Спосіб виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних трубопроводів

Спосіб виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних тр убопроводів, що включає перетворення механічних коливань грунту в електричний сигнал, його підсилення, накопичення відліків сигналу і визначення в просторі місцеположення точки над трасою трубопроводу за 3 79957 Суть запропонованого способу полягає в наступному. Здійснюється перетворення механічних коливань грунту в електричний сигнал і його підсилення. Додаються операції обчислення дійсної ХД [k] і уявної ХУ[k] частин миттєвого спектра Nточкової миттєвої часової вибірки суміші сигналу протікання і шуму потоку рідини в трубопроводі х[n], n=0, 1,..., N-1, за формулами N-1 å x[n]cos(2pkn / N); n= 0 N-1 ХУ [k] = å x[n]sin(2p kn / N). n=0 ХД [k ] = Потім проводиться підсумовування з накопиченням дійсної ХД[k] і уявної ХУ [k] складових миттєви х спектрів на протязі К циклів таким чином: ХДН[k ] = К å Х Ді[k]; i=1 К ХУН[k ] = å Х Уі[k ]. i=1 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. Для обчислення модуля усередненого накопиченого енергетичного спектра дійсна ХДH[k] і уявна ХУH[k] частини зводяться в квадрат, підсумовуються, із суми витягується квадратний корінь і потім здійснюється усереднення накопиченого спектра шляхом поділу його компонент на кількість циклів накопичення. Після цього здійснюється визначення частоти (індексу) спектральної компоненти з максимальним рівнем і порівняння рівня компоненти із пороговим значенням. У момент досягнення рівня компоненти порогового значення проводиться відключення процедури накопичення. Таким чином число циклів обробки накопиченням К є змінним. Порогова величина формується наступним чином. Протягом декількох циклів вимірювань, попередніх К циклам накопичення, визначається максимальне значення спектральної складової енергетичного спектра, яке зберігається на час подальших К циклів накопичення. Значення максимального викиду множиться на коефіцієнт надійності і таким чином обчислюється порогове значення. 4 Досягнення сигнальною спектральною компонентою порогового рівня означає, що на трасі з великою імовірністю присутній витік. Для точного виявлення місця протікання оператор встановлює постійну кількість циклів вимірювань, рівну кількості циклів К, яка зафіксована в процесі виявлення сигналу, і продовжує вимірювання та обробку накопиченням акустичних сигналів шуму тр убопроводу. Оператор розміщує чутливий елемент шукача протікань над трасою трубопроводу і проводить за допомогою дисплейного індикатора вимірювання сигнальної компоненти сигналу протікання за фіксовану кількість циклів обробки, переміщаючись вздовж траси трубопроводу у бік збільшення сигналу. Точка з максимальним рівнем сигналу і є місце витоку. На Фігурі 1 приведена структурна електрична схема пристрою для реалізації запропонованого способу виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних тр убопроводів. Пристрій містить послідовно з'єднані чутливий елемент 1 з підсилювачем 2, блок обчислення 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 реалізації запропонованого способу працює таким чином. По сигналу «Пуск» лічильник циклів встановлюється в нульовий стан і починається процес виявлення сигналу протікання. Акустичні коливання грунту 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 накопичуючих суматорах 5 і 6. 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. За допомогою дільника 13 обчислюється середнє значення мо 5 79957 дуля 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. 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 10000 відліків) 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 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 6 пороговим значенням, яке подається на вхід опорного сигналу порогового елемента 17. При локалізації місця витоку пристрій функціонує аналогічно. Однак в процесі пошуку максимуму 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 Фігурі 2 показаний на дисплейному індикаторі 18 спектр сигналу витоку з перешкодою при відношенні сигнал/шум рівним 0.1, а на Фігурі 3 накопичений усереднений спектр сигналу з перешкодою після 46 циклів накопичення. Як видно з Фігури 3 процес обробки дійсної і уявної частин спектра з накопиченням дозволяє виділити сигнальні компоненти із перешкоди (три гармонічних складових) і знизити імовірність пропуску сигналу при відношенні сигнал/шум менше за 1/10 до величини 3·10-4, тобто три випадки на десять тисяч вимірювань. 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