CN104459805B - 数字式地下管线探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种数字式地下管线探测仪，包括信号发射机和信号接收机，其中，所述信号发射机包括发射机中央控制单元、发射机CPLD单元、发射机TCXO温度补偿晶振、数字功放单元、电源单元、发射机人机交互单元和辐射线圈等，所述信号接收机包括信号采集单元，信号处理单元、接收机中央控制单元、接收机CPLD单元、A/D转换单元和接收机人机交互单元等，信号采集单元采集信号发射机发出的探测信号，并将采集信号发送给信号处理单元进行处理，处理后的探测信号经过A/D转换单元后提供给接收机中央控制单元，最终通过显示器显示。本发明所述的管线探测仪具有检测可靠高、效率高、使用方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字式地下管线探测仪，属于线缆探测技术领域。
背景技术
由于我国的城市化建设发展迅速。客观存在多家施工单位在不同时段对同一路面进行不同要求的市政施工。这需要在施工前明确施工路面地下电缆的不同走向，分布情况及电缆的运行情况（是有电缆还是没有电缆）。以确保施工的安全性，正确性，经济性。为达到明确电缆走向的要求是可向市政档案查询，但由于档案更新的速度未必跟得上城市化发展迅速，并且档案上也不可能有电缆的实时运行情况，这就需要有一种仪器可以在现场探测出地下电缆（电缆）的走向，分布情况及电缆的运行情况。
此外，随着电缆的使用量越来越大，特别是低压电缆的故障也越来越多，低压无铠装电缆的故障查找非常困难，修复时间长，给很多生产单位造成很大经济损失。
传统的电缆路径仪，只是利用单线圈检测电缆上方的电磁场，简单的将信号放大后经过耳机输出，由使用者根据线圈移动时的信号变化对有无电缆和电缆的位置作出判断。当多条电缆并排敷设或有其他电缆交叉时，由于邻近电缆对待测电缆的电磁辐射的感应，也会有信号，所以往往跟踪错误，况且只是靠人的听觉进行判断，对使用者的经验有较高的要求。
有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种数字式地下管线探测仪，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字式地下管线探测仪，具有检测可靠高、效率高、使用方便等特点。
为了实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种数字式地下管线探测仪，包括信号发射机和信号接收机，其中，所述信号发射机包括发射机中央控制单元、发射机CPLD单元、发射机TCXO温度补偿晶振、数字功放单元、电源单元、继电器选频阵列单元、串联谐振单元、发射机人机交互单元和辐射线圈，发射机TCXO温度补偿晶振为发射机CPLD单元提供高精度超低漂移基本时钟，发射机中央控制单元控制发射机CPLD单元对基本时钟进行分频、生成修正正玄波脉冲序列后再进行频率复合，为数字功放单元提供各种频率信号，电源单元为数字功放单元供电，数字功放单元输出的功率信号经过继电器选频阵列单元和串联谐振单元后驱动辐射线圈，形成辐射耦合输出；所述信号接收机包括信号采集单元，信号处理单元、接收机中央控制单元、接收机CPLD单元、接收机TCXO温度补偿晶振、A/D转换单元和接收机人机交互单元，信号采集单元采集信号发射机发出的探测信号，并将采集信号发送给信号处理单元进行处理，处理后的探测信号经过A/D转换单元转换为可供接收机中央控制单元读取的数字信号，接收机中央控制单元经过分析处理后，最终通过接收机人机交互单元进行显示，接收机TCXO温度补偿晶振为接收机CPLD单元提供高精度超低漂移基本时钟，接收机中央控制单元控制接收机CPLD单元对基本时钟进行分频，为信号处理单元提供各种频率的时钟信号。
作为优选，所述电源单元包括为数字功放单元供电的恒功率升降压开关电源，和为信号反射机其余各个单元供电的稳压电源，恒功率升降压开关电源为恒功率限压源，与发射机中央控制单元相连，其输出功率由发射机中央控制单元设定，输出电压可根据负载大小进行升压或降压调节，恒功率升降压开关电源与数字功放单元配合，可完成输出阻抗的全自动实时匹配以及过载保护。
作为优选，所述数字功放单元进一步连接有直连耦合电路形成直连输出。
作为优选，所述数字功放单元进一步连接有卡钳耦合电路形成卡钳耦合输出。
作为优选，所述发射机人机交互单元和接收机人机交互单元均包括显示用的液晶显示器和输入用的键盘。
作为优选，所述信号处理单元沿信号传输方向依次包括可变增益预放电路、开关电容高放滤波电路、下变频电路和开关电容中放滤波电路，上述各个电路均与接收机中央控制单元输入端相连，用于增益控制，开关电容高放滤波电路、下变频电路和开关电容中放滤波电路均与接收机CPLD单元的各个时钟信号输出端相连，原始探测信号首先通过可变增益预放电路进行可变增益预放大，再经开关电容高放滤波电路进行窄带通滤波放大，此时，噪声信号大部分滤除，滤波后的探测信号再通过下变频电路的乘法器和本振信号相乘进行非线性放大，下变频为固定频率中的中频信号，该中频信号再经过开关电容中放滤波电路进行固定频率的窄带通滤波放大，将信号继续净化，最后输出给A/D转换单元。因为开关电容高放滤波电路和开关电容中放滤波电路均使用开关电容滤波器，需要时钟驱动，下变频电路也需要本机振荡时钟，上述三种时钟，均由接收机TCXO温度补偿晶振提供高精度超低漂移基本时钟，再由接收机CPLD对基本时钟进行分频生成。
作为优选，所述信号采集单元包括感应线圈，所述感应线圈为多线圈结构，可同时接收地下管线辐射信号不同方向上的分量，感应线圈与信号处理单元之间进一步包括一可控谐振电路，可控谐振电路与接收机中央控制单元相连，通过接收机中央控制单元控制可谐振电路进行选频谐振。
作为优选，所述信号采集单元为大口径卡钳。
作为优选，所述信号采集单元为A字架探针。
本发明所述的数字式地下管线探测仪工作时，信号发射机发出探测信号，在鉴别地点，信号接收机的信号采集单元采集各个探测信号，测定地下各种金属管道及电缆的走向、位置和埋深，可广泛应用于城市自来水、燃气、铁路、厂矿、电力、通讯及市政建设和地质勘探等部门，为工程勘探以及电缆维护和检修提供依据。
与现有技术相比，本发明所述的数字式地下管线探测仪具有如下优点：
1、可根据信号发射机发射的的组合信号计算出电流的流向，待测电缆的电流是从发射机流向电缆末端，而邻近电缆的地线回流是由末端流回发射机端，可以利用这种信息将待测电缆和邻近电缆区别开，当探测仪判断电流流向反转时，在显示屏上将有明确的提示，解决了电缆路径探测领域中的一大遗留问题；
2、信号接收机的感应线圈采用多线圈，可同时接收电缆辐射信号不同方向上的分量，经过接收机中央控制单元对信号进行数字分析，实时计算，可以直接判断出电缆的左右方向，在接收机显示屏上用左右箭头直观显示，不需要使用者进行听觉判断，大大提高了路径探测的效率和易用性，对使用者经验的要求也大大降低；
3、信号接收机的大口径卡钳可同时判断电缆上电流的幅值和流向，可实现非常精确的电缆唯一性鉴别，而且测试时间非常短。
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1为本实施例的信号发射机模块原理图；
图2为本实施例的信号接收机模块原理图。
具体实施方式
一种数字式地下管线探测仪，包括信号发射机1和信号接收机2，工作时，信号发射机1发出辐射信号，在鉴别地点，信号接收机的信号采集单元采集各个探测信号，测定地下各种金属管道及电缆的走向、位置和埋深。
如图1所示，所述信号发射机包括发射机中央控制单元10、发射机CPLD单元12、发射机TCXO温度补偿晶振13、数字功放单元14、电源单元、继电器选频阵列单元15、串联谐振单元16、发射机人机交互单元和辐射线圈17，发射机TCXO温度补偿晶振13为发射机CPLD单元12提供高精度超低漂移基本时钟，发射机中央控制单元10控制发射机CPLD单元12对基本时钟进行分频、生成修正正玄波脉冲序列后再进行频率复合，为数字功放单元14提供各种频率信号，数字功放单元14输出的功率信号经过继电器选频阵列单元15和串联谐振单元16后驱动辐射线圈17，形成辐射耦合输出。
所述电源单元包括为数字功放单元供电的恒功率升降压开关电源18a，和为信号反射机其余各个单元供电的稳压电源18b，恒功率升降压开关电源18a为恒功率限压源，与发射机中央控制单元10相连，其输出功率由发射机中央控制单元10设定，输出电压可根据负载大小进行升压或降压调节，恒功率升降压开关电源18a与数字功放单元14配合，可完成输出阻抗的全自动实时匹配以及过载保护。
所述数字功放单元14也可以通过直连耦合电路19a或卡钳耦合电路19b进行探测信号输出。所述发射机人机交互单元包括显示用的液晶显示器11a和输入用的键盘11b。
如图2所示，所述信号接收机2包括信号采集单元，信号处理单元24、接收机中央控制单元20、接收机CPLD单元21、接收机TCXO温度补偿晶振22、A/D转换单元23和接收机人机交互单元，信号采集单元采集信号发射机发出的探测信号，并将采集信号发送给信号处理单元24进行处理，处理后的探测信号经过A/D转换单元23转换为可供接收机中央控制单元20读取的数字信号，接收机中央控制单元20经过分析处理后，最终通过接收机人机交互单元进行显示，接收机TCXO温度补偿晶振22为接收机CPLD单元21提供高精度超低漂移基本时钟，接收机中央控制单元20控制接收机CPLD单元21对基本时钟进行分频，为信号处理单元24提供各种频率的时钟信号。
在本发明中，所述接收机人机交互单元包括显示用的液晶显示器28和输入用的键盘29。
所述信号处理单元24沿信号传输方向依次包括可变增益预放电路、开关电容高放滤波电路、下变频电路和开关电容中放滤波电路，上述各个电路均与接收机中央控制单元20输入端相连，用于增益控制，开关电容高放滤波电路、下变频电路和开关电容中放滤波电路均与接收机CPLD单元21的各个时钟信号输出端相连，原始探测信号首先通过可变增益预放电路进行可变增益预放大，再经开关电容高放滤波电路进行窄带通滤波放大，此时，噪声信号大部分滤除，滤波后的探测信号再通过下变频电路的乘法器和本振信号相乘进行非线性放大，下变频为固定频率中的中频信号，该中频信号再经过开关电容中放滤波电路进行固定频率的窄带通滤波放大，将信号继续净化，最后输出给A/D转换单元23。因为开关电容高放滤波电路和开关电容中放滤波电路均使用开关电容滤波器，需要时钟驱动，下变频电路也需要本机振荡时钟，上述三种时钟，均由接收机TCXO温度补偿晶振22提供高精度超低漂移基本时钟，再由接收机CPLD单元21对基本时钟进行分频生成。由中放级输出的信号由于经过高阶带通滤波放大和下变频处理，信号幅值和信噪比已经得到大幅度提高，经由A/D转换单元23转换为数字信号供接收机中央控制单元20计算处理得到需要的各种信息，在液晶显示器28上显示，中放输出同时也驱动扬声器进行声音提示。
所述信号采集单元采用多线圈结构的感应线圈25，可同时接收地下管线辐射信号不同方向上的分量，感应线圈与信号处理单元24之间进一步包括一可控谐振电路，可控谐振电路与接收机中央控制单元相连，通过接收机中央控制单元控制可谐振电路进行选频谐振。
所述信号采集单元也可以采用大口径卡钳26或A字架探针27。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (9)
1.一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：包括信号发射机和信号接收机，其中，所述信号发射机包括发射机中央控制单元、发射机CPLD单元、发射机TCXO温度补偿晶振、数字功放单元、电源单元、继电器选频阵列单元、串联谐振单元、发射机人机交互单元和辐射线圈，发射机TCXO温度补偿晶振为发射机CPLD单元提供高精度超低漂移基本时钟，发射机中央控制单元控制发射机CPLD单元对基本时钟进行分频、生成修正正弦波脉冲序列后再进行频率复合，为数字功放单元提供各种频率信号，电源单元为数字功放单元供电，数字功放单元输出的功率信号经过继电器选频阵列单元和串联谐振单元后驱动辐射线圈，形成辐射耦合输出；所述信号接收机包括信号采集单元，信号处理单元、接收机中央控制单元、接收机CPLD单元、接收机TCXO温度补偿晶振、A/D转换单元和接收机人机交互单元，信号采集单元采集信号发射机发出的探测信号，并将采集信号发送给信号处理单元进行处理，处理后的探测信号经过A/D转换单元转换为可供接收机中央控制单元读取的数字信号，接收机中央控制单元经过分析处理后，最终通过接收机人机交互单元进行显示，接收机TCXO温度补偿晶振为接收机CPLD单元提供高精度超低漂移基本时钟，接收机中央控制单元控制接收机CPLD单元对基本时钟进行分频，为信号处理单元提供各种频率的时钟信号。
2.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述电源单元包括为数字功放单元供电的恒功率升降压开关电源，和为信号反射机其余各个单元供电的稳压电源，恒功率升降压开关电源为恒功率限压源，与发射机中央控制单元相连，其输出功率由发射机中央控制单元设定，输出电压可根据负载大小进行升压或降压调节。
3.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述数字功放单元进一步连接有直连耦合电路形成直连输出。
4.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述数字功放单元进一步连接有卡钳耦合电路形成卡钳耦合输出。
5.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述发射机人机交互单元和接收机人机交互单元均包括显示用的液晶显示器和输入用的键盘。
6.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述信号处理单元沿信号传输方向依次包括可变增益预放电路、开关电容高放滤波电路、下变频电路和开关电容中放滤波电路，上述各个电路均与接收机中央控制单元输入端相连，用于增益控制，开关电容高放滤波电路、下变频电路和开关电容中放滤波电路均与接收机CPLD单元的各个时钟信号输出端相连，原始探测信号首先通过可变增益预放电路进行可变增益预放大，再经开关电容高放滤波电路进行窄带通滤波放大，滤波后的探测信号再通过下变频电路的乘法器和本振信号相乘进行非线性放大，下变频为固定频率中的中频信号，该中频信号再经过开关电容中放滤波电路进行固定频率的窄带通滤波放大，将信号继续净化，最后输出给A/D转换单元。
7.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述信号采集单元包括感应线圈，所述感应线圈为多线圈结构，可同时接收地下管线辐射信号不同方向上的分量，感应线圈与信号处理单元之间进一步包括一可控谐振电路，可控谐振电路与接收机中央控制单元相连，通过接收机中央控制单元控制可谐振电路进行选频谐振。
8.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述信号采集单元为大口径卡钳。
9.如权利要求1所述的一种数字式地下管线探测仪，其特征在于：所述信号采集单元为A字架探针。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |