Способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов
METHOD FOR LOCALIZATION OF UNAUTHORIZED LOSS OF WORKING MEDIUM IN PIPELINE BASED ON THE AMPLITUDE-TIME ANALYSIS AND CORRELATION OF VIBROACOUSTIC SIGNALS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в устройстве обнаружения мест утечек рабочей среды нагруженных трубопроводов, находящихся в грунте.
Известен комплексный способ обнаружения неметаллических трубопроводов и повреждений на них по изобретению RU № 2328020, МПК G01V3/08, 20.04.2007, заключающийся в том, что в трубопроводе генерируют звуковые колебания, вызывающие механические колебания металлической арматуры трубы в магнитном поле Земли. Измеряют электрическую Е и магнитную Н составляющие возникающего электромагнитного излучения, температуру грунта и уровень шумов, издаваемых средой, транспортируемой по трубе.
Недостатком данного способа является сложность контроля, связанная с наличием множества контролируемых параметров, а также при залегании вблизи с контролируемым объектом металлических инженерных коммуникаций и различных трасс – кабели связи, силовые кабели, трубы тепло- водо- и газоснабжения.
Известен  способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации, патент РФ № 2451874, МПК F17D 5/00, 27.05.2012, и заключающийся в измерении физических параметров набором датчиков, расположенных внутри и с внешней стороны трубопровода по его длине, и обработке измеренных физических величин.
Недостатком данного способа является то, что длина участков трубопровода выбирается по неопределенным критериям, при этом локализация результатов мониторинга осуществляется с точностью до участка трубопровода, которая приближена до нескольких километров. Также трубопроводы по всей поверхности предлагается оснастить набором большого количества чувствительных элементов, количество которых задается из практических соображений. Это приводит к тому, что количество чувствительных элементов на каждом участке трубопровода будет различным и алгоритмы сбора информации будут значительно усложнены. Из-за того что чувствительные элементы закладываются на некотором расстоянии друг от друга, не исключена возможность «слепых зон» вдоль трубопровода, не охваченных системой мониторинга. Информация с чувствительных элементов опрашивается с определенным временным дискретом, вследствие чего не исключена возможность «слепых временных зон» в мониторинге трубопровода.
Наиболее близким к предлагаемому способу (его прототипом) является способ поиска утечек жидких сред, который реализуется корреляционным течеискателем Т-2001М, предназначенным для оперативного поиска утечек жидких сред из скрытых трубопроводов, работающих под давлением, с выдачей на дисплей прибора расстояния от датчиков до места утечки.
Недостаток прототипа – необходимость установки чувствительных элементов непосредственно на исследуемый трубопровод, что является затруднительным при нахождении трубопровода в грунте и при возможном затоплении трубопровода в зоне контроля.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является высокая достоверность и избирательность локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов.
Результат достигается тем, что в способе локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, заключающемся в том, что над поверхностью грунта, в который заглублен трубопровод, располагают два чувствительных элемента и регистрируют амплитуды частот, характерных для испускания течи, согласно предлагаемому изобретению, дополнительно размещают третий чувствительный элемент, при этом три чувствительных элемента располагают в виде равностороннего треугольника, а расстояние от чувствительных элементов до места течи вычисляют по функции кросс-корреляции и скорости звука в грунте.
Избирательность и точность определения мест утечек рабочей среды обеспечивается наличием третьего чувствительного элемента, расположенного вдоль горизонтальной плоскости установленных двух основных чувствительных элементов, расстояния между которыми образуют равносторонний треугольник в данной плоскости. Примем каждый чувствительный элемент за точку. Уравнение плоскости в данном случае имеет вид: ax+by+cz+d=0, где a, b и c – числовые коэффициенты расположения чувствительных элементов, которые равны между собой, т.е. a=b=c, а d=0, так как плоскость, на которой расположены чувствительные элементы, проходит через начало координат.
Предлагаемый способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов является избирательным, поэтому нет необходимости расположения большого количества чувствительных элементов вдоль всего трубопровода, а в условиях интенсивного шума наличие третьего чувствительного элемента повышает достоверность съема и анализа полезного сигнала.
Таким образом, применение третьего чувствительного элемента значительно уменьшает количество сканирующих операций при локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, при этом нет необходимости расположения чувствительных элементов в непосредственной близости к месту утечки.
Осуществление заявленного изобретения
На Фиг.1 и Фиг.2 изображен способ локализации несанкционированной потери в трубопроводе рабочей среды на основе амплитудно-временной корреляции виброакустических сигналов. Блок-схема комплексного способа – на Фиг.3.
Позициями на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 обозначены:
1 – персональный компьютер (ПК);
2 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
3 – блок питания (БП);
4 – усилители сигналов (У);
5 – чувствительные элементы (ЧЭ);
6 – заглубленный трубопровод;
7 – искомый дефект;
8 – грунт;
9 – щуп.
1
2
3
В качестве источника полезного сигнала фиксируются амплитуды колебаний на характерных частотах искомой течи 7. Центральная частота фильтра приемника при этом устанавливается в значении от 1024 Гц, по аналогии с корреляционным течеискателем Т-2001М, который был выбран в качестве прототипа. Изобретение, реализующее данный способ, состоит из системы регистрации: ПК 1, АЦП 2, трёх усилителей сигнала 4, трёх чувствительных элементов 5, которые устанавливаются над заглубленным нагруженным трубопроводом 6. В качестве чувствительных элементов могут быть использованы микрофоны или вибрационные датчики, которые возможно использовать для передачи сигнала радио- или кабельным способом. Расстояния l=l=l=l между чувствительными элементами равны и образуют равносторонний треугольник. Усилители 4, ПК 1 и АЦП 2 подключены к блоку питания 3.
Способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов работает следующим образом.
Точность пространственного позиционирования области дефекта определяется сравнением времени прохождения полезного сигнала до каждого из чувствительных элементов и степенью ослабления амплитуды полезного сигнала за счет его прохождения через грунт до каждого из чувствительных элементов.
В нагруженном трубопроводе 6 возбуждаются колебания текучей средой, а искомый дефект 7 является источником полезного сигнала. Над зоной поиска располагаются три чувствительных элемента 5, которые подключены к усилителям 4. Три чувствительных элемента расположены на равных расстояниях друг от друга, образуя равносторонний треугольник. В качестве чувствительного элемента 5 возможно использовать как пьезоэлектрический датчик, так и микрофон. В случае применения в качестве чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков к ним необходимо подсоединить щупы 9. Расстояние от чувствительных элементов 5 до места течи, то есть искомого дефекта 7, вычисляется по функции кросс-корреляции и скорости звука в грунте 8. Измеряемый чувствительный элемент полезные сигналы искомого дефекта 7 преобразуются в АЦП 2 и регистрируются в ПК 1. Усилители 4, АЦП 2 и ПК 1 подключены к блоку питания 3.
Предлагаемый способ является простым в реализации. В связи с тем, что местоположение чувствительных элементов не изменяется во время измерения, количество сканирующих операций сводится к единице, что значительно уменьшает время контроля, а многократное измерение полезного сигнала при неизменных условиях повышает степень достоверности результатов. Отсутствие перемещений чувствительных элементов при измерении позволяет автоматизировать процесс поиска несанкционированной потери рабочей среды.