CN108957566A - 一种高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，用于探测地下和/或水下的管线的走向、平面分布和埋深，包括环氧树脂圆管和位于所述环氧树脂圆管内的电路组件，所述电路组件包括交变磁场矢量传感器和由分立元件组成的低噪声前置放大器，所述交变磁场矢量传感器和所述低噪声前置放大器相互连接且均固定于电路板，所述环氧树脂圆管的内壁和所述电路组件之间填充有绝缘的密封材料，所述交变磁场矢量传感器具有相同的多个电感线圈，多个所述电感线圈相互串联，且每一所述电感线圈中均具有采用高导磁材料制成的磁芯。本发明具有灵敏度高、抗干扰能力强、体积小和重量轻等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电磁探测技术领域，尤其涉及一种高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头。
背景技术
地下、水下管线担负着水资源、石油(原料到成品)与燃气等能源的运输，电力与各种信息的传输，以及雨、污水的排出等重要任务。因为地下管线与人们能否正常地生活和生产息息相关，所以人们把地下管线看作城市或企业赖以生存与发展的“生命线”。
由于敷设的年代不同、条块的分割、管理的不完善、受地下空间的制约等诸多因素的影响，使得地下管线“密如蛛网”。为了管理维护、规划设计、施工建设的需要，我国从1993年起开始采用仪器探测为主的城市地下管线普查工作，取得了良好的社会效益与经济效益，同时还存在一些亟待解决的问题，值得进行深入的研究。
为了节约集约利用宝贵的地下空间资源，服务于“智慧城市”的建设，也为了遏制时有发生的损坏地下管线的事故的发生，对地下管线精准探测的理论与方法技术进行研究，并对新一代精准地下/水下管线探测仪器的研制，地下管线探测行业的迫切需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了能够探测地下和/或水下的目标管线产生的磁场，以精确获知目标管线的走向、平面分布和埋深的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头。
本发明的实施例提供一种高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，用于探测地下和/或水下的管线的走向、平面分布和埋深，所述密封探头包括环氧树脂圆管和位于所述环氧树脂圆管内的电路组件，所述电路组件包括交变磁场矢量传感器和由分立元件组成的低噪声前置放大器，所述交变磁场矢量传感器和所述低噪声前置放大器相互连接且均固定于电路板，所述环氧树脂圆管的内壁和所述电路组件之间填充有绝缘的密封材料，所述交变磁场矢量传感器具有相同的多个电感线圈，多个所述电感线圈相互串联，且每一所述电感线圈中均具有采用高导磁材料制成的磁芯。
进一步地，所述交变磁场矢量传感器中还包括配谐电容和限幅保护电路，所述低噪声前置放大器与所述限幅保护电路连接。
进一步地，所述密封探头还包括带有屏蔽层的电缆，所述电缆具有多个缆芯，其中一缆芯将所述低噪声前置放大器的输出端连接至接收机，其中另一缆芯将所述低噪声前置放大器连接至电源正极，其中另一缆芯为公共接地端。
进一步地，所述密封探头还设有一将所述低噪声前置放大器连接至电源负极的缆芯。
进一步地，位于所述接收机和所述环氧树脂圆管之间的所述电缆间隔的设有作为标记的10个颜色段，每一所述颜色段涂覆着不同的颜色，且相邻两颜色段之间的间隔相等。
进一步地，位于所述接收机和所述环氧树脂圆管之间的所述电缆长度为5m、10m、20m、50m或100m。
进一步地，10个所述颜色段涂覆的颜色依次为棕、红、橙、黄、绿、兰、紫、灰、白和黑。
进一步地，所述磁芯由铁基纳米晶或钴基纳米晶材料制成。。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，相同的多个所述电感线圈相互串联，且每一所述电感线圈中均具有采用高导磁材料制成的磁芯，能够增加电感线圈匝数、增大电感量，同时减小分布电容，将所述信号接收电路中的LC串联谐振电路的品质因素增加30-40倍，使接收灵敏度也提高了30-40倍。从而使接收机具有灵敏度高、抗干扰能力强、体积小和重量轻等优点。所述的低噪声前置放大器由分立元件组成，具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，具体的：由于其输入阻抗高，所以它对所述交变磁场矢量传感器的影响甚微；由于其输出阻抗低，当采用所述电缆传输信号时，它对信号幅度的影响甚微。从而使密封探头接收信号的动态范围更大、灵敏度更高。
附图说明
图1是本发明高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头的示意图；
图2是本发明高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头的电路框图；
图3是本发明高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头对地下/水下管线的探测图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明采用的原理主要基于频率域电磁(FDEM)法探测地下/水下管线300的理论与方法技术，因为大多数重要的地下/水下管线300是采用导电性能优良的金属材料制成的，通信光缆内也有用于加强结构的钢丝，重要的非金属管线在敷设时预埋了金属检测带，使得这一类地下/水下管线300与周围介质相比，具有悬殊非常大的导电性能差异，该差异可以达到105-1010数量级，所以这类地下/水下管线300具有集中电流的能力。对于有出入口的非金属管线300，可以采用磁偶极子进行“示踪法”探测。
FDEM法探测地下/水下管线300的基本原理，是利用载有交变电流的地下/水下管线300周围的磁场的空间分布规律，用带有交变磁场矢量传感器的接收机，对该磁场进行探测，进而推断出地下/水下管线300的走向、平面位置及其埋深。
请参考图1、图2和图3，本发明的实施例提供了一种高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，用于探测地下和/或水下的管线300的走向、平面分布和埋深，包括环氧树脂圆管4和位于所述环氧树脂圆管4内的电路组件，所述电路组件包括交变磁场矢量传感器1和由分立元件组成的低噪声前置放大器2，所述交变磁场矢量传感器1和所述低噪声前置放大器2相互连接且均固定于电路板3，所述环氧树脂圆管4的内壁和所述电路组件之间填充有绝缘的密封材料5，所述交变磁场矢量传感器1具有相同的多个电感线圈，多个所述电感线圈相互串联，且每一所述电感线圈中均具有采用高导磁材料制成的磁芯，目的是增加电感线圈匝数、增大电感量，/最好画出/同时减小分布电容，将所述信号接收电路中的LC串联谐振电路的品质因素增加30-40倍，使接收灵敏度也提高了30-40倍。从而使所述信号接收电路具有灵敏度高、抗干扰能力强、体积小和重量轻等优点。所述磁芯由铁基纳米晶或钴基纳米晶材料制成，与空心线圈相比，灵敏度提高了60～70倍。
所述交变磁场矢量传感器1中还包括配谐电容和限幅保护电路，所述低噪声前置放大器2与所述限幅保护电路连接，该限幅保护电路具有幅度大、对输入阻抗Rin影响小的特点。所述低噪声前置放大器2内部噪声比低噪声运算放大器更低，且具有频带宽、输入阻抗高(Rin≥10MΩ)、输出阻抗低(R0≤5Ω)、与前后电路之间能进行良好的噪声阻抗匹配等特点。所述低噪声前置放大器2的放大倍数KAC＝N*10倍，N为大于0的自然数。
所述密封探头还包括带有屏蔽层的电缆6，所述电缆6具有多个缆芯，其中一缆芯将所述低噪声前置放大器2的输出端连接至接收机a，一所述缆芯将所述低噪声前置放大器2连接至电源正极b，一所述缆芯为公共接地端d。所述交变磁场矢量传感器1能够根据地下和/或水下的磁场变化来探测出由目标管线300产生的交变磁场，进而探测出目标管线300的走向、平面分布和埋深，而且还能够将交变磁场转换为交变电压信号，并向所述低噪声前置放大器2传输该交变电压信号，然后所述低噪声前置放大器2将该交变电压信号通过所述电缆6传送至所述接收机a。
所述密封探头的还有一所述缆芯将所述低噪声前置放大器连接至负电源c。所述正电源b和所述电源负极c为所述低噪声前置放大器2的直流工作电源。
所述环氧树脂圆管4和所述密封材料5构成所述密封探头的密封保护体，不仅能够有效的防止水等液体进入所述密封探头内部损坏所述电路组件，还能增加所述密封探头的强度，可以保证所述密封探头能够在压强等于10MPa(约为100m水深)的条件下仍正常工作。
位于所述接收机a和所述环氧树脂圆管4之间的所述电缆6间隔的设有10个颜色段，每一所述颜色段涂覆着不同的颜色，且相邻两颜色段之间的间隔相等，10个所述颜色段涂覆的颜色依次为棕、红、橙、黄、绿、兰、紫、灰、白和黑。10个所述颜色段作为所述电缆6的坐标标记，将所述密封探头投放入钻孔或者水中后，只要根据相应的坐标标记，就可以得到所述密封探头所在的平面位置(或深度)，使用方便。在实际使用中，尤其在孔内探测时，孔内的泥浆浓度高时，使用颜色比使用数字和使用刻度更加容易辨认，不容易记错或者测错测点位置。
位于所述接收机a和所述环氧树脂圆管4之间的所述电缆6长5m、10m、20m、50m或100m，根据需要，选择所述电缆6的长度。
请参考图3，使用本发明所述的精准管线探测仪的接收机进行探测的探测方法：
具体步骤是：(一)在地面和/或水面100X方向(水平方向)用接收机的所述内置探头11探测交变磁场的水平分量Hx，以缩小目标管线的位置范围；(二)在水平方偏移距离d(d＝(5％～10％)*h，h为目标管线300埋深)的位置处，垂直向下钻孔，为了得到完整的Hz异常，钻的孔200深度为目标管线300埋深h的1.5倍；(三)在孔200内的Z方向(竖直方向)用所述外置孔内探头12探测交变磁场的垂直分量Hz。其有益效果是：①钻孔过程中不会损坏目标管线300，②因为在第二次探测中，所述外置孔内探头12离开目标管线300更近，又可以避开某些干扰物的干扰，从而使信号噪声比S/N高，所以定位、定深的相对误差可以达到埋深h的1％以内，绝对误差达到厘米数量级，③主要适用于对地面和/或水面100探测成果质量的检验，具有效率高、成本低、对环境与交通的影响小等优点，是对现有探测规范的有益补充，④更适用于对深埋的地下管线300的精准探测，满足工程建设对探测精度的要求，为节约集约利用地下空间资源做出贡献。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，相同的多个所述电感线圈相互串联，且每一所述电感线圈中均具有采用高导磁材料制成的磁芯，能够增加电感线圈匝数、增大电感量，同时减小分布电容，将所述信号接收电路中的LC串联谐振电路的品质因素增加30-40倍，使接收灵敏度也提高了30-40倍。从而使接收机具有灵敏度高、抗干扰能力强、体积小和重量轻等优点。所述的低噪声前置放大器2由分立元件组成，具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，具体的：由于其输入阻抗高，所以它对所述交变磁场矢量传感器1的影响甚微；由于其输出阻抗低，当采用所述电缆6传输信号时，它对信号幅度的影响甚微。从而使密封探头接收信号的动态范围更大、灵敏度更高。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，用于探测地下和/或水下的管线的走向、平面分布和埋深，其特征在于：所述密封探头包括环氧树脂圆管和位于所述环氧树脂圆管内的电路组件，所述电路组件包括交变磁场矢量传感器和由分立元件组成的低噪声前置放大器，所述交变磁场矢量传感器和所述低噪声前置放大器相互连接且均固定于电路板，所述环氧树脂圆管的内壁和所述电路组件之间填充有绝缘的密封材料，所述交变磁场矢量传感器具有相同的多个电感线圈，多个所述电感线圈相互串联，且每一所述电感线圈中均具有采用高导磁材料制成的磁芯。
2.如权利要求1所述的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，其特征在于：所述交变磁场矢量传感器中还包括配谐电容和限幅保护电路，所述低噪声前置放大器与所述限幅保护电路连接。
3.如权利要求1所述的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，其特征在于：所述密封探头还包括带有屏蔽层的电缆，所述电缆具有多个缆芯，其中一缆芯将所述低噪声前置放大器的输出端连接至接收机，其中另一缆芯将所述低噪声前置放大器连接至电源正极，其中另一缆芯为公共接地端。
4.如权利要求3所述的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，其特征在于：所述密封探头还设有一将所述低噪声前置放大器连接至电源负极的缆芯。
5.如权利要求3所述的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，其特征在于：位于所述接收机和所述环氧树脂圆管之间的所述电缆间隔的设有作为标记的10个颜色段，每一所述颜色段涂覆着不同的颜色，且相邻两颜色段之间的间隔相等。
6.如权利要求5所述的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，其特征在于：位于所述接收机和所述环氧树脂圆管之间的所述电缆长度为5m、10m、20m、50m或100m。
7.如权利要求5所述的高灵敏度高抗干扰管线探测仪的密封探头，其特征在于：10个所述颜色段涂覆的颜色依次为棕、红、橙、黄、绿、兰、紫、灰、白和黑。
8.如权利要求1所述的精准管线探测仪的发送机，其特征在于：所述磁芯由铁基纳米晶或钴基纳米晶材料制成。
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