СЕНСОР ЗВУКА И МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ ПОИСКА ТЕЧИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА

Заявляемая полезная модель относится к средствам контроля герметичности с использованием звуковых колебаний, а более конкретно к контролю трубопроводов с помощью акустических течеискателей.
Для поиска течи подземного трубопровода необходимо сначала обнаружить трассу этого трубопровода. Поиск трассы трубопровода осуществляется с помощью приемника сигналов, излучаемых этим трубопроводом.
Излучение сигналов проходит от трубопровода, к которому подключен генератор электрических колебаний. В этом случае трубопровод выполняет функцию антенны, излучающей электромагнитные колебания. Прием сигналов, излучаемых трубопроводом, осуществляется сенсором магнитного поля, возникающего при прохождении тока по трубопроводу.
Известно «Устройство для определения расположения магистральных трубопроводов», патент SU 1804636, в котором в качестве сенсора магнитного поля используется катушка индуктивности с ферритовым сердечником.
При нарушении герметичности трубопровода из него вытекает газ или жидкость, что является причиной возникновения акустических колебаний. Регистрируя эти колебания определяют место течи трубопровода. Известны устройства для определения места течи в трубопроводе, см. например патент RU №2249802. В указанном патенте для определения места течи используются акустические датчики.
Задача состоит в том, чтобы создать единый прибор, который бы обеспечивал поиск трассы трубопровода и одновременно - обнаружение течи в этом трубопроводе.
Для решения этой задачи заявляемый сенсор содержит обечайку, в днище которой встроена мембрана, на которой расположен прижимаемый к ней пьезокристаллический преобразователь акустических колебаний в электрический сигнал. Внутри этой же обечайки расположен измеритель магнитной индукции, который выполнен в виде элемента Холла, к двум граням кристалла которого подключен источник тока, а к двум другим - усилитель электрических сигналов.
На фиг.1 изображена принципиальная схема заявляемого сенсора.
На фиг.2 изображена принципиальная схема элемента Холла.
Заявляемый сенсор служит для обнаружения подземного трубопровода и одновременно для определения места течи этого трубопровода. С этой целью в единой обечайке 1 расположен пьезоэлектрический преобразователь 2 акустических колебаний в электрический сигнал и элемент Холла 3, возникающим вокруг трубопровода.
Обечайка изготавливается из материала, легко пропускающего электромагнитное излучение трубопровода, например из пластмассы. В верхней части обечайки имеется крышка 4, а в нижней - мембрана 5. На мембране установлен пьезоэлектрический преобразователь 2 акустических колебаний в электрический сигнал. В качестве такого преобразователя могут использоваться кристаллы из титаната бария, сегнетовой соли и др.
Пьезоэлектрический преобразователь 2 прижимается к мембране 5 с помощью шарикового упора 6, расположенного между опорными шайбами 7, 8. Опорная шайба 8 находится под действием пружины, прикрепленной к консоли 10.
Выводы пьезоэлектрического преобразователя 2 подключены к усилителю 11 электрических сигналов. На пластмассовой части обечайки в области ее днища установлен элемент Холла 3.
2
Элемент Холла изготавливается из полупроводника, например из арсенида индия. Площадь пластинки В×l составляет несколько мм и имеет толщину d. К боковым граням пластинки подводится ток от источника 12, фиг.2. С двух других граней снимается ЭДС Холла, величина которой определяется плотностью тока, подводимого к пластинке, магнитного индукцией Н, излучаемой трубопроводом, и зависит от ориентации пластинки относительно вектора магнитной индукции.
Величина ЭДС Холла определяется по формуле:
х
E=RHjSinα,
где R - коэффициент Холла;
H - величина магнитной индукции, излучаемой трубопроводом;
- плотность тока, подводимого к элементу Холла;
α - угол между векторами j и H;
J - сила тока, пропускаемого через пластинку.
Таким образом, ЭДС Холла зависит от величины магнитного поля и от ориентации элемента Холла относительно вектора Н магнитной индукции. Это свойство позволяет использовать элемент Холла для определения направления излучения подземной коммуникации, а также для измерения интенсивности излучения.
Определение местоположения трассы подземного трубопровода основано на регистрации магнитного поля, возникающего при протекании тока по трубопроводу. Если элемент Холла находится в магнитном поле трубопровода, то в нем наводится ЭДС, - величина которой определяется по вышеприведенной формуле. Для удобства пользования сенсор для поиска подземного трубопровода закрепляется на штанге, с помощью которой производится сканирование датчика над поверхностью земли. В зависимости от величины ЭДС элемента Холла оператор принимает решение о выборе направления поиска. Для «вхождения в трассу» датчик перемещают в сторону увеличения сигнала, снимаемого с элемента Холла.
Максимальный уровень сигнала свидетельствует о нахождении датчика над трассой. Одновременно с этим осуществляют прием акустических сигналов с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Максимум сигнала свидетельствует о нахождении датчика над местом течи.
Таким образом, заявляемый датчик обеспечивает поиск трассы трубопровода и одновременно - поиск его дефекта.