CN103266882A - 用于被动式测深的脉冲磁矩装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，该脉冲磁矩装置包括磁场线圈、微控制器、高压电容、联动电控开关A、联动电控开关B、时钟芯片、倍压升压单元和电池组；倍压升压单元通过联动电控开关A与磁场线圈的一端连接，倍压升压单元通过联动电控开关B与磁场线圈的另一端连接，高压电容一端与联动电控开关A连接，另一端与联动电控开关B连接，微控制器分别与联动电控开关A的控制端、联动电控开关B的控制端和时钟芯片连接，电池组分别给倍压升压单元和高压电容供电；倍压升压单元实现电池组电压的变换。本发明能够利用该装置发射的脉冲磁场可以快速实现深度测量，无需进行多个测量点的搜索式测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲磁矩装置，具体涉及一种水平定向钻进中的用于被动式测深的脉冲磁矩装置，属于定向钻进技术领域。
背景技术
非开挖技术是新兴的施工技术，可以在不对路面“开膛破肚”的情况下进行地下管道的施工。水平定向钻进是非开挖技术的核心，在钻进的过程中深度测量的精度是关键操作。
目前的测深技术，均利用线圈从地下向地面发射一定频率的电磁场信号——频率为10Hz～40kHz之间。然后在地面上应用接收线圈或者接收天线进行搜索式定位。这种方法缺点是明显的：一是定位时间较长，因为在地面上不同的测量点或者测量线上完成搜索测量需要耗费较长的时间；二是对发射线圈的功率要求较高，因为发射线圈要保持一定的发射时间，否则信号不能被可靠地接收到。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，利用该装置发射的脉冲磁场可以无需搜索进行快速测深。
一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，该脉冲磁矩装置包括磁场线圈、微控制器、高压电容、联动电控开关A、联动电控开关B、时钟芯片、倍压升压单元和电池组；倍压升压单元通过联动电控开关A与磁场线圈的一端连接，倍压升压单元通过联动电控开关B与磁场线圈的另一端连接，高压电容一端与联动电控开关A连接，另一端与联动电控开关B连接，微控制器分别与联动电控开关A的控制端、联动电控开关B的控制端和时钟芯片连接，电池组分别给倍压升压单元和高压电容供电；
当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A接通和联动电控开关B断开时，则高压电容充电，当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A断开和联动电控开关B接通时，则高压电容放电产生磁场；倍压升压单元实现电池组电压的变换。
所述的磁场线圈由密绕的螺线管与圆棒状的磁芯组成，磁芯的两端加工成二次曲面、球面或椭球面。
所述的脉冲磁矩装置产生脉冲磁场的持续时间为1ms～100ms，且脉冲磁场的间隔时间为1s～600s。
有益效果：本发明能够利用该装置发射的脉冲磁场可以快速实现深度测量，无需进行多个测量点的搜索式测量，整个测深过程仅需3～5秒即可完成。
附图说明
图1为本发明脉冲磁矩装置的组成图。
图2为本发明脉冲磁矩装置的实施案例图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，该脉冲磁矩装置每间隔一定的时间产生一个强磁场脉冲，且磁场是由高压产生的大电流产生的，且持续时间为1ms～100ms；脉冲磁场的间隔时间是可程序设定的，其范围在1s～600s之间。
该脉冲磁矩装置包括磁场线圈、微控制器、高压电容、联动电控开关A、联动电控开关B、时钟芯片、倍压升压单元和电池组；当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A接通和联动电控开关B断开时，则高压电容充电，当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A断开和联动电控开关B接通时，则高压电容放电产生磁场；倍压升压单元实现电池组电压的变换。
其中磁场线圈由密绕的螺线管与圆棒状的磁芯材料组成，磁芯的两端加工成标准的二次曲面（球面或者椭球面），以保证其能被最大程度地均匀磁化，这种设计能够以较小的体积产生较大的磁场能量。
倍压升压单元能够在提供较大电压（不低于200V）的同时提供较大的电流（不低于10A），并持续一定的时间（不低于1ms）。
连接关系：倍压升压单元通过联动电控开关A与磁场线圈的一端连接，倍压升压单元通过联动电控开关B与磁场线圈的另一端连接，高压电容一端与联动电控开关A连接，另一端与联动电控开关B连接，微控制器分别与联动电控开关A的控制端、联动电控开关B的控制端和时钟芯片连接，电池组分别给倍压升压单元和高压电容供电；
工作原理：
实际应用中，该脉冲磁矩装置安装在无磁钻杆的钻头内，并由无磁钻杆带动脉冲磁矩装置伸入地下。当装置工作时，在系统上电启动后，微控制器以10Hz的频率不间断地读取时钟芯片的时间，并控制联动电控开关A闭合且联动电控开关B断开，开始对高压电容充电，微控制器通过控制充电时间长短来控制高压电容的充电截止电压；本发明充电时间是可变的，范围在10ms～10s。
高压电容充电结束后，微控制器控制联动电控开关A断开，此时联动开关B也是断开的，电容处于能量保持状态。当达到预定的时间间隔后，微控制器控制联动电控开关B闭合，此时高压电容放电，其储存的能量通过磁场线圈释放，于是线圈中瞬间产生较大的磁矩，进而产生脉冲磁场，由设置在地面上的地面定位仪检测到脉冲磁场，经计算可以得到脉冲磁矩装置的深度。
如附图2所示，为了验证本发明测量的精度，将脉冲磁矩装置分别埋在地下2m、4m、5m、7m、8m深的地下，并在地面设定标记。
在地面标记位置附近位调整好地面定位仪后，并设定标记位置处的坐标为（0,0,0），可以测得脉冲磁矩处于不同的埋深时的磁感应强度分别为：
2m:B=[-82.00 -3355.00 3346.48]nT；
4m:B=[-10.25 -419.38 418.31]nT；
6m:B=[-3.04 -124.26 123.94]nT；
8m:B=[-1.28 -52.42 52.29]nT；
通过地面定位仪计算可以求得深度分别为：
2.007m、4.006m、6.004m、8.003m；
其测深误差分别为：0.35%、0.15%、0.07%、0.04%。
上述结果表明，本发明的脉冲磁矩装置能够对地下管道进行测深，且可以达到较高的精度（误差在1%以内）。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，其特征在于，该脉冲磁矩装置包括磁场线圈、微控制器、高压电容、联动电控开关A、联动电控开关B、时钟芯片、倍压升压单元和电池组；倍压升压单元通过联动电控开关A与磁场线圈的一端连接，倍压升压单元通过联动电控开关B与磁场线圈的另一端连接，高压电容一端与联动电控开关A连接，另一端与联动电控开关B连接，微控制器分别与联动电控开关A的控制端、联动电控开关B的控制端和时钟芯片连接，电池组分别给倍压升压单元和高压电容供电；
当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A接通和联动电控开关B断开时，则高压电容充电，当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A断开和联动电控开关B接通时，则高压电容放电产生磁场；倍压升压单元实现电池组电压的变换。
2.如权利要求1所述的一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，其特征在于，所述的磁场线圈由密绕的螺线管与圆棒状的磁芯组成，磁芯的两端加工成二次曲面、球面或椭球面。
3.如权利要求1所述的一种用于被动式测深的脉冲磁矩装置，其特征在于，该脉冲磁矩装置产生脉冲磁场的持续时间为1ms～100ms，且脉冲磁场的间隔时间为1s～600s。
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| CN2013101811470A CN103266882A (zh) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 用于被动式测深的脉冲磁矩装置 |
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2013
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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