Пристрій реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах

Реферат: Пристрій реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах містить перетворювачі, попередні підсилювачі та канали зв'язку для кожного перетворювача, багатоканальний аналогоцифровий перетворювач, блок керування та блок пам'яті. Перетворювачі є трикомпонентними, а їх кількість повинна бути не менше двох, які перетворюють складові вібрації поверхні трубопроводу в електричну напругу вздовж трьох координатних осей. UA 88789 U (12) UA 88789 U UA 88789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах належить до контрольно-вимірювальної техніки і може використовуватись для реєстрації акустичних сигналів з метою їх подальшого аналізу в складі пересувних та стаціонарних систем для контролю та діагностики трубопроводів та при випробуваннях трубопроводів. Відомий пристрій для реалізації способу виявлення дефектів у трубопроводі [Патент РФ № 2450264; G01N29/04; С01N29/44. - Опубл. 10.05.2012], який крім розміщених на трубопроводі двох датчиків - випромінювача і приймача, складається з мікропроцесора, блока керування, системи формування випромінюваного сигналу з підсилювачів, системи для обробки прийнятого сигналу (складається з фільтра та підсилювача), аналого-цифрового перетворювача, системи визначення імовірнісних характеристик, системи прийняття рішення. Пристрій може бути використаний для трубопровідних систем водопостачання, для магістральних трубопроводів для транспортування вуглеводнів, прокладених по суші та на дні водоймищ. Відомий пристрій базується на визначенні нелінійних властивостей середовища і дозволяє реєструвати тільки одну поперечну складову акустичного сигналу. Найбільш близьким за своєю технічною суттю до запропонованої корисної моделі є пристрій, в якому реалізовано спосіб виявлення дефектів в трубопроводах [Патент РФ № 2229708; G01N29/14; G01N29/08. - Опубл. 27.05.2004], який складається з розміщених на трубопроводі двох пар датчиків, причому в кожній парі один датчик фіксує повздовжні, а інший поперечні коливання, систем попередньої обробки сигналів, отриманих з датчиків (містять в своєму складі підсилювачі, фільтри, пристрої спряження, аналого-цифрові перетворювачі), блоків формування та прийому фазомодульованих сигналів, корелятора, пристроїв обробки та реєстрації сигналів. Відомий пристрій може бути використаний для виявлення дефектів в трубопроводах, переважно корозійних дефектів у трубопроводах центрального опалення, гарячого та холодного водопостачання комунальних господарств міст. Недоліком прототипу є те, що перетворювачі реєструють крім повздовжньої тільки одну поперечну складову акустичного сигналу в трубопроводі. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах шляхом використання двох трикомпонентних перетворювачів, розташованих на трубопроводі, кожен з яких перетворює складові вібрації поверхні трубопроводу в електричну напругу вздовж трьох координатних осей, що забезпечить підвищення чутливості та достовірності реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводі та отримання додаткової інформації для подальшого аналізу цих сигналів. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах, який містить перетворювачі, попередні підсилювачі та канали зв'язку для кожного перетворювача, багатоканальний аналого-цифровий перетворювач, блок керування та блок пам'яті, згідно з корисною моделлю, перетворювачі є трикомпонентними, а їх кількість повинна бути не менше двох, які перетворюють складові вібрації поверхні трубопроводу в електричну напругу вздовж трьох координатних осей. Запропонований пристрій забезпечує реєстрацію сигналів, що пропорційні вібрації трубопроводу вздовж трьох координатних осей - x (повздовжні коливання), у та z (поперечні коливання) (Фіг. 1) відносно місця розташування перетворювача; вісь x співпадає з напрямком поширення акустичних хвиль (вздовж трубопроводу), вісь z перпендикулярна до осі x і нормальна до поверхні трубопроводу, вісь у - перпендикулярна до осей x та z і проходить по дотичній до поверхні трубопроводу. Застосування двох трикомпонентних перетворювачів для перетворення в напругу складових вібрації поверхні трубопроводу вздовж трьох координатних осей, попередніх підсилювачів та каналів зв'язку для кожного датчика, утворюючи шість каналів (три канали на кожен перетворювач) передачі сигналів, багатоканального аналого-цифрового перетворювача, блока керування та блока пам'яті дозволяє підвищити чутливість та достовірність реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах. Структурна схема пристрою зображена на Фіг. 2, де 1, 4, 7, 13, 16, 19 - кан а л и з в ' я з к у ; 2 , 5 , 8 , 1 4 , 1 7 , 2 0 - п о п е р е д н і п і д с и л ю в а ч і ; 3 , 6 , 9 , 1 5 , 1 8 , 2 1 - датчики; 10 блок керування; 11 - аналого-цифровий перетворювач; 12 - блок пам'яті. На Фіг. 3 та 4 наведені можливі варіанти виконання трикомпонентних перетворювачів. На Фіг. 5 наведено зовнішній вигляд підсилювача заряду LE-41. На Фіг. 6 та 7 наведені зовнішній вигляд аналого-цифрового перетворювача L-1250 та ADA1406 відповідно. Пристрій працює таким чином. 1 UA 88789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Акустичні хвилі, що поширюються трубопроводом за наявності витоку та викликають вібрацію в ньому, надходять на два трикомпонентні перетворювачі, розташовані вздовж труби (перший складається з датчиків 3, 6 і 9, другий - з датчиків 15, 18, 21), які перетворюють вібрацію поверхні трубопроводу вздовж трьох осей в електричну напругу - віброакустичний сигнал. З виходів перетворювачів віброакустичний сигнал надходить на попередні підсилювачі 2, 5, 8 і 14, 17, 20 відповідно. Далі сигнали через канали зв'язку 1, 4, 7 і 13, 16, 19 відповідно передаються на багатоканальний аналого-цифровий перетворювач 11, який керується блоком керування 10. Блок керування забезпечує вибір необхідних каналів для реєстрації, вибір параметрів реєстрації (часу початку і тривалості реєстрації, частоти дискретизації) і т.п. Багатоканальний аналого-цифровий перетворювач 11 перетворює сигнали з трьох каналів по кожному перетворювачу в цифрову форму, і під дією блока керування 10 заносить їх до блока пам'яті 12. За відсутності витоку в трубопроводі на перетворювачі надходять сигнали, що є шумовим процесом, викликаним рухом робочої рідини і є завадою при виявленні витоку. Розглянемо можливі варіанти практичного використання пристрою. Як трикомпонентні перетворювачі в діапазоні до 10 кГц можуть використовуватись стаціонарні трикомпонентні акселерометри 356В21 виробництва "РСВ Piezoelectronics" (США), що виготовлені в одному корпусі (Фіг. 3), так і три однокомпонентні акселерометри ДН-4-М1 виробництва "Измеритель" (Росія), розташовані на металевому кубі (Фіг. 4). Як попередні підсилювачі можуть застосовуватись підсилювачі заряду LE-41 (Фіг. 5) виробництва "Л Кард" (Росія). При використанні пристрою у складі пересувних систем для контролю та діагностики трубопроводів та при випробуваннях трубопроводів як канали зв'язку можуть використовуватись коаксіальні кабелі. Блок керування, аналого-цифровий перетворювач і блок пам'яті можуть входити до складу комп'ютера. Як аналого-цифровий перетворювач можуть використовуватись плата L-1250 (Фіг. 6) (32 канали зі спільною землею / 16 диференційних каналів, 12 розрядів) виробництва "Л Кард" (Росія), що підключається до комп'ютера через шину TSA, чи зовнішній модуль вводу/виводу аналогових і дискретних сигналів ADA-1406 (Фіг. 7) (16 каналів зі спільною землею / 8 диференційних каналів, 14 розрядів) виробництва "Холит Дэйта Системе" (Україна), що підключається до комп'ютера через шину USB 1.1. Блок керування може бути організований за допомогою програмного забезпечення, а блок пам'яті с жорстким диском комп'ютера. При встановленні частоти дискретизації аналого-цифрового перетворювача 250 к Г ц, яка є достатньою для шестиканального введення інформації (три канали на кожен перетворювач), необхідний об'єм вільної пам'яті на блоці пам'яті при неперервній реєстрації протягом 24 годин складає 45 Гбайт. При використанні пристрою в складі стаціонарних систем для контролю та діагностики трубопроводів як канали зв'язку можуть використовуватись системи радіозв'язку, що складаються з випромінювача і приймача. Блок керування, аналого-цифровий перетворювач і блок нам'яті можуть входити до складу спеціалізованих модулів збору даних. При цьому модуль повинен містити інтерфейс для зняття даних на зовнішні носії інформації та мати можливість передавати дані через радіоканал. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Пристрій реєстрації акустичних сигналів витоку рідини в трубопроводах, який містить перетворювачі, попередні підсилювачі та канали зв'язку для кожного перетворювача, багатоканальний аналого-цифровий перетворювач, блок керування та блок пам'яті, який відрізняється тим, що перетворювачі є трикомпонентними, а їх кількість повинна бути не менше двох, які перетворюють складові вібрації поверхні трубопроводу в електричну напругу вздовж трьох координатних осей. 2 UA 88789 U 3 UA 88789 U 4 UA 88789 U 5 UA 88789 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6