CN115201923B - 一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法 - Google Patents

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地缆定向与埋深检测方法，包括步骤如下：对接收机中各天线产生的电信号进行处理，输出模拟信号；将模拟信号转换为数字信号；实时显示各天线的感应电动势；根据显示结果移动接收机至地缆正上方；计算并实时显示水平天线与地缆的夹角；根据显示结果转动接收机，完成地缆定向；用接收机下方接触地缆上方地面，计算并实时显示地缆埋深。本发明基于五天线接收到的感应电动势，通过模数转换与数字信号处理得到接收机水平天线与地缆的夹角，从而确定地缆偏转方向，省去了重新探测的时间，提升了五天线接收结构管线探测仪的功能性、精准性与实用性，从而实现更准确、指向性更强的地缆定位。

Description

一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法

技术领域

本发明涉及地缆探测技术领域，尤其涉及一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法。

背景技术

近几年来，国内电力行业技术突破迅速，电力产品设备配套也随之飞速发展，地埋电缆市场规模的扩大尤其迅速。但随着地埋电缆应用的增多，在电网改造、房屋建设布局等情境下，会出现大量地下电缆无法准确定位的情况，这会给施工带来极大困难。管线探测仪便是用于快速定位地埋电缆位置的重要工具。

现阶段公开的管线探测仪大多由三根天线组成，仅依靠信号强度最强的位置判断处于电缆正上方，从而进行探深判断，测量精度较低，往往只能测埋藏较浅的地缆且无法准确识别到地缆走向，而市面上一些采用五天线接收结构的管线探测仪可以检测到更弱的信号强度，提升了测量精度，可以测到埋藏更深的地缆，但仍存在地缆偏转后无法及时搜索到地缆走向的问题，仍需要花费大量时间重新探测。

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地缆定向与埋深检测方法，在地缆偏转后可以及时搜索到地缆走向，相比传统方案，省去了大量重新探测的时间，提升了五天线接收结构管线探测仪的功能性、精准性与实用性。

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地缆定向与埋深检测方法，包括以下步骤：

s1：将管线探测仪接收机置于地缆上方任意位置，发射机向地缆中通入电流信号，随即产生磁场信号，接收机中的各天线线圈接收到磁场信号后产生一对幅度相同、相位相反的电信号，此时依次通过天线线圈电路与接收机主电路对接收机中各天线产生的电信号进行处理，输出模拟信号；

s2：接收机中的A/D转换器将模拟信号转换为数字信号；

s3：接收机中的数字信号处理电路对信号进行处理，将各天线接收到的线圈接收到的感应电动势实时显示在接收机的显示屏上；

s4：根据s3的显示结果移动接收机，直至接收机位于地缆正上方；

s5：数字信号处理电路计算水平天线与地缆的夹角并实时显示在接收机的显示屏上；

s6：根据s3、s5的显示结果，在显示屏中罗盘的指引下转动接收机，完成地缆定向；

s7：用接收机最下方接触地缆正上方地面，数字信号处理电路计算地缆埋深并将结果实时显示在接收机的显示屏上。

优选地，所述s1中依次通过天线线圈电路与接收机主电路对接收机中各天线产生的电信号进行处理的具体流程包括：

s11：天线线圈电路对电信号进行差分放大与滤波处理，将处理后的信号传输至接收机主电路；

s12：接收机主电路对信号再次进行放大-滤波-反向-降频-滤波处理，输出模拟信号。

优选地，所述接收机内部为五天线接收结构，包括五个天线；

五个天线的线圈中心点处于同一垂直线上且两两间距相等，从上至下依次是上方水平天线、上方垂直天线、位于接收板板卡中心处的中心环形天线、下方垂直天线和下方水平天线；两条水平天线平行；中心环形天线围成的环形平面、水平天线的两端截面及垂直天线的两端截面两两互相垂直，三者分别接收三维空间中三个方向上的磁场信号以产生感应电动势；

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一个铁氧体圆柱磁芯上的两组同规格线圈组成；环形天线仅由绕线方向相反且与水平天线、垂直天线中线圈规格相同的两组线圈构成；

每个天线的铁氧体磁芯规格相同；

环形天线的线圈匝数与线圈围起的截面积的乘积与铁氧体磁芯上线圈匝数与截面积的乘积相等。

优选地，所述s4中移动接收机的具体原则为：

当水平天线线圈接收到的感应电动势与垂直天线线圈接收到的感应电动势方向相反，则判定管线在接收机左侧，左移接收机，直至垂直天线线圈接收到的感应电动势值最小时，判定接收机到达地缆正上方；

当水平天线线圈接收到的感应电动势与垂直天线线圈接收到的感应电动势方向相同，则判定管线在接收机右侧，右移接收机，直至垂直天线线圈接收到的感应电动势值最小时，判定接收机到达地缆正上方。

优选地，所述s5中夹角γ的计算公式为：

其中E₁、E₃、E₅分别为上方水平天线、中心环形天线、下方水平天线线圈接收到的感应电动势，d为上方水平天线与下方水平天线的间距。

优选地，所述s6中的地缆定向原则为：

若水平天线线圈接收到的感应电动势与中心环形天线线圈接收到的感应电动势方向相同，则判断地缆向接收机左前方延伸，此时需沿逆时针方向转动接收机，偏转角度为γ；

若水平天线线圈接收到的感应电动势与中心环形天线线圈接收到的感应电动势方向相反，则判断地缆向接收机右前方延伸，此时需沿顺时针方向转动接收机，偏转角度为90度减去γ。

优选地，所述s7中地缆埋深的计算公式为：

其中a为地缆埋深。

本发明的有益技术效果：基于五天线接收到的感应电动势，通过模数转换与数字信号处理，得到接收机水平天线与地缆的夹角，从而确定地缆在地下的偏转方向，相比传统方案，省去了大量重新探测的时间，提升了五天线接收结构管线探测仪的功能性、精准性与实用性，从而实现更准确、指向性更强的地缆定位。

附图说明

图1为本发明的总体流程图。

图2为本发明对接收机中各天线产生的电信号进行处理的具体流程图。

图3为本发明实施例所述接收机内部的五天线接收结构。

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地缆定向与埋深检测方法，包括以下步骤：

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地缆的水平距离为95cm，实际位于地缆右侧30°位置，该处电缆实际地埋深度为165cm），发射机向地缆中通入电流信号，随即产生磁场信号，接收机中的各天线线圈接收到磁场信号后产生一对幅度相同、相位相反的电信号，此时依次通过天线线圈电路与接收机主电路对接收机中各天线产生的电信号进行处理，输出模拟信号。

接收机内部为五天线接收结构，包括五个天线；

如图3所示，五个天线的线圈中心点处于同一垂直线上且两两间距相等，从上至下依次是上方水平天线、上方垂直天线、位于接收板板卡中心处的中心环形天线、下方垂直天线和下方水平天线；两条水平天线平行；中心环形天线围成的环形平面、水平天线的两端截面及垂直天线的两端截面两两互相垂直，三者分别接收三维空间中三个方向上的磁场信号以产生感应电动势；

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一个铁氧体圆柱磁芯上的两组同规格线圈组成；环形天线仅由绕线方向相反且与水平天线、垂直天线中线圈规格相同的两组线圈构成；

每个天线的铁氧体磁芯规格相同；

环形天线的线圈匝数与线圈围起的截面积的乘积与铁氧体磁芯上线圈匝数与截面积的乘积相等。

依次通过天线线圈电路与接收机主电路对接收机中各天线产生的电信号进行处理的具体流程如图2所示：

s11：天线线圈电路对电信号进行差分放大与滤波处理，将处理后的信号传输至接收机主电路；

s12：接收机主电路对信号再次进行放大-滤波-反向-降频-滤波处理，输出模拟信号。

s2：接收机中的A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。

s3：接收机中的数字信号处理电路对信号进行处理，将各天线接收到的线圈接收到的感应电动势实时显示在接收机的显示屏上。

s4：水平天线线圈接收到的感应电动势E₁与垂直天线线圈接收到的感应电动势E₂方向相反，则判定管线在接收机左侧，左移接收机，直至垂直天线线圈接收到的感应电动势值最小（实施例中E₂值几乎为0）时，判定接收机到达地缆正上方。

s5：数字信号处理电路计算水平天线与地缆的夹角并实时显示在接收机的显示屏上。

其中E₁、E₃、E₅分别为上方水平天线、中心环形天线、下方水平天线线圈接收到的感应电动势；μ₀为真空中介质的磁导率，μ₀＝4π×10^-7H/m；a为下方水平天线到地缆的垂直距离；d为上方水平天线与下方水平天线的间距，实施例中d=10cm；N₁、N₃、N₅分别为上方水平天线、中心环形天线、下方水平天线线圈的匝数；S₁、S₃、S₅分别为上方水平天线、中心环形天线、下方水平天线线圈的截面积；γ为水平天线与地缆之间的夹角，θ为中心环形天线与地缆之间的夹角，γ + θ = 90°。

用直线连接上、下方水平天线的中点，则中点位置处的感应电动势E₆为：

其中，N₆、S₆分别为该位置处等效的线圈缠绕匝数与截面积。

则：

其中N₆=N₁=N₅、S₆=S₁=S₅，又因为环形天线的线圈匝数与线圈围起的截面积的乘积与铁氧体磁芯上线圈匝数与截面积的乘积相等，则：

E₆与E₁、E₅之间的关系如下：

则得到：

实施例中得到γ=30°。

s6：根据s3、s5的显示结果，在显示屏中罗盘的指引下转动接收机，完成地缆定向：

水平天线线圈接收到的感应电动势与中心环形天线线圈接收到的感应电动势方向相同，则判断地缆向接收机左前方延伸，此时沿逆时针方向转动接收机，偏转角度为30°。

s7：用接收机最下方接触地缆正上方地面，数字信号处理电路计算地缆埋深并将结果实时显示在接收机的显示屏上。

上方水平天线线圈与下方水平天线线圈接收到的感应电动势E₁、E₅分别为：

则

其中μ₀为真空中介质的磁导率，μ₀＝4π×10^-7H/m；I为地缆中的电流强度；a为下方水平天线到地缆的垂直距离，当接收机最下方接触地缆正上方地面时，a即为地缆埋深；S₁、S₅分别为上方水平天线线圈与下方水平天线线圈的截面积，二者值相等；ω为地缆中电流信号的角频率。

实施例中得到a=162.54cm，则利用本接收机，可基本实现地缆准确定位。

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 (5)

1.一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：将管线探测仪接收机置于地缆上方任意位置，发射机向地缆中通入电流信号，随即产生磁场信号，接收机中的各天线线圈接收到磁场信号后产生一对幅度相同、相位相反的电信号，此时依次通过天线线圈电路与接收机主电路对接收机中各天线产生的电信号进行处理，输出模拟信号；

所述接收机内部为五天线接收结构，包括五个天线；

五个天线的线圈中心点处于同一垂直线上且两两间距相等，从上至下依次是上方水平天线、上方垂直天线、位于接收板板卡中心处的中心环形天线、下方垂直天线和下方水平天线；两条水平天线平行；中心环形天线围成的环形平面、水平天线的两端截面及垂直天线的两端截面两两互相垂直，三者分别接收三维空间中三个方向上的磁场信号以产生感应电动势；

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一个铁氧体圆柱磁芯上的两组同规格线圈组成；环形天线仅由绕线方向相反且与水平天线、垂直天线中线圈规格相同的两组线圈构成；

每个天线的铁氧体磁芯规格相同；

环形天线的线圈匝数与线圈围起的截面积的乘积与铁氧体磁芯上线圈匝数与截面积的乘积相等；

s2：接收机中的A/D转换器将模拟信号转换为数字信号；

s3：接收机中的数字信号处理电路对信号进行处理，将各天线接收到的线圈接收到的感应电动势实时显示在接收机的显示屏上；

s4：根据s3的显示结果移动接收机，直至接收机位于地缆正上方；

s5：数字信号处理电路计算水平天线与地缆的夹角并实时显示在接收机的显示屏上；夹角γ的计算公式为：

其中E₁、E₃、E₅分别为上方水平天线、中心环形天线、下方水平天线线圈接收到的感应电动势，d为上方水平天线与下方水平天线的间距；

s6：根据s3、s5的显示结果，在显示屏中罗盘的指引下转动接收机，完成地缆定向；

s7：用接收机最下方接触地缆正上方地面，数字信号处理电路计算地缆埋深并将结果实时显示在接收机的显示屏上。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法，其特征在于，所述s1中依次通过天线线圈电路与接收机主电路对接收机中各天线产生的电信号进行处理的具体流程包括：

s11：天线线圈电路对电信号进行差分放大与滤波处理，将处理后的信号传输至接收机主电路；

s12：接收机主电路对信号再次进行放大-滤波-反向-降频-滤波处理，输出模拟信号。

3.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法，其特征在于，所述s4中移动接收机的具体原则为：

当水平天线线圈接收到的感应电动势与垂直天线线圈接收到的感应电动势方向相反，则判定管线在接收机左侧，左移接收机，直至垂直天线线圈接收到的感应电动势值最小时，判定接收机到达地缆正上方；

当水平天线线圈接收到的感应电动势与垂直天线线圈接收到的感应电动势方向相同，则判定管线在接收机右侧，右移接收机，直至垂直天线线圈接收到的感应电动势值最小时，判定接收机到达地缆正上方。

4.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法，其特征在于，所述s6中的地缆定向原则为：

若水平天线线圈接收到的感应电动势与中心环形天线线圈接收到的感应电动势方向相同，则判断地缆向接收机左前方延伸，此时需沿逆时针方向转动接收机，偏转角度为γ；

若水平天线线圈接收到的感应电动势与中心环形天线线圈接收到的感应电动势方向相反，则判断地缆向接收机右前方延伸，此时需沿顺时针方向转动接收机，偏转角度为90度减去γ。

5.根据权利要求1所述的一种应用于电力领域的地缆定向与埋深检测方法，其特征在于，所述s7中地缆埋深的计算公式为：

其中a为地缆埋深。

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