Способ контроля наличия воды и/или ила в канале междугородной кабельной канализации волоконно-оптической линии передачи
METHOD FOR MONITORING THE PRESENCE OF WATER AND/OR SLUDGE IN A LONG-DISTANCE CABLE DUCT CHANNEL OF A FIBER-OPTIC TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля наличия воды и ила в канале (трубопроводе) междугородной кабельной канализации (МКК) волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) и, в том числе, выявлении воды и ила в микротрубках транспортной многоканальной коммуникации.
Известны способы контроля герметичности каналов МКК ВОЛП [1-2] по результатам измерений влажности в каналах МКК, заключающиеся в том, что в каналы МКК вблизи смотровых устройств вводят датчики влажности, с помощью которых и оценивают уровень влажности в каналах МКК. Способы позволяют оценивать влажность в каналах только в локальных точках МКК вблизи смотровых устройств. Вместе с тем, влага и ил, как правило, скапливаются в канале на наиболее низко расположенных участках МКК. Обычно это участки между смотровыми устройствами. Данные способы не позволяют определять уровень влажности в каналах МКК на длине участков между смотровыми устройствами и, следовательно, выявлять на них негерметичности, связанные с дефектами трубопроводов и их соединений, и наличие воды и ила в каналах.
Известен способ измерения скорости поверхностной ультразвуковой волны [3], заключающийся в том, что возбуждают пьезопреобразователем поверхностную ультразвуковую волну, осуществляют прием прошедших по изделию ультразвуковых импульсов и определяют временные интервалы между этими импульсами, причем при прохождении волны по изделию регистрацию ультразвуковых импульсов осуществляют, по крайней мере, в трех точках, затем импульсы проходят на цифровой осциллограф и в оцифрованном виде ультразвуковые импульсы вводят в компьютер для определения зависимости амплитуд ультразвуковых импульсов от пройденного волной расстояния, далее нормируют амплитуды ультразвуковых импульсов, начиная со второго, до амплитуды первого, а после выравнивания определяют временные интервалы между этими импульсами. Данный способ не предназначен для контроля наличия воды и ила в канале кабельной канализации.
Известно устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта [4], которое содержит непрерывный полупроводниковый лазер, оптический модулятор, предназначенный для формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью в диапазоне от 50 нс до 500 нс и частотой следования от 200 Гц до 50 кГц, чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент и вывода рассеянного излучения, фотоприемник, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, и узел обработки сигнала с процессором, при этом непрерывный полупроводниковый лазер снабжен брэгговским селективным отражателем с возможностью сужения полосы непрерывного излучения лазера до уровня менее 100 кГц, а оптический модулятор выполнен в виде акустооптического модулятора на бегущей акустической волне с возможностью формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов с заданным коэффициентом гашения. Данное устройство не предназначено для контроля наличия воды и ила в канале кабельной канализации.
Наиболее близким к заявляемому является способ ультразвукового контроля наличия или проскока жидкости в трубопроводе [5], заключающийся в том, что в точке ввода, лежащей на внешней поверхности стенки трубопровода, с помощью наклонного излучателя периодически возбуждают ультразвуковую волну, которая распространяется в стенке от точки ввода к точке приема и испытывает затухание в зависимости от уровня жидкости, заполняющей трубопровод, причем точка приема ультразвуковой волны удалена от точки ввода на заданное расстояние вдоль трубопровода, принимают ультразвуковую волну, отличающийся тем, что точку приема ультразвуковой волны выбирают на пересечении винтовых траекторий, образованных двумя симметричными боковыми ультразвуковыми лучами излучателя, угол раскрытия основного лепестка диаграммы направленности которого выбирают на уровне 0,7, а точку приема ультразвуковой волны удаляют от точки ввода на расстояние, кратное нечетному числу полупериодов винтовой траектории каждого ультразвукового луча, причем число полупериодов определяют в зависимости от коэффициента демпфирования ультразвуковой волны и чувствительности электроакустического тракта, суммируют в точке приема боковые ультразвуковые лучи, по которым формируют амплитуду ультразвуковой волны, запоминают напряжение, соответствующее амплитудному значению в каждом периоде возбуждения ультразвуковой волны, сравнивают с определенным эталонным напряжением и по разности напряжений судят о наличии или проскоке жидкости в трубопроводе. Основной недостаток способа состоит в том, что он позволяет оценивать наличие жидкости в трубопроводе только на одном участке. Также, недостатки способа связаны с тем, что на приеме используется только один сосредоточенный акустический датчик, который располагается снаружи трубопровода. Как следствие, погрешности оценок сильно зависят от точки приема акустической волны и диаграммы направленности излучателя, что существенно усложняет реализацию способа.
Сущностью предполагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что, согласно способа контроля наличия воды и/или ила в канале междугородной кабельной канализации (МКК) волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) возбуждают распространяющуюся вдоль трубопровода акустическую волну, принимают ее в точке приема, параметры принимаемого сигнала сравнивают с параметрами эталонного сигнала и по их отличию оценивают наличие воды и/или ила в канале трубопровода, при этом возбуждают акустическую волну, распространяющуюся в трубопроводе МКК, с помощью источника импульсного вибрационного воздействия, подключенного к трубопроводу, используют оптическое волокно оптического кабеля ВОЛП, проложенного в канале МКК, в качестве распределенного акустического сенсора, с помощью измерительной системы, подключенной к этому оптическому волокну измеряют распределенную вдоль МКК ВОЛП виброакустическую характеристику, при этом предварительно измеряют эталонную виброакустическую характеристику при условии отсутствия воды и/или ила в каналах МКК ВОЛП, а затем в процессе эксплуатации МКК ВОЛП контрольную виброакустическую характеристику, по виброакустическим характеристикам определяют скорости распространения акустических импульсов в канале трубопровода и по результатам сравнения оценок, полученных по контрольной и эталонной виброакустическим характеристикам, оценивают наличие воды и/или ила в канале трубопровода МКК ВОЛП.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство включает МКК 1 со смотровыми устройствами 2 и трубопроводом 3, в канале которого проложен оптический кабель 4 ВОЛП с оптическим волокном 5, систему измерений и обработки виброакустической характеристики 6 вдоль оптического волокна 5 и источник импульсного вибрационного воздействия 7.
Оптическое волокно 5 оптического кабеля 4 на одном из концов ВОЛП подключено ко входу системы измерений и обработки распределений акустических сигналов 6 вдоль оптического волокна 5, а источник вибрационного воздействия 7 в одном из смотровых устройств 2 соединен с одним из трубопроводов 3 МКК 1.
Устройство работает следующим образом. Источник импульсного вибрационного воздействия 7 возбуждает акустические импульсы, распространяющиеся в трубопроводе 3 МКК 1, к которому он подключен. Через оптическое волокно 5, которое является распределенным акустическим сенсором, эти сигналы поступают на вход системы измерений и обработки распределений акустических сигналов 6 вдоль оптического волокна 5, которая измеряет и обрабатывает виброакустическую характеристику вдоль оптического волокна 5. Система измерений и обработки распределений акустических сигналов 6 вдоль оптического волокна 5 по результатам обработки контрольной виброакустической характеристике определяет скорости распространения акустических импульсов по участкам МКК ВОЛП, сравнивает их с оценками, полученными по эталонной виброакустической характеристике и по степени отличия оценок полученных по контрольной и эталонной виброакустическим характеристикам, оценивает наличие воды и/или ила в канале трубопровода МКК ВОЛП.
В отличие от известного способа, которым является прототип, в заявляемый способе используется распределенный акустический сенсор, расположенный внутри трубопровода и обеспечивающий измерения виброакустической характеристики, которая описывает изменения импульсного акустического сигнала во времени и вдоль трубопровода. Это позволяет, в отличие от известного решения, которым является прототип, с относительно небольшой погрешностью оценивать скорость распространения акустического импульса вдоль трубопровода по участкам МКК и за счет сравнения с эталонной характеристикой также по участкам оценивать наличие воды и/или ила в канале МКК. Использование распределенного акустической сенсора, и тем более использование в качестве распределенного акустической сенсора оптического волокна оптического кабеля ВОЛП, проложенного в каналах МКК, существенно упрощает реализацию способа по сравнению с прототипом. Все это, в целом, и позволяет расширить область применения заявляемого способа по сравнению с прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
1. RU 2385453
2. RU 2381469
3. RU 2490606
4. RU 2516346
5. RU 2178550.