УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОРРОЗИИ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

Изобретение относится к электротехническим измерителям в СВЧ диапазоне и может быть использовано для контроля степени коррозионного поражения металлических элементов конструкций, в частности анкерных петель и болтов узлов крепления оттяжек опор линий электропередач высокого напряжения, находящихся в земле.
Известны приборы и методы для оценки степени коррозии элементов анкерного узла, такие как электрохимический метод (1. Заявка на патент RU 2005119527), вихретоковый метод и метод трансформатора тока (2. Мозилов А.И. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук - Новосибирск, 2002).
Недостатками указанных методов является сравнительно низкая достоверность результатов, получаемых электрохимическим методом, являющимся, по сути, косвенным методом; чувствительность вихретокового и трансформаторного методов к отклонениям от проекта при строительстве линии, что препятствует их широкому применению.
Наиболее близким техническим решением является устройство для работы с анкерными петлями, включающее генератор СВЧ-сигналов, модулятор, вентиль, фильтр, генераторный элемент связи, индикаторный элемент связи, детектор, селективный измерительный усилитель. (3. Пат.SU №1822952, опубл. Бюл. №23, 23.06.93 г.)
Это устройство основывается на том же принципе, что и заявляемое, однако, оно позволяет оценивать лишь степень затухания сигнала в объекте измерений, но не непосредственно степень коррозии. Также из-за наличия в его составе селективных элементов устройство достаточно сложно в наладке, а процесс измерения им плохо поддается автоматизации.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в создании устройства, позволяющего определять остаточное сечение анкерных петель и узлов крепления оттяжек опор линий электропередач высокого напряжения, находящихся в земле, без проведения земляных работ в ходе измерения, отличающегося простотой в изготовлении и настройке, позволяющего уменьшить трудовые и временные затраты на измерение коррозионного разрушения.
Поставленная задача решается благодаря тому, что заявляемое устройство для измерения коррозии методом поверхностной электромагнитной волны, включающее генератор СВЧ сигнала перестраиваемой частоты, генераторный и индикаторный элементы связи, детектор СВЧ мощности, дополнительно содержит цифро-аналоговый преобразователь с устройством согласования уровней, подключенный к управляющему входу СВЧ генератора, усилитель постоянного тока с аналого-цифровым преобразователем, подключенные к выходу детектора мощности, управляющее электронно-вычислительное устройство и датчик температуры, подключенный ко входу электронно-вычислительного устройства.
Существенными отличительными признаками заявляемого устройства являются:
- дополнительно содержит цифро-аналоговый преобразователь с устройством согласования уровней, подключенный к управляющему входу СВЧ генератора;
- усилитель постоянного тока с аналого-цифровым преобразователем, подключенные к выходу детектора мощности;
- управляющее электронно-вычислительное устройство;
- датчик температуры, подключенный ко входу электронно-вычислительного устройства.
Совокупность существенных отличительных признаков и их взаимосвязь не известна из существующего уровня техники и позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию «новизна».
Заявляемое устройство, позволяет производить измерения остаточного сечения анкерных петель и болтов узлов крепления оттяжек опор линий электропередач высокого напряжения, находящихся в земле, без необходимости проведения земляных работ, с малыми трудовыми и временными затратами, что дает возможность быстрого обследования протяженных линий с целью предотвращения падения опор, и позволяет сделать вывод о том, что оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Принцип действия заявляемого технического решения основан на измерении затухания поверхностной электромагнитной волны в коррозионном слое, в момент, когда длина волны кратна длине анкерной петли.
На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого устройства.
Заявляемое устройство для измерения коррозии методом поверхностной электромагнитной волны выполнено в виде единого блока, подключаемого к объекту измерения через согласующие элементы. Прибор обладает автономным аккумуляторным питанием. Массогабаритные показатели позволяют переносить его и проводить измерения силами одного оператора.
Устройство состоит из высокочастотного, измерительно-интерфейсного и аккумуляторного блоков (последний не показан на фиг.1).
СВЧ блок обеспечивает генерацию, усиление, маршрутизацию и детектирование сигналов в диапазоне 1,8…2,5 ГГц.
Измерительно-интерфейсный блок предназначен для управления генератором, измерения сигнала с детектора, обеспечения взаимодействия с оператором и стационарными компьютерными системами, хранения и обработки результатов измерений.
Интерфейсный блок представляет собой экран и клавиатуру для взаимодействия с пользователем, отображения результатов измерений и информации о режиме работы, а так же схему связи с компьютерными системами по протоколу RS-232 и/или USB.
Аккумуляторный блок состоит из собственно аккумулятора, схемы заряда и ряда преобразователей для генерации всех напряжений, необходимых для работы прибора.
Заявляемое устройство включает генератор колебаний 7, управляемый напряжением, к управляющему входу которого подключено устройство согласования уровней 8. Выход генератора 7 подключен ко входу усилителя мощности 5, выход которого, в свою очередь, подключен ко входу делителя 1. К первому выходу делителя 1 через генераторный элемент связи 15 подключен объект измерений. Второй выход делителя через аттенюатор 2 подключен к первому входу переключателя 3. Ко второму входу переключателя подключен усилитель мощности 4, вход которого подключается к объекту измерений через индикаторный элемент связи 16. Выход делителя соединен со входом детектора мощности 6, выход которого через усилитель постоянного тока 9 подключен к аналого-цифровому преобразователю 12. Вход цифро-аналогового преобразователя 11, выход аналого-цифрового преобразователя 12, выход датчика температуры 10, управляющий вход переключателя 3 и блок интерфейса 14, состоящий из экрана, клавиатуры и адаптеров связи с ПЭВМ, подключены к управляющему электронно-вычислительному устройству 13.
Заявляемое устройство работает следующим образом. СВЧ-энергия от генератора 7 поступает на вход усилителя мощности 5, а затем на делитель 1. Делитель ответвляет часть энергии в генераторный элемент связи 15, а часть поступает через аттенюатор 2 на первый вход переключателя 3. Часть энергии, поступившей в объект измерений через генераторный элемент связи, пропорциональная степени коррозии, рассеивается, а оставшаяся, через индикаторный элемент связи 16, поступает на вход усилителя мощности 4 и далее на второй вход переключателя 3. Энергия с выхода переключателя 3 поступает на детектор мощности 6, на выходе которого появляется постоянное напряжение, пропорциональное мощности СВЧ на его входе. Этот сигнал усиливается усилителем постоянного тока 9 и с помощью аналого-цифрового преобразователя 12 преобразуется в цифровую форму, пригодную для обработки электронно-вычислительным устройством 13. Управляющее электронно-вычислительное устройство 13 обеспечивает контроль мощности отдаваемой в объект измерений и принимаемой от него по значениям полученным с аналого-цифрового преобразователя 12 при последовательном переключении входов переключателя 3. По полученным значениям рассчитывается затухание мощности в объекте измерений и соответствующая ему степень коррозии объекта. Также управляющее электронно-вычислительное устройство 13 обеспечивает автоматическую перестройку частоты генератора 7 посредством выдачи управляющих кодов на вход цифро-аналогового преобразователя 11, с тем, чтобы найти такую частоту, на которой на индикаторный элемент связи 16 будет приходить максимальное количество энергии. Данные о температуре окружающей среды получаемые от датчика температуры 10 используются для коррекции значений получаемых с аналого-цифрового преобразователя 12, для компенсации нелинейностей в зависимостях чувствительности детектора мощности 6, коэффициентов усиления усилителей 4, 5, 8 и 9, коэффициентов затухания делителя 1, аттенюатора 2 и переключателя 3, коэффициента перестройки генератора 7 от температуры.
Рассчитанные данные о степени коррозии, коэффициент затухания, дата и время измерений, идентификатор объекта измерений отображаются на экране и сохраняются в памяти блока интерфейса 14. Также блок интерфейса 14 обеспечивает настройку параметров устройства пользователем и передачу накопленной в памяти информации на ПЭВМ по одному из установленных интерфейсов.
По сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяет сократить время, затрачиваемое на диагностику, за счет автоматизации процесса измерений и расчета степени коррозии средствами прибора и в значительной мере исключить ошибки оператора, приводящие к снижению достоверности результатов диагностики. Также встроенная память и интерфейсы для связи с ПЭВМ позволяют свести к минимуму время, необходимое для последующего документирования обследования.