CN103792583B - 电容直连管线探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电容直连管线探测方法，包括：在管线的探测点的一侧的外护层上包围第一导电体；将信号源的正极连接到所述第一导电体上，将所述信号源的负极接地；通过所述信号源的正极注入测试信号，再调整接收机来探测所述管线的路由和深度。本发明在管线的外护层上包围导电体，管线内部的金属构件与导电体之间相互绝缘，因此形成了电容器，通过形成的电容器将高频测试信号注入管线，从而可以方便的在探测点一侧就近注入探测信号，而通过选择合适的信号注入点来使探测点另一侧的光缆更长，从而达到更大的探测信号强度。本发明方法对无法适用于直连法的场景也仍然适用，不受监测缆的限制，而且具有良好的信号强度和抗干扰特性。

Description

电容直连管线探测方法

技术领域

本发明涉及电子测量技术，尤其涉及一种电容直连管线探测方法。

背景技术

光缆探测按照信号源的施加方式区分，常用的有三种：直连法、环钳法、感应法，这三种常用方法适用于不同的环境。

感应法主要应用在无监测缆的直埋光缆探测，也可以可在只有一条管道光缆的场合使用。感应法只能使用高频率信号，一般使用33kHz。其连接方法为：将信号源（开机后输出不插连线）直接放在目标管线上方，信号源的交流信号在内部感应线圈上产生较强的变化磁场，变化的磁场使目标管线上产生感生信号电压。

环钳法主要应用在管道光缆的探测，只能使用高频率信号，一般使用33kHz。其连接方法为：先将信号源输出端口连接上环钳，然后将环钳夹在目标管线上，信号源的交流信号在环钳上产生较强的变化磁场，变化的磁场使目标管线上产生感生信号电压。

直连法主要应用在直埋光缆探测，而且接头盒必须引出监测缆。其连接方法为：将信号源输出信号线负极通过地线棒与大地相连，正极连接监测缆，将信号电压施加到光缆的金属构件上。

在这三种探测方法中，感应法的信号强度最弱也最容易受到干扰，环钳法的信号强度高于感应法，但是也容易受到干扰，而直连法信号强度远远高于环钳法和感应法。一般来讲，探测点的光缆探测信号电流接近1mA时，就具有较高的准确性和抗干扰性，环钳法和感应法是难以达到这种信号强度的。

环钳法和感应法所感应的信号本身就比较微弱，极易受到干扰。不管信号源怎样放置，信号源两端都需要一定大小的分布电容才能构成大小合适的回路电流，所以在I₁和I_n两段都无法产生足够的探测电流，也就是说管道光缆在靠近接头盒的段落难以探测。由于管道光缆对大地的分布电容远不及直埋光缆，一般情况下，只要信号源一端光缆长度低于150米（经验值），其与大地的形成分布电容太小，就无法形成足够的探测信号电流，当管道内比较干燥时，信号源两端的光缆长度将需要更长。

环钳法和感应法感生信号电压形成回路电流信号流向如图1所示：左端金属构件→左端金属构件与大地的分布电容→大地→右端金属构件与大地的分布电容→右端金属构件。

在对管道光缆探测时，由于管道光缆接头盒无监测缆，无法使用直连法，只能使用环钳法或感应法，而环钳法、感应法在缆线上所产生的信号微弱，所以在接头盒附近或者存在强干扰的地方难以探测，存在探测盲区。

发明内容

本发明的目的是提出一种电容直连管线探测方法，能够达到较高的信号强度，且不受监测缆的限制。

为实现上述目的，本发明提供了一种电容直连管线探测方法，包括：

在管线的探测点的一侧的外护层上包围第一导电体；

将信号源的正极连接到所述第一导电体上，将所述信号源的负极接地；

通过所述信号源的正极注入测试信号，再调整接收机来探测所述管线的路由和深度。

进一步的，在管线的探测点的一侧的外护层上包围第一导电体的同时，还包括以下操作：

在所述管线的探测点的另一侧的外护层包围第二导电体，并且将该第二导电体接地。

进一步的，所述第一导电体为铝朔管、铝箔、铜箔和圆金属管中的一种。

进一步的，所述第一导电体沿所述管线方向的长度为1米以上。进一步的，所述第二导电体为铝朔管、铝箔、铜箔和圆金属管中的一种。

进一步的，所述第二导电体沿所述管线方向的长度为1米以上。

进一步的，所述管线为管道光缆、架空光缆或水底光缆。

基于上述技术方案，本发明在管线的外护层上包围导电体，管线内部的金属构件与导电体之间相互绝缘，因此形成了电容器，通过形成的电容器将高频测试信号注入管线，从而可以方便的在探测点一侧就近注入探测信号，而通过选择合适的信号注入点来使探测点另一侧的光缆更长，从而达到更大的探测信号强度。本发明方法对无法适用于直连法的场景也仍然适用，不受监测缆的限制，而且具有良好的信号强度和抗干扰特性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的环钳法和感应法的感生信号电压形成回路的电流信号流向示意图。

图2为本发明电容直连管线探测方法的一实施例的流程示意图。

图3为图2实施例的电流信号流向示意图。

图4为本发明电容直连管线探测方法的另一实施例的流程示意图。

图5为图4实施例的电流信号流向示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

两个相互绝缘的导体可以构成一个电容器，电容的大小与极板的面积呈正比，与极板间距离呈反比，与电容是否带电无关，只与电容器本身的结构形状有关。基于电容器的原理，本发明利用导电体包围在管线的外护套的结构，形成导电体与管线内的金属构件之间的电容器，而这种电容器能够传递高频的测试信号，对于较短的管线，仍然可以形成足够的探测信号电流。

如图2所示，为本发明电容直连管线探测方法的一实施例的流程示意图。在本实施例中，电容直连管线探测方法包括：

步骤101、在管线的探测点的一侧的外护层上包围第一导电体；

步骤102、将信号源的正极连接到所述第一导电体上，将所述信号源的负极接地；

步骤103、通过所述信号源的正极注入测试信号，再调整接收机来探测所述管线的路由和深度。

采用本实施例的电容直连管线探测方法可以将探测信号注入点设置在更靠近探测段，并选择性地设置在探测段一侧的方向，以便使探测段的另一侧的管线更长，从而形成探测信号强度更大。本实施例可以对无法对管线采用直连法的场景，可以对未引出监测缆的管线进行探测，而信号源可以就近输入，其产生的探测信号强度远高于环钳法和感应法所产生的探测信号强度，并且不像直连法受到监测缆的限制。

本实施例所指的管线优选但不限于管道光缆，任何需要进行管线测试的场景都可以考虑采用本实施例的电容直连方式。

在第一导电体的选择上，可以采用铝朔管、铝箔、铜箔和圆金属管中的一种，这里所给出了几个例子仅为说明，其他任何可导电的材料也可以作为第一导电体使用。

在铝朔管、铝箔（或铜箔）和圆金属管几种材料的选择上，使用方式和适用场合也有所不同，具体区别如下：

1、铝朔管

将铝朔管纵向（延铝朔管的轴延伸的方向）开剥，并包裹在管道光缆的外护层上，外护层是绝缘材料，因此在外护层之外的铝朔管与外护层之内的光缆金属构件形成电容器。信号源通过连接铝朔管的铝护层，可以将高频探测信号注入管道光缆中。

由于铝朔管比较细，对于较粗的光缆不能完全包住，而且铝护层下还有一层塑料，加大了铝护层与光缆金属构件的距离，因此铝朔管与光缆金属构件形成的电容容量较小。在采用朗讯中心大束管光缆时，在1米的长度上能形成约100pF的电容。100pF的电容在33kHz等效交流容抗约为48千欧姆。

2、圆金属管

将圆金属管纵向开剥，形成两半，将其包裹在管道光缆的外护层上，在外护层之外的金属管片与外护层之内的光缆金属构件形成电容器，通过连接金属管片，信号源就可以将高频探测信号注入光缆。

由于金属管较硬，难以将光缆完全包住，无法最大限度的靠近光缆金属构件，所以金属管与光缆金属构件形成的电容容量一般。采用朗讯中心大束管光缆时，在1米的长度上能形成约200pF的电容。200pF的电容在33kHz等效交流容抗约为24千欧姆。

3、铝箔（或铜箔）

将铝箔（或铜箔）直接粘在管道光缆的外护层上，在外护层之外的铝箔（或铜箔）与外护层之内的光缆金属构件就能形成电容，通过连接铝箔（或铜箔），信号源就可以将高频探测信号注入光缆。

由于铝箔（或铜箔）可直接粘在光缆上，最大限度地靠近光缆金属构件，所以铝箔（或铜箔）与光缆金属构件形成的电容容量最大。采用朗讯中心大束管光缆时，在1米的长度上只能形成约410pF的电容。100pF的电容在33kHz等效交流容抗约为12千欧姆。

经过比较，优选铝箔（或铜箔）作为第一导电体，其他两种导电体也可以根据不用的场合和便于获得的材料进行选用，这三种导电体均属于便宜实用的材料，可以有效地降低使用成本。在第一导电体的长度上，优选沿所述管线方向的长度为1米以上，以便形成较大的极板面积，进而增强探测信号强度。

图3给出了图2实施例的电流信号流向示意图。在图3中，导电体选用铝箔。从图中可以看到，在探测点一侧注入信号，另一侧光缆长度大于预设距离（例如150米，如果管道干燥，该距离应更长）时，探测信号强度适合时，信号流向为：信号线正极→铝箔→铝箔与光缆金属构件的电容→金属构件→金属构件与大地的分布电容→大地→信号线负极。此时探测信号电流I₁＞I₂……＞I_n，信号源放置在探测点附近，并且最好放置在离接头盒更近的一端。

如图4所示，为本发明电容直连管线探测方法的另一实施例的流程示意图。与上一实施例相比，本实施例在步骤101进行的同时，还包括步骤101’，即在所述管线的探测点的另一侧的外护层包围第二导电体，并且将该第二导电体接地。

当探测点位于短段管线上，无论信号注入点选择在哪一侧，另一侧的管线长度都会较短，管线对大地电容较小，使探测回路电流微弱，这时可以在探测点另一侧利用同样的原理，将导电体包围在管线外护套上，并将包围的导电体接地，这样可大大增强探测回路信号电流。

当然，图4实施例并不仅限于短段管线，同样适合于较长的管线来增强探测信号。这里的管线优选但不限于管道光缆，任何需要进行管线测试的场景都可以考虑采用本实施例的电容直连方式。

在第二导电体的选择上，可以采用铝朔管、铝箔、铜箔和圆金属管中的一种，上面已经给出了几个例子进行说明，这里就不再赘述了，其他任何可导电的材料也可以作为第二导电体使用。第二导电体的长度优选1米以上，以便形成较大的极板面积，进而获得探测信号强度。

图5给出了图4实施例的电流信号流向示意图。在图5中，导电体选用铝箔。从图中可以看到，在探测点一侧注入信号，信号流向为：信号线正极→铝箔→铝箔与光缆金属构件的电容→金属构件与大地的分布电容和尾端铝箔接地电容→大地→信号线负极。

下面通过几个具体实例来说明本发明电容直连管线探测方法相比于现有的几种方法的优势。

实例1

在某中继段1031号接头标石注入信号和1033号标石接收信号，接收机和标石固定在一起，每次探测接收器位置不发生改变。

使用仪表：采用雷迪RD433信号源和雷迪RD385探测接收机

实验方法：将实验光缆一侧的金属构件用导线与1031接头标石监测缆相连，使实验光缆与1033号标石方向的光缆金属构件相连，试验光缆上粘上1米铝箔，并将铝箔处悬空。当用直连法时，实验光缆另一侧金属构件悬空，直接由监测缆注入信号；当用电容直连法时，实验光缆另一侧金属构件也悬空，由铝箔处注入信号；当用环钳法时，实验光缆另一侧金属构件接地，环钳夹在光缆上；当用感应法时，实验光缆另一侧金属构件接地，信号源按感应要求放置，距离光缆为常用深度1.2米。

测试状态：在33kHz，信号源强度25%。

选择接收机增益：先将信号源采用直连法连接，调整接收机增益使接收机的信号强度刚好不饱和，此时增益为48dB，然后关闭信号源，显示环境噪音强度为003。

减去噪音信号强度的测试结果：直连法信号强度显示为903，电容直连法信号强度显示为202，环钳法信号强度显示为020，感应法信号强度显示为001。说明直连法和电容直连法信号强度远高于环钳法和感应法。

实例2

在某中继段K7-K8孔之间，采用环钳法无法探测，采用电容直连法探测后，已成功探测出该段光缆的走向和深度。

地点及环境情况：在某中继段K7-K8孔之间，无法使用直连法。此段管道内无积水，光缆对地分布电容较小，使得环钳法无法形成足够的信号，而且附近埋设有高压电缆，存在较强的干扰，使得环钳法无法探测出光缆。

使用仪表：采用雷迪RD433信号源和雷迪RD385探测接收机。

探测方法：在K8孔内，将光缆上粘上1.5米铝箔，信号源正极夹在铝箔上，用来注入信号；在旁边花坛接一地线棒，将信号源负极接地。

调整接收机的信号增益为48dB，然后开始探测。

探测结果：采用电容直连法，接收机显示的信号强度较强，数值在396（深度在0.9米）附近，成功探测出该段光缆的路由和深度，探测的结果后挖检的结果一致。

实例3

在某中继段K69-K71孔与电气化铁路交越附近，由于市政新增路灯施工，原光缆路由为非直线路由，需精确定位，采用环钳法受电气化铁路干扰而无法探测，采用电容直连法探测后，已成功准确探测出该段光缆的走向和深度。

地点及环境情况：在某中继段K69-K71孔之间，无法使用直连法。此段管道与电气化铁路交越，存在较强的干扰，使得环钳法无法探测出光缆。

使用仪表：采用雷迪RD433信号源和雷迪RD385探测接收机。

探测方法：在K73孔内，将光缆上粘上1.5米铝箔，信号源正极夹在铝箔上，用来注入信号，将信号源负极接地。由于接头盒距离探测点远达450米，所以远端未增加电容接地。

调整接收机的信号增益为45dB，然后开始探测。

探测结果：采用电容直连法，接收机显示的信号强度较强，成功探测出该段光缆的路由和深度。

综上所述，本发明电容直连管线探测方法可以对未引出监测缆的管线进行探测，信号源可以就近输入，产生的探测信号强度远高于环钳法和感应法，而且不像直连法受到监测缆的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种电容直连管线探测方法，包括：

选择靠近探测点的信号注入点，以使探测点另一侧的管线更长，所述管线为管道光缆、架空光缆或水底光缆；

在该信号注入点对应的管线位置的外护层上包围第一导电体；

将信号源的正极连接到所述第一导电体上，将所述信号源的负极接地；

通过所述信号源的正极注入测试信号，再调整接收机来探测所述管线的路由和深度。

2.根据权利要求1所述的电容直连管线探测方法，其中在该信号注入点对应的管线位置的外护层上包围第一导电体的同时，还包括以下操作：

在所述管线的探测点的另一侧的外护层包围第二导电体，并且将该第二导电体接地。

3.根据权利要求1或2所述的电容直连管线探测方法，其中所述第一导电体为铝朔管、铝箔、铜箔和圆金属管中的一种。

4.根据权利要求3所述的电容直连管线探测方法，其中所述第一导电体沿所述管线方向的长度为1米以上。

5.根据权利要求2所述的电容直连管线探测方法，其中所述第二导电体为铝朔管、铝箔、铜箔和圆金属管中的一种。

6.根据权利要求5所述的电容直连管线探测方法，其中所述第二导电体沿所述管线方向的长度为1米以上。