CN1570350A

CN1570350A - 非开挖导向仪系统中的跟踪接收导向器

Info

Publication number: CN1570350A
Application number: CN 200410034922
Authority: CN
Inventors: 赵晶
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: CN100353147C

Abstract

一种非开挖导航仪系统中的跟踪接收导向器，可以接收本发明以外的探测导向发射探头发送的低频调制信号，并将其利用软件通过CPU组转换成相应的地下钻头倾角(以水平面为基准±50度)、面向角(以地下钻头轴芯为基准0－360度)、深度、温度、剩余电能及本发明的剩余电能等数据信号经液晶显示器实时地显示出来，同时通过高频无线电波转发给本发明以外的钻机同步显示器。性能优良、成本低廉、数据可视性好、界面美观、能够准确稳定地工作。与本发明以外的探测导向发射探头、钻机同步显示器组成在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换各种电信、电力、石油、煤气、自来水、排污等地下管线的非开挖导航仪系统。

Description

非开挖导向仪系统中的跟踪接收导向器

技术领域

本发明涉及一种非开挖导向仪系统中的跟踪接收导向器。尤其是涉及一种具有不破坏环境、不影响交通、铺管精度高、施工安全性好、周期短、成本低，并可广泛用于市政、电信、电力、石油、天然气、煤气、自来水、热力、排污等一些无法实施开挖作业的地区，在地表不挖槽的情况下，铺设地下管线工程的非开挖水平钻进孔内随钻高精度非开挖导向仪系统中的跟踪接收导向器。

背景技术

目前在我国大部分地区的市政、电信、电力、石油、天然气、煤气、自来水、热力、排污等的地下铺设管线工程仍采用人工或机械设备进行开放挖槽埋管埋线方法作业，普遍存在着环境污染严重、施工安全性差、铺管精度低、交通堵塞频繁、费工费时作业成本大大提高，很不经济。因此，国际上少数发达国家已开发使用非开挖铺管技术，即在地表不开放挖槽的情况下，利用水平钻进孔内随钻检测及地面跟踪指挥地下钻头钻进方向的导向系统铺设地下管线。这项技术除了美、英、日等少数发达国家开始使用外，其他国家包括我国还处于开发的空白。从国外的一些公司的产品来看，其导向的精度，深度和功能虽然能满足某些工程的作业要求。但是，从技术角度分析，这些导向系统在功能上还不够全面，还不适合我国的国情。在性能和可靠性上还不够完善，同时其价格也极其昂贵。不利于在我国大量推广使用。

非开挖铺管技术是指利用各种岩土钻掘的设备和技术手段，在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换各种地下管线的施工技术。它与传统的挖槽铺管的施工方法相比，具有不影响交通、环保，施工时间短、成本低、应用广泛等许多特点。非开挖施工法中应用较广的为水平导向钻进法，它可根据预先设计好的铺管线路驱动装有契形钻头的钻杆从地面钻入，并用非开挖导向仪导向，引导地下钻头进行定向钻进来实施非开挖铺设地下管线的目的。在非开挖导向钻进中，关键技术是应用高精度非开挖导向仪系统对钻孔轨迹进行控制，而高精度非开挖导向仪系统又是整个钻进机械设备的核心。所以解决非开挖导向仪系统的技术问题对我国大量推广使用现代非开挖铺管技术将带来深远的意义。

非开挖导向仪系统主要由地面跟踪接收导向器、地下探测导向发射探头和钻机同步显示器三部分组成，工作时置于地下钻头内的探测导向发射探头将钻头所处的位置和工况姿态参数，通过低频无线电信号发射给地面跟踪接收导向器，由其显示屏显示出来。操作人员根据所按收的信号参数指挥钻机驾驶员及时修正和更改当前的操作，以保证钻头按照设计的路线轨迹完成施工。同时地面跟踪接收导向器又将各种接收到的信号参数通过高频无线电发送给钻机同步显示器，供驾驶员操作指示，同时将各种数据保存起来。

高精度导向仪系统的核心部件之一是跟踪接收导向器，而跟踪接收导向器是导向非开挖钻进的关键，它跟踪于地下探测导向发射探头位于其垂直位置地面，用来接收地下探测导向发射探头发来的地下导向钻头的无线电信号，通过显示屏将导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等参数全部直观动态地显示出来，同时将全部信息通过高频无线电波转发给钻机同步显示器，让掘进设备驾驶员实时掌握钻孔轨迹，并对轨迹实时控制，达到精确定向的目的。

由于跟踪接收导向器一方面必须接收地下探测导向发射探头发来的地下导向钻头的无线电信号，显示出详细的信息资料，另一方面还必须面对各种复杂的电磁干扰，因此对整个跟踪接收导向器的发明设计要求很高。在电路方面必须接收灵敏度高、选择性好、品质因素优、抗温漂、抗干扰、抗震动、耗能低及显示清晰度高、响应速度快、适合全天候工作。

发明内容

综上所述，为了解决跟踪接收导向器发明设计过程中的一系列技术问题。本发明提供一种具有接受灵敏度高、选择性好、品质因素优、抗温漂、抗干扰、抗震动、耗能低及显示清晰度高、响应速度快、适合全天候工作的跟踪接收导向器。该跟踪接收导向器性能优良、可靠性高，稳定性好，成本低廉，并完全适合我国的国情，再加上市场价格极其低廉，利于在我国大量推广使用。可广泛用于市政、电信、电力、石油、天然气、煤气、自来水、热力、排污等一些无法实施开挖作业的地区铺设管线工程的高精度导向系统中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括可以接收本发明以外的探测导向发射探头发送的低频调制信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量的数字串行信号调制波，低频载波频率为5KHz-50KHz)的接收调谐回路(1)与可编程放大器(2)互连，可编程放大器(2)将低频调制信号放大后输入与之互连的带通滤波器(3)，带通滤波器(3)将滤去杂波后的低频调制信号送入与之互连的可编程放大器(4)进行再一次编程放大，同时，可编程放大器(2)、(4)的增益由CPU组(16)按技术要求进行自动控制，放大后的低频调制信号经过与之互连的带通滤波器(5)进行再一次滤波后送入与之互连的混频器(7)，和来自正弦波振荡器(6)的振荡波进行超外差式变频，差出的低频调制信号通过与之互连的带通滤波器(8)滤波后分别送入与之互连的串行放大器(9)、深度放大器(10)，深度放大器(10)将低频调制信号放大整流转为直流信号后送入与之互连的深度信号采集器(13)进行深度信号采集，其输出的信号随接收调谐回路(1)和本发明以外的探测导向发射探头的距离改变而改变，采集后的信号输出到与之互连的CPU组(16)输入端进行数据处理，从而达到测量深度的目的；同时串行放大器(9)将放大后的低频调制信号送入与之互连的比较器(11)后，其输出端将处理后的低频调制信号送入与之互连的检波器(12)进行包络检波，检波器(12)的输出端将检波出的数字串行信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等编码信息)送入与之互连的串行输出比较器(14)进行削波降噪整形处理，由其输出端送入与之相连的可以进行数据解码的CPU组(16)的输入端，CPU组(16)将从电池电量取样端(15)、深度信号采集器(13)、串行输出比较器(14)输出的各类信号利用软件转换成相应的地下钻头倾角(以水平面为基准-50度-+50度)、面向角(以地下钻头轴芯为基准0度-360度)、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等状态信号送入与之互连的液晶显示器(17)、液晶显示器(17)将各路信号通过液晶显示屏实时地显示出地下钻头俯仰倾角、面向角、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等直观的动态数据及面向角的动态图形显示，数据可视性好、界面美观，同时CPU组(16)将全部信息通过发射模块采用高频无线电波转发给本发明以外的钻机同步显示器；由本发明及本发明以外的地下探测导向发射探头、钻机同步显示器组成可以在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换各种地下管线的非开挖导向仪系统。

所述的CPU组(16)中烧录固化了相应的软件功能程序，该程序包含了初始化程序、数据处理、数据解码、节电模式程序、软件看门狗程序(程序不走飞)，同时编制了能形象地显示地下钻头面向角的实时动态图象软件，数据可视性好、界面美观。

在实施中，接收调谐回路(1)的一端接地，另一端和可编程放大器(2)内的二极管D1、D2及精密放大器U1的2脚交点相连；在可编程放大器(2)中，精密放大器U1的3脚与二极管D1、D2的另一端接地，1、8脚分别和电阻R6两端相连，7脚和电容C1、C9与电阻R1的交点相连，4脚和电容C4、C11的交点相连，6脚和数字电位器C15的3脚相连，C1、C4、C9、C11、R11的另一端接地，R1、R2的另一端分别与电源+5V、-5V相连，数字电位器C15的1、2脚分别和CPU组(16)U10(CPU)的13、14脚相连，4、6、7脚接地，8脚和电源+5V相连，5脚接电阻R9，电阻R9的另一端和电阻R11与带通滤波器(3)内集成电路C17的2脚交点相连；在带通滤波器(3)中集成电路C17的3脚和电阻R10相连，4、7脚的交点和电阻Rfz2相连，5、6脚的交点与图三中可编程放大器(4)内精密放大器U2的2脚相连，14脚与Rfz2的另一端相连，8、13脚分别和电阻Rfz1的两端相连，9、10脚分别和电源-9V、+9V相连，R10的另一端接地；

在可编程放大器(4)中，精密放大器U2的2脚接带通滤波器(3)中集成电路C17的5、6脚为低频调制信号输入端，3脚接地，4脚和电容C13、C6、电阻R12的交点相连，7脚和电容C10、C2、电阻R3的交点相连，1、8脚分别和数字电位器C16的3脚及5、6脚相连，6脚和电阻R17相连，R12的另一端和电源-5V相连，电容C2、C6、C10、C13的另一端接地，电阻R3的另一端接电源+5V，R17的另一端和电容C19、C20、电阻R18的交点相连，数字电位器C16的1、2脚分别和CPU组(16)内U10(CPU)的1、15脚相连，4、7脚接地，8脚接电源+5V；在带通滤波器(5)中，集成电路U4的6脚和电容C19、电阻R19、混频器(7)内电容C27的交点相连，2脚和电容C20、电阻R19的交点相连，3脚与R18的另一端接地，4、7脚和电源-5V、+5V相连；在正弦波振荡器(6)中，集成电路U3的2、3、4脚分别和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的10、11、12脚相连，9脚和晶振Y1与电容C22一端的交点相连，10脚和晶振Y1另一端与电容C21的交点相连，电容C21、C22的另一端接地，15脚和电位器R20的一端相连，其中间抽头和电容C23、电位器R21交点相连，电位器R21的中间抽头和电容C24、电位器R22的交点相连，电容C23、C24、电位器R22的另一端接地，电位器R22中间抽头接C25，电容C25的另一端和图四中混频器(7)内电容C29的一端相连；

在混频器(7)中，电容C27的一端和图三中带通滤波器(5)内集成电路U4的6脚相连，另一端和集成电路U5的1脚、电阻R2、R26的交点相连，电阻R23的另一端和电位器R28的一端相连，电阻R26的另一端、电容C28、电阻R27接地，集成电路U5的4脚和电容C28、电阻R24、R27的交点相连，2、3脚分别和电阻RE的两端相连，14脚和电位器R28中间抽头的交点接电源-9V，10脚和电容C29、电阻R25的交点相连，8脚和电阻R25、R30、电容C31的交点相连，5、6脚分别接电阻R32、R8的交点，12脚和电容C30、电阻R7的交点相连，电阻R24和电位器R28的另一端相连，电容C29的一端和正弦波振荡器(6)内电容C25的一端相连，电阻R30、R32、R34、电容C31另一端接地，电阻R31、R7、R8的交点接电源+9V，电阻R7、R33、电容C30的另一端相连；在带通滤波器(8)中，集成电路U6的3脚和电阻R33、R34的交点相连，4、7脚的交点和14脚分别与电阻R36的两端相连，5、6脚的交点分别和串行放大器(9)内精密放大器U9的2脚及深度放大器(10)内精密放大器U7的2脚相连，8、13脚和电阻R35的两端相连，9、10脚分别和电源-9V、+9V相连；

在串行放大器(9)中，精密放大器U9的2脚和图四中带通滤波器(8)内集成电路U6的5脚相连，1、8脚并接可调电阻R37，3脚接地，4脚和电容C7、C26、电阻R15的交点相连，7脚接电容C3、C32、电阻R13的交点，6脚和二极管D3的负端及二极管D4的正端相连，R15、R13的另一端分别接电源-9V、+9V，精密放大器U16的2脚和二极管D3、D4的另一端及电阻R29相连，1、8脚并接可调电阻R38，3脚接地，4脚和电容C8、C14、电阻R5的交点相连，7脚和电容C5、C12、电阻R4的交点相连，6脚和比较器(11)内的集成电路U8A的3脚相连，电阻R5、R4的另一端分别和电源-9V、+9V相连，电容C26、C7、C3、C32、R29的另一端接地；

在比较器(11)中，双比较器U8A的3脚和图五中串行放大器(9)U16的6脚相连，2脚和电位器R39的抽头相连，4脚接地，8脚接电源+9V，1脚和电阻R41、检波器(12)内二极管D6负端、D7正端的交点相连，R41的另一端和电源+9V相连，电位器R39的另两端和电源-9V、+9V相连；在检波器(12)中，二极管D7、电容C33、电阻R44的交点和串行输出比较器(14)内双比较器U8B的5脚相连；在串行输出比较器(14)中，双比较器U8B的6脚和电位器R40的抽头相连，7脚和电阻R42的一端相连，电位器R40的另两端和电源-9V、+9V相连，电阻R42、R43、R45、二极管D8的交点和CPU组(16)内U10(CPU)的2脚相连，R43的另一端和电源+9V相连，R45、D8的另一端接地；

在深度放大器(10)中，精密放大器U7的2脚接带通滤波器(8)内集成电路U6的5、6脚的交点，3脚接地，7脚和电容C34、C36、电阻R14的交点相连，4脚和电容C35、C37、电阻R16的交点相连，1、8脚接电阻R46的两端，6脚和二极管D5的负端相连，电阻R16、R14的另一端分别和电源-9V、+9V相连，电容C35、C37、C34、C36、C38的另一端接地；在深度信号采集器(13)中，集成电路U15的1脚和二极管D5、电容C38的交点相连，3脚和电源-9V相连，4脚和电容C39相连，14脚和电容C3、电位器R48、电源+9V的交点相连，9脚和电位器R48的中间抽头、电源-9V、电阻R50相连，10脚接地，7脚和8脚相连，6脚和电位器R49的一端相连，中间抽头和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的61脚相连，R49、R50的另一端接地；

在CPU组(16)中，U10(CPU)的2脚和图六中串行输出比较器(14)内二极管D8的正端相连，13、14、16、15脚分别和可编程放大器(2)、(4)内数字电位器C15、C16的1、2脚相连，18脚和晶振Y1、电容C5的交点相连，9脚和晶振Y1、电容C6的交点相连，20脚和开关S1、电容C、电阻R2的交点相连，28脚和电阻R9的一端相连，25脚和4输入与门U13A的6脚相连，41脚和4输入与门U13A的1脚、开关S2、S5、电阻R 3的交点相连，40脚和4输入与门U13A的2脚、开关S3、S6、电阻R11的交点相连，39脚和4输入与门U13A的4脚、开关S4、S7、电阻R5的交点相连，37脚和4输入与门U13A的5脚、开关S8、电阻R10的交点相连，36、35脚分别和开关S2、S3、S4及S5、S6、S7另一端的交点相连，42脚和电阻R4的一端相连，60脚和电容C2、电池电量取样端(15)(BATTERY)的交点相连，61脚和电容C2、图七中电位器R49的中间抽头相连，64脚和电容C1、电阻R1的交点相连，63脚接地，三极管Q2的基极和电阻R9的另一端相连，其发射极接地，集电极和电阻R6的交点与发射模块的4脚相连，三极管Q1的基极和电阻R4的另一端相连，其发射极和电源+5V相连，集电极和蜂鸣器U11的正端相连，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、开关S1、S8、蜂鸣器U11的另一端接地，电阻R1、R2、R3、R5、R6、R10、R11的另一端和电源+5V相连；在液晶显示器(17)中，接口显示电路U12的C/D、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0、RD、W/R脚脚分别和CPU组(16)内U10(CPU)的38、44、45、46、47、48、49、50、51、8、9相连，1、2、19、CE脚接地，4、20脚分别和电位器R7中间抽头和一端相连，3脚和电位器R7的另一端、电源+5V相连，10脚和电阻R8、电容C7的交点相连，R8的另一端和电源+5V相连，C7的另一端接地；

在CPU组(16)中，U10(CPU)的2脚为串口接收脚，接收图六中经过二次比较后的数字编码串行信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等编码信息)，20脚是复位脚，按键S1、电容C4及电阻R2构成按键复位电路，28脚(即串口发送脚)通过三极管Q2将数字编码串行信号放大推动发射模块发送至本发明以外的钻机同步显示器，25脚为外部中断脚，其和4输入与门U13A、开关S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，上拉电阻R3，R5，R10，R11以及U10(CPU)的35、36、37、39、40、41脚组成本发明开关调节系统，当按下任开关时，4输入与门U13A的1、2、4、5脚总有一脚出现低电平，其输出的高电平输入到U10(CPU)的中断脚而产生中断，继而达到调节控制本发明跟踪显示各类信号参数的目的；U10(CPU)的44、45、46、47、48、49、50、51脚通过液晶显示器(17)内接口显示电路U12的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0脚对液晶显示进行数据传输，38、8、9脚分别通过接口显示电路U12的C/D脚，RD脚，W/R脚对液晶显示进行复位、读/写控制，42、60脚、电阻R4以及三极管Q1和蜂鸣器构成本发明电池电量不足报警系统，60脚为模数转换脚，将电池电量取样端(15)(BATTERY)电模拟量进行即时模数转换，并以内部参考电压为基准，当电池的电压高于基准电压若干伏时其模数转换之后的数量值为若干值，当低于基准电压时，相对基准电压输出的电压每减少10毫伏，数值量就减1，当模数转换后的值低于某个规定电压模数转换值时，U10(CPU)的42脚就有一高电平给三极管Q1使其导通继而蜂鸣器出现报警声；U10(CPU)的61脚是模数转换脚，其将图七中深度信号采集器(13)输出的深度信号进行模数转换，把模拟信号转为数字信号以量化深度信号强度，通过已编入的软件进行处理得到本发明与本发明以外的探测导向发射探头之间的距离。

当然，所述的接收调谐回路(1)、可编程放大器(2)、带通滤波器(3)、可编程放大器(4)、带通滤波器(5)、正弦波振荡器(6)、混频器(7)、带通滤波器(8)、串行放大器(9)、深度放大器(10)、比较器(11)、检波器(12)、深度信号采集器(13)、串行输出比较器(14)、电池电量取样端(15)、CPU组(16)、液晶显示器(17)的连接关系也可以根据需要进行前后调换，或进行必要的适当增减。

由于本发明采用上述的技术方案，所以性能优良、工作时间长、可靠性高、稳定性好、成本低廉、能够精确稳定地工作，并完全适合我国的国情，再加上市场价格极其低廉，利于在我国大量推广使用，达到了广泛用于市政、电信、电力、石油、天然气、煤气、自来水、热力、排污等一些无法实施开挖作业的地区铺设管线工程的高精度导向仪系统中的目的。

本发明的有益效果是：

1.测量地下钻头距地面的深度时采用了利用无线电波能量的衰减特性与发射距离成反比的原理，是设计电路大大简化，同时提高了测量精度。

2.由于采用了体积小、功能强的单片CPU作为信号解码-信号处理，所以体积小、稳定性好、抗干扰、抗震动、耗能低、调试方便、寿命长、噪声低、显著提高了综合性能。

3.由于在单片CPU内编制了解码显示软件，所以可以方便地显示出地下钻头倾角、面向角、深度、工作温度、电池剩余能量等直观实时的动态数据及面向角的动态图形。

4.采用正光液晶显示屏，所以显示图象清晰稳定，动态效果好，适合24小时连续工作。

附图说明

图一是本发明的电原理框图。

图二----图八是本发明的实施例具体电路图。

图中：1接收调谐回路、2可编程放大器、3带通滤波器、4可编程放大器、5带通滤波器、6正弦波振荡器、7混频器、8带通滤波器、9串行放大器、10深度放大器、11比较器、12检波器、13深度信号采集器、14串行输出比较器、15电池电量取样端、16CPU组、17液晶显示器。

具体实施方式

在图一中，可以接收本发明以外的探测导向发射探头发送的低频调制信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量的数字串行信号调制波，低频载波频率为5KHz-50KHz)的接收调谐回路(1)与可编程放大器(2)互连，可编程放大器(2)将低频调制信号放大后输入与之互连的带通滤波器(3)，带通滤波器(3)将滤去杂波后的低频调制信号送入与之互连的可编程放大器(4)进行再一次编程放大，同时，可编程放大器(2)、(4)的增益由CPU组(16)按技术要求进行自动控制，放大后的低频调制信号经过与之互连的带通滤波器(5)进行再一次滤波后送入与之互连的混频器(7)，和来自正弦波振荡器(6)的振荡波进行超外差式变频，差出的低频调制信号通过与之互连的带通滤波器(8)滤波后分别送入与之互连的串行放大器(9)、深度放大器(10)，深度放大器(10)将低频调制信号放大整流转为直流信号后送入与之互连的深度信号采集器(13)进行深度信号采集，其输出的信号随接收调谐回路(1)和本发明以外的探测导向发射探头的距离改变而改变，采集后的信号输出到与之互连的CPU组(16)输入端进行数据处理，从而达到测量深度的目的；同时串行放大器(9)将放大后的低频调制信号送入与之互连的比较器(11)后，其输出端将处理后的低频调制信号送入与之互连的检波器(12)进行包络检波，检波器(12)的输出端将检波出的数字串行信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等编码信息)送入与之互连的串行输出比较器(14)进行削波降噪整形处理，由其输出端送入与之相连的可以进行数据解码的CPU组(16)的输入端，CPU组(16)将从电池电量取样端(15)、深度信号采集器(13)、串行输出比较器(14)输出的各类信号利用软件转换成相应的地下钻头倾角(以水平面为基准-50度-+50度)、面向角(以地下钻头轴芯为基准0度-360度)、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等状态信号送入与之互连的液晶显示器(17)、液晶显示器(17)将各路信号通过液晶显示屏实时地显示出地下钻头俯仰倾角、面向角、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等直观的动态数据及面向角的动态图形显示，数据可视性好、界面美观，同时CPU组(16)将全部信息通过发射模块采用高频无线电波转发给本发明以外的钻机同步显示器；由本发明及本发明以外的地下探测导向发射探头、钻机同步显示器组成可以在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换各种地下管线的非开挖导向仪系统。

参考图一，所述的CPU组(16)中烧录固化了相应的软件功能程序，该程序包含了初始化程序、数据处理、数据解码、节电模式程序、软件看门狗程序(程序不走飞)，同时编制了能形象地显示地下钻头面向角的实时动态图象软件，数据可视性好、界面美观。

在图二中，接收调谐回路(1)的一端接地，另一端和可编程放大器(2)内的二极管D1、D2及精密放大器U1的2脚交点相连；在可编程放大器(2)中，精密放大器U1的3脚与二极管D1、D2的另一端接地，1、8脚分别和电阻R6两端相连，7脚和电容C1、C9与电阻R1的交点相连，4脚和电容C4、C11的交点相连，6脚和数字电位器C15的3脚相连，C1、C4、C9、C11、R11的另一端接地，R1、R2的另一端分别与电源+5V、-5V相连，数字电位器C15的1、2脚分别和图八中CPU组(16)U10(CPU)的13、14脚相连，4、6、7脚接地，8脚和电源+5V相连，5脚接电阻R9，电阻R9的另一端和电阻R11与带通滤波器(3)内集成电路C17的2脚交点相连；在带通滤波器(3)中集成电路C17的3脚和电阻R10相连，4、7脚的交点和电阻Rfz2相连，5、6脚的交点与图三中可编程放大器(4)内精密放大器U2的2脚相连，14脚与Rfz2的另一端相连，8、13脚分别和电阻Rfz1的两端相连，9、10脚分别和电源-9V、+9V相连，R10的另一端接地。

工作时，接收调谐回路(1)输出的低频调制信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量的数字串行信号调制波，低频载波频率为5KHz-50KHz)经D1、D2组成的限幅器限幅后送入可编程放大器(2)内精密放大器U1，放大后输出到数字电位器C15，通过由图八中CPU组(16)内U10(CPU)进行增益自动控制后输入至由集成电路C17与外围电路组成的带通滤波器(3)的输入端，滤波后的低频调制信号送入图三中可编程放大器(4)内精密放大器U2进行再次放大。

参看图三，在可编程放大器(4)中，精密放大器U2的2脚接带通滤波器(3)中集成电路C17的5、6脚为低频调制信号输入端，3脚接地，4脚和电容C13、C6、电阻R12的交点相连，7脚和电容C10、C2、电阻R3的交点相连，1、8脚分别和数字电位器C16的3脚及5、6脚相连，6脚和电阻R17相连，R12的另一端和电源-5V相连，电容C2、C6、C10、C13的另一端接地，电阻R3的另一端接电源+5V，R17的另一端和电容C19、C20、电阻R18的交点相连，数字电位器C16的1、2脚分别和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的1、15脚相连，4、7脚接地，8脚接电源+5V；在带通滤波器(5)中，集成电路U4的6脚和电容C19、电阻R19、图四中混频器(7)内电容C27的交点相连，2脚和电容C20、电阻R19的交点相连，3脚与R18的另一端接地，4、7脚和电源-5V、+5V相连；在正弦波振荡器(6)中，集成电路U3的2、3、4脚分别和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的10、11、12脚相连，9脚和晶振Y1与电容C22一端的交点相连，10脚和晶振Y1另一端与电容C21的交点相连，电容C21、C22的另一端接地，15脚和电位器R20的一端相连，其中间抽头和电容C23、电位器R21交点相连，电位器R21的中间抽头和电容C24、电位器R22的交点相连，电容C23、C24、电位器R22的另一端接地，电位器R22中间抽头接C25，电容C25的另一端和图四中混频器(7)内电容C29的一端相连。

工作时，低频调制信号经可编程放大器(4)内精密放大器U2进行再次放大后输出到数字电位器C16，通过由图八中CPU组(16)U10(CPU)的可编程进行增益自动控制后输入至由集成电路C4与外围电路组成的带通滤波器(5)的输入端，滤波后的低频调制信号送入图四中混频器(7)内集成电路U5进行混频。同时，在正弦波振荡器(6)中，集成电路U3及外围电路构成低频振荡源，其4脚为外部中断脚，2、3脚是可读/写口，对他们定义、编程就可实现多种频率工作，15脚可输出脉宽可调的矩形波，经由可调电阻R20、电容C23、C24、电阻R21、构成的二重积分电路对、矩形波进行积分，输出低频振荡正弦波到图四中混频器(7)内集成电路U5进行混频。

参看图四，在混频器(7)中，电容C27的一端和图三中带通滤波器(5)内集成电路U4的6脚相连，另一端和集成电路U5的1脚、电阻R2、R26的交点相连，电阻R23的另一端和电位器R28的一端相连，电阻R26的另一端、电容C28、电阻R27接地，集成电路U5的4脚和电容C28、电阻R24、R27的交点相连，2、3脚分别和电阻RE的两端相连，14脚和电位器R28中间抽头的交点接电源-9V，10脚和电容C29、电阻R25的交点相连，8脚和电阻R25、R30、电容C31的交点相连，5、6脚分别接电阻R32、R8的交点，12脚和电容C30、电阻R7的交点相连，电阻R24和电位器R28的另一端相连，电容C29的一端和图三中正弦波振荡器(6)内电容C25的一端相连，电阻R30、R32、R34、电容C31另一端接地，电阻R31、R7、R8的交点接电源+9V，电阻R7、R33、电容C30的另一端相连；在带通滤波器(8)中，集成电路U6的3脚和电阻R33、R34的交点相连，4、7脚的交点和14脚分别与电阻R36的两端相连，5、6脚的交点分别和图五中串行放大器(9)内精密放大器U9的2脚及图七中深度放大器(10)内精密放大器U7的2脚相连，8、13脚和电阻R35的两端相连，9、10脚分别和电源-9V、+9V相连。

工作时，低频调制信号、正弦波振荡器(6)输出的低频振荡正弦波经混频器(7)内集成电路U5混频后差出一个更低频率的标准调制信号，该标准调制信号输入到由集成电路U6与外围电路组成的标准带通滤波器(8)的输入端，滤波后的低频标准调制信号分别送入图五中串行放大器(9)内精密放大器U9的2脚及图七中深度放大器(10)内精密放大器U7的2脚进行标准调制信号放大。

参看图五，在串行放大器(9)中，精密放大器U9的2脚和图四中带通滤波器(8)内集成电路U6的5脚相连，1、8脚并接可调电阻R37，3脚接地，4脚和电容C7、C26、电阻R15的交点相连，7脚接电容C3、C32、电阻R13的交点，6脚和二极管D3的负端及二极管D4的正端相连，R15、R13的另一端分别接电源-9V、+9V，精密放大器U16的2脚和二极管D3、D4的另一端及电阻R29相连，1、8脚并接可调电阻R38，3脚接地，4脚和电容C8、C14、电阻R5的交点相连，7脚和电容C5、C12、电阻R4的交点相连，6脚和图六中比较器(11)内的集成电路U8A的3脚相连，电阻R5、R4的另一端分别和电源-9V、+9V相连，电容C26、C7、C3、C32、R29的另一端接地。

工作时，低频标准调制信号输入到由精密放大器U9、精密放大器U16与外围电路组成的二级串行放大器(9)内精密放大器U9的2脚输入端，经二级放大后的低频标准调制信号送入图六中比较器(11)内的集成电路U8A的3脚进行低频标准调制信号技术处理，二极管D3、D4和电阻R24构成削波降噪电路。

参看图六，在比较器(11)中，双比较器U8A的3脚和图五中串行放大器(9)U16的6脚相连，2脚和电位器R39的抽头相连，4脚接地，8脚接电源+9V，1脚和电阻R41、检波器(12)内二极管D6负端、D7正端的交点相连，R41的另一端和电源+9V相连，电位器R39的另两端和电源-9V、+9V相连；在检波器(12)中，二极管D7、电容C33、电阻R44的交点和串行输出比较器(14)内双比较器U8B的5脚相连；在串行输出比较器(14)中，双比较器U8B的6脚和电位器R40的抽头相连，7脚和电阻R42的一端相连，电位器R40的另两端和电源-9V、+9V相连，电阻R42、R43、R45、二极管D8的交点和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的2脚相连，R43的另一端和电源+9V相连，R45、D8的另一端接地。

工作时，低频标准调制信号输入到由双比较器U8A与外围电路组成的比较器(11)的输入端(U8A的3脚)，比较削波后输入到检波器(12)中进行包络线倍压检波，检波出的数字编码串行信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等编码信息)送入双比较器U8B与外围电路组成的串行输出比较器(14)的输入端，比较削波后输入到图八中CPU组(16)内U10(CPU)的2脚进行数据处理。

参看图七，在深度放大器(10)中，精密放大器U7的2脚接图四中带通滤波器(8)内集成电路U6的5、6脚的交点，3脚接地，7脚和电容C34、C36、电阻R14的交点相连，4脚和电容C35、C37、电阻R16的交点相连，1、8脚接电阻R46的两端，6脚和二极管D5的负端相连，电阻R16、R14的另一端分别和电源-9V、+9V相连，电容C35、C37、C34、C36、C38的另一端接地；在深度信号采集器(13)中，集成电路U15的1脚和二极管D5、电容C38的交点相连，3脚和电源-9V相连，4脚和电容C39相连，14脚和电容C3、电位器R48、电源+9V的交点相连，9脚和电位器R48的中间抽头、电源-9V、电阻R50相连，10脚接地，7脚和8脚相连，6脚和电位器R49的一端相连，中间抽头和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的61脚相连，R49、R50的另一端接地。

工作时，低频标准调制信号输入到由精密放大器U7与外围电路组成的深度放大器(10)的输入端(U7的2脚进行放大，放大后经整流二极管D5整流后把低频标准调制信转为直流信号送入深度信号采集器(13)内集成电路U15的1脚进行深度信号采集，其输出的信号随图二中接收调谐回路(1)和本发明以外的探测导向发射探头的距离改变而改变，即越远输出信号越弱，越近输出信号越强；该信号经电位器R48调节后输入到图八中CPU组(16)内U10(CPU)的61脚进行数据处理，从而达到测量深度的目的。

参看图八，在CPU组(16)中，U10(CPU)的2脚和图六中串行输出比较器(14)内二极管D8的正端相连，13、14、16、15脚分别和图二、图三中可编程放大器(2)、(4)内数字电位器C15、C16的1、2脚相连，18脚和晶振Y1、电容C5的交点相连，9脚和晶振Y1、电容C6的交点相连，20脚和开关S1、电容C、电阻R2的交点相连，28脚和电阻R9的一端相连，25脚和4输入与门U13A的6脚相连，41脚和4输入与门U13A的1脚、开关S2、S5、电阻R3的交点相连，40脚和4输入与门U13A的2脚、开关S3、S6、电阻R11的交点相连，39脚和4输入与门U13A的4脚、开关S4、S7、电阻R5的交点相连，37脚和4输入与门U13A的5脚、开关S8、电阻R10的交点相连，36、35脚分别和开关S2、S3、S4及S5、S6、S7另一端的交点相连，42脚和电阻R4的一端相连，60脚和电容C2、电池电量取样端(15)(BATTERY)的交点相连，61脚和电容C2、图七中电位器R49的中间抽头相连，64脚和电容C1、电阻R1的交点相连，63脚接地，三极管Q2的基极和电阻R9的另一端相连，其发射极接地，集电极和电阻R6的交点与发射模块的4脚相连，三极管Q1的基极和电阻R4的另一端相连，其发射极和电源+5V相连，集电极和蜂鸣器U11的正端相连，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、开关S1、S8、蜂鸣器U11的另一端接地，电阻R1、R2、R3、R5、R6、R10、R11的另一端和电源+5V相连；在液晶显示器(17)中，接口显示电路U12的C/D、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0、RD、W/R脚脚分别和CPU组(16)内U10(CPU)的38、44、45、46、47、48、49、50、51、8、9相连，1、2、19、CE脚接地，4、20脚分别和电位器R7中间抽头和一端相连，3脚和电位器R7的另一端、电源+5V相连，10脚和电阻R8、电容C7的交点相连，R8的另一端和电源+5V相连，C7的另一端接地。

工作时，图六中串行输出比较器(14)输出的数字编码串行信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等编码信息)、电池电量取样端(15)输出的电池剩余能量信号、图七中深度信号采集器(13)输出的深度信号输入到由U10(CPU)与外围电路组成的CPU组(16)输入端，利用已编入的软件进行数据解码-数据处理送入液晶显示器(17)，液晶显示器(17)将各路信号经液晶显示屏实时地显示出地下钻头俯仰倾角、面向角、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等直观的动态数据及面向角的动态图形显示，同时CPU组(16)将全部信息通过发射模块采用高频无线电波转发给本发明以外的钻机同步显示器。

Claims

1.一种非开挖导航仪系统中的跟踪接收导向器，其特征是：可以接收本发明以外的探测导向发射探头发送的低频调制信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量的数字串行信号调制波，低频载波频率为5KHz-50KHz)的接收调谐回路(1)与可编程放大器(2)互连，可编程放大器(2)将低频调制信号放大后输入与之互连的带通滤波器(3)，带通滤波器(3)将滤去杂波后的低频调制信号送入与之互连的可编程放大器(4)进行再一次编程放大，同时，可编程放大器(2)、(4)的增益由CPU组(16)按技术要求进行自动控制，放大后的低频调制信号经过与之互连的带通滤波器(5)进行再一次滤波后送入与之互连的混频器(7)，和来自正弦波振荡器(6)的振荡波进行超外差式变频，差出的低频调制信号通过与之互连的带通滤波器(8)滤波后分别送入与之互连的串行放大器(9)、深度放大器(10)，深度放大器(10)将低频调制信号放大整流转为直流信号后送入与之互连的深度信号采集器(13)进行深度信号采集，其输出的信号随接收调谐回路(1)和本发明以外的探测导向发射探头的距离改变而改变，采集后的信号输出到与之互连的CPU组(16)输入端进行数据处理，从而达到测量深度的目的；同时串行放大器(9)将放大后的低频调制信号送入与之互连的比较器(11)后，其输出端将处理后的低频调制信号送入与之互连的检波器(12)进行包络检波，检波器(12)的输出端将检波出的数字串行信号(含有导向钻头的面向角、倾角、温度、电池剩余能量等编码信息)送入与之互连的串行输出比较器(14)进行削波降噪整形处理，由其输出端送入与之相连的可以进行数据解码的CPU组(16)的输入端，CPU组(16)将从电池电量取样端(15)、深度信号采集器(13)、串行输出比较器(14)输出的各类信号利用软件转换成相应的地下钻头倾角(以水平面为基准-50度-+50度)、面向角(以地下钻头轴芯为基准0度-360度)、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等状态信号送入与之互连的液晶显示器(17)、液晶显示器(17)将各路信号通过液晶显示屏实时地显示出地下钻头俯仰倾角、面向角、深度、工作温度、本发明以外的探测导向发射探头的电池剩余能量、本发明的电池剩余能量等直观的动态数据及面向角的动态图形显示，数据可视性好、界面美观，同时CPU组(16)将全部信息通过发射模块采用高频无线电波转发给本发明以外的钻机同步显示器；由本发明及本发明以外的地下探测导向发射探头、钻机同步显示器组成可以在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换各种地下管线的非开挖导向仪系统。

2.根据权利要求1所述的非开挖导航仪系统中的跟踪接收导向器，其特征是：所述的CPU组(16)中烧录固化了相应的软件功能程序，该程序包含了初始化程序、数据处理、数据解码、节电模式程序、软件看门狗程序(程序不走飞)，同时编制了能形象地显示地下钻头面向角的实时动态图象软件，数据可视性好、界面美观。

3.根据权利要求1所述的非开挖导航仪系统中的跟踪接收导向器，其特征是：

接收调谐回路(1)的一端接地，另一端和可编程放大器(2)内的二极管D1、D2及精密放大器U1的2脚交点相连；在可编程放大器(2)中，精密放大器U1的3脚与二极管D1、D2的另一端接地，1、8脚分别和电阻R6两端相连，7脚和电容C1、C9与电阻R1的交点相连，4脚和电容C4、C11的交点相连，6脚和数字电位器C15的3脚相连，C1、C4、C9、C11、R11的另一端接地，R1、R2的另一端分别与电源+5V、-5V相连，数字电位器C15的1、2脚分别和CPU组(16)U10(CPU)的13、14脚相连，4、6、7脚接地，8脚和电源+5V相连，5脚接电阻R9，电阻R9的另一端和电阻R11与带通滤波器(3)内集成电路C17的2脚交点相连；在带通滤波器(3)中集成电路C17的3脚和电阻R10相连，4、7脚的交点和电阻Rfz2相连，5、6脚的交点与图三中可编程放大器(4)内精密放大器U2的2脚相连，14脚与Rfz2的另一端相连，8、13脚分别和电阻Rfz1的两端相连，9、10脚分别和电源-9V、+9V相连，R10的另一端接地；

在可编程放大器(4)中，精密放大器U2的2脚接带通滤波器(3)中集成电路C17的5、6脚为低频调制信号输入端，3脚接地，4脚和电容C13、C6、电阻R12的交点相连，7脚和电容C10、C2、电阻R3的交点相连，1、8脚分别和数字电位器C16的3脚及5、6脚相连，6脚和电阻R17相连，R12的另一端和电源-5V相连，电容C2、C6、C10、C13的另一端接地，电阻R3的另一端接电源+5V， R17的另一端和电容C19、C20、电阻R18的交点相连，数字电位器C16的1、2脚分别和CPU组(16)内U10(CPU)的1、15脚相连，4、7脚接地，8脚接电源+5V；在带通滤波器(5)中，集成电路U4的6脚和电容C19、电阻R19、混频器(7)内电容C27的交点相连，2脚和电容C20、电阻R19的交点相连，3脚与R18的另一端接地，4、7脚和电源-5V、+5V相连；在正弦波振荡器(6)中，集成电路U3的2、3、4脚分别和图八中CPU组(16)内U10(CPU)的10、11、12脚相连，9脚和晶振Y1与电容C22一端的交点相连，10脚和晶振Y1另一端与电容C21的交点相连，电容C21、C22的另一端接地，15脚和电位器R20的一端相连，其中间抽头和电容C23、电位器R21交点相连，电位器R21的中间抽头和电容C24、电位器R22的交点相连，电容C23、C24、电位器R22的另一端接地，电位器R22中间抽头接C25，电容C25的另一端和图四中混频器(7)内电容C29的一端相连；

在CPU组(16)中，U10(CPU)的2脚和图六中串行输出比较器(14)内二极管D8的正端相连，13、14、16、15脚分别和可编程放大器(2)、(4)内数字电位器C15、C16的1、2脚相连，18脚和晶振Y1、电容C5的交点相连，9脚和晶振Y1、电容C6的交点相连，20脚和开关S1、电容C、电阻R2的交点相连，28脚和电阻R9的一端相连，25脚和4输入与门U13A的6脚相连，41脚和4输入与门U13A的1脚、开关S2、S5、电阻R3的交点相连，40脚和4输入与门U13A的2脚、开关S3、S6、电阻R11的交点相连，39脚和4输入与门U13A的4脚、开关S4、S7、电阻R5的交点相连，37脚和4输入与门U13A的5脚、开关S8、电阻R10的交点相连，36、35脚分别和开关S2、S3、S4及S5、S6、S7另一端的交点相连，42脚和电阻R4的一端相连，60脚和电容C2、电池电量取样端(15)(BATTERY)的交点相连，61脚和电容C2、图七中电位器R49的中间抽头相连，64脚和电容C1、电阻R1的交点相连，63脚接地，三极管Q2的基极和电阻R9的另一端相连，其发射极接地，集电极和电阻R6的交点与发射模块的4脚相连，三极管Q1的基极和电阻R4的另一端相连，其发射极和电源+5V相连，集电极和蜂鸣器U11的正端相连，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、开关S1、S8、蜂鸣器U11的另一端接地，电阻R1、R2、R3、R5、R6、R10、R11的另一端和电源+5V相连；在液晶显示器(17)中，接口显示电路U12的C/D、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0、RD、W/R脚脚分别和CPU组(16)内U10(CPU)的38、44、45、46、47、48、49、50、51、8、9相连，1、2、19、CE脚接地，4、20脚分别和电位器R7中间抽头和一端相连，3脚和电位器R7的另一端、电源+5V相连，10脚和电阻R8、电容C7的交点相连，R8的另一端和电源+5V相连，C7的另一端接地；

4.根据权利要求1所述的非开挖导航仪系统中的跟踪接收导向器，其特征是：所述的接收调谐回路(1)、可编程放大器(2)、带通滤波器(3)、可编程放大器(4)、带通滤波器(5)、正弦波振荡器(6)、混频器(7)、带通滤波器(8)、串行放大器(9)、深度放大器(10)、比较器(11)、检波器(12)、深度信号采集器(13)、串行输出比较器(14)、电池电量取样端(15)、CPU组(16)、液晶显示器(17)的连接关系也可以根据需要进行前后调换，或进行必要的适当增减。