CN101329408B - 地下金属管线探测仪接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用电磁法探测地下金属管线的接收装置地下金属管线探测仪接收机。接收线圈连接到前置放大器3及13，形成两路信号，分别连接到宽带滤波器4、14，程控放大器5、15，选频滤波器6、16，比较模块7、17后送给单片机10进行处理。选频滤波器6、16的滤波频率由单片机10通过时钟模块9进行控制；选频滤波器6、16的输出还同时送给真有效值转换18电路进行有效信号检测后，送给单片机10；单片机10外部还连接键盘12和显示器11以便进行控制和显示。本发明具有多种可选的接收频率和大范围的增益调节范围，可满足探测不同埋设环境下管道的需求；具有功耗低、灵敏度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用电磁法探测地下金属管线的接收装置。
背景技术
一般的基于电磁感应探测法原理的地下金属管线探测仪接收机采用的是利用线圈接收二次场中水平分量和垂直分量，然后根据电磁场反演的原理而研制的。常用的定位方法为极大值法和极小值法，定深方法为极大值法、半极值(50％)法、梯度法。目前国内的地下金属管线探测仪接收机，不同程度的存在探测方法单一、工作频率单一、接收灵敏度低、稳定性能差等缺陷，不利于较复杂的地质条件下和埋藏较深的管线的探测。
例如公开号为200610038789.5的中国专利中，公开了一种测量地下金属管线加载电流的装置，其采用了梯度法测量管线的电流，这种测量感应电流的方法不受相对磁导率的影响，并且计算简单，但这种方法对两路信号调理的元件参数要求很严格，而且该专利测量的方法和工作频率也就各一种，传感器采用铁氧体磁棒作为磁心，灵敏度较低。
又例如公开号为200320123212.6的中国专利中，公开了一种测量光(电)缆的仪器，其采用了接收天线作为传感器，通过峰值模式能快速、准确地查找电缆的位置，但其精确度不高，接收灵敏度较低，探测深度较低。
发明内容
本发明的目的就在于针对上现有技术的不足，提供一种克服现有地下金属管线探测仪接收机的不足，设计的一种接收频率可达十六种，接收增益十级可调且最大增益大于80dB的地下金属管线探测仪接收机，接收机的传感器采用非晶合金材料、使用多线圈组合，适用多种电磁感应探测法的地下金属管线探测接收机
本发明的目的通过以下方式实现：
接收线圈1是由三组线圈构成，连接到频率控制电路2，频率控制电路2选择接收线圈1中的一组或两组线圈连接到前置放大器3及13，形成两路信号，分别连接到宽带滤波器4、14，程控放大器5、15，选频滤波器6、16，比较模块7、17后送给单片机10进行处理。其中程控放大器5、15的增益由单片机10通过模数转换器模块8进行数字控制；选频滤波器6、16的滤波频率由单片机10通过时钟模块9进行控制；选频滤波器6、16的输出还同时送给真有效值转换18电路进行有效信号检测后，送给单片机10；单片机10外部还连接键盘12和显示器11以便进行控制和显示。
本发明的目的还可以通过以下方式实现：
接收线圈1采用“工”字形，每个臂上各装有一个接收线圈；接收线圈用非晶合金做磁芯，漆包线作绕线，磁芯两端各留出3mm-20mm不绕线，然后将磁芯十等分，依次在每个等分段上随机绕线；工作频率由频率选择电路2、选频滤波6和时钟电路9组成；频率选择电路2是由三极管驱动电路和继电器及续流电路组成。有益效果
本发明具有多种可选的接收频率和大范围的增益调节范围，可满足探测不同埋设环境下管道的需求；具有功耗低、灵敏度高的特点。
附图说明
图1是仪器的总体框图
图2是“工”字形接收线圈
图3是频率控制电路图
图4是前置放大与宽带滤波电路图
图5是程控放大电路图
图6是选频滤波电路图
图7是时钟电路图
图8是处理电路图
图9是电源电路图
附图说明：1.接收线圈、2.频率控制电路、3.前置放大器、4.宽带滤波器、5.程控放大器、6.选频滤波器、7.比较模块、8.模数转换器模块、9.时钟模块、10.单片机、11.显示器、12.键盘、13.前置放大器、14.宽带滤波器、15.程控放大器、16.选频滤波器、17.比较模块、18.真有效值转换、19.线圈信号输出端、20.上线圈、21.中线圈、22.下线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步详细说明：
接收线圈1是由三组线圈构成，连接到频率控制电路2，频率控制电路2选择接收线圈1中的一组或两组线圈连接到前置放大器3及13，形成两路信号，分别连接到宽带滤波器4、14，程控放大器5、15，选频滤波器6、16，比较模块7、17后送给单片机10进行处理。其中程控放大器5、15的增益由单片机10通过模数转换器模块8进行数字控制；选频滤波器6、16的滤波频率由单片机10通过时钟模块9进行控制；选频滤波器6、16的输出还同时送给真有效值转换18电路进行有效信号检测后，送给单片机10；单片机10外部还连接键盘12和显示器11以便进行控制和显示。
在图1中，接收线圈1感应二次场，把磁信号转换为电信号，电信号经过频率控制电路2进行产生谐振，然后通过前置放大3和13，分别连接到宽带滤波器4、14，程控放大器5、15，选频滤波器6、16，比较模块7、17后送给单片机10进行处理。其中程控放大器5、15的增益由单片机10通过模数转换器模块8进行数字控制；选频滤波器6、16的滤波频率由单片机10通过时钟模块9进行控制；选频滤波器6、16的输出还同时送给真有效值转换18电路进行有效信号检测后，送给单片机10；单片机10外部还连接键盘12和显示器11以便进行控制和显示。真有效值转换18得到其有效值，送给单片机内部的模数转换，最后单片机再通过相位比较、运算得出相关的地下金属管线的埋深数据和方向。
在图2中，指示出了三线圈的位置关系：水平方向两个，垂直方向一个，即“工”字形结构。当定位时，使用中线圈21和下线圈22；当80％、50％法定深时，使用下线圈22，当梯度法定深时，使用上线圈20和下线圈22；当极大值法定深时，使用中线圈21。三个接收线圈的材料、尺寸、绕法均相同。线圈选用非晶合金做磁芯材料，绕制时要保证每个线圈具有良好的频率响应和极小的分布电容，其绕法是将磁芯两端各留出10mm不绕线，然后将磁芯十等分，依次在每个等分段上绕漆包线，在绕线时避免各匝之间规则的排列。
在图3中，实现的是频率切换，即配谐电容的切换，其中网络标号为Vi1和Vi2分别与下线圈22的两端相连，Vi3与另一套类似于Vi1的端口相连，L1、L2分别和上线圈20、中线圈22的另两端相连，最后将另一套类似于Vi2的端口和上线圈20、中线圈21的公共端相连。这九个继电器是由MSP430F149单片机10的 P2.0-P2.8以及P3.3控制。
图4是图1中的前置放大器3和13以及宽带滤波器4和14的具体实施电路，由AD620仪用放大器及其外围电路组成，其中一套放大器的2脚和3脚分别连接下线圈22的两端，另一套2脚连继电器5的一端，3脚连中线圈21与上线圈20的公共端。宽带滤波由压控二阶巴特沃斯高通和低通滤波器串联而成。
图5是图1中的程控放大器5和15的具体实施电路，以AD603为核心，由MC1403为其提供基准电压源，由D/A模块8控制其放大器的增益。
图6是图1中选频滤波6和16的具体实施电路，选用集成开关滤波器MF10，按电路图连接成高Q值的带通滤波器，由时钟模块9控制其中心频率，中心频率和时钟频率的比值是0.02，DDS芯片AD9850的时钟由20M有源晶振JY1提供，AD9850采用串口的方式控制，这样单片机通过改变AD9850的控制字便可以改变选频的频率。
图8为处理模块，由MSP430F149型单片机、2×4键盘、LCD显示、真有效值转换电路、比较电路组成。2×4键盘与单片机的P2.0-P2.5相连。LCD显示使用JM12864M，接口电路为1脚接地，2脚接LM1117-5的2脚，4、5、6脚分别连MSP430F149的P3.5-P3.7，7-14脚连MSP430F149的P5.0-P5.7，15脚接2脚，19脚接开关；真有效值转换电路由AD637及外围电路组成；比较电路采用高速比较器LM311。
整体采用±6V电压输出的蓄电池供电，如图9，经过低压差稳压电路便可以得到±5V和+3.3V，其中±5V给MF10和AD603供电，+3.3V给MSP430F149供电，集成放大器部分和真有效值部分由电池直接供给。
单片机根据键盘设置的频率，控制频率控制电路2中的继电器，选择对应的配谐电容和AD9850的控制字，便可以实现工作频率的切换。单片机捕捉比较器的方波信号，判断两信号是否反向，便可以指示管线的位置，具体流程：单片机在捕获到一个比较信号的上升沿时，延时接收频率对应周期的1/4时间，再捕获另外一个比较信号，判断是否同相。
Claims (4)
1.一种基于电磁感应探测法技术的地下金属管线探测仪接收机，由“工”字形接收线圈、频率控制电路、前置放大器、宽带滤波器、程控放大器、选频滤波器、时钟电路、比较电路以及单片机构成，其特征在于：所述接收线圈(1)是由三组线圈构成，连接到频率控制电路(2)，频率控制电路(2)选择接收线圈(1)中的一组或两组线圈连接到第一前置放大器(3)及第二前置放大器(13)进行前置放大，形成两路信号，这两路信号分别连接到第一宽带滤波器(4)、第二宽带滤波器(14)，第一程控放大器(5)、第二程控放大器(15)，第一选频滤波器(6)、第二选频滤波器(16)，第一比较电路(7)、第二比较电路(17)后送给单片机(10)进行处理，其中第一程控放大器(5)、第二程控放大器(15)的增益由单片机(10)通过模数转换器模块(8)进行数字控制；第一选频滤波器(6)、第二选频滤波器(16)的滤波频率由单片机(10)通过时钟电路(9)进行控制；第一选频滤波器(6)、第二选频滤波器(16)的输出还同时送给真有效值转换电路(18)进行有效信号检测后，送给单片机(10)；单片机(10)外部还连接键盘(12)和显示器(11)，以便进行控制和显示。
2.按照权利要求1所述的地下金属管线探测仪接收机，其特征在于：接收线圈(1)采用“工”字形，每个臂上各装有一组接收线圈。
3.按照权利要求2所述的地下金属管线探测仪接收机，其特征在于：接收线圈用非晶合金做磁芯，漆包线作绕线，磁芯两端各留出3mm-20mm不绕线，然后将磁芯十等分，依次在每个等分段上随机绕线。
4.按照权利要求1所述的地下金属管线探测仪接收机，其特征在于：频率控制电路(2)是由三极管驱动电路和继电器及续流电路组成。
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