RU2414689C1 - Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes - Google Patents
Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414689C1 RU2414689C1 RU2009137415/28A RU2009137415A RU2414689C1 RU 2414689 C1 RU2414689 C1 RU 2414689C1 RU 2009137415/28 A RU2009137415/28 A RU 2009137415/28A RU 2009137415 A RU2009137415 A RU 2009137415A RU 2414689 C1 RU2414689 C1 RU 2414689C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- low
- multiplier
- filter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения места течи в трубах городских тепловых сетей с температурой воды до 140°С.The proposed device relates to a measuring technique and can be used to determine the place of a leak in the pipes of urban heating networks with a water temperature of up to 140 ° C.
Известны устройства для определения места течи в подземных трубопроводах (авт. свид. СССР №№336.463, 380.910, 411.268, 417.675, 724.957, 724.959, 930.034, 932.098, 941.776, 947.666, 1.079.946, 1.208.402, 1.368.685, 1.657.988, 1.778.597, 1.781.577, 1.800.219; патенты РФ №№2.011.110, 2.026.372, 2.047.039, 2.047.815, 2.053.436, 2.083.757; патенты США №№3.045.116, 3.744.298, 4.289.019; патент Великобритании №1.349.120; патенты Франции №№2.374.628, 2.504.651; патент ФРГ №3.112.829; патенты Японии №№4.611.795, 5.568.566, 63-22531; Волошин В.И. и др. Акустический определитель местоположения развивающегося дефекта. Дефектоскопия, 1980, №8, с.69-74 и другие.Known devices for determining the location of a leak in underground pipelines (ed. Certificate of the USSR No. 336.463, 380.910, 411.268, 417.675, 724.957, 724.959, 930.034, 932.098, 941.776, 947.666, 1.079.946, 1.208.402, 1.368.685, 1.657 .988, 1.778.597, 1.781.577, 1.800.219; RF patents Nos. 2,011.110, 2.026.372, 2.047.039, 2.047.815, 2.053.436, 2.083.757; US patents Nos. 3.045.116 , 3.744.298, 4.289.019; UK patent No. 1,349.120; French patents No. 2,374.628, 2.504.651; German patent No. 3.112.829; Japanese patents No. 4.611.795, 5.568.566, 63-22531 Voloshin V.I. et al. Acoustic locator of a developing defect. Flaw detection, 1980, No. 8, pp. 69-74 and others.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство поиска мест утечек магистральных трубопроводов» (патент РФ №2.196.312, G01M 3/24, 2001), который и выбран в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is the "Device for locating leaks of trunk pipelines" (RF patent No. 2.196.312, G01M 3/24, 2001), which is selected as a prototype.
Указанное устройство обеспечивает повышение надежности радиоканала. Это достигается использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.The specified device provides increased reliability of the radio channel. This is achieved by using complex phase shift keyed signals.
Однако известное устройство имеет сравнительно низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.However, the known device has a relatively low noise immunity to narrowband interference.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости устройства путем подавления узкополосных помех.An object of the invention is to increase the noise immunity of the device by suppressing narrowband interference.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения места течи в трубах городских тепловых сетей, содержащее первый и второй датчики вибрации, устанавливаемые на концах диагностируемой секции трубопровода, последовательно подключенные к выходу первого датчика вибрации первый усилитель, первый фильтр, первый аналого-цифровой преобразователь, цифровой коррелятор, второй вход которого соединен с выходом дешифратора, и дисплей, последовательно подключенные к выходу второго датчика вибрации второй усилитель, второй фильтр, второй аналого-цифровой преобразователь, шифратор и передатчик, выполненный в виде последовательно включенных генератора высокой частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом шифратора, и усилителя мощности, приемник, к выходу которого последовательно подключены удвоитель фазы, первый измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через второй измеритель ширины спектра соединен с выходом приемника, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом ключа, и первый фильтр нижних частот, снабжено фазовращателем на +30°, фазовращателем на -30°, фазовращателем на +90°, третьим и четвертым перемножителями, вторым и третьим фильтрами нижних частот и двумя блоками вычитания, причем к выходу узкополосного фильтра последовательно подключены фазовращатель на +30°, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом ключа, второй фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход подключен к входу дешифратора, к выходу узкополосного фильтра последовательно подключены фазовращатель на -30°, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом ключа, и третий фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания.The problem is solved in that the device for determining the leak in the pipes of urban heating networks, containing the first and second vibration sensors installed at the ends of the diagnosed section of the pipeline, connected in series to the output of the first vibration sensor is the first amplifier, the first filter, the first analog-to-digital converter, a digital correlator, the second input of which is connected to the output of the decoder, and a display, connected in series to the output of the second vibration sensor, a second amplifier, a second filter, there is an analog-to-digital converter, encoder and transmitter, made in the form of series-connected high-frequency generator, phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the encoder, and a power amplifier, a receiver, the output of which is connected in series with a phase doubler, the first spectral width meter, block comparison, the second input of which is connected to the output of the receiver through a second spectral width meter, a threshold block, a key, the second input of which is connected to the output of the receiver, the first multiplier, the second input of which is connected to the output of the first low-pass filter, a narrow-band filter, a second multiplier, the second input of which is connected to the key output, and the first low-pass filter, is equipped with a + 30 ° phase shifter, -30 ° phase shifter, + 90 ° phase shifter, the third and fourth multipliers, the second and third low-pass filters and two subtraction units, and a phase shifter + 30 °, a third multiplier, the second input of which is connected to the key output, is connected to the output of the narrow-band filter, the second filter low pass, first subtraction block, + 90 ° phase shifter and second subtraction block, the second input of which is connected to the output of the first low-pass filter, and the output is connected to the decoder input, the -30 ° phase shifter, the fourth multiplier are connected in series to the output of the narrow-band filter, the second input of which is connected to the key output, and the third low-pass filter, the output of which is connected to the second input of the first subtraction unit.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, подменяющие работу устройства, изображены на фиг.2. На фиг.3 приведены значения скорости распространения ударной волны по стальным напорным трубам, на фиг.4 - по чугунным трубам, наполненным водой с различной температурой.The structural diagram of the proposed device is presented in figure 1. Timing diagrams that replace the operation of the device shown in figure 2. Figure 3 shows the values of the velocity of propagation of a shock wave along steel pressure pipes, and Fig. 4 - along cast-iron pipes filled with water at different temperatures.
Устройство содержит первый 1 и второй 2 датчики вибрации, установленные на концах диагностируемой секции трубопровода и предназначенные для преобразования виброакустических сигналов в электрические, первый 3 и второй 4 усилители для усиления электрических сигналов, первый 5 и второй 6 фильтры для выделения требуемой полосы частот, цифровой коррелятор 7 для измерения возможной корреляции двух сигналов, дисплей 8, предназначенный для отображения цифровой и графической информации, передатчик 9 для создания электрических колебаний высокой частоты и управления ими с целью передачи информации на расстояние при помощи электромагнитных волн, приемник 10 для приема, преобразования и использования энергии электромагнитных волн, излученных антенной передающего устройства, первый 11 и второй 12 аналого-цифровые преобразователи, предназначенные для дискретизации во времени и квантования по уровню входных аналоговых сигналов, шифратор 13 для преобразования двоичного кода в циклический, дешифратор 14, предназначенный для преобразования циклического кода в двоичный с обнаружением и исправлением ошибок, генератор 15 высокой частоты, фазовый манипулятор 16, усилитель 17 мощности, селектор (обнаружитель) 18 ФМн-сигнала, удвоитель 19 фазы, первый 20 и второй 21 измерители ширины спектра, блок 22 сравнения, пороговый блок 23, ключ 24, демодулятор 25 ФМн-сигналов, первый 26, второй 28, третий 32 и четвертый 33 перемножители, узкополосный фильтр 27, первый 29, второй 34 и третий 35 фильтры нижних частот, фазовращатель 30 на +30° фазовращатель 31 на -30°, фазовращатель 37 на +90°, первый 36 и второй 38 блоки вычитания.The device contains the first 1 and second 2 vibration sensors installed at the ends of the diagnosed section of the pipeline and designed to convert vibroacoustic signals into electrical ones, the first 3 and second 4 amplifiers for amplifying electrical signals, the first 5 and second 6 filters to select the required frequency band, a digital correlator 7 for measuring the possible correlation of two signals, a display 8 for displaying digital and graphic information, a transmitter 9 for generating high-frequency electrical oscillations frequencies and control them in order to transmit information over a distance using electromagnetic waves, a receiver 10 for receiving, converting and using the energy of electromagnetic waves emitted by the antenna of the transmitting device, the first 11 and second 12 analog-to-digital converters designed for time sampling and quantization according to level of input analog signals, an encoder 13 for converting a binary code into a cyclic one, a decoder 14 intended for converting a cyclic code into a binary one with detection and error correction, high-frequency generator 15, phase manipulator 16, power amplifier 17, selector (detector) 18 QPSK signal, phase 19 doubler, first 20 and second 21 spectral width meters, comparison unit 22, threshold block 23, key 24, demodulator 25 PSK signals, first 26, second 28, third 32 and fourth 33 multipliers, narrow-band filter 27, first 29, second 34 and third 35 low-pass filters, phase shifter 30 to + 30 ° phase shifter 31 to -30 °, phase shifter 37 to + 90 °, the first 36 and second 38 blocks of subtraction.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Первый 1 и второй 2 датчики вибрации устанавливаются на концах обследуемого участка трубопровода. Виброакустические сигналы, возбуждаемые течью, распространяются вдоль трубопровода в обоих направлениях и воспринимаются первым 1 и вторым 2 датчиком, с выходов которых электрические сигналы поступают на первый 3 и второй 4 усилители соответственно.The first 1 and second 2 vibration sensors are installed at the ends of the examined section of the pipeline. Vibroacoustic signals excited by the leak propagate along the pipeline in both directions and are sensed by the first 1 and second 2 sensors, from the outputs of which electric signals are sent to the first 3 and second 4 amplifiers, respectively.
С помощью первого 5 и второго 6 фильтров производится выделение рабочей полосы частот, оптимальное значение которой определяется параметрами трубопровода и помеховой обстановкой. Первый 11 и второй 12 аналого-цифровые преобразователи преобразуют входные сигналы в цифровые коды. С выхода первого аналого-цифрового преобразователя 11 цифровые коды поступают на первый вход цифрового коррелятора 7 непосредственно.Using the first 5 and second 6 filters, the working frequency band is allocated, the optimal value of which is determined by the parameters of the pipeline and the interference environment. The first 11 and second 12 analog-to-digital converters convert the input signals into digital codes. From the output of the first analog-to-digital converter 11, the digital codes are fed directly to the first input of the digital correlator 7.
Из-за большого пространственного удаления второго аналого-цифрового преобразователя 12 от цифрового коррелятора 7 для передачи кодов с выхода второго аналого-цифрового преобразователя 12 на второй вход цифрового коррелятора 7 используется радиоканал.Due to the large spatial distance of the second analog-to-digital converter 12 from the digital correlator 7, a radio channel is used to transmit codes from the output of the second analog-to-digital converter 12 to the second input of the digital correlator 7.
Коды с выхода второго аналого-цифрового преобразователя 12 поступают на шифратор 13, с помощью которого формируется циклический код. Генератор 15 формирует колебания высокой частоты (фиг.2, А).Codes from the output of the second analog-to-digital Converter 12 are fed to the encoder 13, with which a cyclic code is generated. The generator 15 generates high-frequency oscillations (Fig.2, A).
где Vc, wc, φс, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания, которые поступают на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого поступает модулирующий код M(t) (фиг.2, Б) с выхода шифратора 13. На выходе фазового манипулятора 16 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.2, В).where V c , w c , φ c , T c is the amplitude, carrier frequency, initial phase, and duration of harmonic oscillations that arrive at the first input of the phase manipulator 16, the second input of which receives the modulating code M (t) (Fig. 2, B) from the output of the encoder 13. At the output of the phase manipulator 16, a phase-shift (PSK) signal is generated (Fig. 2, C).
где φk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φk(t)=const при K τэ<t<(k+1) τэ и может измениться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);where φ k (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase that displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M (t), and φ k (t) = const for K τ e <t <(k + 1 ) τ e and can change abruptly at t = kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (k = 1, 2, ..., N-1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc (Tc=N·τэ);τ e , N is the duration and number of chips that make up the signal of duration T c (T c = N · τ e );
который после усиления в усилителе 17 мощности излучается в эфир.which after amplification in the power amplifier 17 is radiated into the air.
Этот сигнал принимается приемником 10 и поступает на вход селектора (обнаружителя) 18, состоящего из удвоителя 19 фазы, измерителей 20 и 21 ширины спектра, блока 22 сравнения, порогового блока 23 и ключа 24.This signal is received by the receiver 10 and fed to the input of the selector (detector) 18, consisting of a phase doubler 19,
На выходе удвоителя 19 фазы образуется гармоническое напряжение (фиг.2, г)At the output of the phase doubler 19, a harmonic voltage is generated (Fig. 2, g)
где 
K1 - коэффициент передачи перемножителя.K 1 - gear ratio of the multiplier.
Удвоитель 19 фазы представляет собой перемножитель, на два входа которого подается ФМн-сигнал U1(t)Phase doubler 19 is a multiplier, the PSK signal U 1 (t) is supplied to its two inputs
Так как 
тогда как ширина спектра Δfc ФМн-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок Δfc=1/τэ,while the width of the spectrum Δf c FMN signal is determined by the duration τ e of its elementary premises Δf c = 1 / τ e ,
т.е. ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δfc входного сигнала Δfc/Δf2=N.those. the width of the spectrum Δf 2 of the second harmonic of the signal is N times smaller than the width of the spectrum Δf c of the input signal Δf c / Δf 2 = N.
Следовательно, при умножении фазы ФМн-сигнала на два его спектр «сворачивается» в N раз. Это обстоятельство позволяет обнаружить и отселектировать ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника 10 меньше мощности шумов и помех.Therefore, when the phase of the QPSK signal is multiplied by two, its spectrum “folds” N times. This circumstance makes it possible to detect and select the QPSK signal even when its power at the input of the receiver 10 is less than the power of noise and interference.
Ширина спектра Δfc входного ФМн-сигнала измеряется с помощью измерителя 21 ширины спектра, а ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 20 ширины спектра. Напряжения V3 и V4, пропорциональные Δfc и Δf2 соответственно, с выходов измерителей 21 и 20 поступают на два входа блока 22 сравнения. Так как V3>>V4, то на выходе блока 22 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень Vпор в пороговом блоке 23. Пороговый уровень Vпор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи.The spectral width Δf c of the input QPSK signal is measured using a spectral width meter 21, and the spectral width Δf 2 of the second harmonic of the signal is measured using a
Если на вход блока 22 сравнения поступают напряжения приблизительно одинаковые по амплитуде, то на его выходе напряжение отсутствует, выходное напряжение блока 22 сравнения образуется лишь в том случае, когда на его входы поступают напряжения, значительно отличающиеся друг от друга по амплитуде.If the input of the comparison unit 22 receives voltages approximately equal in amplitude, then there is no voltage at its output, the output voltage of the comparison unit 22 is formed only when voltages significantly different from each other in amplitude are supplied to its inputs.
При превышении порогового уровня Vпор в пороговом блоке 23 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 24, открывая его. В исходном состоянии ключ 24 всегда закрыт. При этом принимаемый ФМн-сигнал U1(t) с выхода приемника через открытый ключ 24 поступает на фазовый демодулятор 25, состоящий из перемножителей 26 и 28, узкополосного фильтра 27 и фильтра 29 нижних частот. Данный демодулятор свободен от явления «обратной работы».When the threshold level V pores is exceeded, a constant voltage is generated in the threshold block 23, which is supplied to the control input of the key 24, opening it. In the initial state, key 24 is always closed. In this case, the received QPSK signal U 1 (t) from the receiver output through the public key 24 is supplied to the phase demodulator 25, which consists of multipliers 26 and 28, a narrow-band filter 27, and a low-pass filter 29. This demodulator is free from the phenomenon of “reverse work”.
Принимаемый ФМн-сигнал U1(t) с выхода приемника 10 через открытый ключ 24 поступает на первые входы перемножителей 26 и 28. На второй вход перемножителя 28 с выхода узкополосного фильтра 27 подается опорное напряжение (фиг.2, Д).The received PSK signal U 1 (t) from the output of the receiver 10 through the public key 24 is supplied to the first inputs of the multipliers 26 and 28. The reference voltage is applied to the second input of the multiplier 28 from the output of the narrow-band filter 27 (Fig. 2, D).
В результате перемножения образуется результирующее напряжениеAs a result of multiplication, the resulting voltage is formed
где 
Аналог модулирующего кода (фиг.2, Е)Analog modulating code (figure 2, E)
выделяется фильтром 29 нижних частот и поступает на второй вход перемножителя 26, на выходе которого образуется гармоническое напряжениеallocated by the low-pass filter 29 and fed to the second input of the multiplier 26, at the output of which a harmonic voltage is generated
где 
Данное напряжение выделяется узкополосным фильтром 27 и подается на второй вход перемножителя 28.This voltage is allocated by a narrow-band filter 27 and is supplied to the second input of the multiplier 28.
Описанная выше работа фазового демодулятора 25 соответствует стационарному (устойчивому) режиму работы. Ему предшествует переходной режим работы, когда в полосе пропускания узкополосного фильтра 27 появляется гармоническое напряжение U0(t). Это обусловлено переходными процессами, в спектре колебаний которых будет присутствовать и гармоническое напряжение с частотой Wc.The operation of the phase demodulator 25 described above corresponds to a stationary (stable) mode of operation. It is preceded by a transient mode of operation, when a harmonic voltage U 0 (t) appears in the passband of the narrow-band filter 27. This is due to transients, in the spectrum of which will be present and harmonic voltage with a frequency of W c .
Если на вход приемника 10 действует узкополосная помехаIf the input to the receiver 10 is a narrowband interference
частота Wп которого незначительно отличается от несущей частоты Wc принимаемого ФМн-сигналаthe frequency W p which is slightly different from the carrier frequency W c the received QPSK signal
где ΔWφ - полоса пропускания фильтров 29, 34 и 35 нижних частот, то аддитивная смесь принимаемого ФМн-сигнала U1(t) и узкополосной помехи Uп(t)where ΔW φ is the passband of the low-pass filters 29, 34 and 35, then the additive mixture of the received PSK signal U 1 (t) and narrow-band interference U p (t)
с выхода приемника 10 через открытый ключ 24 поступает на первые входы перемножителей 26, 28, 32 и 33.from the output of the receiver 10 through the public key 24 is supplied to the first inputs of the multipliers 26, 28, 32 and 33.
Опорное напряжение U0(t) (фиг.2, Д) с выхода узкополосного фильтра 27 одновременно поступает на второй вход перемножителя 28 и на входы фазовращателей 30 и 31 на +30° и -30°, на выходе которых образуются соответствующие напряжения:The reference voltage U 0 (t) (Fig. 2, D) from the output of the narrow-band filter 27 is simultaneously supplied to the second input of the multiplier 28 and to the inputs of the phase shifters 30 and 31 by + 30 ° and -30 °, at the output of which the corresponding voltages are formed:
которые подаются на вторые входы перемножителей 32 и 33 на первые входы которых подается принимаемый ФМн-сигнал U1(t), на выходе перемножителей 28, 32 и 33 образуются следующие напряжения соответственно:which are supplied to the second inputs of the multipliers 32 and 33 to the first inputs of which the received PSK signal U 1 (t) is supplied, the following voltages are generated at the output of the multipliers 28, 32 and 33, respectively:
где 
Фильтрами 29, 34 и 35 нижних частот выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:The low-pass filters 29, 34 and 35 distinguish the following low-frequency voltages, respectively:
На выходе первого блока 36 вычитания образуется следующее разностное напряжение:At the output of the first subtraction unit 36, the following differential voltage is generated:
Анализ полученного разностного напряжения показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.Analysis of the obtained differential voltage shows that it is an estimate of the interfering component, which differs from the interfering component in the main channel by a + 90 ° phase rotation.
Разностное напряжение ΔUн1(t) с выхода блока 36 вычитания поступает на вход фазовращателя 37 на +90°, на выходе которого образуется напряжениеThe differential voltage ΔU n1 (t) from the output of the subtraction unit 36 is fed to the input of the phase shifter 37 by + 90 °, at the output of which a voltage is generated
Напряжение Uн1(t} с выхода первого фильтра 29 нижних частот поступает на первый вход блока 38 вычитания, на второй вход которого подается напряжение Uн2(t) с выхода фазовращателя 37 на +90°. На выходе блока 38 вычитания образуется следующее разностное напряжениеThe voltage U n1 (t} from the output of the first low-pass filter 29 is supplied to the first input of the subtraction unit 38, the second input of which is supplied with the voltage U n2 (t) from the output of the phase shifter 37 by + 90 °. The following differential voltage is generated at the output of the subtraction unit 38
в котором помеховая составляющая отсутствует.in which the interference component is absent.
Напряжение ΔUн3(t), представляющие собой аналог модулирующего кода (фиг.2, Е), с выхода блока 38 вычитания поступает на вход дешифратора 14. С помощью дешифратора 14 производится восстановление двоичного кода из циклического с обнаружением и исправлением ошибок, возникающих в радиоканале из-за воздействия различных помех.The voltage ΔU n3 (t), which is an analog of the modulating code (Fig. 2, E), from the output of the subtraction unit 38 is fed to the input of the decoder 14. Using the decoder 14, the binary code is restored from the cyclic one with the detection and correction of errors that occur in the radio channel due to various interference.
С выхода дешифратора 14 цифровые коды поступают на второй вход цифрового коррелятора 7, в котором производится расчет массива коэффициентов корреляции между сигналами, принятыми первым 1 и вторым 2 датчиками вибрации, для различных величин задержек между ними. Результаты расчетов выводятся на дисплей 8.From the output of the decoder 14, digital codes are sent to the second input of the digital correlator 7, in which the array of correlation coefficients between the signals received by the first 1 and second 2 vibration sensors is calculated for various delays between them. The calculation results are displayed on display 8.
Принцип действия устройства основан на измерении корреляционным способом разности времени распространения гидравлических ударных волн, возбуждаемых вытекающей под давлением из отверстия трубы средой (водой, нефтью, газом и др.), от места течи до двух датчиков 1 и 2 вибрации, установленных на трубопроводе с обеих сторон от места течи (фиг.1). По разности времени, при которой наблюдается максимум коэффициента корреляции, заданным длине участка трубы между установленными датчиками и скорости распространения ударной волны по трубе вычисляется расстояние от одного из датчиков до места течиThe principle of the device’s operation is based on measuring in a correlation way the difference in the propagation time of hydraulic shock waves excited by the medium flowing out of pressure from the pipe opening (water, oil, gas, etc.), from the leak to two
L=(D-VT)/2,L = (D-VT) / 2,
где L - расстояние вдоль трубы от места установки второго датчика до места течи; D - длина диагностируемой секции трубопровода; V - скорость распространения виброакустического сигнала от течи вдоль трубопровода; Т - величина задержки сигнала с первого датчика 1 относительно сигнала со второго датчика 2, при которой наблюдается максимум коэффициента корреляции.where L is the distance along the pipe from the installation site of the second sensor to the leak; D is the length of the diagnosed section of the pipeline; V is the velocity of propagation of the vibroacoustic signal from the leak along the pipeline; T is the delay value of the signal from the first sensor 1 relative to the signal from the
В цифровой коррелятор-процессор 7 вводятся значения D и V. Расстояние D находится из паспортных данных диагностируемого участка трубопровода или измеряется с помощью рулетки, мерного колеса или другим доступным в конкретных условиях методом.The values of D and V are entered into the digital correlator-processor 7. The distance D is found from the passport data of the diagnosed section of the pipeline or is measured using a tape measure, measuring wheel or other method available in specific conditions.
Значение скорости V распространения ударной волны по трубопроводу зависит от диаметра, толщины стенки и материала трубопровода, а также температуры среды.The value of the velocity V of the shock wave propagation through the pipeline depends on the diameter, wall thickness and material of the pipeline, as well as the temperature of the medium.
На фиг.3 приведены значения скорости V распространения ударной волны по стальным напорным трубам, на фиг.4 - по чугунным трубам, наполненным водой с различной температурой.Figure 3 shows the values of the velocity V of the propagation of the shock wave through steel pressure pipes, figure 4 - cast iron pipes filled with water with different temperatures.
Таблицы на фиг.3 и 4 составлены для средних значений толщины стенок труб, которые найдены по справочным данным для каждого типоразмера труб.The tables in FIGS. 3 and 4 are compiled for average pipe wall thicknesses, which are found from the reference data for each pipe size.
На основе измеренного значения разности времени Т прихода ударных волн от течи до датчиков 1 и 2, а также введенных в цифровой коррелятор-процессор 7 с клавиатуры значений длины D диагностируемого участка трубы и скорости V распространения ударной волны в цифровом корреляторе-процессоре 7 автоматически вычисляется расстояние L до места течи от датчика вибрации 2, которое отображается дисплеем 8.Based on the measured value of the difference in time T of the arrival of the shock waves from the leak to the
Используемый в устройстве корреляционный метод позволяет находить течь в трубах независимо от глубины их прокладки, вида грунта, интенсивности шума окружающей среды и обеспечивает высокую производительность поиска течей на протяженных участках диагностируемого трубопровода, что выгодно отличает данное устройство от акустических течеискателей.The correlation method used in the device makes it possible to detect leaks in pipes irrespective of their laying depth, soil type, environmental noise intensity and provides high leak detection performance in long sections of the diagnosed pipeline, which distinguishes this device from acoustic leak detectors.
Устройство обеспечивает поиск течей в трубах городских тепловых сетей с температурой воды до 140°С.The device provides a search for leaks in the pipes of urban heating networks with water temperatures up to 140 ° C.
Применяемый в устройстве многоразрядный цифровой коррелятор-процессор увеличивает достоверность определения места течи и помехоустойчивость устройства по сравнению с распространенным в ряде стран течеискателем, использующим полярные корреляторы.The multi-bit digital correlator-processor used in the device increases the reliability of determining the location of the leak and the noise immunity of the device compared to a leak detector using polar correlators, which is widespread in a number of countries.
В устройстве обеспечивается повышение надежности радиоканала. Это достигается использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Свойства, присущие этим сигналам, делают их перспективными при решении некоторых проблем в системах передачи информации в первую очередь для обеспечения работы системы под помехами, «разделение сигналов» по форме при их работе в общем участке диапазона частот.The device provides increased reliability of the radio channel. This is achieved by using complex phase shift keyed signals. The properties inherent in these signals make them promising for solving some problems in information transmission systems, first of all, to ensure the operation of the system under noise, “separation of signals” in shape when they work in a common section of the frequency range.
Сложные сигналы с фазовой манипуляцией позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять данные сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между работающими радиоканалами и селекцией их на приемной стороне с помощью частотных фильтров.Complex signals with phase manipulation make it possible to apply a new type of selection - structural selection. This means that there is a new opportunity to distinguish these signals from other signals and interference operating in the same frequency band and at the same time intervals. Fundamentally, you can abandon the traditional method of dividing the operating frequencies of the used range between the working radio channels and selecting them on the receiving side using frequency filters.
Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждого радиоканала во всем диапазоне частот сигналами с фазовой манипуляцией с выделением приемником сигнала необходимого радиосигнала посредством его структурной селекции.It can be replaced by a new method based on the simultaneous operation of each radio channel in the entire frequency range with phase-manipulated signals with the selection of the necessary radio signal by the receiver through its structural selection.
Интересной особенностью радиоканалов, использующих сложные сигналы с фазовой манипуляцией, являются их адаптивные свойства; с уменьшением числа работающих радиоканалов помехоустойчивость оставшихся автоматически возрастает.An interesting feature of radio channels using complex signals with phase shift keying is their adaptive properties; with a decrease in the number of working radio channels, the noise immunity of the remaining ones automatically increases.
Использование радиосигнала на базе сложного ФМн-сигнала позволяет осуществлять уверенный прием информации при наличии весьма мощных мешающих узкополосных сигналов и помех в полосе пропускания приемника. Таким путем решается задача, с которой метод частотной селекции принципиально не может справиться.The use of a radio signal based on a complex QPSK signal allows for reliable information reception in the presence of very powerful interfering narrowband signals and interference in the receiver passband. In this way, a problem is solved with which the method of frequency selection cannot fundamentally cope.
С точки зрения обнаружения сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают энергетической и структурной скрытностью.From the point of view of detection, complex signals with phase shift keying have energetic and structural secrecy.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.The energy secrecy of these signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, the PSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of the QPSK signal is by no means small, it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point in this region the signal power is less than the power of noise and interference.
Структурная скрытность ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.The structural secrecy of the QPSK signals is due to the wide variety of their shapes and significant ranges of parameter changes, which makes it difficult to optimally or at least quasi-optimally process the QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiver.
Предлагаемое устройство для определения места течи в трубах городских тепловых сетей может устанавливаться на борту легкового автомобиля, микроавтобуса или другого транспортного средства. Электропитание осуществляется от источника постоянного напряжения 12 В, например от аккумуляторной автомобильной батареи. В качестве датчиков могут быть использованы водозащищенные вибродатчики, содержащие керамические, акселерометрические вибропреобразователи и магнитные держатели.The proposed device for determining the place of a leak in the pipes of urban heating networks can be installed on board a passenger car, minibus or other vehicle. Power is supplied from a 12 V DC source, for example, from a car battery. As sensors can be used waterproof vibration sensors containing ceramic, accelerometer vibration transducers and magnetic holders.
Все указанное выше повышает надежность устройства, делает удобным его обслуживание и расширяет область его применения. Удобство эксплуатации и мобильность подготовки устройства к работе усиливаются конструктивной особенностью устройства, которая заключается в совмещении предварительного усилителя с кабельной катушкой.All of the above increases the reliability of the device, makes it convenient to service and expands its scope. Convenience of operation and mobility of preparing the device for work are enhanced by the design feature of the device, which consists in combining the pre-amplifier with a cable coil.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости радиоканала. Это достигается подавлением узкополосных помех фазокомпенсационным методом.Thus, the proposed device in comparison with the prototype provides increased noise immunity of the radio channel. This is achieved by suppressing narrow-band interference by the phase-compensation method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137415/28A RU2414689C1 (en) | 2009-10-05 | 2009-10-05 | Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137415/28A RU2414689C1 (en) | 2009-10-05 | 2009-10-05 | Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2414689C1 true RU2414689C1 (en) | 2011-03-20 |
Family
ID=44053778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137415/28A RU2414689C1 (en) | 2009-10-05 | 2009-10-05 | Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2414689C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104089186A (en) * | 2014-06-30 | 2014-10-08 | 东北大学 | Pipe pressure anomaly diagnostic method based on combined filtering and dynamic thresholds |
| RU2754244C1 (en) * | 2020-11-13 | 2021-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Method for localization of unauthorized loss of working medium in pipeline based on the amplitude-time analysis and correlation of vibroacoustic signals |
-
2009
- 2009-10-05 RU RU2009137415/28A patent/RU2414689C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104089186A (en) * | 2014-06-30 | 2014-10-08 | 东北大学 | Pipe pressure anomaly diagnostic method based on combined filtering and dynamic thresholds |
| CN104089186B (en) * | 2014-06-30 | 2016-09-28 | 东北大学 | A kind of pipeline pressure abnormality diagnostic method based on combined filter and dynamic threshold |
| RU2754244C1 (en) * | 2020-11-13 | 2021-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Method for localization of unauthorized loss of working medium in pipeline based on the amplitude-time analysis and correlation of vibroacoustic signals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bimpas et al. | Detection of water leaks in supply pipes using continuous wave sensor operating at 2.45 GHz | |
| CN110671613B (en) | Fluid pipeline leakage signal time delay estimation method based on improved empirical wavelet transform | |
| EP2926109B1 (en) | In medium communication system using log detector amplifier | |
| KR102110692B1 (en) | Deep fat, sulfide ore body detection method | |
| EP0711986A2 (en) | Underground conduit defect localization | |
| Muggleton et al. | A shear wave ground surface vibration technique for the detection of buried pipes | |
| RU2196312C2 (en) | Facility to search for point of leakage in trunk pipe-line | |
| RU2414689C1 (en) | Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes | |
| WO2016158289A1 (en) | Method and device for sensing buried metal using synchronous detection method | |
| RU2685578C1 (en) | Method for remote monitoring and diagnostics of condition of structures and engineering structures and device for its implementation | |
| Luong et al. | A method to estimate the path gains and propagation delays of underwater acoustic channels using the arrival phase information of the multipath components | |
| RU2229708C2 (en) | Process detecting flaws, predominantly corrosion defects, in pipe-lines | |
| RU2302584C1 (en) | Device for detecting sites of leakage on main pipelines | |
| CN105134178B (en) | A kind of oil well liquid level measuring method and its measurement apparatus | |
| CN109340587B (en) | Empirical mode decomposition-based fluid pipeline leakage acoustic emission coherent positioning method | |
| Studański et al. | Measurement of hydroacoustic channel impulse response | |
| RU2503937C1 (en) | Method to define distance to place of leakage of underground pipeline and device for its realisation | |
| RU2650747C1 (en) | Method and device for determining the location of the pipeline passage | |
| RU2258865C1 (en) | Method of detecting location of leakage in pipelines | |
| RU2734446C1 (en) | Method for remote monitoring of state of structures and device for implementation thereof | |
| JP2007327795A (en) | Electromagnetic wave leak testing system and testing method | |
| RU2326379C1 (en) | Correlation analysis device | |
| Joseph et al. | Enabling communications for buried pipe networks | |
| RU2726388C1 (en) | Method of positioning a surface/underwater object as it passes along a given fairway | |
| RU2503980C2 (en) | System for determining water surface vibrations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121006 |