Пристрій акустичного моніторингу трубопроводів

d - відстань між центрами першого й другого акустичних модулів. Для позитивного  j  0  напрямку поширення обчислюється згортка сигналів першого каналу y2 j, , v  з комплексною копією сигналу u2k  j,  , v  при значенні параметра kj  0,   0  1 із затримкою вихідних сигналів першого каналу прийому Y2j  0, k  1   0, v  . на час T . Для позитивного  j  0 напрямку поширення , обчислюється згортка сигналів другого каналу y2 j, , v  з комплексною копією сигналу 14 UA 108797 C2 u2k  j,  , v  при значенні параметра kj  0, 0  1) , без затримки T вихідних сигналів другого каналу прийому - U j  0, k  0,   1 v  . , - підсумовує когерентно вихідні сигнали Y2 j, k  j,  , , v  і обчислює модуль суми Y2j, v    Y2j, k j,  , , v  ;   0,1; j  0,1; (58)  5 s2j, v   Y2j, v  . (59) Y2j  0, k  1   0, v  для позитивного , напрямку поширення  j  0  затримані на час T  d c цифровою згорткою з комплексною копією сигналу u2k  j,  , v  , вихідні сигнали другого каналу Y j  0, k  0,   1 v  , затримані на час T  d c проходженням додаткового відрізка шляху d між першим і другим акустичними модулями зфазовані і при когерентному підсумовуванні амплітуда Y 2 j, v  подвоюється відносно Y 2 j, k  j,  , , v  . Для протилежного напрямку поширення - j  1 вихідні сигнали першого каналу Y2j  1 k  1   0, v  затримані на час T  d c цифровою згорткою з комплексною , , копією сигналу u2k  j,  , v  при значенні параметра k  j  0,   0  1 і на час T  d c При цьому вихідні сигнали першого каналу 10 15 проходженням додаткового відрізка шляху d між другим і першим акустичними модулями, є проти фазними з не затриманими вихідними сигналами другого каналу і, внаслідок цього, при когерентному підсумовуванні на частоті f1 Y2 j  1 k  0,   0, v , компенсуються точно, у смузі Df2 - приблизно - формує оцінку середнього значення s2 j, v у ковзному стробі DN2 відліків в v-м періоді обробки     20 S2j, v    S2j, v  DN2  n  1  v  / DN2 ; v  0,..DN2  1; j  0,1; (60) v - формує адаптивний поріг і виконує граничну обробку відліків Пj, v   S2j, v j, v  ; (61)  j, v   25 s2 j, v  в v-м періоді обробки 1 якщо s2 j, v   П1  0; ; (62) 0 якщо s2 j, v   П  0; - передає повідомлення про перевищення порога в v-м періоді обробки у процесор керування - виміру параметрів 6. Процесор керування-виміру параметрів 6 вимірює координату X(v) відліків s2 j, v , що   30 35 перевищили поріг, по затримці луна-сигналу  v  t та швидкості поширення звуку с та відправляє повідомлення у контролер обміну 7 для передачі по каналам обміну 4 в ЕОМ 2 центру збору даних 1. Xv  c  v  t 2 . (63) Імовірність правильного виявлення - D в активному режимі для заданої ймовірності хибних -6 тривог - F=10 у моделі нормальної шумової завади на вході приймального пристрою із густиною розподілу Райса обвідної сигналу на виході узгодженого приймача луна-сигналу як прот. вин. функцій параметра виявлення q для прототипу - q і пропонованого пристрою - q , розраховувалися згідно з [1] 12 ПF    2  nF  ; (64) Dq    V  exp V   2   q2 / 2  Io q  V dv ; (65) ПF 40 q івин    2  m  qп рот ; (66)   0.7  0.8 - коефіцієнт, що враховує втрати при підсумовуванні коливань 15 UA 108797 C2 ПF - нормований поріг V - нормована обвідна Io x  - функція Беселя нульового порядку. 5 10 15 Характеристики прототипу і пропонованого технічного рішення в активному режимі наведено у Таблиці 1 та Таблиці 2. У пасивному режимі вихідні сигнали широкосмугового шумового каналу та вузько смугового каналу ударного збудження зі смугами прийому, що не перекриваються, - незалежні випадкові процеси. Перевищення порога П за час спостереження Т у шумовому каналі та вузько смуговому каналі ударного збудження - сумісні події з канальними ймовірностями ш , уд і повна ймовірність перевищення порога П дорівнює [2] H  ш  уд  ш  уд . (67) Характеристики прототипу й пропонованого технічного рішення в режимі пасивного Моніторингу наведено в Таблиці 3. Таким чином, як вказувалося вище, технічний результат полягає в підвищенні ймовірності правильного виявлення - D в активному та Н в пасивному режимах.   Збільшення ймовірності правильного виявлення Dакт в активному режимі y ~ 10 3  10 4 рази, при однаковому рівні завади на вході й малих співвідношеннях сигнал / завада прототипу q прот  3 досягається наступними рішеннями: 20 25 30 35 40 45 - збільшенням амплітуди зондуючого сигналу y ~   m  4.8 разів шляхом збудження акустичних коливань не одним, розміщеним у порожнині труби, як у прототипі, а групою m електроакустичних перетворювачів акустичного модуля, що розміщені не у порожнині труби, а у герметичному відсіку стакана, закріпленого на поверхні туби зварюванням; - передачею коливань між електроакустичними перетворювачами й акустопроводом канальними звукопровідними елементами акустичного узгодження; - уведенням акустичних коливань у рідке середовище - прийманням акустичних коливань із рідкого середовища звукопроводом, нижня частина якого через сальникове ущільнення входить у порожнину стакана, яка сполучається внутрішнім об'ємом з порожниною труби і не виходить з оболонки труби, що дозволяє використовувати акустичні методи для моніторингу труб малого діаметра; - амплітудно фазовою корекцією каналів прийому сигналів моніторингу (акустичні модулі + підсилювачі)та амплітудно-фазовою корекцією каналів випромінювання (генератор збудження + акустичні модулі), що забезпечують низький рівень тильної пелюстки у випромінюванні й прийманні; - фазуванням сигналів збудження m електроакустичних перетворювачів двох модулів, розміщених на трубі із кроком  4 на частоті випромінювання, що забезпечують одно спрямоване випромінювання для обраного напрямку локації з додатковим збільшенням амплітуди зондувального імпульсу в ~ 2 рази. Підвищення щодо прототипу ймовірності виявлення техногенного ушкодження труби Н у пасивному режимі в ~ 1,5 разу досягається введенням додаткового незалежного каналу обробки сигналів ударного збудження електроакустичних перетворювачів високоенергетичним імпульсом від'ємного тиску, який прийшов від місця розриву труби в точку прийому, у смузі луна-локації, що не перекривається зі смугою обробки шумових сигналів. Джерела інформації: 1. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983. - с. 225, 246-247. 2. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Высшая школа. 1977. - с. 49. Таблиця 1 Параметр: Робоча частота - f (кГц) Смуга частот - Df (кГц) Тривалість зонда - τ (сек.) Число активних модулів в акустичній системі Число зворотних електроакустичних перетворювачів в модулі 16 Числове значення Прототип Винахід 3 3 0,6 0,6 0,2 0,2 1 2 1 3 UA 108797 C2 Продовження таблиці 1 Число зворотних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання/прийому 1/2 6/6 Таблиця 2 qпрот 0,45 0,9 1,35 1,84 8,64 2,25 Прототип Вірогідність правильного виявлення - D(qпрот) -6 2,86·10 -5 1,68·10 -5 9,61·10 -4 0,85·10 1 -3 2,09·10 qвин=α·m·qпрот α=0,8 2,16 4,32 6,48 Винахід Вірогідність правильного виявлення - D (qвин) 3 1,58-10" 0,2 0,905 10,9 1 Таблиця 3 ш прот уд прот 0,3 0,4 0,5 0,6 5 10 15 20 25 30 35 0 0 0 0 Прототип Hпрот  ш прот  удпрот  ш прот  удп рот 0,3 0,4 0,5 0,6 швин удвин 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 Винахід H вин  швин  у вин  ш вин  уд вин 0,51 0,64 0,75 0,84 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Пристрій акустичного моніторингу трубопроводів, що містить блок збору даних і керування в складі електронно-обчислювальної машини (ЕОМ), контролера обміну, з'єднаних послідовно, М каналів передачі даних, М блоків акустичних вимірів (БАВ), встановлених уздовж трубопроводу, кожний з яких містить процесор керування-виміру параметрів, контролер послідовного каналу обміну, з'єднаний входом-виходом D2 із входом-виходом D1 процесора керування-виміру параметрів, а вхід-вихід D1 є входом-виходом БАВ, акустичну систему в складі трьох акустичних модулів, встановлених на трубі рівновіддалено із кроком, що дорівнює одній восьмій довжини хвилі зондуючого сигналу, приймальний пристрій, що містить перший та другий канали моніторингу, генератор сигналів збудження модулів акустичної системи, джерело вторинного електроживлення, підключене своїм входом до мережі первинного електроживлення, який відрізняється тим, що кожен з акустичних модулів містить m оборотних електроакустичних перетворювачів, встановлених поза порожниною труби з можливістю відокремлення їх від рідкого середовища, з'єднаних електрично і підключених до входу-виходу акустичного модуля, m канальних елементів акустичного узгодження, звукопровід, при цьому кожний оборотний електроакустичний перетворювач, відповідний йому канальний елемент акустичного узгодження, звукопровід у випромінюванні й прийманні акустично з'єднані послідовно, крім того, у приймальному пристрої перший і другий канали прийому сигналів моніторингу містять підсилювач шумових сигналів у складі передуючого підсилювача, елемента регулювання підсилення, діапазонного фільтра шумових сигналів смугою Df.1 із центральною частотою f0.1, вихідного підсилювача, з'єднаних послідовно, підсилювач луна-сигналів у складі передуючого підсилювача, з'єднаного своїм входом із входом передуючого підсилювача шумових сигналів, який є входом каналу прийому, елемента регулювання підсилення, діапазонного фільтра лунасигналів смугою Df.2 із центральною частотою f0.2, вихідного підсилювача, з'єднаних послідовно, а генератор сигналів збудження виконаний у вигляді синтезатора фазокерованих сигналів, трьох підсилювачів потужності, підключених своїми входами до відповідних виходів синтезатора фазокерованих сигналів, крім того, пристрій має канал прийому сигналів калібрування випромінювання, що містить підсилювач опорного сигналу калібрування в складі передуючого підсилювача, елемента регулювання підсилення, смугового фільтра смугою Df.2 із центральною частотою fD.2, вихідного підсилювача, з'єднаних послідовно, підсилювач сигналу випромінювання в складі передуючого підсилювача, елемента регулювання підсилення, смугового фільтра смугою Df.2 із центральною частотою f0.2, вихідного підсилювача, з'єднаних 17 UA 108797 C2 5 10 15 20 послідовно, при цьому вхід підсилювача опорного сигналу калібрування з'єднаний з першим входом каналу сигналів калібрування і підключений до четвертого виходу синтезатора фазокерованих сигналів, а вхід підсилювача сигналу випромінювання з'єднаний із другим входом каналу сигналів калібрування випромінювання, три керовані комутатори прийманнявипромінювання, кожний з яких з'єднаний входами "Зонд" із виходом відповідного підсилювача потужності, виходами "Сигнал" перший і другий комутатори з'єднані із входами першого й другого каналів моніторингу, вихід "Сигнал" третього комутатора підключений до другого входу каналу прийому сигналів калібрування випромінювання, а входи-виходи комутаторів приймання-випромінювання підключені до входів-виходів відповідних акустичних модулів, процесор шумових сигналів, перший і другий аналогові входи якого з'єднані з виходами підсилювачів шумових сигналів першого й другого каналів прийому сигналів моніторингу, процесор луна-сигналів, перший і другий аналогові входи якого з'єднані з виходами підсилювачів луна-сигналів першого й другого каналів прийому сигналів моніторингу, процесор сигналів калібрування випромінювання, перший і другий аналогові входи якого з'єднані, відповідно, з першим і другим виходами каналу прийому сигналів калібрування, а вхід-вихід D2 процесора керування-виміру параметрів магістраллю обміну з'єднаний із входами-виходами D процесора шумових сигналів, процесора луна-сигналів, процесора сигналів калібрування випромінювання, із входами керування триканального синтезатора фазокерованих сигналів, комутаторів приймання-випромінювання, першого й другого каналів прийому сигналів моніторингу, каналу прийому сигналів калібрування, входи живлення яких підключені до відповідних виходів блока вторинного електроживлення, а входи регулювання підсилювачів шумових сигналів, підсилювачів луна-сигналів, підсилювача сигналів калібрування з'єднані із входами керування відповідних каналів прийому. 18 UA 108797 C2 19 UA 108797 C2 20 UA 108797 C2 21 UA 108797 C2 22 UA 108797 C2 23 UA 108797 C2 24 UA 108797 C2 25 UA 108797 C2 26 UA 108797 C2 27 UA 108797 C2 28