ДАТЧИК СИГНАЛИЗАЦИИ УТЕЧКИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использована для контроля герметичности и определения наличия течи жидкости или газа в трубопроводах, например, газопроводов и нефтепроводов.
Уровень техники
Метод акустической эмиссии основан на регистрации и анализе акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и разрушения (роста трещин) трубопровода, а также при истечении рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте. Для приема сигналов акустической эмиссии применяются пьезокерамические преобразователи, однако недостатком применяемых устройств является повышенная чувствительность устройств к внешним погодным условиям, что выражается в ложных срабатываниях при сильном снегопаде, дожде и пурге, также при работе устройства рядом с насосными станциями и местами резких поворотов трубопровода. Для повышения помехоустойчивости и уменьшения количества ложных срабатываний необходимы устройства, обрабатывающие принимаемые сигналы.
Известен акустический течеискатель для трубопроводов (патент RU 2404416 С2 опубл. 20.11.10), содержащий индикатор звука, а также последовательно соединенные микрофон, усилитель, блок полосовых фильтров, амплитудный детектор. Устройство снабжено синтезатором звука, генератором звуковых частот и блоком памяти минимального значения амплитуды сигналов, при этом блок памяти минимального значения амплитуды поступающих сигналов подключен к амплитудному детектору и к одному из входов синтезатора звука, к другому входу которого подключен генератор звуковых частот, а к выходу - индикатор звука.
Недостатком известного технического решения является высокий процент ложных срабатываний в условиях внешней акустической зашумленности, при работе насосов, при интенсивном выпадении атмосферных осадков.
Известно устройство для определения места течи в продуктопроводе для осуществления способа, выбранное за прототип (патент RU 2628672 С1 опубл. 21.08.2017), которое содержит корпус и четыре акустических датчика, при этом в корпусе расположены сумматор, первый, второй, третий и четвертый приемные тракты, каждый из которых соединен с акустическим датчиком, а в каждом приемном тракте расположены последовательно соединенные усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, которые соединены с блоком обработки, причем блок обработки соединен с сумматором.
Недостатком этого технического решения является то, что не устраняются ложные срабатывания при внешней зашумленности в виде широкополосных шумов от работы насосов и интенсивном выпадении атмосферных осадков.
Сущность полезной модели
Технический результат, достигаемый предложенным решением, заключается в улучшении соотношения сигнал/шум, что уменьшает количество ложных срабатываний.
Технический результат достигается тем, что в датчике сигнализации утечки, включающем пьезокерамический преобразователь, фильтр, аналого-цифровой преобразователь и блок обработки сигнала, согласно предложенному решению, пьезокерамический преобразователь, согласующий усилитель и аналого-цифровой преобразователь соединены последовательно, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом блока цифровой обработки сигнала, являющегося входом адаптивного эквалайзера, при этом первый выход адаптивного эквалайзера соединен со входом детектора шумовой обстановки, второй его выход соединен со входом полосового фильтра, выходы вышеупомянутых соединены с соответствующими входами решающего устройства, один выход которого соединен со входом адаптивного эквалайзера, а другой является выходом блока цифровой обработки сигнала.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлена функциональная схема датчика, на фиг. 2 - диаграмма частотного спектра интенсивных осадков (падающего снега), на фиг. 3 представлена диаграмма частотного спектра утечки жидкости из металлической трубы и диаграмма частотного спектра интенсивных осадков в виде снега.
Осуществление полезной модели
Датчик сигнализации утечки содержит последовательно соединенные пьезокерамический преобразователь 1, согласующий усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3. Выход АЦП 3 соединен со входом адаптивного эквалайзера 4, являющегося входом блока цифровой обработки сигнала 5. Первый выход эквалайзера 4 соединен со входом детектора шумовой обстановки 6, а второй выход соединен со входом полосового фильтра 7. Выходы детектора шумовой обстановки 6 и полосового фильтра 7 соединены с соответствующими входами решающего устройства 8, один выход которого соединен со входом эквалайзера 4, а другой является выходом блока цифровой обработки сигнала 5.
Работа устройства
Электрический сигнал, снимаемый с пьезоакустического преобразователя 1 через согласующий усилитель 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где преобразуется в цифровой код. Цифровой код с выхода АЦП 3 подается на блок цифровой обработки сигнала 5 для дальнейшей обработки сигнала в цифровом виде. В адаптивном эквалайзере 4 исходный сигнал раскладывается на частотные составляющие, при этом амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в адаптивном эквалайзере 4 управляются сигналами с решающего устройства 8 и подавляются внешние продолжительные ложные сигналы, содержащие частотные компоненты из рабочей полосы датчика утечки. С выхода эквалайзера 4 сигнал поступает на детектор шумовой обстановки 6, задачей которого является определение общего уровня принимаемого акустического шума, необходимого для вычисления соотношения сигнал/шум решающим устройством 8. Решающее устройство 8 анализирует многочастотный сигнал с выхода эквалайзера 4, преобразованного полосовым фильтром 7, и подстраивает его коэффициенты так, чтобы выровнять общую АЧХ приемного тракта датчика и подавить акустический сигнал от источников шума, долговременно присутствующих в трубопроводе и имеющих частотные компоненты из эффективной области, таких как работа нефтеперекачивающей станции, тяжелые насосы, шум движения жидкости в трубопроводе, продолжительные интенсивные атмосферные осадки, таяние снега на поверхностях трубопровода. Решающее устройство 8 постоянно высчитывает отношение энергетики сигналов в рабочей полосе датчика утечки (частоты кавитации, сигнал акустической эмиссии от разрушения металла) к уровню общей шумовой обстановки с выхода детектора шумовой обстановки 6, вычисляемое из данных по всем другим выделяемым полосам, затем принимает решение о наличии факта обнаружения утечки в области рядом с местом установки датчика.
На фиг. 2 показано, что при достаточной интенсивности осадков пороговое устройство, работающее в полосе 30-40 КГц даст срабатывание на утечку.
На фиг. 3 представлено сравнение АЧХ утечки из отверстия диаметром 0.4 мм при избыточном давлении 1 МПа (диаграмма а) и АЧХ процесса интенсивного осадка (диаграмма b).
Улучшение соотношения сигнал/шум происходит за счет постепенного подавления продолжительных широкополосных шумов, имеющих в своем спектральном составе частотные компоненты из рабочей полосы датчика утечки. Эффект должен проявляться на открытых участках трубопровода, подверженных влиянию интенсивных атмосферных осадков, на местах с сильным постоянным или периодическим шумом, таких как нефте-, газоперекачивающие станции, места прохождения трубопровода рядом с автострадами, места с локальными турбулентностями потока жидкости (изгибы, задвижки). Это позволяет избавиться от многих ложных срабатываний датчика утечки.