УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам охраны и может быть использована для охраны участков местности и подступов к объектам, например, охранной зоны магистральных нефтегазопроводов, проложенных в траншеях и насыпях, с целью обнаружения подготовительных работ к несанкционированным врезкам, и, тем самым, предотвращения аварийной ситуации на данном участке.
Известно устройство, описанное в качестве примера реализации способа обнаружения перемещающихся объектов на охраняемом рубеже (патент РФ №2165629 МПК 7 G01V/00, опубл. 20.04.2001, бюл. №11), содержащее сейсмический приемник, усилитель, к выходу которого подключены своими входами взвешивающие фильтры с различными полосами пропускания, в частности выбранными соответственно равными (15-25) Гц и (35-50) Гц. К выходам этих фильтров подключены интеграторы, выходы которых в свою очередь соединены с входами решающего устройства. В целях экономии ресурса источника электропитания в схему введены включенные последовательно пороговый блок и исполнительный блок, осуществляющий коммутацию источника электропитания. При этом вход порогового блока подключен к выходу усилителя.
Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей, обусловленная направленностью конструкции на обнаружение в структуре спектра сейсмических сигналов только частот, характеризующих перемещающиеся по охраняемому участку объекты.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство обработки сейсмических сигналов для системы охранной сигнализации, содержащее включенные последовательно геофон, полосовой усилитель и пороговый блок, отличающееся тем, что в него введены определитель корреляции выбросов, формирователь интервала наблюдения, компаратор нулевого уровня, таймер, частотный компаратор, первый и второй логические элементы И, логический элемент ИЛИ, причем вход определителя корреляции выбросов подключен к выходу порогового блока, а выход - к входу формирователя интервала наблюдения, потенциальный выход которого подключен к функциональному входу таймера и к первому входу первого логического элемента И, выход которого является выходом устройства, а второй вход которого подключен к точке соединения импульсного выхода таймера с первым входом логического элемента ИЛИ, подключенного своим вторым входом к импульсному выходу формирователя интервала наблюдения, третьим входом - к выходу частотного компаратора, а выходом - к входу обнуления частотного компаратора и к входу обнуления таймера, потенциальный выход которого соединен с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом компаратора нулевого уровня, подключенного своим инвертирующим входом к точке соединения выхода полосового усилителя с функциональным входом порогового блока, а не инвертирующим входом - к шине нулевого потенциала, выход второго логического элемента И соединен с функциональным входом частотного компаратора. (Патент РФ №2242799 МПК 7 G08B 13/16, G01V 1/22, опубл. 20.12.2004, бюл. №35).
Недостатком данного устройства также является ограничение его функциональных возможностей, вызванное направленностью конструкции на обнаружение только перемещающихся объектов на охраняемом участке и отслеживанием их перемещения во времени, т.е. отсутствием возможности определения координат стационарно возникающего очага
сейсмоакустической эмиссии, вызванного, например, подкопом к объекту, вибрацией работающего агрегата, стационарным воздействием на неподвижный объект (например, участок трубопровода).
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в обеспечении возможности определения на фоне естественной (нормальной) сейсмоакустической эмиссии (САЭ) точных координат внепланово возникающего стационарного очага САЭ, источником которой, например, может быть подготовительная операция к несанкционированной врезке (подкоп, бур, работающий агрегат и. т.п.) на объекте, либо на подступах к нему.
Поставленная задача решается заявляемым устройством для обработки сейсмических сигналов для системы охранной сигнализации, включающем последовательно соединенные геофон, блок усилителей и компаратор нулевого уровня, в котором между блоком усилителей и компаратором нулевого уровня последовательно введены блок линий задержки, сумматор, квадратор, схема сравнения и накопитель сигналов, параллельно квадратору и схеме сравнения последовательно подключены электронный ключ, блок памяти и ограничитель количества сигналов, а выход компаратора нулевого уровня соединен с входом блока выработки аварийного сигнала.
Техническим результатом, получаемым при этом, является повышение степени чувствительности устройства при сохранении помехозащищенности, достигаемой за счет фокусировки (острой направленности) устройства на интересующие источники САЭ и накопления сигналов при постоянном сканировании объекта и участков местности на подступах к нему.
Указанный результат обеспечивается отличительными признаками заявляемого устройства, а именно тем, что между блоком усилителей и компаратором нулевого уровня последовательно введены блок линий задержки, сумматор, квадратор, схема сравнения и накопитель сигналов, а параллельно квадратору и схеме сравнения последовательно подключены
электронный ключ, блок памяти и ограничитель количества сигналов, а выход компаратора нулевого уровня соединен с входом блока выработки аварийного сигнала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг 1. показана блок-схема устройства, на фиг.2 - схема, демонстрирующая принцип работы устройства в охранной зоне объекта (например, трубопровода), на фиг.3 приведены графики изменения мощности накопленных сигналов САЭ на охраняемом участке при появлении нового очага САЭ.
В состав устройства (фиг.1) входят геофон (сейсмоприемник) 1, блок усилителей 2, блок линий задержки 3, сумматор 4, квадратор 5, электронный ключ 6, блок памяти 7, ограничитель количества сигналов 8, схема сравнения 9, накопитель сигналов 10, компаратор нулевого уровня 11, блок выработки сигнала аварийной ситуации 12.
Устройство работает следующим образом.
Упругие волны сейсмоакустической эмиссии воспринимаются геофоном 1, усиливаются в блоке усилителей 2 и поступают в блок линий задержки 3, где в принимаемые сигналы по заданной программе вносятся относительные временные задержки, обеспечивающие размещение импульсов по поверхности фокусирования (параболе), затем в сумматоре 4 осуществляется суммирование сигналов, а в квадраторе 5 - их среднеквадратичное преобразование в значения, пропорциональные энергии суммированных сигналов.
Затем, через электронный ключ 6 суммированные сигналы направляются в блок памяти 7 и через ограничитель количества сигналов 8, который ограничивает количество сигналов от девяти до одиннадцати, суммированные сигналы, характеризующие среднее значение САЭ подаются в схему сравнения 9, куда одновременно поступают суммированные сигналы, характеризующие текущее значение САЭ из квадратора 5. В схеме сравнения 9 происходит выработка разностного значения между суммированными
сигналами среднего значения и суммированными сигналами текущего значения САЭ, затем разностное значение сигналов поступает в накопитель сигналов 10 и далее в компаратор нулевого уровня 11.
Таким образом, очевидно, что при отсутствии новых внешних источников поля сейсмоакустической эмиссии, параметры текущего значения САЭ (например, ее мощность) будут соответствовать средненакопленному значению сигналов, и в компаратор нулевого уровня 12 будет поступать накопленное разностное значение сигналов, близкое к нулю, что не вызовет подачу сигнала рассогласования из компаратора нулевого уровня в блок выработки аварийного сигнала 12.
n
При появлении на фоне нормальной сейсмоакустической эмиссии нового очага САЭ 13 (фиг.2), например, стационарного «шума» подкопа, работающего агрегата, деформационного воздействия на объект, мощность сигналов текущей эмиссии начинает превышать средненакопленное значение сигналов в схеме сравнения 9. Разностное значение сигналов в течение определенного промежутка времени t (фиг.3) резко возрастает в накопителе сигналов 10 и превосходит установленное пороговое значение в компараторе нулевого уровня 11, в котором вследствие этого вырабатывается сигнал рассогласования, поступающий затем в блок выработки аварийного сигнала 12.
Сигнал рассогласования из компаратора нулевого уровня 11 может при этом подаваться и на индикатор (визуальный, световой), либо регистратор для документирования процесса, на блок-схеме не показаны.
На фиг.2 показаны сканируемые устройством точки 13, 14, 15 охранной зоны трубопровода 16 и процесс построения линий задержки 13а, 14а, 15а соответственно, тем самым демонстрируется принцип фокусирующего преобразования поля сейсмоакустической эмиссии. При этом в точках 14 и 15 строятся линии задержки нормального поля САЭ при отсутствии внешних источников поля, а в точке 13 - линия задержки 13а, построенная в случае возникновения нового источника САЭ (при
деформации целостности трубопровода 16, либо проведении несанкционированных земляных или буровых и других работ в его охранной зоне на грунте.
1
2
3
n
На фиг.3 приведены графики изменения мощности сейсмоакустической эмиссии Е по длине L линейного объекта, например, трубопровода и соответствующего участка его охранной зоны. Кривая Е (t) показывает разность значений сигналов при отсутствии новых внешних очагов САЭ. Кривые Е (t) и Е (t) - разность значений сигналов при появлении стационарного, нарастающего по мощности САЭ за соответствующие промежутки времени очага эмиссии на определенном участке линейного объекта. Кривая Е (t) показывает разность накопленных значений сигналов текущей и фоновой САЭ. Возрастание этой величины в точке «ОЭ» (очаг эмиссии) свидетельствует о появлении на заданном участке трубопровода нового очага сейсмоакустической эмиссии, идентифицируемого устройством с возникновением аварийной ситуации, либо проведением несанкционированных работ на объекте или его охранном участке.
Совокупность отличительных признаков устройства обеспечивает точную фокусировку устройства при сканировании объекта известной формы и размеров, например трубопровода, при заданном расстоянии от геофона до объекта, возможность реализации разностной схемы «информационное поле минус фоновое поле», реализацию схемы накопления сигналов высокой кратности, использование многократной схемы наблюдений.
Устройство может использоваться для систем охранной сигнализации, состоящих из нескольких геофонов - сейсмоприемников, расположенных системно, например, в виде сложной апертуры, многолучевой звезды, и. т.п., в зависимости от сложности формы и протяженности размеров охраняемого объекта и участков местности на подступах к нему.