CN111880230A - 改进型线缆探测仪 - Google Patents

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    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
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Abstract

本发明实施例涉及挂空线缆探测技术领域，具体涉及一种改进型线缆探测仪，其包括发射机和接收机，在电场检测模式下：发送机配置为向挂空线缆加载电压；接收机包括电场感应器、电场检测电路和主控装置，电场检测电路配置为基于挂空线缆周围的两个不同位置的电势差输出挂空线缆的检测结果。本发明实施例的有益效果为：线缆探测仪通常采用电磁场感应法来探测线缆。但在探测挂空线缆时，如果目标线缆没有有效接地，则无法形成对地的电流环路，目标线缆周围无法形成电磁场，用该方法完全失效。本发明在采用电磁场感应法的基础上，同时感应目标线缆的静电场，有效解决未接地的挂空光缆探测难题。

Description

改进型线缆探测仪
技术领域
本发明涉及挂空线缆探测技术领域，具体涉及一种改进型线缆探测仪。
背景技术
线缆探测仪由一组信号发送机和接收机组成。通常用于电缆、光缆(带金属加强芯的光缆)等金属管线的路由定位、长距离的追踪和地下金属管线的深度测量等等。发送机发送低频(通常小于200kHz)的交流电信号于电缆之上，接收机通过探测目标线缆所辐射出的电磁场的方向及强弱，获得线缆的路由及深度等信息。
线缆探测仪接收机通常采用电磁场感应法完成金属管线的探测：
根据麦克斯韦方程组揭示的电磁场理论，低频的交流电在通过目标金属管线时将在其周围产生与目标管线同轴的电磁场。该电磁场的强弱正比于通过管线的电流，反比于与管线的垂直距离。线缆探测仪接收机通过内置的多个磁场感应线圈可以感应到该磁场的强弱和方向差异，从而计算得出管线方向以及在地下的埋深，完成对管线的探测。高端的线缆探测仪通常采用该方法，其接收机配置数个磁场感应线圈，参见图7。
只要能对目标管线施加特定频率的交变电流，该方法理论上可以探测到地下管线、挂空线缆等所有线缆。
但该方法的缺陷在于：必须形成电路的环路才能在目标管线中产生电流，有了电流方能产生围绕目标管线的磁场，才能完成对目标管线的探测。而在实际使用的过程中，由于管线接地不良等种种原因，目标管线经常形不成环路，从而无法对目标管线施加特定频率的交变电流，也就无法探测到目标管线。
因此，需要一种改进型线缆探测仪，以克服上述问题的发生。
发明内容
为了解决上述问题，即为了解决无法探测挂空线缆的问题，本发明实施例提供了一种改进型线缆探测仪，其包括发射机和接收机，在电场检测模式下：
所述发送机配置为向挂空线缆加载电压；
所述接收机包括电场感应器、两点间电势差判断电路和主控装置，其中：
至少一个所述电场感应器配置为检测挂空线缆周围第一位置的感应电动势，设其为第一感应电动势；
至少另一个所述电场感应器配置为检测挂空线缆周围第二位置的感应电动势，设其为第二感应电动势；
所述两点间电势差判断电路配置为判断挂空线缆基于所述第一感应电动势和所述第二感应电动势的电势差。
进一步的，所述电压为低频交流电压。
进一步的，所述第一位置的电场感应器为拉杆天线。
进一步的，在电磁场检测模式下：
所述发送机配置为向挂空线缆加载低频交流电压；
所述接收机包括磁场感应器和磁场检测电路，其中：
所述磁场感应器配置为基于麦克斯韦方程检测挂空线缆周围的电磁场；
所述磁场检测电路配置为基于检测到的电磁场输出挂空线缆的检测结果。
进一步的，所述挂空线缆的检测结果包括挂空线缆是否接地和挂空线缆的路由。
本发明实施例的有益效果为：
线缆探测仪通常采用电磁场感应法来探测线缆。但在探测挂空线缆时，如果目标线缆没有有效接地，则无法形成对地的电流环路，目标线缆周围无法形成电磁场，用该方法完全失效。本发明在采用电磁场感应法的基础上，同时感应目标线缆的静电场，有效解决未接地的挂空光缆探测难题。可根据实际需要来选择使用电场检测模式还是使用电磁场检测模式，从而避免了单电场检测模式不能应用于线缆被遮蔽(比如墙内的线缆、埋于地下的线缆)的情形，也避免了单电磁场检测模式不能应用于线缆断路的情形。
附图说明
图1为线缆探测仪一实施例在电场检测模式下的工作原理图；
图2为线缆探测仪一实施例在电场检测模式下的流程框图；
图3为线缆探测仪又一实施例在电场检测模式和磁场检测模式下的工作流程图；
图4为利用MATLAB对挂空线缆对地之间的电场分布进行仿真得到的电场图像；
图5为当图4中的垂直距离y为某一定值(3m)时，水平距离x与电场强度的关系；
图6为本专利的具体实施例；
图7为现有的线缆探测仪工作原理图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
参见图1至图6，本发明实施例公开了一种改进型线缆探测仪，其包括发射机和接收机，在电场检测模式下：
所述发送机配置为向挂空线缆加载电压；
所述接收机包括电场感应器、两点间电势差判断电路和主控装置，其中：
至少一个所述电场感应器配置为检测挂空线缆周围第一位置的感应电动势，设其为第一感应电动势；
至少另一个所述电场感应器配置为检测挂空线缆周围第二位置的感应电动势，设其为第二感应电动势；
所述两点间电势差判断电路配置为判断挂空线缆基于所述第一感应电动势和所述第二感应电动势的电势差。
进一步的，所述电压为低频(通常小于200KHz)交流电压。
进一步的，所述电场感应器为拉杆天线。
进一步的，在电磁场检测模式下：
所述发送机配置为向挂空线缆加载低频交流电压；
所述接收机包括磁场感应器和磁场检测电路，其中：
所述磁场感应器配置为基于麦克斯韦方程检测挂空线缆周围的电磁场；
所述磁场检测电路配置为基于检测到的电磁场输出挂空线缆的检测结果。
需要说明的是，挂空线缆的检测结果包括挂空电缆挂空线缆是否接地和挂空线缆的路由。
本发明在一台线缆探测仪接收机中同时感应目标线缆的电磁场和静电场，以弥补仅采用电磁场感应法(参见图7)的不足。
对于挂空线缆(非埋在地下的线缆)，可以采用探测目标线缆的静电场的方法来探测线缆。其原理如下：
①据物理学理论，任何有效电荷周围均有静电场。发送机发送低频的交流电信号于电缆之上，挂空线缆周围必然存在电场。即使该空缆没有接地，无法与大地之间形成电流，但其周围的静电场始终存在。该静电场的示意图参见图1。
②根据电场强度的定义，其大小E＝f/q(其中E为电场，f为线缆中的电荷数量，q为该电场检测点到线缆的距离)可知，该电场的大小与线缆中电荷的多少呈正比，并随着与线缆的距离增加其强度迅速减弱。因此与目标线缆不同距离的两个位置之间，必然存在电势差。
③接收机通过用天线探测该电场中两个不同位置的电势差，可以在接收机内形成感应电流。
④由于发送机对目标线缆施加有低频的交变电流激励，因此目标线缆周围的静电场是交流变化的，其不同的两个位置之间的电势差也是交流变化的，因此接收机的检测结果也是交流变化的，其频率与目标线缆的频率完全相同。
⑤该类设备通常配置拉杆天线，以获得另一个位置的电场感应结果。拉杆天线和静电场电势感应法参见图2。
接收机可同时探测电磁场和静电场，客户可选择其中之一作为结果输出，如图3所示。
在假设加载的电压U＝10sin(1000·2π·t)时，利用MATLAB对电场分布进行仿真得到的电场图像如图4所示。
由仿真结果可以看出电场在随着与线缆的距离增加强度减弱，但是由于有地面对其有影响，使得电场强度发生了一些改变。大地对电场的影响分别从水平距离和垂直距离进行定量分析。当垂直距离y为某一定值(其示出的是3m)时，水平距离x与电场强度的大小关系如图5所示。
最终，根据实测，发送机对一段1km挂空不接地的光缆施加1kHz 5V的交流信号激励，接收机用电磁场感应法，由于光缆中没有产生感应电流，进而无法产生感应磁场，使用磁场感应接收的时候，接收信号强度为0.0mV；但用静电场的电势感应法，以1.4米的拉杆天线在该光缆下方2米处，接收信号强度为1.6mV左右。
另外本发明的电路设计参见图6，其各电路模块均为成熟的设计，如果要实现本发明的方案，只需采购能够匹配的型号然后将各自的通信接口接上即可。
另外，需要说明的是，上述的单独感应电场的线缆探测仪的硬件和软件均为现在已经成熟应用的技术(单独感应静电场的产品繁多，比如我们通常用的电笔，和这类网线探测仪，都是用的静电场感应法)，并且有被大量文献所公开，基于电场检测模式的线缆探测仪可参照链接：“https://detail.tmall.com/item.htm？id＝540778642681&ali_refid＝a3_430582_1006:1123688325:N:QWkY％20Gz7aEsHp5x00iZCzH2trDRs9/qc:0aa2aa68175b0e7a08d0360b35ee5c9e&ali_trackid＝1_0aa2aa68175b0e7a08d0360b35ee5c9e&spm＝a230r.1.14.6”所公开的内容。
同样地，上述的电磁场检测模式下的线缆探测仪的硬件和软件均为现在已经成熟应用的技术，其一种具体应用参照链接：“https://wenku.baidu.com/view/f38afdc61b37f111f18583d049649b6649d70937.html”中的第34页，其公开的是雷迪公司的RD8000型号线缆探测仪。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改进型线缆探测仪，其特征在于，包括发射机和接收机，在电场检测模式下：
所述发送机配置为向挂空线缆加载电压；
所述接收机包括电场感应器、两点间电势差判断电路和主控装置，其中：
至少一个所述电场感应器配置为检测挂空线缆周围第一位置的感应电动势，设其为第一感应电动势；
至少另一个所述电场感应器配置为检测挂空线缆周围第二位置的感应电动势，设其为第二感应电动势；
所述两点间电势差判断电路配置为判断挂空线缆基于所述第一感应电动势和所述第二感应电动势的电势差。
2.根据权利要求1所述的改进型线缆探测仪，其特征在于，所述电压为低频交流电压。
3.根据权利要求1所述的改进型线缆探测仪，其特征在于，所述第一位置的电场感应器为拉杆天线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的改进型线缆探测仪，其特征在于，在电磁场检测模式下：
所述发送机配置为向挂空线缆加载低频交流电压；
所述接收机包括磁场感应器和磁场检测电路，其中：
所述磁场感应器配置为基于麦克斯韦方程检测挂空线缆周围的电磁场；
所述磁场检测电路配置为基于检测到的电磁场输出挂空线缆的检测结果。
5.根据权利要求4所述的改进型线缆探测仪，其特征在于，还包括主控装置，其中：
所述两点间电势差判断电路配置为判断挂空线缆基于所述第一感应电动势和所述第二感应电动势的电势差；
所述磁场检测电路配置为基于检测到的电磁场输出磁场检测结果；
所述主控装置配置为根据所述电势差和所述磁场感应检测结果二选一输出挂空线缆的检测结果。
6.根据权利要求5所述的改进型线缆探测仪，其特征在于，所述挂空线缆的检测结果包括挂空线缆是否接地和挂空线缆的路由。
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