Пристрій для виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних трубопроводів

Пристрій для виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних трубопроводів, що містить послідовно з'єднані чутливий елемент з підсилювачем, пороговий елемент, блок керування дисплейним індикатором і дисплейний індикатор, який відрізняється тим, що в пристрій введені блок обчислення дійсної частини і блок обчислення уявної частини спектра сигналу з шумом, входи яких об'єднані і підключені до виходу підсилювача, до виходів блоків підключені ланцюжки послідовно сполучених нагромаджуючого су C2 2 (19) 1 3 79956 ється точка на трасі трубопроводу з максимальним рівнем сигналу. Однак в такому пристрої, якщо відношення сигнал/шум менше одиниці, неможливо на спектрограмі розрізнити сигнальні компоненти на фоні шумових складових, внаслідок чого імовірність пропуску сигналу протікання наближається до одиниці. Цей акустичний детектор для виявлення протікань взятий за прототип. У основу винаходу поставлена задача зниження імовірності пропуску сигналу протікання при високому рівні перешкоди, тобто коли рівень сигналу в десятки разів нижче за перешкоду. Поставлена задача вирішується за рахунок обчислення дійсної і уявної частин спектра реалізації сигналу з перешкодою, роздільного їх підсумовування протягом ряду циклів, обчислення модуля усередненого накопиченого енергетичного спектра і порівняння його максимальної спектральної компоненти з порогом, а також фіксування числа циклів до досягнення максимальною спектральною компонентою накопиченого спектра порогового значення, тобто виявлення сигналу протікання, потім обчислення модуля накопиченого спектра повторюється при фіксованій кількості циклів накопичення в різних місцях над трасою трубопроводу до знаходження точки з максимальним значенням спектральної компоненти, що знайдена на попередньому етапі виявлення. Пристрій для виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних тр убопроводів містить послідовно з'єднані чутливий елемент з підсилювачем, пороговий елемент, блок управління дисплейним індикатором і дисплейний індикатор, введені блок обчислення дійсної частини і блок обчислення уявної частини спектра сигналу з шумом, входи яких об'єднані і підключені до виходу підсилювача, до ви ходів блоків підключені ланцюжки послідовно сполучених накопичуючого суматора і квадратора, виходи першого і другого квадраторів відповідно приєднані до першого і другого входів суматора, ви хід якого сполучений з послідовно включеними блоком добування квадратного кореня, дільником, блоком управління дисплейним індикатором і дисплейним індикатором, в пристрій також введені лічильник циклів обробки, вихід якого з'єднаний з другим входом дільника, послідовно сполучені блок фіксації максимального викиду спектральної компоненти суміші сигналу з шумом, блок множення і пороговий елемент, а також блок зберігання постійного множника, причому вхід блоку фіксації максимального викиду спектральної компоненти сполучений з виходом дільника, а його вихід - з першим входом блоку множення, другий вхід якого з'єднаний з блоком зберігання постійного множника, перший вхід порогового елемента з'єднаний з виходом дільника, а другий - з виходом блоку множення, вихід порогового елемента підключений до керуючого входу «Зупинка» лічильника циклів. На Фіг.1 приведена структурна електрична схема пристрою для виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних трубопроводів. Пристрій містить послідовно з'єднані чутливий елемент 1 з підсилювачем 2, блок обчислення 4 дійсної частини спектра сигналу з шумом 3 і блок обчислення уявної частини спектра сигналу з шумом 4, входи яких об'єднані і підключені до виходу підсилювача 2, до виходів блоків 3 і 4 підключені ланцюжки послідовно з'єднаних накопичуючих суматорів 5 і 6, квадраторів 7 і 8, виходи першого 7 і другого 8 квадраторів відповідно приєднані до першого і другого входів суматора 9, вихід якого з'єднаний із послідовно включеними блоком добування квадратного кореня 11, дільником 13, блоком управління дисплейним індикатором 16 і дисплейним індикатором 18, в пристрій додатково введені лічильник циклів обробки 10, вихід якого з'єднаний з другим входом дільника 13, послідовно з'єднані блок фіксації максимального викиду спектральної компоненти суміші сигналу з шумом 12, блок множення 15 і пороговий елемент 17, а також блок зберігання постійного множника 14, причому вхід блоку фіксації максимального викиду 12 з'єднаний з виходом дільника 13, а його вихід - з першим входом блоку множення 15, другий вхід якого сполучений з блоком зберігання постійного множника 14, перший вхід порогового елемента 17 з'єднаний з виходом дільника 13, а другий - з виходом блока множення 15, вихід порогового елемента підключений до керуючого входу «Зупинка» лічильника циклів 10. Пристрій для виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних тр убопроводів працює таким чином. По сигналу «Пуск» лічильник циклів встановлюється в нульовий стан і починається процес виявлення сигналу протікання. Акустичні коливання ґрунту над пошкодженим трубопроводом перетворюються чутливим елементом в електричні, які посилюються в блоці 2 і подаються на обробку на входи блоків обчислення дійсної 3 і уявної 4 частин спектра. Дійсна і уявна спектральні складові підсумовуються з урахуванням знака в накопичуючи х суматорах 5 і 6 за формулами. XД [k ] = XУ [k ] = N-1 å x[n]cos(2pkn / N); n=0 N-1 å x[n]sin(2pkn / N), n =0 де ХД[k] і ХУ [k] - дійсна і уявна частини миттєвого спектра N-точкової миттєвої часової вибірки суміші сигналу протікання і шуму потоку рідини в трубопроводі х[n], n=0, 1, …, N-1. Потім накопичені значення зводяться в квадрат в блоках 7 і 8 і за допомогою суматора 9 і блоку добування кореня 11 обчислюється модуль сумарного енергетичного спектра за ряд циклів відповідно до виразів K K i=1 i =1 XДН[k ] = å X Ді[k ]; XУН[k ] = å XУі [k ]. За допомогою дільника 13 обчислюється середнє значення модуля спектра шляхом розділення кожної складової спектра на кількість циклів накопичення. Обчислений енергетичний спектр за допомогою блоку управління 16 відображається на екрані дисплейного індикатора 18. Максимальне значення виділеної спектральної складової сигналу порівнюється з пороговим значенням в елементі 17. 5 79956 У зв'язку з тим, що часові відліки перешкоди є незалежними, то дійсні і уявні компоненти спектрів перешкоди мають випадкову величину та знак і, внаслідок цього, в процесі накопичуючого підсумовування спектральних складових взаємно компенсуються. Сигнал протікання, не дивлячись на випадковість коливань його амплітуди і фази, містить регулярні частотні складові, які внаслідок накопичуючого підсумовування будуть зростати. У зв'язку з цим через К циклів накопичення відношення сигнал/шум зростає і тим самим зростає імовірність виявлення і зменшується імовірність пропуску сигналу протікання. У момент перевищення гармонікою сигналу витоку порогового рівня на виході порогового елемента 17 з'являється імпульс, який по лінії «Зупинка» зупиняє лічильник циклів 10 і сам процес вимірювань. Для визначення порогового значення виконується наступна процедура. Протягом п'яти циклів вимірювань (один цикл має протяжність 1сек і містить 10 000відліків) визначається максимальне значення викиду спектральної складової суміші сигналу з перешкодою і запам'ятовується в блоці 12. Значення максимального викиду множиться в блоці множення 15 на коефіцієнт надійності, який зберігається в блоці зберігання постійного множника 14 (він вибирається експериментальним шляхом і встановлюється в межах від 1,5 до 2). Вихідне напруження блока перемноження 15 є пороговим значенням, яке подається на вхід опорного сигналу порогового елемента 17. Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 6 При локалізації місця витоку пристрій функціонує аналогічно. Однак в процесі пошуку максимума сигнальної компоненти протікання вихід порогового елемента 17 відключається від лічильника циклів 10, а кількість циклів задається оператором і в процесі пошуку залишається незмінним. Для синхронізації роботи пристрою використовується блок синхронізації і управління, який на схемі не вказаний. На Фіг.2 показана фронтальна панель пристрою для виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних трубопроводів. На верхньому дисплейному індикаторі відображається спектр вихідного сигналу з чутливого елемента (сигнал витоку з перешкодою при відношенні сигнал/шум рівним 0.1), а на нижньому індикаторі відображається накопичений усереднений спектр сигналу з перешкодою після 46 циклів накопичення). Як видно з спектрограми на нижньому дисплеї процес обробки дійсної і уявної частин спектра з накопиченням дозволяє виділити сигнальні компоненти з шуму (три гармонічних складових) і знизити імовірність пропуску сигналу при відношенні сигнал/шум менше за 1/10. Експериментальні дослідження показали, що імовірність пропуску сигналу протікання в даному пристрої при співвідношенні сигнал/перешкода =0,1 знижується до величини 3-10-4, тобто три випадки на десять тисяч вимірювань. Це свідчить про високу ефективність запропонованого пристрою. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601