Пристрій акустомоніторингу трубопроводів

У пропонованому варіанті квазінеперервної локації із частотним методом виміру дальності з (11), (38) випливає x1=f(x1)·[c/(2·Dfнпр./T)]; (58) Потенційна точність виміру дальності при точно відомому множнику [c/(2·Dfнпр./T)] 2 визначається дисперсією похибки вимірювання частоти -  f в умовах завади [1] 2 2 2  d. Нпр.=[c/(2·Dfнпр./T)] · f; (59) 2 2 2  f=1/[(T/2) ·q нпр.]; (60) 2 2 2 2 2 2  d.нпр.=[c/(2·Dfнпр./T)] /[(T/2) ·q нпр.]=c /[Dfнпр.·q нпр.] ; (61) d. Нпр.=с/(Dfqнпр.); (62) T - період огляду, Т/2 - тривалість гармонійного сигналу, оброблюваного вузькосмуговим фільтром. Відношення потенційних похибок виміру дальності пропонованим частотним методом та імпульсним методом прототипу і з урахуванням (56), (61) дорівнює 2d.нпр / 2d.імп  c 2 /[Df 2нпр  q2нпр] c /[Df імп  q імп] 2 2  Df 2нпр  q2нпр Df 2 імп  q2імп ; (63) d. Нпр. /d. Імп.=(Df нпр. q нпр./Df імп.·q імп.). (64) Властива імпульсному методу мертва зона d м.з. імп. дорівнює d мз. імп.=с/2. (65) При частотному методі виміру дальності мертва зона d м.з.нпр. згідно з (38) визначається смугою частот, що примикає до нуля та вирізається смуговим фільтром із нижньою частотою зрізу гетеродинованих сигналів - fн. d м.з.нпр.=fн·c/(2·g)=fн·c/(2·Df/T). (66) У Таблиці наведені характеристики пристроїв акустомоніторингу, на базі імпульсної локації прототипу із тривалістю зондуючого гармонійного сигналу  імп.=0,2 с зі смугою Df імп.=5 Гц і пропонованого технічного рішення на базі квазінеперервної локації із тривалістю періодичного зондуючого ЛЧМ сигналу Т=10 сек., тривалістю періодичного ЛЧМ сигналу, що обробляється 8 UA 111904 C2 когерентно -  нпр.=Т/2 сек. зі смугою Df нпр.=1000 Гц. Імовірність правильного виявлення -D(q, -9 F=10 ) розраховувалась за формулою [4]  D(q, F  109 )   v  exp[(v 2  q2 ) / 2  Io(q  v )dv ; (67) П(F ) Io( x) - функція Бесселя першого роду нульового порядку. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 З аналізу даних Таблиці випливає технічний результат, а саме - поліпшення характеристик пропонованого пристрою акустомоніторингу трубопроводів відносно прототипу: підвищення ймовірності правильного виявлення D при заданій імовірності хибних тривог F, потенційної точності визначення координати місця пошкодження - d, зменшення протяжності мертвої зони - d м.з. Пристрій акустомоніторингу - прототип на базі імпульсної локації при ймовірності фіктивних -9 тривог - F=10 при значеннях параметра виявлення по напрузі - qiмп=2, 3 луна - сигналу не -9 -9 виявляє - D(qiмп.=2, F=10 )=0.008; D(qiмп.=3, F=10 )=0.078. При параметрі виявлення по -9 напрузі – qiмп.=4 імовірність виявлення луна - сигналу D (qiмп=4, F=10 )=0.332 проти необхідних D=0.9. Пропонований пристрій акустомоніторингу на базі квазінеперервної локації при однакових із прототипом рівнях випромінювання забезпечує: -9 - імовірність виявлення D (qнпр.=qiмп.·(Т/2·імп.), F=10 )1. - підвищення потенційної точності виміру координати місця пошкодження - витоку в 1200 разів, - зменшення мертвої зони в 40 разів. Отриманий ефект досягається переходом від імпульсного до квазінеперервного випромінювання - приймання зі збільшенням тривалості когерентної обробки сигналів у  нпр. /імп.=25 разів, параметра виявлення по напрузі у qнпр./qімп.=5 разів, смуги сигналу у 200 разів. Внутрішньо трубний простір зондується широкосмуговими ЛЧМ імпульсами тривалістю Т=10 сек., які збуджуються синфазно електроакустичними перетворювачами поза їхньою смугою резонансу для роботи на лінійній ділянці фазочастотної характеристики в смузі - 2 кГц. Необхідний рівень акустичного поля випромінювання при роботі поза резонансною смугою реалізується 3-вимірним багатоелементним випромінювачем у вигляді групи Q конструктивних складнів, встановлених на плоскій поверхні звукопроводу рівномірно по колу на звукопровідному клеї, а кожний конструктивний складень виконано у вигляді стовпа q акустичних біморфних комірок, установлених одна над другою на звукопровідних опорах, що передають акустичні коливання на плоску поверхню звукопроводу. При цьому акустичні біморфні комірки, звукопровідні опори конструктивних складнів скріплені звукопровідним клеєм. Розміщення акустичних біморфних комірок у 3-вимірному просторі - Q по колу в горизонтальній площині та q по вертикалі з передачею енергії коливань через звукопровідні опори на звукопровід збільшує в q раз п'єзоактивну масу, дозволяє не тільки зберегти рівень випромінювання, аналогічний рівню резонансного випромінювача в прототипі, але й збільшувати його до граничних значень, обумовлених акустичною міцністю звукопроводу. Відстроювання від завади прямого випромінювання забезпечується демодуляцією широкосмугових ЛЧМ сигналів у процесі обробки шляхом ЛЧМ гетеродинування, при якому сигнал прямого випромінювання переноситься на нульову частоту та вирізається аналоговою, цифровою смуговою фільтрацією з нижньою граничною частотою - fн=5 Гц, а прийом лунасигналів здійснюється узгодженою вузькосмуговою обробкою гармонічних луна-сигналів в ковзному вікні тривалістю Т/2=5 сек. за період локації тривалістю Т=10 сек. Джерела інформації: 1. Слока В.К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов, с. 92, "Советское радио". М. 1970. 2. Исакович М.А. Общая акустика. c.390 .Изд-ство "Наука". М. 1973. 3. Штейн Б.Б., Черняк Н.А. Однополосная модуляция с помощью фазовых схем. с. 13-25. "Связьиздат".М. 1959. 4.Финкельштейн М.И. Основы радиолокации, с. 247. М. "Радио и связь" 1988. 9 UA 111904 C2 Таблиця Пристрій Параметр Вид сигналу Імпульснолокаційний моніторингпрототип Неперервно-локаційний моніторинг згідно з заявкою Гармонічний Лінійночастотномодульований Тривалість узгодженої 0.2 обробки сигналу -  імпсек  нпр.=T/2 (сек.) Смуга сигналу Df (Гц) 5 Параметр виявлення qімп.=(2 Еімп. /No) 2; 3; 4; qнпр.=[2 Еімп./No) T/2 iм] Ймовірність правильного 9 виявлення - D(q, F=10 ) Fймовірність хибних тривог D(q, F)= 0.008; 0.078; 0.332;   e  exp[(e 2 5 2000/2 10; 15; 20; 1 1 1 Відношення параметрів неперервного та імпульсно-локаційного моніторингу нпр./імп.=25 Dfнпр./Dfімп.=200 q нпр./q імп.=5; 5; 5 Dнпр./Dімп.=119; 12.8; 3.01  q2 ) / 2  Io(q  e)de; =ℓn(-F)=4.552; Потенційна похибка вимірювання дальності. d.імп.=c/[Dfiмп. q імп.]; (м) d.нпр.=с//[Df q нпр.]; (м) с=1225 м/сек. - нафта Мертва зона - d імп.=с /2 (м); dнпр.=fн c/(2 Df нпр./Т)(м); fн=5 (Гц) с=1225 м/сек. - нафта 123; 81.7; 61.3; 0.12; 0.08; 0.06; 122.5 3 d.імп./ d.нпр.1023 d імп./d нпр.41 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 Пристрій акустомоніторингу трубопроводів, що містить термінал збору даних і керування в складі включених послідовно зональної ЕОМ, контролера обміну, М каналів передачі команд і даних, з'єднаних першими Входами-Виходами з відповідними Входами-Виходами контролера обміну, М акустоелектронних модулів, кожний з яких містить акустичну систему, блок електроніки в складі тракту сигналів збудження, що містить підсилювач потужності, підключений виходом до входу акустичної системи, тракту аналогової обробки сигналів, що містить підключений входом до виходу акустичної системи вхідний підсилювач, преселектор, з'єднані послідовно, регулюючий елемент автоматичного регулювання підсилення (АРП), вихідний підсилювач, з'єднані послідовно, тракт цифрової обробки сигналів, що включає підключений входом до Виходу вихідного підсилювача аналого-цифровий перетворювач (АЦП), процесор луна-сигналів, контролер блока електроніки, підключений Виходом Видача команд-Входом Прийом даних Магістраллю 1 команд-даних до Входу Прийом команд-Виходу Видача даних тракту цифрової обробки сигналів, блок електроживлення, який відрізняється тим, що в тракт сигналів збудження введено 3-й канальний синтезатор лінійно-частотномодульованого (ЛЧМ) сигналу, тривалістю, що дорівнює подвоєному часу розповсюдження сигналу до границі контрольованої ділянки, з'єднаний входом Управління (Упр.) Магістраллю 1 команд-Даних з Виходом Видача команд-Прийом даних контролера блока електроніки, а Виходом Збудження (Збудж.) із Входом підсилювача потужності, у тракт аналогової обробки введений демодулятор ЛЧМ сигналу, що містить смуговий фазообертач, перший помножувач, з'єднаний першим входом із входом смугового фазообертача, підключеного через вхід луна-сигналу демодулятора ЛЧМ до виходу преселектора, другий помножувач, з'єднаний першим входом з виходом 10 UA 111904 C2 5 10 15 20 25 30 смугового фазообертача, другим входом з'єднаний із Входом Гетеродин 2 (Гетер. 2) демодулятора ЛЧМ сигналу, підключеного до виходу Квадратурний (Квадр.) 3-канального синтезатора ЛЧМ сигналу, підключеного виходом Синфазний (Синф.) до Входу Гетеродин 1 (Гетер. 1) демодулятора ЛЧМ сигналу, з'єднаного з другим входом першого помножувача, суматор, перший і другий входи якого з'єднані з виходами відповідно першого помножувача й другого помножувача, фільтр проміжних частот, з'єднаний входом з виходом суматора, а виходом підключений до входу регулюючого елемента АРП, у тракт цифрової обробки сигналів додатково введений підключений входом до виходу АЦП блок передуючої цифрової обробки, вихід якого Сигнал АРП з'єднаний із входом Управління (Упр.) регулюючого елемента підсилення, Вихід луна-сигнал з′єднаний із Входом Процесора луна-сигналів, а Процесор лунасигналів містить довготерміновий запам'ятовуючий пристрій (ДЗП) коефіцієнтів імпульсної характеристики цифрових фільтрів, перший буферний оперативний запам'ятовуючий пристрій (БОЗП № 1), другий буферний оперативний запам'ятовуючий пристрій (БОЗП № 2), входи D1 яких шиною даних 1 підключені до Входу Процесора луна-сигналів, Арифметичний пристрій, підключений Входом D1 шиною даних 2 до виходу D ДЗП, виходам D2 БОЗП № 1 і БОЗП № 2, контролер Процесора луна-сигналів, підключений другим Входом-другим Виходом Магістраллю 2 команд-Даних до входів Упр. ДЗП, БОЗП № 1, БОЗП № 2, входу Управління (Упр.)-Видача даних D Арифметичного пристрою і з'єднаний першим Входом-першим Виходом Магістраллю команд-Даних 3 із входами Упр. АЦП, блока передуючої цифрової обробки, Входом Прийом команд-Видача даних Тракту цифрової обробки сигналів, акустична система виконана у вигляді конструктивно однакових акустичного випромінювача та акустичного приймача в складі 3вимірного електроакустичного перетворювача, кожний, що містить герметично ізольований звукопровід, кільцевий акустичний ізолятор звукопроводу, Q конструктивних складнів, встановлених рівномірно по колу, кожен з яких у свою чергу включає q акустичних біморфних комірок, з яких одна встановлена на звукопровідній опорі, опертій та закріпленій на поверхні верхньої частини звукопроводу звукопровідним клеєм, інші q-1-а акустична біморфна комірка розташовані послідовно одна над другою та закріпленні на звукопровідних опорах звукопровідним клеєм, кожна, при цьому електричні входи "+" та "-" акустичних біморфних комірок електроакустичного перетворювача в складі випромінювача з'єднані паралельно і є входом акустичної системи, в електроакустичному перетворювачі в складі акустичного приймача електричні входи акустичних біморфних комірок "+" та "-" з'єднані послідовно, а електричний вхід "-" першої акустичної біморфної комірки в першому конструктивному складні та електричний вхід "+" q-ї акустичної біморфної комірки в Q-му конструктивному складні є виходом акустичної системи. 11 UA 111904 C2 12 UA 111904 C2 13 UA 111904 C2 14 UA 111904 C2 15 UA 111904 C2 16 UA 111904 C2 17 UA 111904 C2 18 UA 111904 C2 19 UA 111904 C2 20 UA 111904 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 21