автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Безконтактные измерения координат и токов инженерных коммуникаций

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г.В. КАРПЕНКА

Олександр Парфенович

УДК 621.317:620.197

БЕЗКОНТАКТНЕ ВИМІРЮВАННЯ КООРДИНАТ І СТРУМІВ ІНЖЕНЕРНИХ КОМУНІКАЦІЙ ,

Спеціальність 05.11.05 - прилади та методи вим ірювання електричних та магнітних величин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

()А

МАКСИМЕНКО

ЛЬВІВ-1998

Дисертацією с рукопис.

Робота виконана у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка Національної академії наук України

Науковий керівник:

докт. техн. наук, ст. наук. спів. Гордієнко Володимир Іванович, Державний університет “Львівська політехніка”, професор.

Офіційні опоненти:

докт. техн. наук, доцент Дикмаропа Людмила Петрівна,

' ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАН України, ст. наук, співр.

канд. техн. наук, доцент Семен истин Костянтин Сергійович, Державний університет “Львівська політехніка”, доцент.

Провідна установа: .

Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу (кафедра методів і приладів контролю якості) ■ Міністерства освіти України, м. Івано-Франківськ

Захист відбудеться "06" О Є ___________1998р. огод. на

засіданні спеціалізованої вченої ради К. 04.01.03 при Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України (290601, м. Львів, вул. Наукова, 5).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України (290601, м. Львів, вул. Наукова, 5).

Автореферат розісланий “^2“ 1998р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради (г>г—:-—'

ст. наук, співр., канд. техн. наук. Д.Д Погребенпик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ ДОСЛІДЖЕНЬ. У світі існує розгалужена сітка інженерних комунікацій (ІК): газо- і нафтопроводів, водоводів, систем теплопостачання, кабелів зв’язку і енергопостачання. Протяжність тільки магістральних газопроводів територією України складає сьогодні більш як 34 тис.км. Близько 98% всіх ІК мають підземне або підводне розміщення. Надійна робота трубопро-водішх систем, які є металоємнимн і коштовними конструкціями, розрахованими па багаторічний термін експлуатації, визначається і ступенем захисту від корозії.

З огляду на значну вартість ІК, а також тривалий термін їх використання, вони забезпечуються комплексним протикорозійним захистом - захисними покриттями і катодною поляризацією. Незважаючи на це, природний процес старіння ІК, механічні пошкодження, зумовлені будівництвом, стихійними лихами, а в останній час і несанкціонованими підключеннями, стають причиною зростання аварійшгх ситуацій, виходу комунікацій з ладу. Існує значна кількість трубопроводів, які вичерпали розрахунковий термін експлуатації, щороку в Україні потрібно ремонтувати чи реконструювати не менше 500 км магістральних трубопроводів. У зв’язку з цим набирає актуальне значення проблема продовження терміну їх використання. В існуючій економічній сіпуації нашої країни це найбільш прийнятне рішення, яке не вимагає значних фінансових затрат. Своєчасне виявлення місць пошкодження ізоляції і зміни глибини розміщення комунікації дозволяє провести попереджуючі ремонтні роботи і тим самим захистити комунікацію від корозійного і механічного руйнування, запобігти екологічним катастрофам. Особливо це стосується підводних переходів, місце лложення ЯКИХ необхідно періодично контролювати з метою своєчасного виявлення місць вимивання грунтів вздовж траси комунікації.

Сьогодні відомо ряд низькочастотних електромагнітних способів і приладів, що їх реалізують, які застосовуються для пошуку, вимірювання глибини залягання і визначення місць пошкодження ізоляції підземних комунікацій, шляхом вимірюванім струмів в шгх комунікаціях. їх основним недоліком е низька автоматизація процесу вимірювань, необхідність забезпечення при кожному вимірюванні фіксованого положення первинного перетворювача (ПП) над трасою комунікації. В ряді випадків застосування цих способів потребує попередньої розмітки траси комунікації. Поряд з

цим слід зазначити, що використання відомих методів на ділянках відхилення осі ІК від прямолінійності (повороти траси, відгалуження) або присутності паралельних комунікацій неможливо-через невизначеність методичних похибок вимірювань, що суттєво звужує сферу їх практичного застосування.

Контроль стану ізоляції і положення комунікацій, зокрема, підводних, неможливо здійснювати без якісно нової апаратури, що базується на нових методах вимірювання. Тому підвищення точності вимірювальних приладів, оцінка метрологічних характеристик методів вимірювання, розробка нових безконтактних методів і приладів для визначення просторового положення і вимірювання струмів залишається актуальною науково-технічною проблемою.

МЕТА РОБОТИ. Метою даної роботи є розробка та впровадження способів одночасного і неперервного в просторі безконтактного вимірювання, на базі низькочастотного електромагнітного методу, глибини залягання і просторового положення ІК, а також модуля струму, при довільному взаємному положенні ПП і осі комунікації; порівняльна оцінка ефективності запропонованих способів і розробка на їх основі вимірювальних приладів; оцінка похибок вимірювання зумовлених поворотом осі комунікації, присутністю паралельних комунікацій, зміною електропровідності середовища і наявністю границь розділу, просторовим розміщенням ПП; розробка методів зменшення цих похибок.

Для досягнення поставленої мети розв’язано наступні задачі:

- розроблено спосіб вимірювання модуля струму в комунікації і найменшої відстані від її осі до ПП, інваріантний до просторового положення ПП і комунікації;

- розроблено пристрої одночасного і неперервного в просторі

вимірювання модуля струму, що протікає в комунікації і глибини її залягання; - ' .

- досліджено методичні похибки низькочастотного індукційного методу вимірювання • параметрів комунікації, зумовлені провідністю і наявністю границь розділу середовищ;

- здійснено кількісну оцінку похибок вимірювання параметрів і.омунікації зах». ¿понозанкми способами, що зумовлені поворотом с ; комунікації;

- з'ясовано вплив наявних паралельних комунікацій на результати вимірювання модуля струму, що протікає в комунікаціях і координат їх розміщення;

- визначено можливості індукційного методу щодо роздільної

з

фіксації положення осі кожної з паралельних комунікацій;

- отримано аналітичні залежності вимірюваних параметрів для різних топів ПП, від їх просторової орієнтації над віссю кмунікації;

- розроблено прилади для визначення просторового положення осі підводної (підземної) комунікації;

- проведено експериментальну перевірку розроблених приладів і одержаних теоретичних результатів.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ. Сформульовані задачі вирішено за допомогою основних положень теорії метрології, методами аналітичного і числового аналізу з використанням математичного апарату диференціальних і інтегральшгх функцій, теорії поля, а також шляхом математичного моделювання електромагнітних полів в неоднорідних середовищах і експгримегітальннх досліджень.

НАУКОВА НОВИЗНА результатів досліджень полягає у розв’язанні задач неперервного безконтактного вимірювання модуля струму і координат розмішенім схованих ІК новими способами і алгоритмами, з врахуванням зміни електропровідності середовища, границь розділу, при наявності паралельних комунікацій і при поворотах осі, що дозволило дати обгрунтовану оцінку методичних і систематичних похибок вимірювання, визначити шляхи усунення цих похибок. При цьому:

- досліджено методичні похибки індукційного методу

зимірювання параметрів комунікації в умовах гідросередовища з врахуванням границь розділу; .

- кількісно і якісно оцінено похибки впмірюи.ння безконтакт-

ннх методів, зумовлені поворотом осі комунікації; ■

- досліджено вплив паралельної комунікації з сшфазним (протифазним) струмом різної амплітуди, з врахуванням границь розділу і провідності середовищ, на результати вимір ваиня;

розроблено новий спосіб безконтактного вимірюваній модуля струму в лінійному провіднику і визначення його просторового положення, який інваріантний до розміщення ПП і провідника.

НА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ:

- алгоритми роботи і структурні схеми пристроїв для одночасного і автоматичного безконтактного вимірювання струму і координат розміщення схованих ІК;

. - результати дослідзкснь впливу зміни електродинамічних параметрів середовища і границь розділу (земля-повітря, вода-дно) на вимірювання модуля струму і координат розміщення ІК;

- аналітичні залежності впливу просторової орієнтації ПП на

результати вимірювань параметрів комунікації і аналіз похибок установлення ПП;

- г"осіб безконтактного вимірювання відстані від ПП до осі схованої комунікації і модуля струму в ній, інваріантний до взаємного просторового розміщення ПП і комунікації;

- дослідження впливу паралельної комунікації на результати вимірювання модуля струму і координат розміщення;

- оцінка впливу повороту осі комунікації на результати вимірювання модуля струму і координат розміщення ІК;

- структурна схема приладу для вимірювання координат розміщеній підводної комунікації і методика калібровки в умовах експлуатації;

- результати експериментальних досліджень в натурних умовах та впровадження пристрою “УИГ” для визначення просторового положення підводної ПС.

ТЕОРЕТИЧНА ТА ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ РОБОТИ. Отримані теоретичні результати і алгоритми розрахунку дозволяють визначати для різних типів ПП: систематичні похибки вимірюваній на ділянках траси, де вісь комунікації відхиляється від прямолінійності або існують паралельні комунікації; методичні похибки різних алгоритмів вимірювання, викликані, зміною провідності і границь розділу середовища. Результати роботи дали змогу запропонувати нові способи і створити нові прилади для безконтактного вимірювання координат і струму ІК з обгрунтованою похибкою вимірювання.

РЕАЛІЗАЦІЯ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. Теоретичні результати роботи використані при створенні апаратури “Траса”, яка розроблена в рамках “Комплексної цільової науково-виробничої програми по метрологічному забезпеченню будівництва магістральних трубопроводів на 1981-1990 роки”. На їх основі розроблено пристрій для вимірювання координат розміщення комунікації на переходах через водяні перешкоди “УИГ”. Експериментальна партія цих приладів впроваджена в територіальних виробничих об'єднаннях магістрального зв’язку (ТВО-23 м. Петрозаводськ, ТВО-21 ..і. Москва, ТВО-7 м. Київ, ТВО-1 м. Харків, ТВО-9 > Ростов на Дону). Створені програмні засоби з обробки результатів вимірювань використано у комплексі апаратури дня обстеження підводних трубопроводів, розробленої СІСБ Підводтрубопровід (м. Київ). Запропоновані способи пошуку пошкоджень ізоляції і координат розміщення комунікації використано при виконанні Державної

науково-технічної програми “Протикорозійний захист металофонду України на 1992-1995роки”.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. Основні результат роботи доповідались на: Міжнародній конференції - виставці “Проблеми корозії, та протикорозійного захисту косгрукційних матеріалів” (ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів, 1994р.), Міжнародній конференції - виставці “Неруйнівний контроль 96” (ПТМ НАН України, м. Київ, 1996р.), 2-й Міжнародній науково-технічній конференції “Математичне моделювання в електротехніці та електроенергетиці” (ДУ “Львівська політехніка”, м. Львів 1997р.), 1-й Міжнародній науково - практичній конференції “Системи транспортування, контролю якості та обліку енергоносіїв”, (ДУ “Львівська політехніка”, м. Львів 1997р.), 3-й Республіканській науково-технічній конференції “Фізичні методи та засоби контролю матеріалів та виробів -ЛЕОТЕСТ-98” (Славське Львівської обл. 1998р.).

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні положення дисертації викладені у 11 публікаціях, в тому числі у 2 статтях і б авторських свідоцтвах на винаходи, 1-й програмі, зареєстрованій Державшім Фондом алгоритмів і програм.

СТРУКТУРА ТА ОБ’ЄМ РОБОТИ Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків і двох додатків. Вона викладена на 179 сторінках (в тому числі 44 рисунка на 26 сторінках, 9 таблиць на 6 сторінках), включає список використаних джерел з 123 найменувань на 14 сторінках, та двох додатків на 6 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обгрунтована актуальність проблеми, сформульовані мета і задачі досліджень, практична цінність, юложення, що виносяться на захист, і коротко викладено зміст дисертації за розділами. '

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ проаналізовано існуючі види захисту ІК. Сформульовані задачі, які необхідно вирішувати при контролі ПС: фіксація просторового положення осі комунікації, визначення глибини залягання і пошук ділянок з пошкодженою ізоляцією.

Зроблено аналіз існуючих методів і засобів для пошуку траси комунікації, визначення її координат розміщення і стану ізоляції. Показані їх можливості і обмеження. Наведено класифікацію електромагнітних методів визначення просторового положеній осі ІК. З’ясована доцільність використання індукційних методів з контакт-

с

ним збудженням струму для вирішення задані - визначення просторового положення осі комунікації. Показано переваги і недоліки потенціального методу контролю ізоляції комунікації, в порівнянні з безконтактними методами вимірювання струмів, при корозійних обстеженнях.

На підставі проведеного аналізу доведено необхідність одночасного, автоматичного безконтактного вимірювання струму і координат комунікації, при корозійних обстеженнях ІК і розробки приладів з фіксованими величинами систематичних і методичних похибок вимірювання.

ДРУГИЙ РОЗДШ містить розв’язок задачі одночасного і автоматичного вимірювання глибини заляганім (Ті) і модуля струму (ї), що протікає в комунікації за допомогою ПП у вигляді двох горизонтальних магнітоприймачів, центри яких розміщено на фіксованій відстані (1а) вздовж прямої, направленої на вісь комунікації. З цією метою запропоновано для реалізації наступні алгоритми:

де £, і Ег - е.р.с., наведені у горизонтальних магнітоприймачах.

Наведено варіант аналогової апаратурної реалізації цих алгоритмів і доведено можливість пошуку траси комунікації без датчика осі за мінімумом показів вихідних індикаторів в(/і), а(/) (глибини і модуля струму).

Запропоновано алгоритми і розроблено структурну схему приладу для вимірювання струму і координат розміщення комунікації, в якому використано ПП у вигляді двох пар, рознесених на фіксовану відстань, взаємоортогональних магнітоприймачів. В алгоритмах реалізовано наступні залежності:

дг Ег і Е3~ е.р.с., наведені у вертикальних магнітоприймачах;

£, і Е, - е.р.с., наведені у горизонтальшіх магнітоприймачах. . Поряд з визначенням глибини розміщення осі трубопроводу і струму

О)

(2)

а(/) = 2 і-а(А) £,;

±2.±І2. Е, Е4

«(/>)•§>

(3)

а(/) = 2 - гг - [£, -а(А) + Ег ■ «($)];

(4)

(5)

ці алгоритми дозволяють визначати відстань від ПП до траси комунікації (Б).

Описані структурна схема і алгоритм роботи мікропроцесорного пристрою, в якому реалізовано алгоритми вимірювання (3) і (4), що дозволило значно автоматизувати процес вимірювань і підвищити точність, •

Отримані аналітичні залежності виміргозаних величин, за запропонованими алгоритмами (1) - (5), від просторової орієнтації ПП, яка визначалась через кути 0,0_,ф,<р і початкове зміщення Ці залежності подано у табл. 1 (для випадку вимірювання координат) і табл. 2 (для випадку вимірювання модуля струму), де И ' V /

а = ,/?=", ,/ = 1. За табличними виразами здійснено числову

/ <о 7 10

оцінку, з вірогідною імовірністю 0.9, сумарної похибки (<У£) зумовленої неточним установленням ПП над віссю комунікації для кутів відхилення +5°, при а = 3, /3 = 0.2.

Табл. 1

Змінний Параметр Для двох магнітоприймачів Для двох пар ортогональних магнітоприймачів

= «М-,, =

Ф «;/? = 0 а р СО $Ф

в: _£_;^=0 са$0_ а соэ Є

9 а(асо$в + \) а-со$2-9^со&0’ /? = 0 р*йъв + а'Со$9 р-оаъв-а-шв

Р + і) а •(« +1) - д = Ф = д> - о *а Р

Без врахування інструментальних похибок, алгоритми вимірювання (3)-(5) у порівнянні з (1), (2) мають на два порядки меншу сумарну похибку, викликану неточним установленням ПП, при вимірюванні струму < 0.01%) і сумірні з ними при вимірюванні координат розміщення комунікації (<У£ 510%).

Встановлено, що алгоритми вимірювання (1) і (2) слід викори-

стовувати при точкових вимірюваннях вздовж траси комунікації, при цьому необхідно здійснювати точну орієнтацію ПП над трасою.

Для зменшення похибок від неточного установлення запропоновано с осіб вимірювання модуля струму і найменшої відстані від ПП до вісі комунікації (г), який використовує ПП у вигляді двох трикомпонентних магнітоприймачів, спільні центри яких розміщено у 1-й і 2-й точках простору на фіксованій відстані, а їх осі чутливості колінеарні і в кожній точці співпадають з ортами прямокутної системи координат

Табл.2

Змитий Параметр Для двох магнітоприймачів «(Д.* = Для двох пар ортогональних магнітоприймачів ■ «(г)т =

Ф со%ф: Р = 0 0і + а1 ■ (<хк<£)2 (а2+/?2)-сск}>

в. -~;у»=о сгг +/?! -(соз&^У {аг + /і2)-сояв^

в (а-СО50+і)-СО50 агсо$2-0 + со5<? ’ /? = 0 1 .

Р «•(« + !) гг-(а + і)-^2’ £! = ^ = <р = 0 1

Показано, що для такого ПП вимірювані величини інваріантні до просторового розміщення ПП і осі комунікації і визначаються за виразами: .

де:

А~

а{г) = /0 ■ а(/) = 2я--/(

Лг+Вг+Сг

Еи-Лг+Вг+Сг

; X ; с= V

ІА» 5*. .^и

(6)

(7)

• Е}і Еп • £,4 _

Енкім * е-Р-с-> наведені у трикомпонентних магнітоприймачах,

розміщених у 1 -її і 2-й точках простору.

Запропонований спосіб вимірювання з трикомпонентними магнітоприймачами за виразами (6) і (7), в поєднанні з мікропроцесорними засобами дозволяє створювати автоматизовані системи контролю параметрів комунікації з використанням рухомих носіїв.

ТРЕТІЙ РОЗДІЛ присвячено обгрунтуванню математичної моделі реальної вимірювальної задачі. На основі розробленої моделі одержані вирази складових електромагнітного поля лінійного струму у тришаровому середовищі. Методом чисельного моделювання розраховані методичні похибки, які виникають при дослідженні підземних і підводних комунікацій в широкому діапазоні зміни провідності середовищ, глибини водоймища, частоти струму і типу ПП. Одержано залежності методичної похибки вимірювання від просторового розміщення ПП відносно осі комунікації і глибини занурення у водоймище. Встановлено, що: з збільшенням частоти струму в ІК від 100 Гц до 5 кГц для слабопровідних середовищ методична похибка зростає від 3 до 10 разів; збільшення провідності верхнього шару фунту до 0.1 См/м призводить до додаткового збільшення методичної похибки індукційних пристроїв в середньому у 1.5 раза; у порівнянні з границею розділу повітря - грунт на границі розділу прісна вода - дно методична похибка зростає в середньому у 4-5 разів при частоті струму 100 Гц,.а на границі розділу морська вода - дно у 20-40 разів, в залежності від типу ПП і вимірюваного параметру. Приведені результати дозволяють: -якісно і кількісно оцінити вплив реальних середовищ на вимірювані величини, -знайти оптимальний алгоритм обробки сигналів магнітоприймачів, частоту струму, тип ПП і його місцеположення по відношенню до досліджуваної комунікації в залежності від поставленої вимірювальної задачі і конкретних параметрів середовища, що оточує комунікацію. Показано, що алгоритми вимірювання (3)-(7) мають значно менші методичні похибки, ніж алгоритми вимірювання (1) і (2).

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ одержано вирази горизонтальної (f/^) і вертикальної складових електромагнітного поля паралельних комунікацій, відстань між якими (Ь), збуджених лінійними

синфазними (протифазними) струмами (Іл,Іг) і розміщених у нижньому півпросторі тришарового середовища з плоскопаралельними границями розділу, електричні параметри якого визначаються

комплексними хвилевими числами (*,,./ = 0..2), на відстані '¿г від верхньої факиці розділу.

Для верхнього півпростору вирази складових~поля мають

за умови Ке- (Л!-к)) >0.

Проведена оцінка потенційних можливостей низькочастотного індукційного методу з роздільної фіксації паралельних комунікацій. Співставлено отримані результати з потенційними можливостями високочастотних індукційних методів. Отримано співвідношення для відстані між паралельними комунікаціями і глибинами їх розміщення (гі.гг), при яких можлива роздільна фіксація осі кожної з них за характерними значеннями складових поля. З'ясовано, що це можливо: -при сннфазних струмах, для вертикальної складової поля, коли Ь>2.5Мах(гі,22), для горизонтальної складової поля, коли Ьг1.7Мах(гі,г2); -при протифазних струмах відповідно, коли Ьг2.2Мах(гі,г2) і Ь> 1.5Мах(2і,2і), Доведено, що найвишу роздільну здатність визначення положення осей паралельних комунікацій Ь> І ,ЗМах(гі а) забезпечують ПП з вертикальною базою.

Чисельним моделюванням визначені похибки вимірювання

вигляд!

(8)

±/г С05{Л(у -*)} ехр(~ І г2 і р3)№;

(9)

■ +13іЩЯ(у-Ь))ехр(~\:1\і>г)}Л,

для середнього шару товщиною сі:

(10)

±Іг сск{Л(.у-Л)}ехр(-|гг\рг)Щ,

— Я-[/,5іп(/їу)ехр(-1с, Ір,)М±

(II)

± /, віп.ІЛ{у-Ь))ехр(- І г, І рг )]<М;

де: '

А; =(А,Л±А.оЛ>.

={Р*,Р, і &,!>,),

Д = ехр(-ф,)[ДгД, ехр(-ф,)- Д‘гД;ехр(ф,)], р1=.(Х!-к]),кІ = д, +£9-р„-<о\

(12)

параметрів комунікації, зумовлені дією заважаючих паралельних комунікацій. Показано, що менші похибки ігри цьому мають ПП з двома парами (тріадами) ортогональних магнітоприймачі» при горизонтальній базі їх розміщення. Похибки вимірювання модуля струму, при застосуванні цих ПП, швидко зменшуються з збільшенням відстані між паралельними комунікаціями, досягаючи значень ±5%, коли Ь>6Мах(гі,га), а при вимірюванні глибини залягання ПС зазначена похибка відповідає відстані Ьа4Мах(гі,22).

Отримано вирази складових електромагнітного поля криволінійного провідника з струмом, які дозволяють визначати вплив зміни положення осі комунікації від прямолінійності (а„-кут повороту, Л -радіус повороту, Л2-точки перегину, А - початкова і С- кінцева точки криволінійної ІК, яка розміщена в площині хуг0), на точність вимірювання її параметрів:

Л ■ . , ■ ,

Н, =-у- ¡ц/{кг2)сіх +[Я ~уЩ' і і/(кг^соясаіа +

в, а

+ {Лг-хй]- | ^(кгг)іта(ісс - Яг ■ ( цг(кг})йоі - (ІЗ)

а . о

-[(г-/г)5Іпа0 +(у-/Ї)со5<з0 +/і]- [іу{кг^сії\ <.

■ ег

А ■ , "й • . С •

' 1 4>(кг2Уїх + ■ 11 ■ | ц/{кг,)са%тІа + г0 ■ созй0 • ¡^(кг^іі; (14)

- «| 0 , в,

. “о • , с •

Н%~г,-П- ( уікг^илпіжіа + гй-$іп • [\і/(кг^)с11\ (15)

« дг-

де: ___________ - ■ '

г, = г|г-Д1-5ілц,)+/со5ц,^ +[у-Д1-С05й^)-/!ІП(^]г +г/;

г2=.[(г-дг7+/+г'

г}=^г-ДІ-їігій)Ґ +1У~Щ-со*сіу? Її,2; -

0 = 1ДЗ). . (16)

Розраховані залежності похибки вимірювання від місця розташування ПП на повороті і параметрів повороту осі комунікації, які дозволять дата якісну і кількісну оцінку похибок. Встановлено, що на середині повороту виникаю. ^ максимальні значення відносшіх похибок, які збільшуються з збільшенням куга повороту і зменшен-

ням радіуса повороту осі комунікації (табл.З).

Показано, що найменшу похибку вимірювання модуля струму захисту ІК можна отримати, використовуючи алгоритм вимірювання (2). При цьому в діапазоні зміни кута повороту від 30° до 90° і радіуса повороту від 25 до 75 метрів вона не перевищуватиме 1%. Найменшу похибку вимірювання глибини залягання ІК можна отримати, використавши алгоритми вимірювання (3), (4) і (6), коли ПП розміщено симметрично відносно осі комунікації (5о=0). При цьому в зазначеному діапазоні зміни параметрів повороту вона не перевищуватиме 0.14%. При недоступності траси комунікації менші значення похибок вимірювання будуть відповідати положенню ПП з ортогональними магнітоприймачами зовні повороту осі комунікації (возО).

Табл. 3.

Кут а0 ЗО" 90° йо(м)

Радіус Я(м) 75 50 25 75- 50 25

ПП з двома горизонтальними магнітоприймачами

Зг*(%) 0.1 0.17 0.45 0.13 0.27 0.8 0

<Л(%) 0.12 0.22 0.59 0.16 0.33 1.0 0

ПП з двома парами ортогональних магнітоприймачів

¿М%) 0.01 0.03 0.08 0.02 0.05 0.14 0

81(%) 1.3 2.3 5.4 0.8 1.6 4.0 -2

- 0.9 ' - - 1.7 - -1

2.4 3.2 4.9 3.1 4.4 7.4 0

. - - 4.4 - - 5.3 - +1

4.0 5.6 9.6 4.6 6.7 12 +2

У П'ЯТОМУ РОЗДІЛІ розглянута структурна схема розробленого приладу для визначення просторового положення ІК на водних переходах “УИГ”. Наведені його технічні характеристики і методика калібровки в умовах експлуатації. Подано технічні характеристики створеного багаточастотного генераторного пристрою “ГУ-28” з індукційним випромінювачем. Викладені результати експериментальної перевірки роботи пристрою “Траса” в натурних умовах, визначені похибки вимірювання відстані до траси трубопроводе зумовлені: величиною кута і радіусом повороту осі ІК, присутністю паралельної комунікації з струмом робочої частоти.

У ДОДАТКАХ вмішено допоміжні вирази і акти впровадження.

висновки

В роботі розглянуто питання автоматизованого і одночасного безконтактного вимірювання координат розміщення і струмів 1К на основі індукційного методу. Основні результати роботи полягають в наступному:

1.- Розроблено математичні моделі задач визначення просторових координат ІК і струму в ній, при розміщенні її у півпросторі і тришаровому середовищі з врахуванням границь розділу і зміни питомої електричної провідності.

2. Розв’язано задачі розповсюдження електромагнітного поля з системі двох ізольованих ІК і вздовж комунікації із поворотом.

3. На основі ІШ у вигляді двох, рознесених у просторі, тріад ортогональних магнітопрнймачів розроблено спосіб вимірювання відстані від ПП до осі комунікації і модуля струму, за яким вимірювані величини інваріантні до просторового положення ПП над віссю комунікації, що дає можливість збільшити точність і автоматизувати процес вимірювань.

4. Отримано аналітичні вирази зв’язку між похибкою вимірювання параметрів комунікації і просторовим розміщенням різиих типів ПП над віссю комунікації. За цими виразами розрахована похибка вимірювання від неточного установлення для різних тинів ПП.

5. Методами чисельного моделювання досліджено вплив просторової неоднорідності оточуючого середовища в широкому діапазоні зміни частоти і електродинамічних параметрів на точність вимірювання координат розміщення ІК і модуля струму.

6. Визначено закономірності зміни методичної похибки вимірювання різних типів ПП від провідності і місцезнаходження по відношенню до осі ІК у водному середовищі, для прісної і морської вод.

7. Досліджено закономірності зміни похибок вимірювання

індукційним методом, викликаних поворотом осі комунікації, дана їх кількісна і якісна оцінка. '

8. Здійснено аналіз електромагнітного поля паралельних ПС, визначено потенційні можливості індукційного методу по роздільній фіксації кожної з осей паралельних комунікацій. Дана чисельна оцінка систематичних похибок, викликаних наявністю паралельних комунікацій і запропонована методика зменшення цих похибок.

9. Розроблено нові автоматизовані пристрої одночасного і

неперерзного б просторі безконтактного вимірювання модуля струму і координат розміщення схованих ІК, зокрема, з використанням мікропроцесорних засобів.

10. Проведено натурні експериментальні дослідження приладів для визначення просторового положення схованих ІК, якими підтверджено отримані теоретичні закономірності зміни методичних

і систематичних похибок вимірювання.

П. Впроваджено прилади для вимірювання глибини залягання ІК на водних переходах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В РОБОТАХ:

1. Максименко О.П. Систематичні похибки безконтактних

вимірювачів с груму катодного захисту і координат інженерних комунікацій // Відбір і обробка інформації,- Львів. -1997,- №11(87).-С. 54-58. .

2. Максименко О.П., Кулинич Я.П. Оцінка можливостей індукційного методу визначення положення паралельних інженерних комунікацій // Відбір і обробка інформації,- Львів. -1997. -№11(87).- С.59-61.

3. A.c. 1684721 СССР, МКИ G 01 R 27/18. Бесконтактный искатель повреждений изоляция коммуникации/ А.П. Максименко, В.И. Гордиенко, Н.Д. Печеняк, В.П. Убогий, Е.В. Ярошевскнй (СССР).- №4308676/21; Заявлено 23.09.87; Опубл. 15.10.91, Бюл. №38. - Зс.

4. A.c. 1611100 СССР, МКИ G 01 V 3/11. Способ определения расстояния до проводника с током / Д.П. Максименко, В.И. Горди-енко, Я.П. Кулыныч, В.П. Убогий, Е.В. Ярошевский (СССР). -№ 4494885/31-25; Заявлено 17.10.88; Опубл. 02.03.91, Бюл. №12. -Зс.

5. A.c. 1592810 СССР, МКИ G 01 R 31/08. Бесконтактный искатель повреждении изоляции/ В.И. Гордиенко, P.M. Джала, А.П. Максименко, Б.Я. Вербенец, Л.Я. Мизюк, Н.Д. Печеняк, Е.В. Ярошевский (СССР). - № 4345182/24-21; Заявлено 16.12:87; Опубл. 15.09,90, Бюл. №34.-2с.

6. A.c. 1393127 СССР, МКИ G 01 V 3/П. Устройство для определения координат залегания кабеля, обтекаемого переменным током/ А.П. Максименко, В.И. Гордиенко, Г.Е, Баскин, Е.В. Ярошевский, B.C. Заяц, С.Л. Звариюк (СССР).- №4125022/31-25; Заявлено 29.09.86; Опубл. 30.07.89, Бюл. №40. Зс.

7. A.c. 1363103 СССР, МКИ G 01V 3/06. Генераторно - и злу-

чающее устройство для электроразведки/ В.И. Гордиеико, А.П. Максименко, Б.М. Гаранин, Е.В. Ярошевский, В.П. Убогий (СССР). -№4092451/31-25; Заявлено 14.07.86; Опубл. 30.12.87, Бюл. №48. - 2с.

8. A.c. 915043 СССР, МКИ G 01V3/06. Генераторно-излучающее устройство для электроразведки/ В.И. Гордиеико, А.П. Максименко, Б.М. Гарапин, Е.В. Ярошевский, В.П. Убогий (СССР).

- №2969759/18-25; Заявлено 04.08.80; Опубл. 23.03.82, Бюл. №11. -

Ч •

9. Программа для обработки входных и выходных данных в микропроцессорных системах/ А.П. Максименко, Г.Е. Баскин, Н.Д. Печеняк, Е.В. Ярошевский// Государственный фонд алгоритмоз и программ регистрационный №50850001013 от 15.11.85.,- ФАП инв. № АП0042.

10. Максименко О.П. Оцінка похибок електромагнітного

методу контролю інженерних комунікацій// Матеріали нукосо-технічної конференціі “Фізичні методи та засоби контролю матеріалів та виробів ЛЕОТЕСТ-98”, 22-27 лютого 1993р., Славське Львівської обл.- 1998-С.21-24. .

11. Максименко О.П., Кулинич І1.П. Безконтактне вимірювання струму трикомпонентним первиншш перетворювачем // Матеріали нуково-технічної конференціі “Фізичні методи та засоби контролю матеріаліз та виробів ЛЕОТЕСТ-98”, 22-27 лютого 1998р., Славське Львівської обл.- 1998.- С.24-27.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК. Всі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. В публікаціях, написаних у співавторстві, дисертантові належать: в [2]-вивід виразів складових поля; в [3]- введення трьох подільчих пристроїв з відповідними зв’язками; в [4] - вивід співвідошень, які реалізують спосіб вимірювання; в [5] - введення додаткового подільчого пристрою з зв’язками; в [6] - введення центрального процесорного пристрою з відповідними зв’язками; в [7] - побудова каналу стабілізації амплітуди струму в випромінювачі; в [8] - експериментальна перевірка роботи пристрою; в [9} - програмування і відладка програми; в [11]- вивід виразів і обгрунтування алгоритму вимірювань.

. 16 .

І

Максименко О.П. Безконтактне вимірювання координат і струмів інженерних комунікацій,- Рукопис.

Диссертація на здобуття наукового ступеня кандидата їєхнічних наук за спеціальністю 05.11.05 - прилади та методи вимірювання електричних та магнітних величин, Фізико-механічний інститут ім. Г.В. КарпенкаНАН України, Львів, 1993.

Розглянута проблема захисту інженерних комунікацій від корозії і механічшгх пошкоджень. Розроблені методи вимірювання струму і глибини залягання інженерних комунікацій. Запропоновано електромагнітні пристрої для одночасного і автоматичного вимірювання величини струму і координат розміщення інженерних комунікацій. Досліджено характер і величини методичної і систематичної похибок розроблених алгоритмів вимірювання. Проведена експериментальна перевірка отриманих теоретичних результатів. На основі запропонованого алгоритму розроблено пристрій для вимірювання глибини залягання інженерної комунікації на водних переходах і впроваджено його у виробництво.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: струми інженерних комунікацій, глибина залягання, координати розміщення, електромагнітний пристрій, метод контролю, методична і систематична похибка, алгоритм вимірювання.

Максименко А.П. Бесконтактное измерение координат и токов инженерных коммуникаций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.05 - приборы и методы измерения электрических и магнитных величин, Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, Львов, 1998.

Рассмотрена проблема защиты инженерных коммуникаций от коррозии и механических повреждении. Разработаны методы измерения токов и глубины залегания инженерных коммуникаций. Предложены электромагнитные устройства для одновременного и автоматического измерения величины тока и координат расположения инженерных коммуникаций. Исследованы характер и величины методической и систематической погрешностей разработанных алгоритмов измерения. Проведена экспериментальная проверка полученных теоретических результатов. На основе предложенных алгоритмов разработано устройство для измерения глубины залегания инженерной коммуникации на водных переходах и внедрено в производство.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: токи инженерных коммуникаций, глубина залегания, координаты расположения, электромагнитное устройство, метод контроля, методическая и систематическая погрешности, алгоритм измерения.

Maksymenko А.Р. Remote measurement of coordinates and currents of engineering communications.- Manuscript.

Thesis for a candidat's degre by speciality 05.11.05 - apparatuses and measuring methods of electrical and magnetic quantities, Physical and Mechanical institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 1998.

The problem of protection of the engineering communications from corrosion and mechanical damages is considered. Methods of measurement of a currents and depth of bedding of the engineering communications are elaborated. The electromagnetic devices for simultaneous and automatic measurement of current value and coordinates of the engineering communications are offered. Character of methodical and systematic errors of the developed algorithms of measurement is investigated. The experimental testing of the received theoretical results is carried out. The device for measurement of depth of bedding of the engineering communications on water transitions is developed and is introduced into manufacture on the basis of the offered algorithms.

KEY WORDS: a currents in engineering communications, depth bedding, coordinates of displacement, ebctromagnetic device, method of the control, methodical and systematic error, algorithm of measurement'.