксации максимума подключен к второму входу ждущего преобразователя напряжения в длительность, выход которого подключен к входу модулируемого генератора несущей частоты. На приемном пункте введен детектор, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, а между выходом детектора и входом индикатора включен блок оценки длительности импульса.To do this, in a known device for remote detection of pipeline damage, comprising a transmitting point including a series-connected pressure transducer and a low-pass filter, a power amplifier, a receiving point including a band-pass filter and an indicator, and a communication line between the transmitting and receiving points connecting the output of the power amplifier and the input of the bandpass filter, are additionally introduced at the transmitting point in series connected block sampling and storage, a subtraction unit, a differentiation unit, a first threshold block and a logic level lock block, a second threshold block, a key in series, a maximum lock block, a voltage comparator, a coincidence block, a waiting voltage converter in duration, and a pulse trailing edge allocation unit, the output of which is connected to the second inputs of the maximum lock block and block fixing the logic level, the output of which is connected to the second input of the coincidence unit, the output of the low-pass filter is connected to the second input of the subtraction unit and the first input of the sampling unit and store the second input of which is connected to the output
second threshold block. The output of the differentiation block is connected to the input of the second threshold block and the first input of the key, the second input of which is connected to the output of the first threshold block, and the output is also connected to the second input of the voltage comparator. The output of the maximum latching unit is connected to the second input of the waiting voltage converter in duration, the output of which is connected to the input of a modulated carrier frequency generator. A detector has been introduced at the receiving point, the input of which is connected to the output of the band-pass filter, and a pulse duration estimator is included between the detector output and the indicator input.

Введение последовательно соединенных блока выборки и хранения, блока вычитания, блока дифференцирования и второго порогового блока позволяет обеспечить высокую чувствительность к возникновению регулярного изменения давления в трубопроводе путем использования пошагового с частотой дискретизации детального анализа поведения отфильтрованной от высокочастотных флюктуаций в фильтре нижних частот реализация информационного сигнала с выхода преобразователя давления, что позволяет обнаруживать относительно малые по величине, но быстрые перепады давления из-за мгновенного возникновения небольших по объему и степени повреждений трубопровода. The introduction of a series-connected sampling and storage unit, a subtraction unit, a differentiation unit and a second threshold unit allows for high sensitivity to the occurrence of regular changes in pressure in the pipeline by using a step-by-step detailed sampling analysis of the behavior of the low-pass filter filtered from high-frequency fluctuations in the implementation of the information signal from the output pressure transducer, which allows you to detect relatively small in size but fast pressure drops due to the instantaneous occurrence of small in volume and degree of damage to the pipeline.

Предлагаемое устройство имеет чувствительность по утечке от повреждения трубопровода не менее 0,5% от предельного хозяйственного расхода трубопровода. Возникновение относительно крутого перепада давления в трубопроводе за период дискретизации, установленного в блоке выборки и хранения, фиксируется переводом сигнала на выходе второго порогового блока на другой, например высокий уровень относительно исходного уровня, при этом дискретизация входной реализации прекращается и производится дальнейший анализ изменения во времени величины входного сигнала относительно хранящегося в блоке выборки и хранения уровня входного сигнала, величина которого запомнена на момент последней дискретизации. The proposed device has a sensitivity for leakage from damage to the pipeline of at least 0.5% of the maximum economic consumption of the pipeline. The occurrence of a relatively sharp pressure drop in the pipeline during the sampling period set in the sampling and storage unit is recorded by transferring the signal at the output of the second threshold unit to another, for example, a high level relative to the initial level, while the input implementation is discretized and a further analysis of the time variation of the input signal relative to the level of the input signal stored in the sampling and storage unit, the value of which is stored at the time of the last discrete ization.

Критическое значение величины изменения давления за период дискретизации устанавливается величиной порога срабатывания второго порогового блока с учетом обеспечения помехозащищенности к низкочастотным флюктуациям давления в трубопроводе, уменьшая вероятность ложных тревог при обнаружении повреждений из-за такого типа помех. The critical value of the pressure change over the sampling period is set by the response threshold of the second threshold block, taking into account the noise immunity to low-frequency pressure fluctuations in the pipeline, reducing the likelihood of false alarms when damage is detected due to this type of interference.

Введение последовательно соединенных первого порогового блока и блока фиксации логического уровня позволяет обеспечить помехозащищенность к относительно высокочастотным и глубоким флюктуациям давления в трубопроводе, не вызванным его повреждением, например пульсациям давления, которые, однако, могут иметь за период дискретизации относительно большую глубину и вызвать срабатывание второго порогового блока. Анализ величины сигнала на выходе блока дифференцирования, описывающего скорость изменения давления относительно момента обнаружения существенного изменения давления за период дискретизации, позволяет обнаружить появление фронта перепада давления в поврежденном трубопроводе, имеющего большую скорость изменения давления по сравнению с помеховыми флюктуациями давления в трубопроводе. Пороговое значение скорости изменения давления, соответствующее принятию решения об обнаружении повреждения трубопровода, устанавливается порогом срабатывания первого порогового блока, при превышении которого сигналом с выхода блока дифференцирования сигнал на выходе первого порогового блока переводится на другой, например высокий, уровень относительно исходного уровня. Происходит обнаружение фронта перепада давления из-за повреждения. The introduction of the first threshold block and the logic level fixation block connected in series makes it possible to provide noise immunity to relatively high-frequency and deep pressure fluctuations in the pipeline that are not caused by its damage, for example, pressure pulsations, which, however, may have a relatively large depth during the sampling period and trigger the second threshold block. The analysis of the signal value at the output of the differentiation unit, which describes the rate of pressure change relative to the moment of detecting a significant pressure change during the sampling period, makes it possible to detect the appearance of a pressure drop front in the damaged pipeline, which has a higher pressure change rate compared to interference pressure fluctuations in the pipeline. The threshold value of the rate of change of pressure corresponding to the decision to detect damage to the pipeline is set by the response threshold of the first threshold block, when it is exceeded by a signal from the output of the differentiation block, the signal at the output of the first threshold block is transferred to another, for example, high, level relative to the initial level. The differential pressure front is detected due to damage.

В процессе анализа естественных высокочастотных флюктуаций, обнаруженных при срабатывании второго порогового блока, величина сигнала с выхода блока дифференцирования не превышает порога срабатывания первого порогового блока соответствующей установкой этого порога. Этим обеспечивается помехозащищенность к высокочастотным флюктуациям давления в трубопроводе, уменьшая вероятность ложных тревог при обнаружении повреждения из-за такого типа помех. Срабатывание первого порогового блока фиксируется переводом блока фиксации логического уровня в сработанное состояние, которое затем сбросится после формирования и передачи информационной посылки на приемный пункт, а момент срабатывания соответствует моменту обнаружения повреждения трубопровода. In the process of analyzing natural high-frequency fluctuations detected when the second threshold block is triggered, the magnitude of the signal from the output of the differentiation block does not exceed the threshold of the first threshold block by the corresponding setting of this threshold. This provides noise immunity to high-frequency pressure fluctuations in the pipeline, reducing the likelihood of false alarms when damage is detected due to this type of interference. The triggering of the first threshold block is fixed by the translation of the logic level fixation block to the triggered state, which will then be reset after the formation and transmission of the information package to the receiving point, and the response time corresponds to the moment of detection of pipeline damage.

Если не произошло обнаружение фронта перепада давления трубопровода, а второй пороговый блок сработал из-за флюктуаций давления, то через некоторое время скорость изменения давления изменится и сигнал на выходе блока дифференцирования уменьшится до уровня порога отпускания второго порогового блока и произойдет его возвращение в исходное (отпущенное) состояние, уровень сигнала на его выходе станет исходным (низким) и блок выборки и хранения начнет дискретизацию и хранение входной реализации сигнала с периодом дискретизации, величина которого согласована со спектром помеховых флюктуаций давления в трубопроводе таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая чувствительность и помехозащищенность работы устройства в соответствии с параметрами трубопровода, условиями его эксплуатации и типом перекачиваемой жидкой среды. При этом частота дискретизации имеет величину существенно большую, чем полоса пропускания фильтра нижних частот. If the front of the differential pressure drop of the pipeline was not detected, and the second threshold block was triggered due to pressure fluctuations, then after some time the pressure change rate will change and the signal at the output of the differentiation block will decrease to the level of the release threshold of the second threshold block and it will return to the original (released ) the state, the signal level at its output will become the source (low) and the sampling and storage unit will begin discretization and storage of the input signal implementation with a sampling period, the value of torogo agreed with the spectrum of the disturbance fluctuations of pressure in the conduit so as to provide the desired sensitivity and noise immunity of the device in accordance with the parameters of the pipeline, operating conditions and the type of fluid being pumped. In this case, the sampling frequency has a value significantly greater than the passband of the low-pass filter.

Введение блока дифференцирования позволяет осуществлять оценку степени повреждения трубопровода, так как сигнал на его выходе пропорционален скорости изменения давления. Поэтому при превышении сигнала с выхода блока дифференцирования порога срабатывания первого порогового блока, т.е. когда произошло обнаружение повреждения трубопровода, открывается ключ и этот сигнал поступает на блок фиксации максимума, который непрерывно запоминает текущее значение сигнала с выхода блока дифференцирования, и после того как скорость изменения давления фронта перепада давления начинает уменьшаться в процессе установления нового значения давления в поврежденном трубопроводе, величина этого сигнала достигает максимального значения и начинает также уменьшаться, стремять к нулевому уровню. The introduction of the differentiation unit allows you to assess the degree of damage to the pipeline, since the signal at its output is proportional to the rate of change of pressure. Therefore, when a signal is exceeded from the output of the differentiation unit of the threshold of operation of the first threshold block, i.e. when a pipeline damage is detected, the key is opened and this signal is sent to the maximum fixation unit, which continuously remembers the current value of the signal from the output of the differentiation unit, and after the rate of change of pressure of the differential pressure front begins to decrease in the process of establishing a new pressure value in the damaged pipeline, the magnitude of this signal reaches its maximum value and also begins to decrease, tending to a zero level.

Однако, в блоке фиксиции максимума запоминается максимальное значение сигнала с выхода блока дифференцирования, которое затем используется в качестве оценочного значения степени повреждения трубопровода. Величина этого максимального значения является оценкой максимальной скорости изменения давления при повреждении трубопровода и пропорциональна величине повреждения при известных параметрах, описывающих процесс перекачки жидкой среды по данному трубопроводу. Зафиксированная максимальная величина сигнала с выхода блока дифференцирования передается на приемный пункт, что позволяет расширить функциональные возможности устройства и наряду с передачей на приемный пункт факта обнаружения повреждения трубопровода передается также информация об оценке степени повреждения. However, in the maximum fixation block, the maximum signal value from the output of the differentiation block is stored, which is then used as an estimate of the degree of damage to the pipeline. The magnitude of this maximum value is an estimate of the maximum rate of pressure change in case of damage to the pipeline and is proportional to the value of damage with known parameters that describe the process of pumping a liquid medium through this pipeline. The recorded maximum value of the signal from the output of the differentiation unit is transmitted to the receiving point, which allows to expand the functionality of the device and, along with the transmission to the receiving point of the fact of detecting damage to the pipeline, information is also transmitted on the assessment of the degree of damage.

Введение ждущего преобразователя напряжения в длительность, служащего для преобразования энергетического параметра сигнала уровня напряжения, в неэнергетический параметр передаваемого информационного сигнала длительность импульса, позволяет повысить помехозащищенность передаваемой информации об оценке степени повреждения, так как такой вид модуляции информационного параметра является более помехозащищенным при передаче по линии связи между передающим и приемным пунктом, на которую действуют различного рода электромагнитные помехи, в основном энергетического воздействия, и при этом протяженность линии связи (затухание на трассе) в меньшей степени скажется на достоверности переданной информации. На приемном пункте осуществляется оценка длительности переданного импульса и ее отображение на индикаторе в единицах степени повреждения трубопровода. The introduction of a standby voltage converter in duration, which serves to convert the energy parameter of the voltage level signal into a non-energy parameter of the transmitted information signal, the pulse duration, allows to increase the noise immunity of the transmitted information about the assessment of the degree of damage, since this type of modulation of the information parameter is more noise-resistant during transmission over the communication line between the transmitting and receiving points, which are affected by various kinds of electromagnetic bellows, mainly of energy impact, and the length of the communication line (attenuation on the track) will less affect the reliability of the transmitted information. At the receiving point, the duration of the transmitted pulse is estimated and displayed on the indicator in units of the degree of damage to the pipeline.

На чертеже приведена электрическая функциональная схема предлагаемого устройства для дистанционного обнаружения повреждения трубопровода. The drawing shows an electrical functional diagram of the proposed device for remote detection of damage to the pipeline.

Предлагаемое устройство для дистанционного обнаружения повреждений трубопровода содержит передающий пункт, включающий последовательно соединенные преобразователь 1 давления, фильтр 2 нижних частот, блок 3 выборки и хранения, блок 4 вычитания, блок 5 дифференцирования, первый пороговый блок 6 и блок 7 фиксации логического уровня, второй пороговый блок 8, последовательно соединенные ключ 9, блок 10 фиксации максимума, компаратор 11 напряжений, блок 12 совпадения, ждущий преобразователь 13 напряжения в длительность, модулируемый генератор 14 несущей частоты и усилитель 15 мощности, блок 16 выделения заднего фронта импульса, вход которого соединен с выходом ждущего преобразователя 13 в длительность, а выход подключен к вторым входам блока 10 фиксации максимума и блока 7 фиксации логического уровня, выход которого соединен с вторым входом блока 12 совпадения. The proposed device for remote detection of damage to the pipeline contains a transmitting point, including a series-connected pressure transducer 1, a low-pass filter 2, a sampling and storage unit 3, a subtraction unit 4, a differentiation unit 5, a first threshold unit 6 and a logic level fixing unit 7, a second threshold block 8, serially connected key 9, maximum fixation block 10, voltage comparator 11, coincidence block 12, a voltage-to-duration converter 13 waiting, a modulated carrier generator 14 her frequency and power amplifier 15, the block 16 of the selection of the trailing edge of the pulse, the input of which is connected to the output of the waiting Converter 13 in duration, and the output is connected to the second inputs of the block 10 of the maximum and block 7 fixation of the logical level, the output of which is connected to the second input of the block 12 coincidences.

Выход фильтра 2 нижних частот подключен к второму входу блока 4 вычитания, выход блока 5 дифференцирования к первому входу ключа 9 и входу второго порогового блока 8, выход которого подключен к второму входу блока 3 выборки и хранения, второй вход ключа 9 подключен к выходу первого порогового блока 6, а его выход к второму входу компаратора 11 напряжений. Второй вход ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность подключен к выходу блока 10 фиксации максимума. The output of the low-pass filter 2 is connected to the second input of the subtraction unit 4, the output of the differentiation unit 5 to the first input of the key 9 and the input of the second threshold unit 8, the output of which is connected to the second input of the sampling and storage unit 3, the second input of the key 9 is connected to the output of the first threshold block 6, and its output to the second input of the comparator 11 voltages. The second input of the idle voltage converter 13 is connected to the output of the maximum latching unit 10.

Приемный пункт включает последовательно соединенные полосовой фильтр 18, детектор 19, блок 20 оценки длительности импульса и индикатор 21, и линию 17 связи между передающим и приемным пунктами, соединяющую выход усилителя 15 мощности и вход полосового фильтра 18. The receiving station includes a series-connected bandpass filter 18, a detector 19, a pulse width estimator 20 and an indicator 21, and a communication line 17 between the transmitting and receiving points connecting the output of the power amplifier 15 and the input of the bandpass filter 18.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. The operation of the proposed device is as follows.

Сначала рассмотрим работу передающего пункта. В исходном состоянии преобразователь 1 давления помещен в контролируемый трубопровод и преобразует гидравлическое давление в электрический сигнал по пропорциональному закону. Далее электрический сигнал фильтруется в фильтре 2 нижних частот, который срезает высокочастотные флюктуации и пропускает для анализа только полосу частот сигнала, и соответственно давления в трубопроводе, согласованную с возможной скоростью изменения давления при повреждении. Этим повышается помехозащищенность устройства в целом. First, consider the operation of the transmitting point. In the initial state, the pressure transducer 1 is placed in a controlled pipeline and converts the hydraulic pressure into an electrical signal in accordance with the proportional law. Next, the electrical signal is filtered in a low-pass filter 2, which cuts off the high-frequency fluctuations and passes for analysis only the frequency band of the signal, and accordingly the pressure in the pipeline, consistent with the possible rate of change of pressure in case of damage. This increases the noise immunity of the device as a whole.

Первый 6 и второй 8 пороговые блоки, блок 7 фиксации логического уровня и компаратор 11 напряжений находятся в отпущенном состоянии на их выходах имеется сигнал логического нуля, например низкий уровень. Ключ 9 заперт сигналом логического нуля с выхода первого порогового блока 6. Сигналы на входе и выходе блока 10 фиксации максимума равны нулю. Ждущий преобразователь 13 напряжения в длительность находится в режиме ожидания. Модулируемый генератор 14 несущей частоты не генерирует колебаний несущей частоты, и соответственно в линию связи и на приемный пункт не поступает никакого сигнала. Блок 3 выборки и хранения с периодом дискретизации осуществляет выборку мгновенных значений сигнала с выхода фильтра 2 нижних частот и ее хранение и выдачу на первый вход (вход уменьшаемого) блока 4 вычитания, на второй вход (вход вычитаемого) которого непосредственно и непрерывно поступает текущее значение сигнала с выхода фильтра 2 нижних частот. The first 6 and second 8 threshold blocks, a logic level fixation block 7, and a voltage comparator 11 are in the released state; there is a logic zero signal at their outputs, for example, a low level. The key 9 is locked by a logic zero signal from the output of the first threshold block 6. The signals at the input and output of the maximum latching block 10 are zero. The standby voltage-to-duration converter 13 is in standby mode. The modulated carrier frequency generator 14 does not generate carrier frequency oscillations, and accordingly, no signal is transmitted to the communication line and to the receiving station. Block 3 sampling and storage with a sampling period selects the instantaneous values of the signal from the output of the low-pass filter 2 and its storage and issuance to the first input (input decremented) unit 4 subtraction, the second input (input subtracted) which directly and continuously receives the current signal value from the output of the lowpass filter 2.

Вначале рассмотрим работу устройства в условиях отсутствия флюктуации давления в трубопроводе, обусловленных, например, пульсациями последнего при перекачке. В этом случае в неповрежденном трубопроводе давление постоянное и соответственно сигнал на выходе фильтра 2 нижних частот имеет постоянную величину. Сигналы на первом и втором входе блока 4 вычитания одинаковы, и на вход блока 5 дифференцирования поступает нулевой сигнал, поэтому все остальные блоки находятся в исходном состоянии. First, we consider the operation of the device in the absence of pressure fluctuations in the pipeline, due, for example, to pulsations of the latter during pumping. In this case, the pressure in the undamaged pipeline is constant and, accordingly, the signal at the output of the low-pass filter 2 has a constant value. The signals at the first and second input of the subtraction block 4 are the same, and a zero signal is input to the differentiation block 5, so all the other blocks are in the initial state.

В случае повреждения трубопровода на контролируемом участке вдоль трубопровода распространяется волна спада давления. При достижении фронтом волны спада давления преобразователя 1 давления на его выходе формируется сигнал, изменяющийся в соответствии с изменением давления, и формируется на выходе фильтра 2 нижних частот фронт спада уровня сигнала. In the event of damage to the pipeline, a pressure drop wave propagates along the pipeline along the pipeline. When the front of the wave decreases the pressure drop of the pressure transducer 1 pressure at its output, a signal is generated that changes in accordance with the change in pressure, and a signal drop front is formed at the output of the low-pass filter 2.

В блоке 3 выборки и хранения в момент дискретизации запоминается значение уровня сигнала, которое передается на первый вход блока 4 вычитания и остается там постоянным на весь период дискретизации. На второй вход блока 4 вычитания поступает сигнал, текущее значение которого уменьшается в течение длительности периода дискретизации в соответствии с изменением фронта сигнала. На выходе блока 4 вычитания непрерывно выделяется разность сигналов на его входах, которая равна текущему изменению разности между запомненным значением уровня и изменяющимся текущим значением уровня сигнала. In block 3 of sampling and storage at the time of sampling, the signal level value is stored, which is transmitted to the first input of subtraction block 4 and remains constant there for the entire sampling period. A signal is received at the second input of the subtraction unit 4, the current value of which decreases over the duration of the sampling period in accordance with the change in the signal front. At the output of the subtraction unit 4, the difference of the signals at its inputs is continuously allocated, which is equal to the current change in the difference between the stored level value and the changing current value of the signal level.

Скорость изменения этой разницы пропорциональна скорости изменения давления в трубопроводе и соответствует скорости нарастания фронта спада давления, которая в свою очередь пропорциональна степени повреждения трубопровода: чем больше повреждение, тем скорость изменения больше. Сигнал разности поступает на вход блока 5 дифференцирования, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения фронта волны и соответственно пропорциональный степени повреждения. The rate of change of this difference is proportional to the rate of change of pressure in the pipeline and corresponds to the rate of rise of the pressure drop front, which in turn is proportional to the degree of damage to the pipeline: the greater the damage, the greater the rate of change. The difference signal is fed to the input of the differentiation unit 5, the output of which forms a signal proportional to the rate of change of the wave front and, accordingly, proportional to the degree of damage.

Сигнал с выхода блока 5 дифференцирования одновременно поступает на входы первого 6 и второго 8 пороговых блоков, которые имеют разные уровни срабатывания. Второй пороговый блок 8 имеет более низкий уровень срабатывания. The signal from the output of the differentiation unit 5 simultaneously enters the inputs of the first 6 and second 8 threshold blocks, which have different levels of operation. The second threshold unit 8 has a lower response level.

Период дискретизации сигнала в блоке 3 выборки и хранения выбран такой величины, что при появлении фронта волны спада от опасного повреждения трубопровода сигнал на выходе блока 5 дифференцирования достигает порога срабатывания второго порогового блока 8, который срабатывает, и на его выходе формируется сигнал логической единицы, например высокого уровня. Этот сигнал поступает на второй (управляющий) вход блока 3 выборки и хранения и прекращает процесс последующей дискретизации с сохранением на его выходе последнего запомненного уровня сигнала. Для этого, например, в блоке 3 выборки и хранения имеется ключ, который отключает генератор импульсов от управляющего входа устройства дискретизации и хранения. Соответствующим подбором периода дискретизации в блоке 3 выборки и хранения и величины порога срабатывания во втором пороговом блоке 8 устанавливается требуемая чувствительность устройства к степени повреждения трубопровода путем реагирования на скорость изменения давления за время дискретизации на начальном участке фронта волны спада давления. The sampling period of the signal in the sampling and storage unit 3 is chosen such that when a decay wavefront from dangerous damage to the pipeline appears, the signal at the output of the differentiation unit 5 reaches the response threshold of the second threshold unit 8, which is triggered, and a logical unit signal is generated at its output, for example high level. This signal is fed to the second (control) input of the sampling and storage unit 3 and stops the process of subsequent sampling with the last stored signal level being saved at its output. For this, for example, in block 3 of sampling and storage there is a key that disconnects the pulse generator from the control input of the device for sampling and storage. By appropriate selection of the sampling period in block 3 of sampling and storage and the threshold value in the second threshold block 8, the required sensitivity of the device to the degree of damage to the pipeline is established by responding to the rate of pressure change during sampling at the initial section of the pressure drop wave front.

На выходе блока 4 вычитания по окончании периода дискретизации происходит дальнейшее изменение уровня сигнала в соответствии с изменением уровня фронта волны, т.е. происходит выделение фронта сигнала. Соответственно, на выходе блока 5 дифференцирования происходит дальнейшее формирование сигнала, пропорционального скорости изменения фронта сигнала, который за время, превышающее период дискретизации, увеличивается пропорционально нарастанию фронта волны и достигает порога срабатывания первого порогового блока 6, величина которого выбрана в соответствии с возможной дальнейшей скоростью изменения фронта волны от наименьшего обнаруженного повреждения трубопровода, т.е. подбором порога срабатывания первого порогового блока 6 устанавливается чувствительность всего устройства к степени повреждения трубопровода путем реагирования на скорость изменения давления за время, превышающее период дискретизации на этапе последующего нарастания фронта волны спада давления, который имеет протяженность во времени существенно большую, чем период дискретизации. At the end of the subtraction unit 4, at the end of the sampling period, a further change in the signal level occurs in accordance with a change in the level of the wave front, i.e. the edge of the signal is highlighted. Accordingly, at the output of the differentiation unit 5, a signal is further formed proportional to the rate of change of the signal front, which for a time exceeding the sampling period increases in proportion to the rise of the wave front and reaches the response threshold of the first threshold block 6, the value of which is selected in accordance with a possible further rate of change wave front from the least detected damage to the pipeline, i.e. by selecting the response threshold of the first threshold block 6, the sensitivity of the entire device to the degree of damage to the pipeline is established by responding to the rate of pressure change over a time period exceeding the sampling period at the stage of the subsequent rise of the pressure drop wave front, which has a significantly longer time than the sampling period.

При этом величина порога срабатывания первого порогового блока 6 устанавливается несколько ниже уровня, достигаемого сигналом на выходе блока 5 дифференцирования при максимальной скорости изменения фронта давления, соответствующего наименьшей требуемой обнаруживаемой степени повреждения трубопровода. In this case, the threshold value of the first threshold block 6 is set slightly lower than the level reached by the signal at the output of the differentiation block 5 at the maximum rate of change of the pressure front corresponding to the lowest required detectable degree of damage to the pipeline.

После срабатывания первого порогового блкоа 6 сигнал на его выходе переходит на уровень логической единицы, например высокий уровень. При этом блок 7 фиксации логического уровня срабатывает и сигнал на его выходе переходит на уровень логической единицы, например высокий уровень, который поступает на второй вход блока 12 совпадения. Одновременно сигналом логической единицы с выхода первого порогового блока 6 открывается ключ 9, через который с выхода блока 5 дифференцирования сигнал поступает на первый (информационный) вход блока 10 фиксации максимума и на второй вход компаратора 11 напряжений. After the first threshold block 6 is triggered, the signal at its output goes to the level of a logical unit, for example, a high level. When this block 7 fixation of the logical level is triggered and the signal at its output goes to the level of the logical unit, for example, a high level, which is fed to the second input of the block 12 matches. At the same time, a signal of a logical unit from the output of the first threshold block 6 opens the key 9, through which from the output of the differentiation block 5 the signal is fed to the first (information) input of the maximum fixation block 10 and to the second input of the voltage comparator 11.

В момент срабатывания первого порогового блока 6 уровень сигнала на выходе блока 5 дифференцирования превысит его порог срабатывания, но еще не достиг максимального значения и в дальнейшем продолжает расти. В этот момент сигнал на выходе блока 10 фиксации максимума повторяет сигнал на его входе и в дальнейшем также продолжает расти до максимального значения сигнала на выходе блока 5 дифференцирования. Когда сигнал на выходе блока 5 дифференцирования начинает падать, что соответствует уменьшению скорости изменения фронта волны при подходе давления к новому установившемуся значению, сигнал на выходе блока 10 фиксации максимума не изменяется и сохраняет значение максимального уровня, достигнутого сигналом с выхода блока 5 дифференцирования. At the moment of operation of the first threshold block 6, the signal level at the output of the differentiation block 5 will exceed its response threshold, but has not yet reached its maximum value and continues to grow in the future. At this moment, the signal at the output of the maximum fixation unit 10 repeats the signal at its input and further continues to grow to the maximum value of the signal at the output of the differentiation unit 5. When the signal at the output of the differentiation unit 5 begins to fall, which corresponds to a decrease in the rate of change of the wave front when the pressure approaches a new steady-state value, the signal at the output of the maximum fixation unit 10 does not change and stores the value of the maximum level reached by the signal from the output of the differentiation unit 5.

Это зафиксированное максимальное значение сигнала с выхода блока 5 дифференцирования определяет максимальную скорость изменения фронта волны давления и пропорционально степени повреждения трубопровода, поэтому оно является оценкой степени повреждения. Чем больше степень повреждения трубопровода, тем больше скорость изменения фронта волны давления и тем большая величина фиксированного максимального уровня сигнала на выходе блока 5 дифференцирования. После фиксации уровня максимума в блоке 10 фиксации максимума и при уменьшении уровня сигнала на выходе блока 5 дифференцирования срабатывает компаратор 11 напряжений и на его выходе после момента фиксации максимума формируется сигнал логической единицы, например, высокого уровня, который поступает на первый вход блока 12 совпадения. This fixed maximum value of the signal from the output of the differentiation unit 5 determines the maximum rate of change of the pressure wave front and is proportional to the degree of damage to the pipeline, therefore it is an estimate of the degree of damage. The greater the degree of damage to the pipeline, the greater the rate of change of the front of the pressure wave and the greater the value of the fixed maximum signal level at the output of the differentiation unit 5. After the maximum level is fixed in the maximum fixation block 10 and when the signal level decreases, the voltage comparator 11 is activated at the output of the differentiation block 5 and a logic unit signal, for example, a high level, is received at the first input of the coincidence block 12 at the output of the maximum fixation.

Из-за наличия двух логических единиц на обоих входах блока 12 совпадений на его выходе формируется в момент срабатывания компаратора 11 напряжений сигнал запуска ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность, который поступает на первый (управляющий) вход последнего. На втором (информационном) входе ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность присутствует сигнал с выхода блока 10 фиксации максимума и в момент подачи управляющего сигнала начинается процесс преобразования уровня напряжения на информационном входе в длительность импульса на выходе. Due to the presence of two logical units at both inputs of the coincidence block 12, an output signal is generated at the moment the comparator 11 is triggered that the start signal of the standby voltage converter 13 lasts, which arrives at the first (control) input of the latter. At the second (informational) input of the waiting voltage converter 13 for duration, there is a signal from the output of the maximum latching unit 10, and at the time of supply of the control signal, the process of converting the voltage level at the information input to the output pulse width begins.

Ждущий преобразователь 13 напряжения в длительность может быть выполнен, например, в виде фантастрона. Факт запуска и формирования импульса на выходе ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность соответствует факту обнаружения повреждения трубопровода. Длительность импульса на выходе ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность пропорциональна зафиксированному значению сигнала в блоке 10 фиксации максимума, а следовательно, и скорости изменения фронта волны давления и соответственно степени повреждения трубопровода. При этом оценка степени повреждения трубопровода из энергетического параметра уровня напряжения преобразуется в неэнергетический параметр длительность импульса, что позволяет в дальнейшем при передаче по линии связи снизить влияние помех на достоверность переданной информации, т. к. амплитуда сигнала менее помехозащищена при передаче по линии связи, чем длительность, от воздействия электромагнитных полей и затухания в линии передачи на расстояние. The standby voltage-to-duration converter 13 can be made, for example, in the form of a fantastron. The fact of starting and generating a pulse at the output of the waiting voltage converter 13 for the duration corresponds to the fact of detecting damage to the pipeline. The pulse duration at the output of the standby voltage-to-voltage converter 13 is proportional to the fixed signal value in the maximum fixation unit 10, and therefore, the rate of change of the pressure wave front and, accordingly, the degree of damage to the pipeline. In this case, the assessment of the degree of damage to the pipeline from the energy parameter of the voltage level is converted into a non-energy parameter, the pulse duration, which allows further reducing the influence of interference on the reliability of the transmitted information when transmitting via a communication line, since the signal amplitude is less noise-protected during transmission over the communication line than duration, from exposure to electromagnetic fields and attenuation in the transmission line over a distance.

Импульс с выхода ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность поступает на вход модулируемого генератора 14 несущей частоты и осуществляет его амплитудную модуляцию, в результате чего на его выходе формируется сигнал несущей частоты, длительность которого равна длительности модулирующего импульса. Сигнал с выхода модулируемого генератора 14 несущей частоты поступает на вход усилителя 15 мощности, который производит усиление сигнала до необходимого уровня, и с его выхода передается в линию связи 17. The pulse from the output of the standby voltage converter 13 for a duration is supplied to the input of a modulated carrier frequency generator 14 and carries out its amplitude modulation, as a result of which a carrier frequency signal is generated at its output, the duration of which is equal to the duration of the modulating pulse. The signal from the output of the modulated generator 14 of the carrier frequency is fed to the input of the power amplifier 15, which amplifies the signal to the required level, and from its output is transmitted to the communication line 17.

В момент окончания импульса на выходе ждущего преобразователя 13 в блоке 16 формируется импульс сброса, возникновение которого говорит об окончании передачи информации об обнаружении и оценки степени повреждения трубопровода на выход передающего пункта в линию связи. Этот импульс поступает на вторые входы (входы сброса) блока 7 фиксации логического уровня и блока 10 фиксации максимума и производит их перевод в начальное нулевое состояние. При этом из-за падения уровня сигнала на выходе блока 5 дифференцирования в связи с уменьшением скорости фронта волны сначала первый пороговый блок 6 переходит в отпущенное состояние и закрывается ключ 9, а затем при подходе давления к новому установившемуся уровню второй пороговый блок 8 переходит в отпущенное состояние. Все блоки передающего пункта после передачи информационного сигнала в линию связи 17 вернулись в исходное состояние, и процесс его работы повторяется. At the end of the pulse, a reset pulse is generated at the output of the waiting converter 13 in block 16, the occurrence of which indicates the end of the transmission of information about the detection and assessment of the degree of damage to the pipeline at the output of the transmitting point to the communication line. This pulse is supplied to the second inputs (reset inputs) of the logic level fixation unit 7 and the maximum fixation unit 10 and transfers them to the initial zero state. In this case, due to a drop in the signal level at the output of the differentiation unit 5 due to a decrease in the wave front velocity, the first threshold block 6 first goes into the released state and the key 9 is closed, and then, when the pressure approaches a new steady level, the second threshold block 8 goes into the released state. All blocks of the transmitting point after the transmission of the information signal to the communication line 17 returned to its original state, and the process of its operation is repeated.

Приемный пункт работает следующим образом. Импульс несущей частоты поступает из линии связи 17 в плосовой фильтр 18, настроенный на несущую частоту и имеющий полосу пропускания, соответствующую минимально возможной длительности информационного сигнала. Плосовой фильтр 18 подавляет полосовые составляющие, поступающие из линии связи 17, и выделяет полезный сигнал, который затем детектируется по амплитуде в детекторе 19, на выходе которого выделяется переданная копия информационного сигнала с выхода ждущего преобразователя 13 напряжения в длительность. Длительность сигнала с выхода детектора 19 оценивается в блоке 20 оценки длительности импульса, и величина этой оценки соответствует величине оценки степени повреждения трубопровода. Результат оценки отображается на индикаторе 21. Сам факт формирования оценки соответствует факту обнаружения повреждения трубопровода. The reception center works as follows. The carrier frequency pulse comes from the communication line 17 to the bandpass filter 18, tuned to the carrier frequency and having a passband corresponding to the minimum possible duration of the information signal. The band-pass filter 18 suppresses the band components coming from the communication line 17 and selects a useful signal, which is then detected by the amplitude in the detector 19, the output of which is the transmitted copy of the information signal from the output of the standby voltage converter 13 in duration. The duration of the signal from the output of the detector 19 is estimated in block 20 estimates the duration of the pulse, and the value of this assessment corresponds to the value of the assessment of the degree of damage to the pipeline. The result of the assessment is displayed on indicator 21. The very fact of the formation of the assessment corresponds to the fact of detecting damage to the pipeline.

Теперь рассмотрим работу предлагаемого устройства с учетом флюктуаций давления в трубопроводе, обусловленных, например, пульсациями давления при перекачке жидких продуктов в отсутствии повреждения трубопровода. В этом случае в процессе наблюдения с выхода преобразователя 1 давления сигнал представляет собой случайный процесс с широким спектром. В фильтре 2 нижних частот осуществляется подавление помеховых составляющих со спектром, превышающим максимально возможную частоту полезного сигнала, соответствующую максимально возможной скорости изменения фронта волны давления. Now, we consider the operation of the proposed device taking into account pressure fluctuations in the pipeline, caused, for example, by pressure pulsations during the pumping of liquid products in the absence of damage to the pipeline. In this case, in the process of observation from the output of the pressure transducer 1, the signal is a random process with a wide spectrum. In the low-pass filter 2, interference suppression is carried out with a spectrum exceeding the maximum possible frequency of the useful signal corresponding to the maximum possible rate of change of the pressure wave front.

Низкочастотные помеховые флюктуации сигнала с выхода фильтра 2 нижних частот подвергаются двухступенчатому анализу. Сначала анализируется скорость изменения давления за период дискретизации путем сравнения с порогом срабатывания второго порогового блока 8 сигнала с выхода блока 5 дифференцирования. При этом помеховые флюктуации с малой скоростью изменения не обнаруживаются и для них обеспечивается высокая помехозащищенность. При превышении скорости изменения флюктуаций давления за период дискретизации критического значения, производится анализ скорости изменения давления за более протяженный отрезок времени путем сравнения сигнала на выходе блока 5 дифференцирования с порогом срабатывания первого порогового блока 6. При этом помеховые флюктуации не достигают порога срабатывания и не происходит формирования информационного сигнала о повреждении трубопровода. Таким образом, соответствующим выбором величины периода дискретизации в блоке 3 выборки и хранения, порогов срабатывания первого 6 и второго 8 пороговых блоков обеспечивается низкая величина вероятности ложного обнаружения повреждения трубопровода, т.е. высокая помехозащищенность работы устройства. The low-frequency noise fluctuations of the signal from the output of the low-pass filter 2 are subjected to a two-stage analysis. First, the rate of pressure change over the sampling period is analyzed by comparison with the threshold of the second threshold block 8 of the signal from the output of block 5 of differentiation. In this case, interference fluctuations with a low rate of change are not detected and they provide high noise immunity. If the rate of change of pressure fluctuations during the sampling period of the critical value is exceeded, the rate of pressure change over a longer period of time is analyzed by comparing the signal at the output of the differentiation unit 5 with the response threshold of the first threshold unit 6. In this case, the interference fluctuations do not reach the response threshold and formation does not occur information signal about damage to the pipeline. Thus, by appropriate selection of the sampling period in block 3 of sampling and storage, the thresholds of the first 6 and second 8 threshold blocks provides a low probability of false detection of damage to the pipeline, i.e. high noise immunity of the device.

После передачи и приема информационного сигнала об обнаружении и оценки степени повреждения устройство вновь готово к работе и может обнаруживать, оценивать и регистрировать повторное повреждение контролируемого трубопровода. After transmitting and receiving an information signal about the detection and assessment of the degree of damage, the device is ready for use again and can detect, evaluate and record repeated damage to the monitored pipeline.

Claims

A device for remotely detecting damage to a pipe containing a transmitting point including a series-connected pressure transducer and a low-pass filter, a power amplifier, a receiving point including a band-pass filter and an indicator, and a communication line between the transmitting and receiving points connecting the output of the power amplifier and the input of the band-pass filter characterized in that a modulated carrier frequency generator, series-connected sampling and storage unit, and a subtracting unit are introduced into it at a transmitting point power supply, differentiation unit, first threshold block and logic level lock block, second threshold block, serially connected key, maximum lock block, voltage comparator, coincidence block, a waiting voltage converter in duration and a pulse trailing edge extraction unit, the output of which is connected to the second inputs maximum fixation unit and logic level fixation unit, the output of which is connected to the second input of the coincidence unit, the output of the low-pass filter is connected to the second input of the subtraction unit and the first the input of the sampling and storage unit, the second input of which is connected to the output of the second threshold unit, the output of the differentiation unit is connected to the input of the second threshold unit and the first input of the key, the second input of which is connected to the output of the first threshold unit, and the output is also connected to the second input of the voltage comparator , the output of the maximum latching unit is connected to the second input of the waiting voltage converter in duration, the output of which is connected to the input of a modulated carrier frequency generator; the projector, the input of which is connected to the output of the band-pass filter, and between the output of the detector and the input of the indicator a pulse duration estimator is included.