устройство для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе

Формула изобретения

Устройство для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе, включающее приемник и передатчик электромагнитных сигналов, выход последнего соединен с излучающей антенной, сигналы которой улавливает антенна переносного приемника, расположенного над трубопроводом на поверхности грунта, выход которой последовательно соединен с усилителем, дешифратором и устройством контроля и индикации, отличающееся тем, что между усилителем и дешифратором введены последовательно соединенные фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением, и кварцевый фильтр, а к другому входу фазового детектора соединен выход делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора, управляемого напряжением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности к эксплуатации магистральных и промысловых трубопроводов, и предназначено для поиска и определения местонахождения с поверхности грунта застрявших и контроля прохождения движущихся очистных и диагностических устройств (снарядов).

Известен комплекс "Пума-1", предназначенный для определения местонахождения рабочего снаряда в трубопроводе, включающий передатчик и приемник. Передатчик устанавливается на тыльной по ходу движения стороне снаряда и предназначен для генерирования электромагнитных сигналов и передачи их через стенку трубопровода и грунт для определения местоположения специальных технических объектов внутри трубопровода с помощью приемника (техническое описание и инструкция по эксплуатации комплекса "Пума-1", утвержденное гл. инженером ВНПО "Союзгазавтоматика" и согласованное начальником управления по транспортировке и поставке газа Ниигазпрома СССР, 51.12.1982 г.).

Недостатком этого комплекса являются ограниченные возможности по чувствительности, стабильности и быстродействию, так как в качестве задающего частоту генератора используют мультивибратор, частота которого нестабильна, что ухудшает идентификацию поступающих сигналов по частоте и длительности. Основные параметры комплекса "Пума-1": частота излучаемого и преобразуемого сигнала 20 Гц, длительность пачки импульса 0,5 с, скважность 0,5. Для подтверждения достоверности принимаемого сигнала с помощью указанного комплекса необходимо проанализировать не менее трех пачек импульсов. По времени это занимает 2,5 с. При движении снаряда в трубопроводе со скоростью 3 м/с (наиболее часто используемая скорость при перекачке нефтепродуктов) снаряд проходит 7,5 м. Расстояние устойчивого приема сигнала передатчика составляет около 3 м. Таким образом сигнал не может быть проанализирован и считается потерянным. Эти параметры позволяют использовать указанное устройство в узком диапазоне скоростей движения снарядов.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, включающее приемник и передатчик электромагнитных сигналов, настроенный на частоту излучения 7-10 Гц, последний монтируется на снаряде в герметичном контейнере и выходом соединен с излучающей антенной, сигналы которой улавливает антенна переносного приемника, расположенного над трубопроводом на поверхности грунта, выход которой через предварительный усилитель и дешифратор соединен с устройством контроля и индикации (патент РФ 2110729, F 17 D 5/00, бюл. 13, 10.05.98).

Недостатком прототипа является ограниченное быстродействие, определяемое рабочей частотой передатчика, соизмеримой со скоростями движения снарядов в трубопроводе. При максимальных скоростях движения снарядов в трубопроводе увеличивается вероятность потери связи приемника с передатчиком. Увеличение частоты передатчика ограничивается тем, что с увеличением частоты растет затухание электромагнитных волн через стенку трубопровода пропорционально частоте. Кроме того, невозможно в узком диапазоне изменения инфранизких частот достаточно эффективно защититься от промышленных помех и тем более передавать дополнительную информацию на частотах отличающихся на несколько герц. На высоких частотах такая задача решается применением высокоэффективных кварцевых фильтров, имеющих полосу пропускания от единиц до десятков герц. Даже незначительное изменение разности инфранизких частот приводит к изменению электрических и конструктивных параметров передающего и приемного устройств.

Изобретение решает техническую задачу увеличения быстродействия, повышения надежности распознавания сигналов передатчика и помехоустойчивости приемника, увеличения расстояния устойчивого приема сигнала передатчика и возможности расширения частотного диапазона информативных сигналов в диапазоне частот от десятых долей до единиц герц. При этом не требуется изменение электрических и конструктивных параметров приемных и передающих устройств.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе, включающем приемник и передатчик электромагнитных сигналов, выход последнего соединен с излучающей антенной, сигналы которой улавливает антенна переносного приемника, расположенного над трубопроводом на поверхности грунта, выход которой последовательно соединен с усилителем, дешифратором, устройством контроля и индикации, согласно изобретению между усилителем и дешифратором введены последовательно соединенные фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением, и кварцевый фильтр, а к другому входу фазового детектора соединен выход делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора, управляемого напряжением.

Устройство для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе (фиг.1) содержит передатчик сигналов 1, монтируемый на снаряде, излучающую антенну 2, сигналы которой принимаются приемной антенной 3, расположенной над трубопроводом на поверхности грунта, выход которой через усилитель 4 соединен с первым входом фазового детектора 5, выход которого последовательно соединен с генератором, управляемым напряжением 6, и входами делителя частоты 7 и кварцевого фильтра 8, при этом выход кварцевого фильтра 8 последовательно соединен с дешифратором 9 и устройством контроля и индикации 10, а выход делителя частоты 7 соединен со вторым входом фазового детектора 5.

Устройство работает следующим образом. Передатчик сигналов 1 через излучающую антенну 2 передает электромагнитные сигналы инфранизких частот f/n, приемная антенна 3 улавливает эти сигналы и с помощью усилителя 4 приводит к необходимой для дальнейшей обработке амплитуде, затем сигнал подается на фазовый детектор 5, на второй вход которого подается сигнал с делителя частоты 7, имеющего коэффициент деления, равный частному от деления частоты кварцевого фильтра на частоту основного принимаемого сигнала f/n. С выхода фазового детектора 5 фазоразностный сигнал напряжения поступает на генератор, управляемый напряжением, и перестраивает частоту так, чтобы в итоге на входах фазового детектора частоты и фазы сигналов уравнялись. При этом, если входная частота соответствует частоте f/n основного сигнала, на выходе генератора управляемого напряжением 6, частота будет соответствовать основной частоте f кварцевого фильтра 8. В этом случае сигнал проходит через кварцевый фильтр 8 и через дешифратор 9 поступает на устройство контроля и индикации 10. Работа предлагаемого устройства основана на фазовой автоподстройке частоты основного сигнала с частотой генератора, управляемого напряжением, поделенной на коэффициент деления, равный частному от деления частоты кварцевого фильтра на частоту основного принимаемого сигнала, что позволяет преобразовать частоту основного сигнала в более высокочастотный сигнал соответствующего кварцевого фильтра. Это значительно облегчает дальнейшее преобразование сигнала, а именно: при движении снарядов в трубопроводе с максимальной скоростью, соизмеримой с частотой основного сигнала, в прототипе растет вероятность потери сигнала. В предлагаемом изобретении появляется значительный запас времени по обработке сигналов для повышения достоверности дешифрации сигнала и отсеивания помех. В прототипе обрабатываются несколько пачек импульсов, а в предлагаемом изобретении достаточно одной пачки, т.к. частота заполнения пачки значительно выше. Кроме того, инерционность высокодобротных кварцевых фильтров значительно меньше, а добротность на несколько порядков выше. Все это в целом позволяет увеличить быстродействие, поднять чувствительность и соответственно дальность обнаружения. Например, при использовании кварцевого фильтра с частотой f=500 кГц и выборе частоты связи приемника и передатчика f/n=16 Гц, коэффициент деления делителя частоты будет n= 31250. В этом случае изменение основной частоты принимаемого сигнала на 0,01 Гц вызывает изменение частоты генератора, управляемого напряжением на 312,5 Гц. Для кварцевого фильтра такое изменение является существенным. Таким образом, используя несколько отличающихся по частоте кварцевых фильтров, а в передатчике незначительно изменяя частоту передачи сигнала, пропорционально резонансной частоте кварцевых фильтров, можно расширить число частотных каналов устройства для передачи дополнительных информативных сигналов.

Устройство может быть использовано для поиска застрявших снарядов в водопроводных, газопроводных и канализационных трубопроводах. Кроме того, устройство может быть применено для дистанционной беспроводной передачи управляющих сигналов из закрытых толстостенных металлических конструкций, например резервуаров или подземных объектов.