Устройство для определения глубины залегания металлических подводных трубопроводов

Устройство для определения глубины залегания металлических подводных трубопроводов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

с ).

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сощиалистическия

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 240474(21) 2020919/18-10 с присоединением заявки ¹â€” й

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23). Приоритет—

Опубликовано 250280 Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 27.0380!

A. Д. Мозговой и Л. Н. Латышей (72) Авторы изобретения

Уфимск ий нефтяной институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Изобретение относится к области электрических измерений.

Известны устройства для определения глубины залегания металлических подводных трубопроводов, основанные на возбуждении электрОМагнитного поля вокруг трубопровода путем непосредственного подсоединения генератора к нему и содержит две подвижные рамки, выходы которых соеди- нены встречно и йоследовательйо-с усилителем разбаланса и фазочувствительным выпрямителем, нагружЕйным на реверсивный двигатель, перемещающий одну из рамок измерительного устройства (1}.

Недостатками этого устройства являются низкая точность, огранИГенйая метками на стержне, и инерционность двигателя, низкое быстродействие, 20 обусловленное необходимостью фиксации положения измерительното устройства над трубопроводом на время измерения, процесс которого длительный, а также низкая надежность, обусловленная наличием механических подвиж"- ных элементов.

Все эти недостатки приводят к длительному и дорогостоящему"Обслепованию подводного перехода.

Известно также устройство для определения глубины залегания металлических полупроводов, содержащее измерительные датчики, ксммутирующие ключи, переключаемые логической схемой управления, запоминающий блок, пороговый элемент и индикатор йа вы-, ходе (2). Это устройство содержит управляемый делитель аналогового ти- .. па, котсрый обладает сравнительно низкими быстродействием и точностью по сравнению, напрймер, с интегратором, включенным по схеме двухшагового интегрирования.

Наличие аналогового индикатора снижает точность замеров, увеличивает время обследования объекта, à управляющий коммутаторами блок, не синхронизированный с частотой тока, протекающего по кабелю, при оценке замера глубины по среднеамплитудному значению тока в трубопроводе, за время между двумя--тактами работы УСтройства при измерейии частоты и амплитуды тока s трубопроводе, внесет дополнитель ную погрешность в"величину замера глубины. Избежать этого можно использованием высокостабильного по амплитуде и частоте генЕратора. Однако это связано с определенными

717687 трудностями, особенйо, если требует-" ся большая мощность (при больших глубинах) .

Наиболее близким техническим -решением к изобретению является устройство, реализующее способ для определения глубины залегания металлических йодводных трубопроводов и содержащее

"Tpff гюследовательно соедийенйых ин.дуктивных датчика, расположенных; вертикально над трубопроводом, коммутатор, блок для выделения суммы, разности и отношения напряжений, управляющий блок и индикатор, причем выходы первого индуктивного датчика че-: рез контакты коммутатора подключены к входу блока для выделения суммы, разности и отношения напряжений, выходом связанного с входом индикатора (3) .

Это устройство обладает низкой точностью определения глубины залега- 20 ния подводных металлических трубопроводов.

Целью изобретения является повышение. точности определения глубины залегания. 25

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения глубины залегания металлических подводных трубопроводов, содержащее три .посЛедовательно соединенных индуктив- 3g ных датчика, расположенных вертикаль" . но над трубопроводом, коммутатор, блок для выделения суммы, разности и отношения напряжения, управляющий блок и индикатор, Причем выходы первого индуктивного датчика через контакты коммутатора подключены к входу блока для выделения суммы, разности и отношения напряжений, выходом связанного с входом индикатора, дополнительно введены два нуль-органа, по- 40 -"роговйй элемент, интегратор, а точка соединения выводов второго и третьего индуктивных датчиков подключена к общей шине, свободный вывод третьего индуктивного датчика подключен к 4$ входам интегратора, первого нуль-органа и порогового элемента, причем выход интегратора через второй нульорган и выходы первого нуль-органа и экстремального поро1ового"элемента подсоединены к соответствующим входам управляющего блока, связанного с коммутатором, а индикатор выполнен в виде счетчика, входы которого соединены c соответствующимй выходами управ- 55 ляющего блока и выходом опорного генератора.

На -чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. .Устройство содержит индуктивные 60 датчики 1,2,3, представляющие собой катушки с идентичными параметрами, датчики 1 и 2 жестко закреплены на расстоя нии t дру г- от друга, а "оси их ориентированы параллельно зеркалу во- 6$ ! йы й""перпендикулярно оси трубопровода; коммутатор, выполненный на управляемых ключах 4,5,6,7,8; блок для выделения суммы, разности и отношения напряжений 9, содержащий на входе измерительный усилитель 10, а также включающий в себя Запоминающий блок

11, входные сопротивления 12, 13 и конденсатор 14, генератор 15, на выходе которого включен пороговый элемент 16.

Устройство содержит также интегратор 17, вЫполненный на операционном усилителе 18, два нуль органа 19, 20, экстремальный пороговый элемент 21, управляющий блок 22, индикатор 23, выполненный в виде счетчика с цифроВой индикацией,. опорный генератор 24, а также металлический трубопровод

25, по которому протекает электрический ток, Измерительные индуктивные датчики 1, 2 через управляемые ключи 4., 5 коммутатора избирательный усилитель 10 и запоминающий блок 11 подключен к входу генератора 15 измеряемого сигнала, выход которого через пороговый элемент 16 и управляющий блок 22 соединен с индикатором 23, имеющим цифровую индикацию.

Индуктивный датчик 3 управляющего сигнала по трем параллельным цепям, а именно: через интегратор 17 и нульорган 19, непосредственно через второй нуль-орган 20 и через экстремальный пороговый элемент 21 соединен с логическим управляющим блоком 22, выход которого соединен с управляющими ключами .4,5,6,7,8 коммутатора и индикатором 23, имеющим обратную связь на управляющий блок 22.

Избирательный усилитель 10 обесйечивает развязку индуктивных датчиков 1, 2, 3 с измерительным каналом за счет большого входного сопротивления, а также обеспечивает узкую полосу пропускания рабочей частоты, подавляя помехи паразитных частот.

Выход избирательного усилителя 10 через управляемый ключ б подключен к запоминающему блоку 11, позволяющему fIpH замкнутом ключе б запоминать мгновенное значение измеряемого сигнала (ЭДС), а при разомкнутом ключе б, за счет большого входного сопротивления избирательного усилителя

10, без искажения списывать постоянное напряжение, пропорциональное максимальному значению измеряемого сигнала (ЭДС) . - .- - :, 1

Выход запоминающего блока 10 подключен к входу интегратора 15, выполненного по схеме двухшагового интегрирования, через управляемые ключи

7, 8 и входные сопротивления 12, 13, позволяющие масштабировать измеряемый сигнал.

Пороговый элемент 16 формирует конец рабочего интервала, подаваемого

717687

Еке=A—

xi о а

1о! 2 1! (-Ц)

Ф

4 ! °

t ъ с через управляющий блок 22 на индикатор 23 с цифровой индикацией.

Интегратор 17 сдвигает фазу. сину=оидальной ЭДС на лд . Нуль-органы 19, 20 фиксируют моменты равенства нулю синусоидальной ЭДС. Экстремальный 5 пороговый элемент вырабатывает стробирующий импульс в момент пересечения индуктивными датчиками 1, 2, 3 эоны максимального значения напряженности магнитного поля.

t0

Логический управляющий блок выполнен таким образом, чтобы синхронно с синусоидальной ЭДС производить управление управляемьми ключами 4, 5, 6, 7, 8 коммутатора. С выхода управляющего-блока 22 на счетчик-индикатор 1

23 подключены две управляющих цепи: одна T« — включает счетчик при отсчете эталонного интервала То, другая— при измерении рабочего интервала Т„ хн

Кроме того, на вход индикатора 23 йод-20 ключен опорный генератор 24, задающий ч а сто ту импуль сов

Устройство работает следующим образом.

По металлическому трубопроводу 25 25 пропускается переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону и создающий вокруг трубопровода электромагнитное поле. Магнитный поток индуцирует в индуктивных датчиках 1, 2, 3 З0

ЭДС синусоидальной формы.

Управляющий сигнал Е с индуктивУ ного датчика 3 поступает одновременно на интегратор 17, нуль-орган 20 и экстремальный поро=овый элемент

21. На выходе нуль-органа 20 вырабатываются прямолинейные импульсы, cosпадающие по фазе с управляющим сигналом. На выходе нуль-органа 19 вырабатываются аналогичные импульсы, сдвинутые по фазе на зс .Стробирующий 40 импульс с выхода экстремального по- рогового элемента 21 разрешает работу логического управляющего блока

22 в момент прохождения датчика над осью трубопровода, при этом действу- 45 ющее значение индуцированной ЭДС достигает максимального значения.1

Процесс измерения и выдача результата происходят за один период синусоиды. 50

Ключ 4, находящий"я в замкнутом состоянии от 0 до зс, подключет индуктивный датчик 2, а ключ 5, находящийся в замкнутом состоянии от сдо

2, подключает встречно включенные 55 индуктивные датчики 1 и 2 к входу избирательного усилителя 10. В результате на выходе последнего формируется эДс E i (в момент до 0 до с ) H е„э (от:< до 2 .7С ) где A = К„, fsw — постоянный коэффициент, зависящий от коэффициента усиления К избирательного усилителя

10, частотй тока в трубопроводе f, числа витков w датчиков 1, 2 и их площади S.

Ключ 6 замыкается н момент от О, до с/2 и от до .3/2xc; при этом в момент г /2 запоминается мгновенное значение Е„;, а в момент 3/27смгновенное значение Е„ -.

Постоянная ЭДС на выходе заПоми- нающего блока 11 в момент:от w/2 до принимает значение E "„„, а от

3/2 л до 2л: — Езап я

В е-К Е с-К К Е

Эс .1 41 Х1 40 <1 2 (3 ) узап.з- и хà К1оКц(Е ) (4;)

Знак минус перед коэффициентом усиления К,„учитывает инверсию зало минакщего блока 11.

ЭДС E,„. è Е „„с выхода з апоминающего блока 11 йодается через ключи

7, 8 на вход интегратора 15., прй этом происходит два.шаца интегриррйа- . ния.

Ъ

В первом шаге при,э, ха)ндпг.клю- ча 7, 6 момент л /2 науч йнае!гс,."я - йн=. тегрирование постоФНнбй =.)Дч E, -.;,.„-д, . течение эталонного в+peQe4kW " " кото, -,", рое формируется с поффф, иЩФкатЬ.- " ра 23 управляющим блокЬМ,22 и определяется выражением:

И о (5) îtt где N — заданное число импульсов, определяющее Т„, а

f«- частота опорного генератора.

По истечении времени Т„ ключ 7 замыкается.

Во втором шаге при замыкании клю- . ча 8 в момент 3/2 м происходит разинтегрирование противоположной по знаку постоянной ЭДС Е «„ одновременно включается счетчик индикатора 23, фиксирующий-время разинтегрирования

Т„, которое определяется по формуле

М2 тх=— оп . (6) где N - число импульсов, поступившее в счетчик индикатора

23 за время от момента включения ключа 8 до момента, t когда на выходе интегратора зафиксирован-нуль пороговым элементом 16.

Время Т„ определяется из равенства нулю суммы ЭДС интегрирования Е, и разинтегрирования Е

Уp то

Е и с зап.л (7)

1Х йo х (8) ) 7 "" " "" 71768 где К;„"., Й; ", с < — элементы ийтегратора 15.

Из равенства Е + Е =0 ой<вислое .

v интегрирования и подстановки" выражений (1), (2), (3), (4) и соответствующих преобразований получйм: ви1З тк (9), т.е. длительность Tg пропорциональна расстоянию от индуктивного датчика 1 до оси трубопровода, 10 цифровая индикация числа импульсов N позволяет определить из выражений (5) и (6) расстояние h:

h-- N

t R„q

15 (10)

Для получения цифровой пропорцион аль ной шкалы соотношение целе сооб ра зно выбирать

) р,о, и хуу1О11 То .. лз й;

1я и f ия условия = 1, 1л о " ах

100, 1000 и т. д.-"- -"- -- -:--- -- " -- =.* =-.-"

Ограничительным условием работы устройства, вызванным необходимостью ЗО синхронизации логической схемы управ " ления частотой Е тока, пройускаемого по трубопроводу, является следлующее

Т, 1/4 . (П)

На основании проведяенных расчетов и экспериментальных данных можно сделать вывод, что данное устройство по сравнению с известными позволяет производить з4 мер глубины залегания металлического трубопровбда с высокой точи остью ., 40

Предлласгаемсое УСтройство позволяет также снимать замеры во многих точках над трубопроводом непосредственно во время движения плавсредства с любой cKopodi ью. Кроме того, оно может 45 быть использовано При обследовании

;и и

7 8 трубопроводов, проложенных в обычном грунте и в гбрной местйости.

Формула изобретения

Устройство для определения глуби Иы залегания металлических подводных трубопроводов, содержащее: три после довательно соединенных индуктивных датчика, коммутатор, блок для выделения суммы, разности g отношения напряжений, упрайля(ощий блок и индикатор, причем выходы первого индуктив ного датчика через контакты коммутатора подключены к входу блока для выделения суммы,. разности и отношения напряжений, восходом связанного с входом индйкатора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности определения глубины залегания трубопровода, в него дополнительно введены два нуль-органа, пороговый элемент, и интегратор, а точ ка соединения выводов второго и третьего индуктивных датчиков подключена к общей шине, свободный вывод. третьего индуктйайого датчика подключен к входам интегратора, первого йуяль-органа; и порогового элемента, причем выход интегратора через второй нуль-орган и выходы первого нуль-органа и экстремального noporosoro элемента подсоединены к соответствующим входам управляющего блока, связанного с коммутатором, а индикатор аь1полнен в виде счетчика, входы которого. соединены с"соответствующими выходами управляющего блока и выходом опорного генератора.

Источники информации, принятые ао внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 318003, кл. G 01 V 3/00, 1969.

2. Авторское свидетельствф СССР

Р 385251", кл. G 01 Ч 3/10, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 338875, *л. G 01 Ч 3/00, 1969 (прототип) .

ЦНЙИПИ Заказ

Тираж 649 Подпис

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4