ОБНАРУЖЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ
DAMAGE DETECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к обнаружению повреждений в слое изоляции изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли.
Уровень техники
Проложенные под поверхностью земли металлические трубопроводы обычно покрываются слоем изоляционного материала, который служит барьером для протекания тока между трубой и грунтом, чтобы минимизировать возможность электролитической коррозии. Чтобы добавить дополнительную защиту, традиционно используются системы катодной защиты, которые прикладывают к трубе постоянное напряжение постоянного тока с отрицательным потенциалом, чтобы гарантировать, что любая электролитическая коррозия, которая имеет место в случае дефектов покрытия или повреждения, ограничивается так называемыми заземляющими основаниями трубопровода, которые действуют как протекторные аноды, и положительными контактами для напряжения. Такие заземляющие основания трубопровода обычно занимают площадь в десятки квадратных метров поблизости от точки приложения катодной защиты.
На протяжении длительных периодов времени повреждения изоляционного материала могут привести к разрушению трубопровода, и поэтому состояние трубопроводов обычно регулярно обследуется. Такие обследования включают в себя сравнительное измерение сопротивления относительно земли участков трубопровода. Сохраняя информацию, полученную в результате последовательных исследований, можно обнаружить любое изменение состояния трубопровода и предпринять корректирующие действия.
Известны различные способы обследования. В одном типе такого обследования переменный ток вводится в трубу, при этом ручной приемник сначала используется для определения местоположения трубы, а затем, посредством измерения глубины и силы сигнала, определяется амплитуда введенного сигнального тока в каждом положении. Из этих измерений на известных расстояниях вдоль трубы можно построить график уровня потери сигнального напряжения и тока для выявления повреждений в изоляционном материале.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, обеспечивается локатор для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, причем изолированный проводник проводит переменный ток, при этом локатор содержит:
магнитометр, выполненный с возможностью обнаружения магнитного поля, генерируемого переменным током, и для генерации сигнала тока на основе обнаруженного магнитного поля;
приемник переменного градиента напряжения, содержащий пару датчиков, выполненных с возможностью электрического контакта с поверхностью земли, при этом приемник переменного градиента напряжения выполнен с возможностью генерировать сигнал напряжения, показывающий напряжение между парой датчиков; а также
процессор, сконфигурированный для, по существу, синхронной выборки сигнала тока и сигнала напряжения.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, обеспечивается система для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, система содержит:
локатор, содержащий:
магнитометр, выполненный с возможностью обнаружения магнитного поля, генерируемого переменным электромагнитным полем*, и для генерации сигнала тока в ответ на обнаружение магнитного поля;
приемник переменного градиента напряжения, содержащий пару датчиков, выполненных с возможностью электрического контакта с поверхностью земли, при этом приемник переменного градиента напряжения выполнен с возможностью генерировать сигнал напряжения, показывающий напряжение между парой датчиков; и
процессор, сконфигурированный для обработки сигнала тока и сигнала напряжения по существу одновременно; а также
генератор сигналов, выполненный с возможностью подачи переменного тока на проложенный в грунте проводник.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, обеспечивается способ обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, причем способ содержит:
подачу переменного тока на проложенный в грунте проводник;
одновременное обнаружение магнитного поля, генерируемого переменным током, с помощью магнитометра, расположенного над поверхностью земли, и измерение напряжения между парой датчиков, находящихся в электрическом контакте с поверхностью земли;
генерирование сигнала тока на основе обнаруженного магнитного поля и генерирование сигнала напряжения, показывающего измеренное напряжение; и
обработку сигнала тока и сигнала напряжения по существу одновременно.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, обеспечивается машиночитаемый носитель данных для долговременного хранения информации, на котором хранятся инструкции, которые при их выполнении процессором в портативном вычислительном устройстве вызывают выполнение процессором следующих действий:
одновременно принимаются измерения тока и напряжения, причем измерение тока основывается на сигнале тока, генерируемом на основе магнитного поля, обнаруженного магнитометром, расположенным над поверхностью земли, а измерение напряжения основывается на сигнале напряжения, измеренном между парой датчиков, находящихся в электрическом контакте с поверхностью земли;
определение разности фаз между сигналом тока и сигналом напряжения; а также
отображение измерений тока и напряжения и определенной разности фаз на портативном вычислительном устройстве.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения, обеспечиваются машиночитаемый носитель данных для долговременного хранения информации, на котором хранятся инструкции, которые при их выполнении процессором в локаторе для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, вызывают выполнение процессором следующих действий:
принимать сигнал тока, генерируемый магнитометром в ответ на обнаружение магнитного поля магнитометром;
принимать сигнал напряжения, генерируемый приемником переменного градиента напряжения, причем сигнал напряжения показывает напряжение между парой датчиков приемника переменного градиента напряжения; и
обрабатывать сигналы тока и напряжения одновременно.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, приведенных только в качестве примера, при этом описание выполнено со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является схематической диаграммой, показывающей систему для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, согласно примеру;
Фиг. 2 является схематической диаграммой, показывающей детектор повреждений для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью грунта, согласно примеру;
Фиг. 3 является блок-схемой, показывающей электронные компоненты детектора повреждений для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, согласно примеру;
Фиг. 4 является схематической диаграммой, показывающей систему для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью грунта, согласно примеру;
Фиг. 5 показывает экран дисплея, предоставляемый с помощью приложения, согласно примеру;
Фиг. 6a и 6b иллюстрируют графики различных измерений в зависимости от расстояния, соответственно в отношении обследования точечного повреждения и более длинного повреждения;
Фиг. 7 показывает экран дисплея, предоставляемый с помощью приложения, согласно примеру;
Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций, показывающей способ обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью грунта, согласно примеру; и
Фиг. 9 является схематической диаграммой, показывающей устройство обработки, согласно примеру.
Подробное описание
Стандартной практикой в этой отрасли промышленности является проведение множества обследований на любом конкретном трубопроводе для подтверждения наличия повреждений в ем материале. Как правило, после проведения первого обследования оператор или специально обученный инспектор просматривает измеренные данные для выявления потенциальных повреждений в ем материале. Затем проводится повторное обследование с использованием другой технологии измерений в местах, где были выявлены потенциальные повреждения его материала. Например, первое обследование может быть выполнено с использованием способа, описанного выше. Первое обследование может выявить возможные места повреждения в ем материале. Затем можно выполнить второе обследование, используя другую или более точную технологию обнаружения повреждений. Тем не менее, обследование трубопровода таким способом основывается на первом обследовании, идентифицирующем все потенциальные повреждения в ем материале; в противном случае второе обследование не будет проводиться в местах, где отсутствует потенциальная неисправность его материала и неисправность не будет идентифицироваться.
На фиг. 1 показан пример системы 100 для обнаружения повреждений 102 в изоляционном слое 104 изолированного проводника 106, проложенного под земной поверхностью 108. Система 100 включает в себя детектор 110 повреждений и генератор сигналов, определяемый здесь как передатчик 112.
Передатчик 112 выполнен с возможностью подачи переменного тока на проложенный в грунте проводник 106. Сигнал, генерируемый передатчиком 112, содержит одну или несколько частотных составляющих. В некоторых примерах передатчик 112 генерирует одну или несколько частотных составляющих в низкочастотном диапазоне для обнаружения повреждений в изоляционном слое 104, и одну или несколько частотных составляющих в относительно более высоком частотном диапазоне (далее именуемом высокочастотным диапазоном) для определения местоположения проложенного в грунте проводника 106 и/или определения глубины проложенного в грунте проводника 106 под земной поверхностью 108.
В некоторых примерах в низкочастотном диапазоне передатчик 112 может генерировать один или несколько сигналов, имеющих частоту менее 10 Гц, для обнаружения повреждений в изоляционном слое 104. Например, передатчик 112 может генерировать сигнал с частотой 4 Гц. В другом примере передатчик 112 может генерировать сигнал с частотой 4 Гц и сигнал с частотой 8 Гц.
В некоторых примерах в высокочастотном диапазоне передатчик 112 может генерировать один или несколько сигналов, имеющих частоту более 10 Гц, для определения местоположения проложенного в грунте проводника 106 и/или определения глубины проложенного в грунте проводника 106 под поверхностью 108 земли. Например, передатчик 112 может генерировать сигнал с частотой 128 Гц. В другом примере передатчик 112 может генерировать сигнал с частотой 98 Гц. В некоторых примерах передатчик 112 может генерировать два или более сигналов в диапазоне высоких частот, чтобы позволить локатору 110 определять глубину на более чем одной частоте.
В некоторых примерах передатчик 112 может быть связан с гальваническим замыканием цепи с открытой частью проложенного в грунте проводника. В этом случае одна клемма передатчика 112 подключается непосредственно оператором к трубе или кабелю в точке доступа, такой как клапан, счетчик или конец проводника, и цепь замыкается присоединением другой клеммы передатчика 112 к заземляющему стержню или другой точке заземления.
На фиг. 2 показан пример детектора 200 повреждения. Детектор 200 повреждения включает в себя локатор 202. Локатор 202 содержит корпус 204, который включает в себя компоненты для обнаружения проложенного в грунте проводника, как описано ниже со ссылкой на фиг. 3. Корпус 204 содержит рукоятку 206, которая удерживается в одной руке пользователя во время использования детектора 200 повреждений. Рядом с рукояткой 206 располагается дисплей 207 для отображения информации пользователю, который в то же время удерживает локатор 202. Корпус 204 имеет секцию, которая проходит от рукоятки 206 к поверхности 108 земли во время использования, и которая может содержать антенны для обнаружения высокочастотных магнитных полей, таких как магнитное поле с частотой 128 Гц, генерируемых током, протекающим в проложенном в грунте проводнике, например, током, прикладываемым посредством передатчика 112.
Блок 208 опорного башмака соединяется с локатором 202. Блок 208 опорного башмака содержит магнитометр 210, который выполнен с возможностью обнаружения низкочастотных магнитных полей, таких как магнитное поле с частотой 4 Гц, генерируемых током, протекающим в проложенном в грунте проводнике, таким как ток, прикладываемый посредством передатчика 112. Блок 208 опорного башмака содержит шарнирное соединение 212, и магнитометр 210, который электрически соединяется с компонентами в корпусе 204 через электрическое соединение 214. Шарнирное соединение 212 позволяет блоку 208 опорного башмака оставаться в той же ориентации относительно поверхности 108 земли, если локатор 202 перемещается относительно плоскости поверхности земли.
Детектор 200 повреждений также содержит приемник переменного градиента напряжения, называемый здесь A-образной рамкой 216 напряжения. A-образная рамка 216 напряжения содержит пару датчиков 218. Датчики 218 выполнены с возможностью создавать электрический контакт с земной поверхностью 108, и генерировать сигнал напряжения, указывающий разность потенциалов между датчиками 218. А-образная рамка 216 напряжения также содержит рукоятку 220, с помощью которой А-образная рамка 216 напряжения удерживается во второй руке пользователя во время использования детектора 200 повреждения. А-образная рамка напряжения электрически соединяется с компонентами в корпусе 204 с помощью кабеля 222.
В некоторых примерах блок 208 опорного башмака и/или А-образная рамка 216 напряжения имеют возможность отсоединяться от локатора 202. В других примерах блок 208 опорного башмака и/или А-образная рамка 216 напряжения являются составной частью локатора 202.
На фиг. 3 показаны электронные компоненты детектора 200 повреждения. Локатор 202 содержит пару вертикально разнесенных антенн, включающих в себя верхнюю антенну 300 и нижнюю антенну 302, которые выполнены с возможностью обнаружения высокочастотных магнитных полей, генерируемых током, прикладываемым передатчиком 112. Антенны 300, 302 располагаются в таком положении, что их оси являются параллельными, при этом они разнесены таким образом, что при использовании нижняя антенна 302 будет находиться непосредственно под верхней антенной 300, а их оси являются горизонтальными. Каждая антенна 300, 302 вырабатывает электрический сигнал, который принимается соответствующим аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Первый АЦП 304 преобразует электрические сигналы от верхней антенны 300 в первый цифровой сигнал, а второй АЦП 306 преобразует электрические сигналы от нижней антенны 302 во второй цифровой сигнал. Процессор 308 сконфигурирован для приема первого и второго цифровых сигналов, а также для вычисления оценки глубины проложенного в грунте проводника на основании относительных величин магнитных полей, представленных первым и вторым цифровыми сигналами (то есть обнаруженных верхней и нижней антеннами 300, 302).
Процессор 308 сконфигурирован для приема входных данных от модуля 310 ввода. Например, модуль 310 ввода может быть клавиатурой или устройством ввода с сенсорным экраном, с помощью которого пользователь может вводить команды. Процессор 308 подключается к дисплею 207 и может вызвать отображение информации для пользователя дисплеем 207. В некоторых примерах дисплей 207 и модуль 310 ввода могут быть единым сенсорным дисплеем.
Локатор 202 содержит интерфейс 312 магнитометра для приема сигнала тока от блока 208 опорного башмака и интерфейс 314 ACVG для приема сигнала напряжения от А-образной рамки 216 напряжения. Блок 208 опорного башмака содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 316 для оцифровки сигнала тока и для отправки в процессор 308 через интерфейс 312 магнитометра. Аналогичным образом, А-образная рамка 216 напряжения содержит АЦП 318 для оцифровки сигнала напряжения и для отправки в процессор 308 через интерфейс 314 ACVG.
Процессор 308 выполняет инструкции, хранящиеся в запоминающем устройстве 320, содержащимся в локаторе 202. Чтобы задействовать детектор 200 повреждений, для обнаружения повреждения, такого как повреждение 102 в слое 104 изоляции изолированного проводника 106, пользователь может выбрать режим обнаружения повреждения локатора 202 путем ввода соответствующего входного значения в модуль 310 ввода. Чтобы использовать детектор 200 повреждений в режиме обнаружения повреждений, пользователь переносит в одной руке локатор 202, к которому подключен блок опорного башмака, и переносит А-образную рамку 216 напряжения в другой руке. Обнаружив проложенный в грунте проводник 106, пользователь переносит локатор 202 и А-образную рамку 216 напряжения вдоль траеткории проложенного в грунте проводника 106. В некоторых примерах в режиме обнаружения повреждения пользователю могут потребоваться остановки через регулярные интервалы расстояния, чтобы проводить измерения тока и напряжения. В других примерах детектор 200 повреждений может производить измерения тока и напряжения через регулярные интервалы времени.
В режиме обнаружения повреждений процессор 308 выполнен с возможностью обрабатывать сигнал тока, принятый от блока 208 опорного башмака, и сигнал напряжения, одновременно принятый от А-образной рамки напряжения. Измерения тока и напряжения, которые одновременно обрабатываются процессором 308, сохраняются в запоминающем устройстве 320 с помощью процессора 308. В некоторых примерах процессор может быть выполнен с возможностью одновременно отображать измерения амплитуды и фазы тока и напряжения для пользователя в режиме реального времени (т.е., когда пользователь работает с детектором 200 повреждений).
Как объяснялось выше, способы предшествующего уровня техники для обследования подземных проводников на наличие повреждений в их изоляции, как правило, требуют проведения двух или более обследований в разное время и/или разными операторами. Одна из причин этого заключается в том, что устройство предшествующего уровня техники для проведения различных типов обследования позволяет выполнять и обрабатывать только один тип измерений одновременно.
Одновременное измерение сигналов тока и напряжения позволяет определить разность фаз между током и напряжением в заданном местоположении. Например, может быть определена разность фаз между сигналами тока и напряжения при частоте 4 Гц. Такая информация о фазе будет недоступной в том случае, если сигналы тока и напряжения измеряются отдельно в разные моменты времени.
В некоторых примерах разность фаз может использоваться для оценки длины повреждения 102 в изоляционном слое 104. Фаза напряжения претерпевает изменение полярности до и после повреждения 102. Небольшое повреждение может привести к отчетливому изменению фазы и/или высокой скорости изменения фазы вокруг повреждения 102, тогда как повреждение большего размера (проходящее вдоль большей длины проводника 106) может привести к изменению фазы, которое имеет сильные искажения и/или распространяется на большее расстояние.
В некоторых примерах процессор 308 сконфигурирован таким образом, чтобы во время использования получать данные измерений обследования, при этом данные измерений обследования содержат для каждого из множества различных положений вдоль траектории (пути) обследования, пройденной детектором 200 повреждений во время обследования, измерение тока на основе сигнала тока и измерения напряжения на основе сигнала напряжения.
Данные измерений обследования, которые могут быть получены процессором 308, могут дополнительно содержать для каждого из множества различных положений вдоль траектории обследования измерение разности фаз при измерении разности фаз между сигналом тока и сигналом напряжения.
Процессор 308 на основании того, как изменяются результаты измерения разности фаз в зависимости от расстояния по отрезку траектории обследования, может быть сконфигурирован для определения информации, касающейся длины повреждения (например, оценки длины повреждения), расположенного в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного ниже поверхности земли под этим участком вдоль траектории обследования.
В некоторых примерах локатор 202 может содержать блок определения местоположения, такой как блок 322 глобального позиционирования (GPS). В таких примерах процессор 308 может быть выполнен с возможностью сохранения информации о местоположении в запоминающем устройстве 320 соответствующей местоположению, в котором были одновременно произведены измерения тока и напряжения.
В определенных примерах локатор 202 может содержать один (как показано на фигуре) или несколько интерфейсов 324 связи. Один или несколько интерфейсов 324 связи могут быть выполнены с возможностью передачи и/или приема данных в другие вычислительные устройства и/или из них. Например, один или несколько интерфейсов 324 связи могут обеспечивать связь через Bluetooth, WiFi, WiMAX и/или через любой другой вид запатентованных технологий связи и сигнализации. Один или несколько интерфейсов 324 связи могут включать в себя приемопередатчик. Приемопередатчик может обеспечивать радиосвязь и обработку сигналов, необходимые для передачи и/или приема данных в другие вычислительные устройства и/или из них, или для доступа к компьютерной сети.
На фиг. 4 показан другой пример системы 400 для обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проложенного в грунте проводника. Подобно системе, описанной выше со ссылкой на фиг. 1, система содержит детектор повреждений, такой как детектор 200 повреждений, описанный выше со ссылкой на фиг. 2, и передатчик 112.
В некоторых примерах детектор 200 повреждений с локатором 202, установленным в режим обнаружения повреждений, может отправлять команду на передатчик 112, чтобы вызвать генерирование передатчиком 112 низкочастотной составляющей. В некоторых примерах команда может быть отправлена через один или несколько интерфейсов 324 связи.
В некоторых примерах детектор 200 повреждений (например, локатор 202) может подключаться к одному или нескольким вычислительным устройствам 402 через один или несколько интерфейсов 324 связи. Например, локатор 202 может быть связан с портативным вычислительным устройством, таким как планшет или смартфон через соединение Bluetooth и/или любой другой вид запатентованных технологий связи и сигнализации. В другом примере локатор 202 может подключаться к сети с помощью портативного вычислительного устройства, такого как портативный компьютер, через соединение WiFi и/или любой другой вид запатентованных технологий связи и сигнализации.
Вычислительное устройство 402 может выполнять приложение для приема данных от детектора 200 повреждений. В некоторых примерах приложение может обрабатывать и/или анализировать данные, полученные от детектора 200 повреждений, как описывается ниже со ссылкой на фиг. 8. Это может обеспечивать дисплей большего или более высокого качества для отображения пользователю информации, касающейся обнаруженных повреждений.
В некоторых примерах вычислительное устройство может быть выполнено с возможностью подключения к сети связи. Сеть связи может включать в себя одну или более сетей из числа сотовой сети, беспроводной локальной сети, проводной локальной сети, глобальной сети, проводной телекоммуникационной сети и сети Интернет 404. Например, сеть связи может включать в себя одну или более из следующих сетей: Глобальная система мобильной связи (GSM), Универсальная система мобильной связи (UMTS), сеть связи четвертого поколения Долгосрочное развитие сетей связи (LTE), 5G (мобильные сети 5-го поколения или беспроводные системы 5-го поколения), фиксированный беспроводной доступ (такой как IEEE 802.16 WiMax), беспроводные сети (такие как IEEE 802.11 WiFi и IEEE 802.15 ZigBee) и/или любые другие виды запатентованных технологий связи и сигнализации. Данные, относящиеся к данным, принятым от детектора 200 повреждений, могут передаваться через сеть связи и храниться удаленно для просмотра и/или анализа за пределами площадки.
В некоторых примерах вычислительное устройство 402 может содержать блок определения местоположения, такой как блок GPS, вместо или в дополнение к блоку 322 GPS, описанному выше со ссылкой на фиг. 3. В некоторых примерах вычислительное устройство 402 может хранить информацию о местоположении в соответствии с местоположением, в котором одновременно производились измерения тока и напряжения, в памяти вычислительного устройства 402. Такая информация о местоположении может использоваться для подтверждения или повышения точности ранее сохраненной информации о местоположении, или для предоставления информации о местоположении, где эта информация не была записана локатором 202; например, когда локатор передает измерения тока и напряжения в вычислительное устройство 402 в режиме реального времени без информации о местоположении.
В некоторых примерах вычислительное устройство может быть дополнительно или альтернативно связано с выделенным GPS-устройством 406, а вычислительное устройство 402 может хранить данные о местоположении на основе информации о местоположении, предоставленной GPS-устройством 406. Это может, например, обеспечивать более точную информацию относительно положения, где измерения тока и напряжения производились одновременно.
В некоторых примерах передатчик 112 может обеспечиваться блоком определения местоположения, таким как блок GPS. В таких примерах, поскольку положение передатчика 112, как правило, фиксируется во время обследования с целью обнаружения повреждений, положение передатчика 112 может определяться с высокой степенью точности, и измерение дифференциального положения (например, дифференциальное измерение GPS) может производиться путем сравнения информации о местоположении, определенной блоком GPS локатора 202, или вычислительным устройством 402, или устройством 406 GPS, с местоположением передатчика 112.
На фиг. 5 показан первый пример экрана 500 дисплея, который может предоставляться приложением, запущенным для обработки измерений тока и напряжения.
На фиг. 5 измерения 502 тока, основанные на измерениях магнитного поля, выполненных с использованием магнитометра 210, и измерениях 504 напряжения, выполненных с использованием А-образной рамки 216 напряжения, наносятся на график, как функция расстояния, и одновременно отображаются для пользователя. Эти данные могут быть извлечены из запоминающего устройства 320 локатора 202 после того, как обследование завершено, или могут отображаться в режиме реального времени (т.е. во время обследования) для пользователя детектора 200 повреждений, либо на дисплее 207 локатора 202, или на дисплее вычислительного устройства 402, такого как планшет или смартфон.
В некоторых примерах измерения амплитуды и фазы тока и напряжения отображаются в единицах градусов, dBmA и dBmV для компенсации более высокого тока, протекающего в проложенном в грунте проводнике 106, в местоположениях, более близко расположенных к передатчику 112, и наоборот, более низкого тока, протекающего в проложенном в грунте проводнике 106 в местоположениях, расположенных дальше от передатчика 112. Следовательно, с использованием единицы измерения тока, повреждения одинакового размера приводят к практически одинаковым изменениям в измерениях тока и напряжения.
Как показано на фиг. 5, повреждения 102 в изоляционном слое 104 проявляются при измерениях 502 тока как изменения в градиенте 506 графика тока, в зависимости от расстояния. Повреждения 102 в изоляции 104 проявляются при измерениях напряжения как отдельные минимумы 508 на графике напряжения, в зависимости от расстояния.
Одновременно построенные графики тока, напряжения и фазы предоставляют пользователю больше данных для диагностики повреждений 102. В отличие от предыдущих способов обследования проложенного в грунте проводника, поскольку измерения тока и напряжения выполняются одновременно, требуется только один проход для обследования проложенного в грунте проводника. Кроме того, одновременное проведение измерений тока и напряжения снижает вероятность того, что повреждение будет пропущено при первом обследовании и, следовательно, не будет дополнительно исследовано во время второго обследования.
На фиг. 6a и 6b иллюстрируются следующие графики: (1) измерений 900 тока на основе измерений магнитного поля, выполненных с использованием магнитометра 210; (2) измерений 902 напряжения, выполненных с использованием А-образной рамки 216 напряжения, и (3) измерений 904 разности фаз между измерениями тока и измерениями напряжения, причем все три величины являются функцией расстояния по отрезку траектории обследования, пройденного детектором 200 повреждения во время обследования. Каждое отдельное измерение представляется в виде точки на графиках. Детектор 200 повреждений может содержать любой подходящий измеритель расстояния, например, акселерометр, для измерения расстояний между точками измерения. Эта функция измерения расстояния может, например, выполняться процессором 308 и/или любым необходимым дополнительным оборудованием, и может дополнять или заменять любую из функций GPS, описанных выше. В этих примерах расстояние между точками измерения составляет, например, от 5 до 50 см, предпочтительно от 10 до 30 см, и предпочтительно составляет около 20 см.
Как показано на фиг. 6а, точечное или относительно короткое повреждение в изоляционном слое проложенного в грунте проводника под траекторией обследования показана на графике измерений 900 тока как изменение градиента на коротком участке, на графике измерений 902 напряжения как впадина и, что наиболее заметно, на графике измерений 904 разности фаз, как относительно большой пик.
Как показано на фиг. 6b, неточечное или более длинное повреждение в изоляционном слое проложенного в грунте проводника под траекторией обследования показана на графике измерений 900 тока как изменение градиента на относительно длинном участке, на графике измерений 902 напряжения в виде последовательности трех впадин и, что наиболее заметно, на графике измерений 904 разности фаз в виде последовательности трех относительно больших пиков.
В общем, изменение или разброс колебаний при измерении разности фаз, выполненных вдоль области точечного или короткого повреждения в изоляции, будет резким и четко определенным, тогда как изменение или разброс колебаний при измерении разности фаз, выполненных вдоль области более длинного повреждения в изоляции будет более случайным или хаотичным, но повторяемым.
Соответственно, в некоторых примерах процессор 308 выполнен с возможностью анализировать изменения в измерениях разности фаз в зависимости от расстояния и генерировать информацию, относящуюся к длине обнаруженного повреждения. Например, процессор 308 может генерировать оценку длины повреждения или классифицировать повреждение как точечное повреждение или более длинное повреждение. Эта информация может быть представлена оператору на экране дисплея локатора 202.
В других примерах график, по меньшей мере, измерений разности фаз в зависимости от расстояния может быть представлен пользователю на дисплее детектора 200 повреждений, и пользователь может оценить длину повреждения на основании графика.
Как уже обсуждалось выше, в некоторых примерах данные, полученные детектором 200 повреждений, могут быть переданы на портативное вычислительное устройство, и это устройство может обрабатывать/анализировать данные и представлять пользователю на дисплее график, по меньшей мере, измерений разности фаз в зависимости от расстояния, исходя из которого пользователь может оценивать длину повреждения. Дополнительно или в качестве альтернативы, портативное вычислительное устройство может генерировать информацию, относящуюся к длине обнаруженного повреждения, например, оценку длины повреждения, или классифицировать повреждение как точечное повреждение или более длинное повреждение.
Следует принимать во внимание, что повторные обследования, проводимые в разное время, позволят пользователю отслеживать состояние повреждения с течением времени и определять, является ли повреждение стабильным или изменяющимся. Например, сравнение графиков измерений разности фаз в зависимости от расстояния в области повреждения, выполненных в разное время, может указывать на то, что повреждение является стабильным (т. е. графики являются относительно похожими), точечное повреждение в результате коррозии превращается в более длинное повреждение (т. е. более ранний график выглядит как фиг. 6а, но более поздний график, например, выглядит как фиг. 6b), или что длинное повреждение увеличивается со временем (т. е. хаотическая область на более раннем графике распространяется на меньшее расстояние, чем протяженность этой области выглядит на более позднем графике).
На фиг. 7 показан второй пример экрана 600 дисплея, который может предоставляться приложением, запущенным для обработки измерений тока и напряжения. На фиг. 7 позиции 602, в которых одновременно проводились измерения тока и напряжения, отображаются на карте обследуемой области. Это позволяет пользователю легко и точно указывать точки на проложенном под поверхностью земли проводнике, где предполагаются повреждения, для будущего обслуживания или ремонта.
На фиг. 8 показан способ 700 обнаружения повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли, согласно примеру.
На этапе 702 переменный ток подается на проложенный под поверхностью земли проводник. Переменный ток может содержать одну или несколько частотных составляющих в низкочастотном диапазоне для обнаружения повреждений в изоляционном слое 104, и одну или несколько частотных составляющих в высокочастотном диапазоне для обнаружения проложенного под поверхностью земли проводника 106 и/или определения глубины заглубления подземного проводника 106 относительно земной поверхности 108.
В некоторых примерах в низкочастотном диапазоне могут быть сгенерированы один или несколько сигналов, имеющих частоту менее 10 Гц, для обнаружения повреждений в изоляционном слое 104. Например, может быть сгенерирован сигнал с частотой 4 Гц. В другом примере передатчик может генерировать сигнал с частотой 4 Гц и сигнал с частотой 8 Гц.
В некоторых примерах в диапазоне высоких частот могут быть сгенерированы один или несколько сигналов, имеющих частоту выше 10 Гц, для определения местоположения проложенного под поверхностью земли проводника 106 и/или определения глубины заглубления подземного проводника 106 относительно земной поверхности 108. Например, может быть сгенерирован сигнал с частотой 128 Гц. В некоторых примерах могут быть сгенерированы два или более сигналов в высокочастотном диапазоне, чтобы дать возможность определения глубины на более чем одной частоте.
На этапе 704 магнитное поле, генерируемое переменным током, обнаруживается магнитометром, расположенным над поверхностью земли, и одновременно измеряется напряжение между парой датчиков, находящихся в электрическом контакте с поверхностью земли.
На этапе 706 сигнал тока генерируется на основе обнаруженного магнитного поля и генерируется сигнал напряжения, показывающий измеренное напряжение.
На этапе 708 сигнал тока и сигнал напряжения обрабатываются одновременно. Например, сигнал тока и сигнал напряжения могут быть сохранены как измерения тока и напряжения, соответствующие одному местоположению в памяти. В другом примере сигнал тока и сигнал напряжения могут передаваться как измерения тока и напряжения, соответствующие одному местоположению в памяти, в вычислительное устройство для анализа.
Как описывалось выше, определенные способы и системы, как описано в данном документе, могут быть реализованы процессором, обрабатывающим компьютерный программный код, который извлекается из носителя данных для долговременного хранения информации. Например, способ 700 может быть реализован с помощью компьютерного программного кода, который реализуется вычислительным устройством 402.
В этом контексте фиг. 9 показывает пример устройства 800 обработки, содержащего машиночитаемый носитель 802 информации, подключенный к процессору 804. В некоторых случаях устройство 800 обработки может содержать автономное вычислительное устройство, такое как настольный компьютер или сервер, которое соединяется с возможностью связи с детектором повреждений; в других случаях устройство 800 обработки может содержать часть детектора повреждения. Машиночитаемый носитель 802 может быть любым носителем, который может содержать, хранить или поддерживать программы и данные для использования системой для выполнения инструкций, или во взаимосвязи с ней. Машиночитаемые носители могут содержать любой из множества физических носителей, таких как, например, электронные, магнитные, оптические, электромагнитные или полупроводниковые носители. Более конкретные примеры подходящих машиночитаемых носителей включают в себя, но не ограничиваются ими: жесткий диск, оперативное запоминающее устройство (RAM, ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ROM, ПЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, или переносной диск. На фиг. 8 машиночитаемый носитель данных содержит программный код для реализации способов, описанных выше.
На этапе 806 процессор 800 одновременно принимает измерения тока и напряжения. Измерение тока основано на сигнале тока, генерируемом на основе магнитного поля, обнаруженного с помощью магнитометра, расположенного над поверхностью земли. Измерение напряжения основывается на сигнале напряжения, измеренном между парой датчиков, находящихся в электрическом контакте с поверхностью земли.
На этапе 808 процессор 800 отображает измерения тока и напряжения на портативном вычислительном устройстве.
Кроме того, различные аспекты раскрываемого изобретения могут быть реализованы в непараметризированном варианте компьютерной реализации. В одном аспекте различные процессоры могут быть реализованы в виде процессоров обнаружения повреждений, изыскательских процессоров, процессоров обнаружения местоположения и т.п. Кроме того, различные аспекты раскрытия, изложенные в данном документе, улучшают функционирование системы, что очевидно из раскрытия настоящего документа. Кроме того, различные аспекты раскрываемого изобретения включают компьютерное аппаратное обеспечение, которое специально запрограммировано для решения сложной проблемы, рассматриваемой данным раскрытием. Соответственно, различные аспекты раскрываемого изобретения улучшают функционирование системы в общем в ее конкретной реализации, чтобы выполнять процесс, изложенный в раскрытии, и таким образом, как определяется формулой изобретения. Кроме того, раскрываемое изобретение предоставляет значимые ограничения, накладываемые на применение заявленных операций, чтобы показать, что формула изобретения не направлена на выполнение математических операций только на компьютере. В большей степени комбинация элементов накладывает значимые ограничения в том смысле, что математические операции применяются для улучшения существующей технологии путем улучшения обнаружения повреждений, чтобы расширить полезность этой технологии.
Аспекты раскрываемого изобретения, относящиеся к запатентованным технологиям коммуникаций и сигнализации, могут включать в себя каналы связи, которые могут представлять собой проводную или беспроводную сеть электронной связи любого типа, такую как, например, проводная/беспроводная локальная сеть (LAN), проводная/беспроводная персональная зональная сеть (PAN), проводная/беспроводная домашняя сеть (HAN), проводная/беспроводная глобальная сеть (WAN), сеть кампуса, городская сеть, корпоративная частная сеть, виртуальная частная сеть (VPN), межсетевая сеть, магистральная сеть (BBN), глобальная сеть (GAN), Интернет, интрасеть, экстрасеть, наложенная сеть, беспроводная связь ближнего радиуса действия (NFC), сотовая телефонная сеть, служба персональной связи (PCS), с использованием известных протоколов, таких как Глобальная система мобильной связи (GSM), CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов), сетевые технологии GSM/EDGE и UMTS/HSPA, сеть связи четвертого поколения Долгосрочное развитие сетей связи (Long Term Evolution, LTE), 5G (мобильные сети 5-го поколения или беспроводные системы 5-го поколения), WiMAX (протокол широкополосной радиосвязи), HSPA+ (усовершенствованная технология высокоскоростной пакетной передачи данных), W-CDMA (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением), CDMA2000 (также известный как C2K или IMT Multi-Carrier с несколькими несущими (IMT-MC)), беспроводная связь (Wi-Fi), Bluetooth и/или тому подобное, и/или комбинацию двух или более из них. Стандарты беспроводной связи ближнего радиуса действия (NFC) охватывают протоколы связи и форматы обмена данными, и основываются на существующих стандартах радиочастотной идентификации (RFID), включая ISO/IEC 14443 и FeliCa. Стандарты включают в себя ISO/IEC 18092 [3] и те стандарты, которые определены ассоциацией NFC Forum.
Аспекты раскрываемого изобретения могут быть реализованы в любом типе вычислительных устройств, таких как, например, настольный компьютер, персональный компьютер, ноутбук/мобильный компьютер, помощник по работе с персональными данными (PDA), мобильный телефон, планшетный компьютер, облачное вычислительное устройство и т.п., с возможностями проводной/беспроводной связи по каналам связи.
Аспекты раскрываемого изобретения могут быть реализованы в любом типе мобильных смартфонов, которые работают под управлением усовершенствованной операционной системы мобильной обработки данных и связи любого типа, такой как, например, операционная система Apple ™ iOS ™, операционная система Google ™ Android™, операционная система RIM ™ Blackberry ™, операционная система Nokia ™ Symbian ™, операционная система Microsoft ™ Windows Mobile ™, операционная система Microsoft ™ Windows Phone ™, операционная система Linux ™ и т.п.
Кроме того, в соответствии с различными аспектами раскрываемого изобретения, способы, описанные в данном документе, предназначены для работы с выделенными аппаратными реализациями, включающими в себя, но не ограничиваясь этим: персональный компьютер (ПК, РС), помощник по работе с персональными данными (PDA), полупроводники, специализированные интегральные схемы (ASIC), микропроцессоры, программируемые матрицы логических элементов, облачные вычислительные устройства и другие аппаратные устройства, сконструированные для реализации способов, описанных в данном документе.
В соответствии с примером, блок глобального позиционирования или устройство глобального позиционирования может представлять собой глобальную навигационную спутниковую систему (GNSS) любого типа, и может включать в себя устройство и/или систему, которая может оценивать свое местоположение на основе, по меньшей мере частично, сигналов, полученных от космических аппаратов (SVs). В частности, такое устройство и/или система могут получать измерения «псевдодальность», включая приблизительные значения расстояний между взаимодействующими космическими аппаратами SV и приемником навигационного спутника. В конкретном примере такая псевдодальность может быть определена в приемнике, который способен обрабатывать сигналы от одного или нескольких космических аппаратов (SVs), как частей системы спутникового позиционирования (SPS). Такая система SPS может включать в себя, например, Глобальную систему позиционирования (GPS), в частности Galileo, Glonass и многие другие SPS, разработанные в будущем. Для определения своего местоположения спутниковый навигационный приемник может получать измерения псевдодальности для трех или более спутников, а также их положения во время передачи. Зная параметры орбиты космических аппаратов SV, эти позиции могут быть рассчитаны для любого момента времени. Измерение псевдодальности затем может быть определено на основе, по меньшей мере частично, времени прохождения сигнала от космического аппарата SV к приемнику, умноженного на скорость света. Хотя способы, описанные в данном документе, могут предоставляться в качестве вариантов реализации определения местоположения в таких типах системы спутникового позиционирования (SPS), как GPS и/или Galileo в качестве конкретных иллюстраций, в соответствии с конкретными примерами, следует принимать во внимание, что эти технологии могут также применяться к другим типам SPS, и что заявленный объект изобретения не ограничивается в этом отношении.
Приложение, описанное в раскрываемом изобретении, может быть реализовано для выполнения в операционной системе Apple ™ iOS ™, операционной системе Google ™ Android ™, операционной системе RIM ™ Blackberry ™, операционной системе Nokia ™ Symbian ™, операционной системе Microsoft ™ Windows Mobile ™, операционной системе Microsoft™ Windows Phone ™, операционной системе Linux ™ и т.п. Приложение может быть написано вместе с комплектом разработчика программного обеспечения (SDK), связанным с операционной системой Apple ™ iOS ™, операционной системой Google ™ Android ™, операционной системой RIM ™ Blackberry ™, операционной системой Nokia ™ Symbian ™, операционной системой Microsoft ™ Windows Mobile ™, операционной системой Microsoft ™ Windows Phone ™, операционной системой Linux ™ и т.п.
Аспекты раскрываемого изобретения могут включать в себя сервер, выполняющий пример приложения или программного обеспечения, сконфигурированный соответственно для приема запросов от клиента и предоставления ответов. Сервер может работать на любом компьютере, включая выделенные компьютеры. Компьютер может включать в себя по меньшей мере один элемент обработки, обычно центральный процессор (ЦП, CPU), и какую-либо форму памяти. Элемент обработки может выполнять арифметические и логические операции, а блок упорядочения и управления может изменять порядок операций в ответ на сохраненную информацию. Сервер может включать в себя периферийные устройства, которые могут позволять извлекать информацию из внешнего источника, а результат операций сохранять и извлекать. Сервер может работать в архитектуре клиент-сервер. Сервер может выполнять некоторые задачи от имени клиентов. Клиенты могут подключаться к серверу через сеть по каналу связи, как определено в данном документе. Сервер может использовать запоминающее устройство с обнаружением и исправлением ошибок, резервными дисками, резервными блоками питания и так далее.
Вышеприведенные варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные примеры изобретения. Предусмотрены дополнительные варианты осуществления изобретения. Следует принимать во внимание, что любой признак, описанный в отношении любого одного варианта осуществления изобретения, может использоваться отдельно или в сочетании с другими описанными признаками, а также может использоваться в сочетании с одним или несколькими признаками любого другого варианта осуществления или любой комбинации из любых других вариантов осуществления изобретения. Кроме того, эквиваленты и модификации, не описанные выше, также могут использоваться без отклонения от объема изобретения, который определяется в прилагаемых пунктах формулы изобретения.