УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПО ТРУБОПРОВОДНОМУ КАНАЛУ
APPARATUS FOR CONTACTLESS TRANSMISSION OF SIGNALS OVER PIPELINE CHANNEL

Изобретение относится к системам передач электрических сигналов, характеризуемых частотой переменного тока, и предназначено для бесконтактной передачи сигналов по трубопроводному каналу из металлических материалов.
5
Известно устройство дистанционного контроля работоспособности станций катодной защиты (СК3), принятое за аналог, включающее трубопровод, передающий и приемный блоки, причем передающий блок содержит электрод заземления и генератор, а приемный блок - электрод заземления и избирательный усилитель (п-т РФ №2006953, МПК G08C 19/02, 1994 г.).
В качестве источника информационного сигнала выступает генератор инфранизкой частоты, включающийся при неисправности СКЗ или обрыве дренажных кабелей станции. Сигнальный провод генератора подключен к минусовой клемме СК3, общий провод - к автономному заземлителю. Приемная часть устройства содержит фильтры инфранизкой частоты, соединенные с трубопроводом, усилитель и заземлитель.
Устройство позволяет за счет использования в качестве носителя информационного сигнала автономного от СК3 генератора инфранизкой частоты пульсаций однополупериодного выпрямленного напряжения отрицательной полярности значительно повысить дальность и качество передачи сигналов контроля.
Недостатком данного изобретения является то, что для обеспечения номинальной нагрузки и увеличения дальности передачи информационного сигнала автономного генератора устройства при подключении к цепи труба-земля, его заземлитель устанавливается на значительном расстоянии от оси трубопровода и его охранной зоны. Это существенно увеличивает риск нарушения дренажной цепи заземлителя при сельскохозяйственных и ремонтных работах, а значит и нарушение работоспособности устройства в целом. Кроме того, работа устройства на трассе в технологическом коридоре многониточной прокладки трубопроводов требует установки дополнительных автономных заземлителей для ослабления эффекта экранирования, что дополнительно повышает уязвимость физической целостности дренажной цепи.
7
Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является устройство связи для дистанционного контроля по трубопроводному каналу, включающее трубопровод, передающий блок, в состав которого входят электрод заземления, генератор информационного сигнала и колебательный контур, и приемный блок, в состав которого входят электрод заземления, избирательный усилитель и колебательный контур, причем каждый из колебательных контуров состоит из катушки индуктивности и цилиндрического конденсатора, одной обкладкой которого служит металлическая стенка трубопровода, а другой обкладкой - электропроводящий материал, нанесенный на изоляцию трубопровода в местах передачи и приема информационного сигнала. Колебательные контуры передающего и приемного блоков имеют резонансную частоту, равную частоте информационного сигнала (п-т РФ №2170952, МПК G08C 19/08, 1997 г.).
Существенным недостатком прототипа является гальваническое подключение передающего блока к цепи труба-земля, что приводит:
- к невозможности применения устройства связи на трубопроводах проложенных наземным и надземным способом, а также проложенных подземно в каналах и коллекторах;
- к непостоянству нагрузочных характеристик устройства связи по причине гетерогенности грунта, приводящей к существенному снижению качества колебательного контура и увеличению потерь за счет частотной расстройки при переходе электромагнитной энергии из передающего блока в трубопроводный канал;
- к отрицательному влиянию потенциала поляризации трубопровода, блуждающих токов от мощных электроустановок с рабочим заземлением, пульсаций токов промышленной частоты 50 Гц и токов от СК3-100 Гц, присутствующих в цепи труба-земля, на генератор информационного сигнала и колебательный контур;
- к потере значительной части электромагнитной энергии информационных сигналов на переходном сопротивлении электрода заземления;
Резюмируя недостатки аналога и прототипа предлагаемого изобретения, можно констатировать, что указанные устройства, гальванически подключенные к цепи труба-земля, имеют ограниченное применение в зависимости от способа прокладки трубопроводов, обладают низким КПД при передаче информационного сигнала, являются эксплуатационно ненадежными из-за гетерогенности грунта, подверженности отрицательному влиянию потенциала поляризации, блуждающих токов, помех на промышленных частотах и уязвимости физической целостности цепей автономных заземлителей.
Задачей настоящего изобретения является устранение распределенного проводника «земля» из трубопроводного канала связи, что приводит к возможности применения устройства на металлических трубопроводах независимо от способа прокладки, повышению КПД, помехоустойчивости и эксплуатационной надежности передающих блоков информационных сигналов.
Поставленную задачу решают благодаря тому, что в устройстве для бесконтактной передачи сигналов по трубопроводному каналу, включающем трубопровод, являющийся каналом связи, и передающий блок, содержащий генератор информационного сигнала и излучатель, согласно изобретения, излучатель конструктивно выполнен в виде подковообразного магнитопровода из электротехнической стали 0.3-Н-1-ЭТ-А-3408, на котором расположены катушка индуктивности и конденсатор, образующие параллельный колебательный контур, настроенный на резонансную частоту информационного сигнала и катушка трансформаторной связи, подключенная к выходу генератора, минимизирующая отрицательное взаимовлияние генератора и контура, при этом трубопровод располагается между полюсами магнитопровода для обеспечения максимальной индукционной связи.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - конструкция излучателя, его связь с генератором и положение относительно трубопровода.
Передающий блок устройства состоит (фиг.1) из генератора информационного сигнала 1, соединенного с излучателем 2, который индукционно связан с трубопроводом 3. В свою очередь излучатель содержит (фиг.2) катушку трансформаторной связи 4, непосредственно соединенную с генератором 1, и колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности 5 и конденсатора 6, причем катушка трансформаторной связи 4 и катушка индуктивности 5 собраны на подковообразном магнитопроводе 7, между полюсами которого располагается трубопровод 3.
Устройство подключается к трубопроводу и работает следующим образом.
Генератор информационного сигнала 1 (фиг.2) подключается непосредственно к катушке трансформаторной связи 4, которая наводит ЭДС резонанса в колебательном контуре излучателя 2 (фиг.1) на частоте информационного сигнала, усиливая выходную электрическую мощность генератора в Q раз, где Q - добротность колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности 5 и конденсатора 6. Усиленная за счет резонанса выходная мощность генератора преобразуется в энергию переменного магнитного поля и объемно сосредотачивается в подковообразном магнитопроводе 7, расположенном относительно оси трубопровода 3 согласно фиг.2, при этом силовые линии магнитного поля оптимально пересекают трубопровод 3, бесконтактно индуцируя и передавая информационный сигнал той же частоты по трубопроводному каналу.
Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что заявляемое устройство, в отличие от прототипа, позволяет передавать сигналы по трубопроводу без гальванической связи передающего блока непосредственно с проводниками физической цепи труба-земля (бесконтактно), что позволяет устранить распределенный проводник «земля» из трубопроводного канала связи и приводит к возможности применения устройства на металлических трубопроводах независимо от способа прокладки, повышению КПД, помехоустойчивости и эксплуатационной надежности передающих блоков информационных сигналов.
Внедрение устройства позволит значительно повысить эффективность работы передающих блоков средств связи, использующих трубопроводный канал, вне зависимости от способа прокладки трубопровода.
Литература
5
1. Патент РФ №2006953 от 03.06.1991 г., МПК G08C 19/02. Устройство дистанционного контроля работоспособности станций катодной защиты.
7
2. Патент РФ №2170952 от 17.03.1997 г., МПК G08C 19/08. Устройство связи для дистанционного контроля по трубопроводному каналу.