Научная статья на тему 'Обнаружение дефектов магистральных трубопроводов системами виброакустического контроля'

Обнаружение дефектов магистральных трубопроводов системами виброакустического контроля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
419
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ / АКУСТИЧЕСКАЯ ПОМЕХА / ДЕФЕКТ ТРУБОПРОВОДА / ВРЕЗКА / МОМЕНТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ / ИДЕНТИФИКАЦИОННЫЙ ТЕСТЕР / КОЭФФИЦИЕНТ КОРРЕЛЯЦИИ / ОШИБКА ОБНАРУЖЕНИЯ / VIBROACOUSTIC SIGNAL / ACOUSTIC NOISE / PIPELINE DEFECT / INCUT / DISTRIBUTION MOMENT / IDENTIFICATION TESTER / CORRELATION COEFFICIENT / DETECTION ERROR

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Комаров В. А., Федотов А. А., Денисова Л. А.

В статье рассматриваются вопросы обнаружения дефектов на магистральных трубопроводах путем применения систем активного виброакустического контроля их состояния. Представлены описания и изложены принципы функционирования систем, базирующихся на использовании вероятностных методов распознавания технического состояния объекта. Приведены результаты численных экспериментов, получены зависимости оценок ошибок обнаружения дефектов от интенсивности акустической помехи. Показано, что применение систем активного виброакустического контроля позволяет эффективно обнаруживать дефект трубопровода (врезку, шурф) даже при малых значениях отношения сигнал/шум.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Комаров В. А., Федотов А. А., Денисова Л. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Defects detection of main pipelines by vibroacoustic control systems

The article deals with defects detection in main pipelines through use of active vibroacoustic control systems of their condition. Descriptions and principles functioning of systems based on using probabilistic recognition methods of technical condition are presented. The results of numerical experiments are presented and dependences of defect detection error estimates on the acoustic noise intensity are obtained. It is shown that the use of active vibroacoustic control systems can effectively detect the defect in pipeline (incut, pit) even at small values of the signal/noise ratio.

Текст научной работы на тему «Обнаружение дефектов магистральных трубопроводов системами виброакустического контроля»

УДК 681.518.5

DOI: 10.25206/1813-8225-2019-166-89-96

в. А. комаров1

а. а. федотов1 л. а. денисова2

Юмский государственный университет путей сообщения, г. Омск

2Омский государственный технический университет, г. Омск

ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМАМИ

ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

В статье рассматриваются вопросы обнаружения дефектов на магистральных трубопроводах путем применения систем активного виброакустического контроля их состояния. Представлены описания и изложены принципы функционирования систем, базирующихся на использовании вероятностных методов распознавания технического состояния объекта. Приведены результаты численных экспериментов, получены зависимости оценок ошибок обнаружения дефектов от интенсивности акустической помехи. Показано, что применение систем активного виброакустического контроля позволяет эффективно обнаруживать дефект трубопровода (врезку, шурф) даже при малых значениях отношения сигнал/шум.

Ключевые слова: виброакустический сигнал, акустическая помеха, дефект трубопровода, врезка, момент распределения, идентификационный тестер, коэффициент корреляции, ошибка обнаружения.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 17-08-01560].

Введение. На линейной части подземного магистрального продуктопровода главной операцией, подлежащей обнаружению, является формирование шурфа для доступа к стенке трубы. Его можно обнаружить с помощью виброакустической системы, основанной на возбуждении виброакустических сигналов в оболочке трубы с их последующим анализом на заданном удалении от места формирования акустических сигналов [1]. Каждый тестовый сигнал характеризуется малой порцией информации о состоянии участка исследуемого объекта, но совокупность таких сигналов позволяет выявить дефекты и оценить техническое состояние продук-топровода. При этом объект может быть отнесен к классу исправного или неисправного состояния с приемлемыми вероятностями ошибок 1-го (вероятность ложной тревоги) и 2-го (вероятность пропуска цели) рода [2].

Следует отметить, что виброакустические системы контроля подвержены влиянию внешних помех (вибрации грунтов) и (вследствие затухания сигнала на дальних дистанциях) нуждается в алгоритмах шумоподавления [2]. Имеющиеся оценки по дальности идентификации раскопок на трассе пролегания объекта контроля (включая утечки продукта) отдельным звеном «генератор — датчик» при использовании метода пропускания тестового сигнала по оболочке трубы колеблются в диапазоне от 800 до 1000 м. Экспертами установлено, что потребу-

ется около 0,5 млрд руб., чтобы охватить российские трубопроводы этим видом контроля. Однако, как отмечается, приведенная цифра в 25 раз ниже, чем оцениваемый экономический ущерб от потерь транспортируемого продукта [3].

Таким образом, решение задачи контроля состояния магистральных трубопроводов является важным и актуальным. В работе рассматриваются вопросы построения систем активного виброакустического контроля, приведено их описание и изложены принципы функционирования. Представлены результаты испытаний по обнаружению дефектов трубопроводов, выполненные с использованием трех предложенных систем контроля, а также вероятностных методов распознавания дефектов при диагностировании технического состояния объектов.

Активная виброакустическая система диагностики состояния магистрального трубопровода на основе оценок линий регрессии моментов распределения. Рассмотрим принцип работы первой системы контроля, являющейся предметом изобретения [4]. Виброакустические сигналы возбуждают в оболочке трубы воздействия на ее поверхность, следующие друг за другом через интервалы, превышающие интервал корреляции существующих виброакустических шумов ок. Последовательность отсчетов £, регистрируемых реакций на каждое воздействие на другом конце контролируемого

участка трубопровода суммируется с ранее получен-

N

нь1ми аналогичными отсчетами N раз: «„(т) = О0«(т) ■

ч= 1

Модуль результирующего сигнала нормируется

«н 1 = «м (1)0 Ш«м (Ч) и принимается ла пловность

ч=1

распределения времечных интер втллв отсчетов. По распределению вычисляют следующие мо -менты:

— взвешенное среднее

е = еее°Л;^Р,)0^«(();

е=1 е=1

— вл(ешеннее с])^е?1(ге^)д)^(^1)гог1ое)^т)с^ког откло -

= ((У[УутУПу(«)]/УПуО).

1) отсортаровать амплитуды принятого сигнала по возрастанию, получив функцию сортированных амплитуд J ;

2) выч-соить идеутпфикационный параметр S пп формуле

S =

J ([0,8т

c-M0,5j)-/n5(L0,2Tc-f0,5j)i ш

F)(L0,9^c + 0,55J) -т F5(T0,lTc -5 0,5j)

Посне очсооноооо в«зееоотв«ш на тр>у/опрооод определяются текуцио значьния т и а . Ири достижении текущимизначениями заданных пороговых знечениН Ыз« и Нэш <е сшебд<)1ли!;:т и 0ь (соответственно, пдиномают решение как о налирии, так и виде изменений в трубопеоводной системе в текущий момент в ремеаи [ 0].

Активная виброакусническая система диагностики состояния магистраеьногк трубопровода на основе идент=фикационного5-тзстера. Вторт( предлагаемая сжтема контроля также является предметом изобретения [10]и основана нр англизе случайных сигналов.В основе ее флннкционирове-ния лежит использо)ание 5-тентера [. оппуиряю-щего идентификационным плраметром П, оыоосля-емымпо функции роргированных по везр останию амплитуд сигнала = Паи ыонтроле объекта с помощью этого метода полненный сигппл мажно отнести к определенному классу сигналовсиспользова-нием шкалы пр еобраео вания идентификрчттнногт параметра. 5-тестер является идентификационным тестером, статическрч харачтеристикя которооо описывается та бл. 1.

Табл.1 предетавлтер шкану, которая связывает порядковые индачсы раяч ределений с выходным« числовыми параметрам] 5 одентяфикационноготе-стера и качественныни хароктеряетиками распределений случайныхсигналот, Имена распределений взяты из словарт яме н -(утайных сигналов, принятых в области стаясстине скяяиз мерений [5].

Алгоритм чсбооа1 сисяемы контроля состоит из следующихшагов:

где Н«(ю) — п-ое знанение фунеции сортированных амплитюд тс — длителнно с ть сигнала в дискретных отсчетах; |_ХС — математический оператор определения наименршено цело гочисла, ближайшего к x;

3) «ртанонить итерации накопления, когда показания идэяьификоционкого лостера достигаут заданного порогового уровня 5 сзаданной ошибкой 0л [6].

активная виброакустическая система диагностики состояния магистрального трубопровода наосновекоррелдционн ого облортжителя.

Принцип ]эаботы третьей системы активного контроля о&лплдался в [гП Саоуяту]элпя схема системы приведена на рис. 1. Система состоит из следеющнен блооов: блока сравнения параметров к онтролируемого и эталонного объектов 1, блока адаптациисистены фильтрации к изменениям формы информационных сигналов 2, блока принятия =ешеяий 3и блокаанализа структуры сопутствующих шумов 4.

Под воздействием генератора на эталонный о контроллруемый объеотыформируются отклики, разностт которыхнавыходе блока вычитания, за-маскированнаяшуул( м, поступает на блоки 2 и 3 для дальнеоштло анализа и принятия решений.

В Олеаре 2 реализуется операция фильтрации слуитйногопроцесса. Сигнал со схемы вычитания заносится с накопияечь. В накопителе реализуется опе]з ацокя суммирования реализаций сигнала. После проведения операции накопления полученная реализация случайного процесса коррелируется с возяожными реализациями сигналов эталонных состояний трубопровода (дефект «шурф», дефект «врезда» и др.), записанных в базе эталонных сиг-наяов. При д^вышедии нсэффициентом корреляции заданного порога сходства реализаций сигналов г с ошибкнй ос формируется сигнал «Завершение автоподстройки обнаружителя» и блок 3 извещает (передает электрический импульс) блок 4 об окончании операции по оценке формы сигнала в шу-мовомпроцессе и приступает к формированию решения о состоянии объекта контроля. Анализатор по максимальному коэффициенту корреляции определяет форму присутствующего в регистрируемом

идентификационная характеристика S -тестера

Таблица 1

Наименование параметра Вид распределения амплитуд случайного сигнала

const kosh lapl gaus simp trap even asin 2mod

Порядковый индекс 0 1 2 3 4 5 6 7 8

S 0 1 15 32 51 63 75 92 100

Вид распределения: const — постоянный во времени сигнал, kosh — распределение Коши, lapl — двустороннее экспоненциальное, gaus — нормальное, simp — треугольное, trap — трапецеидальное, even — равномерное, asin — арксинусное, 2mod — двумодальное

нение

1=i

3

I

£ к

Объект-эталон

Генератор

Объект контроля

> Обнаругпггель

Коррелятор Анализатор Пороговое

ЕИ

Блок принятая решамя

струпу ры шумов

Рис. 1. Структурная схема системы активного контроля на основе корреляционного обнаружителя

процессе сигнала и переносит его в схему обнаружителя. Обнаружитель осуществляет операцию согласованной фильтрации (свёртки) периодического сигнала после блока вычитания с поступившей от анализатора реализацией сигнала наиболее вероятного состояния трубопровода.

Таким образом, предлагаются три системы активной виброакустической диагностики, предназначенные для определения текущего состояния трубопровода. Предложенные системы отличаются алгоритмами обработки виброакустических сигналов, а также количеством контролируемых участков трубопровода (в системе, рассматриваемой в [7], используется разность сигналов от двух участков трубопровода). Рассмотрим порядок проведения и результаты экспериментальных исследований, реализованных с целью получения оценок ошибок обнаружения дефектов на трубопроводе предложенными системами.

Экспериментальное исследование. С целью получения исходных данных был проведен натурный эксперимент на заглубленном трубопроводе [8], в результате которого были получены цифровые записи сигналов для различных состояний трубопровода (врезка, шурф). Полученные записи сигналов являлись основой для проведения модельного эксперимента. Целью модельного эксперимента являлось получение оценок средних, максимальных и минимальных ошибок обнаружения дефектов в пррграммных моделях предлагаемых систем виброакустической диагностики. По полученным оценкам ош и бок делался вывод об эффективности работы систе м в различных условиях.

План модельного эксперимента состоял из нескольких этапов:

1) иоздани е прог ]иаммных моделей систем виброакустической диагностики;

2) создание программных моделей шума и тестовых бигнаиов;

3) определение варьируемых факторов (тип системы, отношение сигнал/шум, форма сигнала);

4) для различхых значенрй факторов в 30 опытах (210 накоплений сигнлла с шумом в каждом) получение ошибок обнаружения сигнала (дефекта);

5) то резхльтатам серии из 30 опытов вычисление оценок средних, минимальных и максимальных ошибок оанаружеНИЯ сианала (дефекта).

До полачения зависимостей ошибок обнаружения от количеств а накоплений с игнала использовались импульсы четырех видов:

1) р форм ой крив о й но рмального распределения

где а — еоэффициент релоения ампеитуды сигнала; а — среднеквадратическол отклонение случайной величины с нормальным ртспроделеяием; т — математичет кое ожидчнит свучтвной велики-ны с нормлаьным распредеиением; ос — длительность САинапа ]в дискретных отсчетах;

2) с фопмой кривой логнормаяеного распределения

д и(1д(Ци рд2

л рл п^эчи -Сс ее, £ ч р,тс];

и

и(( ИР)2

ТдаК)

р^/ЛВ

1е прч

р ЛрЛ прч ос о П, С е [П,тс]; ктеыполкткчч условий,

Тли(с) л ) СрИЛВ

П прч невыполнении условчй,

где А — коэффицие нт усиления амплитуды сигна-ла( а — д/еднеквдгфатмиоспит отплонинип елусей-ной величичы с лоанормольрым ]эяс]::]е^1ое^;еение]м; т — математическое ожидание случайной величины с логлормальныо иаапиддеренАем; ос — длительность сигнала в .тдскретных отсчетах;

3) сигналы дефелтов тврезка» и «шурф». Формы сигналов получены в результате натурного эке-рериеенти ха заслубтенном арубопроводе [8]. При проведении экспер^1л^<лнам елyбпнт етлтеткт[с сркTт-провода была равна 30 см, расстояние между генератором и приммникам сианала составляло 25 м.

На основе полученных в результате натурного эксарримонеа исхидных данный и прргрармных моделей сироем диасиоселки, рваяитовaнныане яоьже программирования С #, был арлведен модельный аксдлуимсня . В мапестве аомехл исрельзовсрся программно сгенерированный шум с функцией автокорреляции види А(и) ле иисзиЦи [9] и параметрами: коьффициентам заоухакия аотокорреляци-тшсей фрнжвии э л е]еб и коэффициентом частоты периодичпской ^^ы!^«^^^^1^^! слутйного процесса в = 0,1. Автокорреляционная функция с указанными параметрами характеризует случайный процесс, соответствующийшумуветра.

На рис. 2 и 3 рредставлены графики зависи-моетел ошибок обнаруженио ]имсятг1П1^1и дефекта «ерезка» от количества накоплений N при различном отаошении сигнал/шум кзм. На рис. 3 для наглядности отображено 60 накоплений. Получено, Ато лри дазьцейшем росте числа накоплений при использовании корреляционного обнаружителя эш ибка е не уменьшается. Во всех представленных случаях ошибка характеризуется колебательным снижением при росте числа накоплений сигнала. Как и предполагалось, повышение отношения сигнал/шум также снижает ошибку обнаружения.

По полученным оценкам сделан вывод о том, что,с точки зрения быстроты работы системы обнаружения при среднем отношении сигнал/шум, для обнаружения дефекта целесообразно исполь-

91

с-

lo" га с; га

х ■_

s: и ее

X X

О)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

X >-

а.

га х цэ

0 га

1 VO s: Э О

45

40

35 30 25 20 15 10 5 0

В ksy-0,25 0 ¿w=0,5

■ ¿V=0,75

ÍS 45 £«

с;

™ 35 g 30

| 25

i 20 >

Q. 15 ra

vo 10 O

ra r -л 3 Ю

H кш= 0,25 0 ¿w=0,5

¿ж=0,75

О 30 60 90 120 150 180 2Д0

Количество накоплений сигнала А/, шт

а)

а

о

МШишш

О 30 60 90 120 150 180 210 Количество накоплений сигнола N, шт

б)

Рис. 2. Зависимость ошибки обнаруженр е от толичествт нактплений N сигнала имитации дефекта (врезки) для схстемы на однл>ве тцедок линий регрексии моментов распределения при оценках: а) взвешенного среднего т; б) взвешенного среднеквадратического отклонения ст

о

ЕЗ

О

50 45 40 35 30 25 20 55 10 5 0

§ 55ж =0,25

И к° =0,5

1

: 1 ¡

i л 0 о loi о т 1 1оя

0 0L5 30 45 60

Количество накопле ни й сигнала Л/, шт

с)

<L>

£ >

Q.

га X

ю о

50

45 йт

315 30 Л5

00 15 10 5 0

В kw= 0,25

и kw=o,5

■ = 0,75

Ня ЙИ_ ЙИ«

О 15 30 45 60

Количество накоплений сигнала N, шт

б)

Рис. 3. Зивисимость опхгоки о бнаружеаая мх комикеатта нaвсIIсeнцй N логичла имитации дефектм (врезеи) лри иссзисзивании: а) мт естера; б) коррелиэихннога обнаружит хлв

зовать рорреляцоонрый аблвружитела. При чго ис-тользлвании незкая оншцка обнт-су>птнир ч л 0:02 достигавття рже при Ю-ки чтрoплeнияи сигнала. Лучшие показатели при низком отношении ьиг-нал/шум (т.е. при сильном зашумленир полезнлво зигнаеа) получены при использовавши систамe-нa основе 5-тестера и систвмы на еснове оцечки озве-шлнного среднеквидратичеслого отклонения. Максимальная ошибка при работе таких систем не пре-вышелт ел 0:2 .

Результаты зкепбpимензaциного исследзвания представлены в табл. 2 — 5. Привэдлты средние, минимальные и маэсимельные ошибки обнаружения тестовых импульсов. При анализе ретцльталов, приведенных в табл. 2, сделан вывод о тим, ето при оценке среднего взвешенного Р приемлемые вероятности ошибак г Н П^Я могут быэь дттлигнуты толькодля импульса с формой кривой нормального распределения при любом отношении сигтлл/ шум

Как видно из табл. 3, оценка параметра взвешенного среднеквадратического оакленнния р

подаодил ]Ц1 обнаружения всех типов импульсов, за исключэнием логнормального, при отношении сигнум В5М В П.Я (т.е. при милом заш^лении полезного сшмела).

Как видно, при использовании 5тестера (табл. 4) икорреляцикмното о (шарускивеля (табл. 5) можно получить приемлемые минимальные л пилки о бна-ружения глш Н 0:05 при среднем отношении сиг-нал/шумдлявсех типов тестовых импулесо в (за тсс -ключением логнормального). Кроме того, получено, что при низком отношении сигнаНшум Вое Н 0:25 5-тестер показываетлучшие показатели ошибок обнаружения.

На рис. 4 показаны зависимости средних ошибок обнаружения от отношения сигнал/шум. По графикам видно, что наиболее трудным для обнаружения сигналом является импульс в форме лог-нормального распределения при любом отношении сигнал/шум.

Таким образом, обобщая информацию, представленную в табл. 2 — 5 и на рис. 4, можно сделать

Таблица 2

Ошибки обнаружения тестовых сигналов с использованием оценки момента распределения т

Форма тестового сигнала Ошибка обнаружения сигнала е , %

е- етах

кш = 0,25 = °>5 кш = 0,75 = 0>25 = °>5 кш = 0,75 = °>25 = °>5 кш = 0,75

Импульс 5 (?) 4,7 2,8 2,3 11,1 10,6 8,9 2,9 1,5 1,3

Импульс 64,5 33,9 21,7 179,5 150,7 127,1 32,1 13,2 7,1

Имитация дефекта «врезка» 26,1 18,4 13,1 45,1 35,9 27,4 21,8 15,7 10,6

Имитация дефекта «шурф и врезка» 26,7 17,9 13,3 47,1 37,4 28,5 21,3 15 11,1

гш — средняя ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке взвешенного среднего; £™х — максимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке взвешенного среднего; Е™° — минимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке взвешенного среднего; кш — отношение сигнал/шум

Таблица 3

Ошибки обнаружен™ тестовых сигналов с использованием оценки момента распределен™ а м

Форма тестового сигнала Ошибка обнаружения сигнала £, %

етах ет„

= °>25 кш = 0,5 = °>75 кш = 0,25 = °>5 = °>75 кш = 0,25 кш = 0,5 кш = 0,75

Импульс 5 (?) 14,1 7,6 5,9 49,6 40,2 28,3 6,6 3,68 3,1

Импульс ¿^(Г) 54,9 34,7 21,7 82,5 71,1 55,8 38,4 19,9 10,9

Имитация дефекта «врезка» 7,9 5,5 3,1 13,5 10,9 10,1 5,3 2,8 0,9

Имитация дефекта «шурф и врезка» 11,3 8,2 6,2 16,1 14,7 13,9 8,6 5,9 3,7

— средняя ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке взвешенного среднеквадратического отклонения; е™"1 — максимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке взвешенного среднеквадратического отклонения; е™"1 — минимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке взвешенного среднеквадратического отклонения

<о «

1Я1Л1ЭЮИЗ И |Я(Ю9И(Ш Э1ЯНЯУ31И(1Э|Л|£И-ОННОИТ1\ЛЛ|(ЮФНИ И ВШОУОсШИ 'ЭИНЭ0<1130<Ю9И<Ш

6ИК <990 V бМ ЯИН1ЭЭ0 И1ЯНЬЛУН иияоио

<о и

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №4 (166) 2019

Таблица 4

Ошибки обнаружения тестовых сигналов при использовании ^тестера

Форма тестового сигнала Ошибка обнаружения сигнала £ , %

ЕГ" ЕГ

^ = °>25 ^ = °>5 ^ = °>75 ^ = °>25 ^ = °>5 ^ = °>75 ^ = °>25 ^ = °>5 ^ = °>75

Импульс 5 (?) 9,1 5,3 4,1 22,2 20,2 16,6 5,1 2,84 2,1

Импульс 51дп(?) 22,5 14,1 10,9 43,8 42,3 41,4 14,2 8.66 3,5

Имитация дефекта «врезка» 8,2 5,3 5,3 20,2 17,6 13,7 5,28 3,1 3,5

Имитация дефекта «шурф и врезка» 8,3 5,5 4,1 18,6 16,8 11,4 5 3,9 2,4

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

е~ — средняя ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке параметра 5; е™ — максимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке параметра 5; е™° — минимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке параметра 5

Таблица 5

Ошибки обнаружения тестовых сигналов при использовании корреляционного обнаружителя с согласованной фильтрацией

Форма тестового сигнала Ошибка обнаружения сигнала £ , %

гг Етах е™

кш = 0,25 кш = 0,5 кш = 0,75 кш = 0,25 = °>5 кш = 0,75 = °>25 кш = 0,5 = °>75

Импульс 5 (?) 25 11,9 7,2 72,5 51,7 34,1 5,8 0,3 0,01

Импульс 51эп(?) 24,7 11,4 7,2 69,5 46,8 33,3 5,8 0,6 0,05

Имитация дефекта «врезка» 20,8 7,5 2,4 49,3 21,7 5,8 9 2,7 0,5

Имитация дефекта «шурф и врезка» 23,8 7,1 5,2 59,4 20,5 15,1 5,6 3,2 2,5

Е — средняя ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке коэффициента корреляции; Е™8*4 — максимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке коэффициента корреляции; Е°° — минимальная ошибка обнаружения сигнала (дефекта) при оценке коэффициента корреляции

40

30 20 10

0,25 0,5 0,7В

От нош ение сигнал /шум, kSN

а)

Импульс в форме нормального

распредели 1ия-

» Импульс в форме логнормального

-раеиеределения-

■ Имитация дефекта «врезка»

» Имитация дефекта «шурф и врезка»

0,25 0,5 0,75

Отношение сигнал/шум, kSN

0,25 0,5 0,75

Отношение сигнал/шум, kSN б)

Импульс в форме нормального распределения Импульс в 'форме логнормального распеределения Имитация дефекта «врезка»

0,25 0,5 0,75

Отношение сигнал/шум, kSN

в)

г)

Рис. 4. Зависимости средних ошибок обнаружения тестовых импульсов от отношения сигнал/шум при использовании дляобнаружения: а) взвешенного среднего т ; б) 5-тестера; в) взвешенного среднеквадратического отклонения ст;

г)корреляционного обнаружителя

вывод о приоритетности использования 5-тестера как наиболее универсального средства пи обнаружению сигналов дефекта с наименьшей средней и приемлемой минимальной оширками. П°и эт пм ош ибки оИна ружения реальных дефектов низки и лежат в диапазонах П,П24 о 8™ 0 П,ПИН и Р,Р41 0 8S 0 П,ПН2 .

Заключение. В результате проведенного исследования показана эффективность предложенных авторами систем активного виброакустического контроля по обнаружению тестовых и реальных сигналов. Предлагаемые системы виброакустического контроля позволяют эффективно проводить диагностику состояния трубопровода при малых временных затратах и с низкой ошибкой обнаружения полезного сигнала.

Библиографический список

1. Epiphantsev B. N. An acoustic method for diagnostics of the state of underground pipelines: new possibilities // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2014. Vol. 50, Issue 5. P. 254 — 257. DOI: 10.1134/S1061830914050039.

2. Епифанцев Б. Н., Пятков А. А., Федотов А. А. К оценке чувствительности виброакустической системы обнаружения локальных возмущений параметров среды в окружении магистрального трубопровода // Дефектоскопия. 2015. № 2. С. 17-26.

3. Краткий обзор о прорывах нефтепроводов и объемах разливов нефти в России. URL: https://www.greenpeace.org/ russia/Global/russia/report/Arctic-oil/Report_Russia_Spills_Oil. pdf (дата обращения: 15.05.2018).

4. Пат. 2626583 Российская Федерация, МПК G 01 N 29/04. Способ обнаружения и классификации изменений параметров оболочки трубопровода и окружающей его среды /

Епифанцев Б. Н., Комаров В. А., Нигрей Н. Н., Ищак Е. Р. № 2016135127; заявл. 29.08.16; опубл. 28.07.17, Бюл. № 22.

5. Дождиков В. Г., Лифанов Ю. С., Салтан М. И. Энциклопедический словарь по радиоэлектронике, оптоэлектронике и гидроакустике. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 2008. 611 с. ISBN 978-5-98420-026-4.

6. Кликушин Ю. Н., Комаров В. А., Федотов А. А., Ши-лер А. В. Модель виртуального фильтра // Омский научный вестник. 2018. № 5 (161). С. 139-142. DOI: 10.25206/1813-82252018-161-139-142.

7. Епифанцев Б. Н., Комаров В. А. Об адаптации системы активного контроля к изменениям формы обнаруживаемых сигналов // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. № 4. С. 256-261.

8. Ахмеджанов Р. А., Федотов А. А., Комаров В. А., Кабанов С. В. Идентификация несанкционированных воздействий на трубопровод // Энергосбережение и водоподготовка. 2018. № 6 (116). С. 60-65.

9. Denisova L. A., Meshcheryakov V. A. Control systems design: the technology of stochastic perturbations simulation // Journal of Physics Conference Series. 2018. P. 012020. DOI: 10.1088/1742-6596/1050/1/012020.

10. Пат. 2687177 Российская Федерация, МПК G 01 N 29/44 (2006.01). Способ обнаружения и классификации сигнала в системах контроля / Комаров В. А., Кликушин Ю. Н., Федотов А. А., Шилер А. В. № 2018126439; заявл. 17.07.18; опубл. 07.05.19, Бюл. № 13.

КОМАРОВ Владимир Александрович, аспирант кафедры «Автоматика и системы управления» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС). БРНЧ-код: 1601-7297 ОЯСГО: 0000-0003-1933-0045 Яе8еагсЬегГО: Р-1903-2017

Адрес для переписки: [email protected] ФЕДоТоВ Александр Анатольевич, кандидат технических наук, научный сотрудник кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ОмГУПС. SPIN-код: 2511-2353

Адрес для переписки: [email protected] ДЕнисоВА людмила альбертовна, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» Омского государственного технического университета. SPIN-код: 4926-3449 AuthorlD (SCOPUS): 41460943300

ОЯСГО: 0000-0001-7197-5460

Яе8еагсЬегГО: Р-7286-2016.

Адрес для переписки: [email protected]

Для цитирования

Комаров В. А., Федотов А. А., Денисова Л. А. Обнаружение дефектов магистральных трубопроводов системами виброакустического контроля // Омский научный вестник. 2019. № 4 (166). С. 89-96. БО1: 10.25206/1813-8225-2019-166-89-96.

Статья поступила в редакцию 18.06.2019 г. © В. А. Комаров, А. А Федотов, л. А Денисова

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.