CN115144910A - 一种应用于电力领域的管线探测仪接收机 - Google Patents

一种应用于电力领域的管线探测仪接收机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及地埋电缆探测技术领域，公开了一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，基于电磁感应原理，采用独特的双并行垂直天线、双并行水平天线与中心水平天线的五天线排列布局作为管线探测仪接收机的接收结构。本发明所述接收机可以根据发射机发送的电信号在地埋电缆上方的任意位置接收到感应电动势，通过数字处理实现对地埋电缆与接收机的相对位置、电缆埋藏深度、接收机与电缆的夹角的计算，从而经济、高效地实现了对整条电缆的准确定位。

Description

一种应用于电力领域的管线探测仪接收机
技术领域
本发明涉及地埋电缆探测技术领域，尤其涉及一种应用于电力领域的管线探测仪接收机。
背景技术
近几年来，国内电力行业飞速发展，尤以电线电缆行业发展更为迅速，目前其已经成为了我国国民经济中最大的配套产业之一。电缆用于电力系统中最重要的电能传输环节，与架空线相比，由于城市内部土地资源紧张、城市美观建设等原因，在城市内更多地采用地下电缆来进行电能的输送。但随着地埋电缆市场的扩大，地埋电缆应用的增多，在电力系统升级、电网改造、输电线路布局更新等情况下可能会使原有的图纸资料无法正确反应当下地埋电缆铺设路径，甚至完全无法使用。当地下电缆的位置信息无法准确定位，便会给寻找电缆的工作带来极大困难，甚至导致大的经济损失。管线探测仪便是用于快速定位地埋电缆位置的重要工具，但现阶段市面上的的管线探测仪主要是基于电磁感应原理，通过依靠探测仪接收结构中水平天线接收到的感应电动势最大值来确定电缆正上方位置的原理进行发明创造。但仅依靠此原理的产品大多结构复杂、功能单一、精度不高，导致在一些复杂情况下仍无法准确判断地埋电缆的位置。其中如专利CN215375829U，为解决使用者握持易疲劳的问题，给装置加装了轮子或更复杂的支撑结构，导致成本进一步上升；其中如专利CN114637055A，为解决功能单一的问题，加入料粉盒进行线缆路径探测与记录，但该方法需要时刻保持位于电缆正上方位置，成本高且效率低；其中如专利 CN107817531A，为实现管线偏转角度定位功能，采取同一位置处垂直放置两个空心线圈的方法，但此举忽略了两个线圈之间的干扰，而且无法将线圈缠绕在用于增强磁场感应的铁氧体棒上，导致对磁场感应能力差，检测范围小。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，在对传统接收机的整体结构进行了精简的基础上实现了对地埋电缆与接收机的相对位置、电缆埋藏深度、接收机与电缆的夹角的计算。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，包括壳体、液晶显示屏、一体式把手、天线板板卡、电路板板卡；
天线板板卡上包括三个水平天线、两个垂直天线；
壳体包括连接部分壳体与下部壳体；
其连接关系为：液晶显示屏位于连接部分壳体上方，连接部分壳体下方连接下部壳体，电路板板卡位于连接部分壳体内部，一体式把手装于连接部分壳体外部的中间位置，天线板板卡位于下部壳体内部，液晶显示屏下方连接电路板板卡；
天线板板卡为正方形；天线板板卡的上侧边缘和下侧边缘处各固定一个水平天线，两个天线水平并行；天线板板卡的左侧边缘与右侧边缘处各固定一个垂直天线，两个天线水平并行；天线板板卡中心点处固定一个水平天线，该水平天线与上下边缘处的水平天线呈空间垂直排布；各水平天线、垂直天线均通过导线与电路板板卡连接。
优选地，所述电路板板卡包含数模转换电路、数字信号处理电路、放大电路、滤波电路、差频电路；
各水平天线、垂直天线均连接放大电路、滤波电路与差频电路；滤波电路分别连接放大电路、差频电路与数模转换电路；数模转换电路连接数字信号处理电路；数字信号处理电路连接液晶显示屏；
所述数模转换电路用于将从天线板板卡上接收到的模拟信号转化为数字信号并发送数字信号至数字信号处理电路；
所述数字信号处理电路在接收到数字信号后还原天线板板卡上各个天线接收到的频率信号数值，基于数值之间的关系、电磁感应原理及双并行五天线接收算法，最终计算得到地埋电缆与天线板板卡的相对位置、埋藏深度、偏转角度信息，从而完成地缆定位。
优选地，所述水平天线与垂直天线均由匝数相同、绕线方向相反且均匀缠绕在同一个铁氧体磁芯上的两组同规格线圈组成；
每个天线的铁氧体磁芯规格相同。
优选地，所述天线板板卡上、下、左、右侧边缘处的4个天线围绕天线板板卡中心点呈中心对称。
优选地，基于双并行五天线接收算法计算得到地埋电缆与天线板板卡的相对位置、埋藏深度、偏转角度信息，从而完成地缆定位的具体流程包括：
S1：将接收机置于地埋电缆上方任意位置，发射机向电缆中通入电流信号，随即产生磁感应信号，此时接收机五个天线分别接收到磁感应信号并将磁感应信号转化为幅值相同、相位相反的一对电信号并进行差分放大、滤波；
S2：再次对S1滤波后的信号进行差分放大、滤波和反向；
S3：将经S2处理后的幅值相同、相位相反的电信号送入差频电路进行降频；
S4：对S3降频后的信号进行低通滤波后传输至数模转换电路进行转换；
S5：数模转换电路将转换后的信号送至数字信号处理电路；
S6：通过双并行五天线接收算法计算地埋电缆与接收机的相对位置、接收机与电缆的夹角、接收机天线板板卡中心点距离电缆的水平距离与垂直距离、电缆埋藏深度；
S7：将计算结果传输至液晶显示屏上显示并根据计算结果调正液晶显示屏中的罗盘指针；
S8：根据S6、S7所得结果准确定位地缆。
优选地，所述S6具体包括：
S61：根据垂直天线接收到的感应电动势判定电缆在接收机的左侧或右侧：
左侧垂直天线的感应电动势E3大于右侧垂直天线的感应电动势E4则判定电缆在接收机左侧；
E3小于E4则判定电缆在接收机右侧；
E3等于E4则判定电缆在接收机正上方；
S62：计算接收机与电缆的夹角γ：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中d1为上侧水平天线和下侧水平天线之间的垂直距离；上侧水平天线、下侧水平天线和中心点水平天线中的感应电动势分别为E5、E6、E7；
S63：当电缆在接收机左侧时：
Figure 609652DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
当电缆在接收机右侧时：
Figure 298253DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，μ0为真空中介质的磁导率，μ0＝4π×10-7H/m；I为电缆中的电流强度；ω为电缆中电流信号的角频率；d为左侧垂直天线和右侧垂直天线之间的水平距离，与上侧水平天线和下侧水平天线之间的垂直距离d1相等；S3和S4分别为左侧垂直天线和右侧垂直天线的截面积，S3和S4大小相等；
根据上式求得接收机天线板板卡中心点到电缆的垂直距离a2与水平距离b2；
S64：计算电缆埋藏深度a：
a = a2 - d/2
至此完成S6。
优选地，所述S7中调正罗盘指针的原则为：当判断电缆在接收机左侧位置时，则罗盘指针向左偏转；当判断电缆在接收机右侧位置时，则罗盘指针向右偏转；偏转角度为90°减去γ。
本发明的有益技术效果：所述接收机可以根据发射机发送的电信号在地埋电缆上方的任意位置接收到感应电动势，通过数字处理实现对地埋电缆与接收机的相对位置、电缆埋藏深度、接收机与电缆的夹角的计算，从而经济、高效地实现了对整条电缆的准确定位。
附图说明
图1为本发明所述接收机的整体结构。
图2为本发明所述天线板板卡结构。
附图标记：1为液晶显示屏；2为电路板板卡；3为一体式把手；4为天线板板卡；5为上侧水平天线；6为下侧水平天线；7为左侧垂直天线；8为右侧垂直天线；9为中心点水平天线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例：
如图1所示，一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，包括壳体、液晶显示屏1、一体式把手3、天线板板卡4、电路板板卡2。
天线板板卡4上包括三个水平天线、两个垂直天线。每个天线的铁氧体磁芯规格相同。
壳体包括连接部分壳体与下部壳体。
电路板板卡2包含数模转换电路、数字信号处理电路、放大电路、滤波电路、差频电路。
其连接关系为：液晶显示屏1位于连接部分壳体上方，连接部分壳体下方连接下部壳体，电路板板卡2位于连接部分壳体内部，一体式把手3装于连接部分壳体外部的中间位置，天线板板卡4位于下部壳体内部，液晶显示屏1下方连接电路板板卡2。
如图2所示，天线板板卡4为正方形；天线板板卡4的上侧边缘和下侧边缘处各固定一个水平天线，两个天线水平并行；天线板板卡4的左侧边缘与右侧边缘处各固定一个垂直天线，两个天线水平并行；天线板板卡4中心点处固定一个水平天线，该水平天线与上下边缘处的水平天线呈空间垂直排布；各水平天线、垂直天线均通过导线与电路板板卡2连接。
各水平天线、垂直天线均连接放大电路、滤波电路与差频电路；滤波电路分别连接放大电路、差频电路与数模转换电路；数模转换电路连接数字信号处理电路；数字信号处理电路连接液晶显示屏1。
水平天线与垂直天线均由匝数相同、绕线方向相反且均匀缠绕在同一个铁氧体磁芯上的两组同规格线圈组成。
天线板板卡4上、下、左、右侧边缘处的4个天线围绕天线板板卡4中心点呈中心对称。
所述数模转换电路用于将从天线板板卡4上接收到的模拟信号转化为数字信号并发送数字信号至数字信号处理电路。
所述数字信号处理电路在接收到数字信号后还原天线板板卡4上各个天线接收到的频率信号数值，基于数值之间的关系、电磁感应原理及双并行五天线接收算法，最终计算得到地埋电缆与天线板板卡4的相对位置、埋藏深度、偏转角度信息，从而完成地缆定位。实施例中的具体流程包括：
S1：在室外未下雨的空旷场地中，随机选取地埋电缆露出端，将发射机以直连方式连入地埋电缆并向电缆中通入33kHz电信号，将接收机接收频率调整至33kHz并随机置于地埋电缆上方一处（经验证，实施例中的所置位置实际到电缆的水平距离为95cm，实际位于电缆右侧30°位置，该处电缆实际地埋深度为165cm），发射机向电缆中通入电流信号，随即产生磁感应信号，此时接收机五个天线分别接收到磁感应信号并将磁感应信号转化为幅值相同、相位相反的一对电信号并进行差分放大、滤波；
S2：再次对S1滤波后的信号进行差分放大、滤波和反向；
S3：将经S2处理后的幅值相同、相位相反的电信号送入差频电路进行降频；
S4：对S3降频后的信号进行低通滤波后传输至数模转换电路进行转换；
S5：数模转换电路将转换后的信号送至数字信号处理电路；
S6：通过双并行五天线接收算法计算地埋电缆与接收机的相对位置、接收机与电缆的夹角、接收机天线板板卡4中心点距离电缆的水平距离与垂直距离、电缆埋藏深度，具体包括：
S61：根据垂直天线接收到的感应电动势判定电缆与接收机的相对位置：
实施例中，左侧垂直天线7的感应电动势E3大于右侧垂直天线8的感应电动势E4，判定电缆在接收机左侧。
S62：上侧水平天线5、下侧水平天线6和中心点水平天线9接收到的感应电动势E5、E6、E7分别为：
Figure 937176DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 306891DEST_PATH_IMAGE008
实施例中，μ0为当时的环境磁导率，约等于4×10-7H/m；I为电缆中的电流强度，I=0.1A；ω为电缆中电流信号的角频率；N1、N2和N5分别为上侧水平天线5、下侧水平天线6和中心点水平天线9的线圈缠绕匝数，N1=N2=N5=500；S1、S2和S5分别为上侧水平天线5、下侧水平天线6和中心点水平天线9的截面积，S1=S2=S5=（π/4）2cm2；γ为上侧水平天线5和下侧水平天线6与电缆之间的夹角，θ为中心点水平天线9与电缆之间的夹角，γ + θ = 90°；t为通电时间；d1为上侧水平天线5和下侧水平天线6之间的垂直距离；a为电缆埋藏深度；
用直线连接上、下侧水平天线6的中点，再用直线连接左、右侧垂直天线8的中点，上述两条直线的交点位置处的感应电动势E8为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
实施例中，N6、S6分别为该位置处的线圈缠绕匝数与截面积，N6=500，S6=（π/4）2cm2；
由上式得：
Figure 929634DEST_PATH_IMAGE010
其中N5S5=N6S6，则γ为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
E8与E5、E6之间的关系为：
Figure 421926DEST_PATH_IMAGE012
综上得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
实施例中，得到γ = 60°。
S63：电缆在接收机左侧，则：
Figure 571148DEST_PATH_IMAGE002
Figure 61166DEST_PATH_IMAGE003
实施例中，d为左侧垂直天线7和右侧垂直天线8之间的水平距离，与上侧水平天线5和下侧水平天线6之间的垂直距离d1相等，即d=d1=125.58cm；S3和S4分别为左侧垂直天线7和右侧垂直天线8的截面积，S3=S4=（π/4）2cm2；
根据天线感应电动势的输入与上式计算出接收机天线板板卡4中心点到电缆的垂直距离a2为225.33cm、水平距离b2为104.85cm。
S64：计算电缆埋藏深度a
a = a2 - d/2 =162.54cm
至此完成S6。
S7：将计算结果传输至液晶显示屏1上显示并根据计算结果调正液晶显示屏1中的罗盘指针：因电缆在接收机左侧位置，则罗盘指针向左偏转；偏转角度为90°减去γ，即30°。
S8：根据S6、S7所得结果，利用本接收机，可基本实现准确定位地缆。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，包括壳体、液晶显示屏、一体式把手、天线板板卡、电路板板卡；
天线板板卡上包括三个水平天线、两个垂直天线；
壳体包括连接部分壳体与下部壳体；
其连接关系为：液晶显示屏位于连接部分壳体上方，连接部分壳体下方连接下部壳体，电路板板卡位于连接部分壳体内部，一体式把手装于连接部分壳体外部的中间位置，天线板板卡位于下部壳体内部，液晶显示屏下方连接电路板板卡；
天线板板卡为正方形；天线板板卡的上侧边缘和下侧边缘处各固定一个水平天线，两个天线水平并行；天线板板卡的左侧边缘与右侧边缘处各固定一个垂直天线，两个天线水平并行；天线板板卡中心点处固定一个水平天线，该水平天线与上下边缘处的水平天线呈空间垂直排布；各水平天线、垂直天线均通过导线与电路板板卡连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，所述电路板板卡包含数模转换电路、数字信号处理电路、放大电路、滤波电路、差频电路；
各水平天线、垂直天线均连接放大电路、滤波电路与差频电路；滤波电路分别连接放大电路、差频电路与数模转换电路；数模转换电路连接数字信号处理电路；数字信号处理电路连接液晶显示屏；
所述数模转换电路用于将从天线板板卡上接收到的模拟信号转化为数字信号并发送数字信号至数字信号处理电路；
所述数字信号处理电路在接收到数字信号后还原天线板板卡上各个天线接收到的频率信号数值，基于数值之间的关系、电磁感应原理及双并行五天线接收算法，最终计算得到地埋电缆与天线板板卡的相对位置、埋藏深度、偏转角度信息，从而完成地缆定位。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，所述水平天线与垂直天线均由匝数相同、绕线方向相反且均匀缠绕在同一个铁氧体磁芯上的两组同规格线圈组成；
每个天线的铁氧体磁芯规格相同。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，所述天线板板卡上、下、左、右侧边缘处的4个天线围绕天线板板卡中心点呈中心对称。
5.根据权利要求2所述的一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，基于双并行五天线接收算法计算得到地埋电缆与天线板板卡的相对位置、埋藏深度、偏转角度信息，从而完成地缆定位的具体流程包括：
S1：将接收机置于地埋电缆上方任意位置，发射机向电缆中通入电流信号，随即产生磁感应信号，此时接收机五个天线分别接收到磁感应信号并将磁感应信号转化为幅值相同、相位相反的一对电信号并进行差分放大、滤波；
S2：再次对S1滤波后的信号进行差分放大、滤波和反向；
S3：将经S2处理后的幅值相同、相位相反的电信号送入差频电路进行降频；
S4：对S3降频后的信号进行低通滤波后传输至数模转换电路进行转换；
S5：数模转换电路将转换后的信号送至数字信号处理电路；
S6：通过双并行五天线接收算法计算地埋电缆与接收机的相对位置、接收机与电缆的夹角、接收机天线板板卡中心点距离电缆的水平距离与垂直距离、电缆埋藏深度；
S7：将计算结果传输至液晶显示屏上显示并根据计算结果调正液晶显示屏中的罗盘指针；
S8：根据S6、S7所得结果准确定位地缆。
6.根据权利要求5所述的一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，所述S6具体包括：
S61：根据垂直天线接收到的感应电动势判定电缆在接收机的左侧或右侧：
左侧垂直天线的感应电动势E3大于右侧垂直天线的感应电动势E4则判定电缆在接收机左侧；
E3小于E4则判定电缆在接收机右侧；
E3等于E4则判定电缆在接收机正上方；
S62：计算接收机与电缆的夹角γ：
Figure 337667DEST_PATH_IMAGE001
其中d1为上侧水平天线和下侧水平天线之间的垂直距离；上侧水平天线、下侧水平天线和中心点水平天线中的感应电动势分别为E5、E6、E7；
S63：当电缆在接收机左侧时：
Figure 667018DEST_PATH_IMAGE002
Figure 944546DEST_PATH_IMAGE003
当电缆在接收机右侧时：
Figure 879004DEST_PATH_IMAGE004
Figure 200264DEST_PATH_IMAGE005
其中，μ0为真空中介质的磁导率，μ0＝4π×10-7H/m；I为电缆中的电流强度；ω为电缆中电流信号的角频率；d为左侧垂直天线和右侧垂直天线之间的水平距离，与上侧水平天线和下侧水平天线之间的垂直距离d1相等；S3和S4分别为左侧垂直天线和右侧垂直天线的截面积，S3和S4大小相等；
根据上式求得接收机天线板板卡中心点到电缆的垂直距离a2与水平距离b2；
S64：计算电缆埋藏深度a：
a = a2- d/2
至此完成S6。
7.根据权利要求5所述的一种应用于电力领域的管线探测仪接收机，其特征在于，所述S7中调正罗盘指针的原则为：当判断电缆在接收机左侧位置时，则罗盘指针向左偏转；当判断电缆在接收机右侧位置时，则罗盘指针向右偏转；偏转角度为90°减去γ。
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