CN1693924A - 一种地下金属管线走向探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是地下金属管线走向的探测方法，其特征是向地下管线施加一交流信号，在地面上同时用两个线圈分别接收其产生交变磁场的水平分量和垂直分量，经前置放大、陷波、选频放大、整形后得到水平分量相位不变而垂直分量相位随探测位置而变、幅度固定的二个方波信号，水平分量信号一路经整流滤波得到第一方位指示电压，另一路与垂直分量信号相加、整流滤波后得到第二方位指示电压。当地下管线在右边时，第二方位指示电压为第一方位指示电压的二倍；当地下管线在左边时，第二方位指示电压为0；当地下管线在正下方时，二个方位指示电压相等；当探测点附近没有地下金属管线时，二个方位指示电压均为0。优点：指示直观判断准确、操作便捷抗干扰强，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种用于探测地下金属管线走向的探测方法，属于电子测量仪器技术领域。
背景技术
现有地下金属管线走向探测方法一般是采用极大值法或极小值法，具体为用发射机向地下金属管线上施加一交流信号，在管线周围便会产生交变磁场，管线正上方的磁场强度水平分量最大而垂直分量最小。极大值法是在地面上用一个平行于地面且垂直于地下管线的线圈，作天线来测量金属管线产生磁场的场强，线圈上所感应产生的交变电压信号的大小反映了磁场强度水平分量的大小，信号最强的位置就是地下金属管线的正上方，移动扫描中信号最强点的连线就是地下管线的走向；极小值法是在地面上用一个垂直于地面的线圈，作天线来测量金属管线产生磁场的场强，线圈上所感应产生的交变电压信号的大小反映了磁场强度垂直分量的大小，信号最小的位置就是地下金属管线的正上方，移动扫描中信号最小点的连线就是地下管线的走向。
上述两种方法的共同的缺陷在于探测过程当得到一个信号强度数据时，该数据本身并不能判断地下管线的方位，必须不断比较当前位置与刚才位置所接收到的信号强弱，需反复多次才能确定一个最大值或最小值位置点；在距离被测管线较远时因接收的信号较弱，不同位置信号强弱变化不大而较难确定地下管线的方位；不能直观的指示地下管线的方位；需经常调整发射机的发射功率及接收机的增益，以便于读出磁场强度值并与刚才位置的读数比较信号强弱。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种用于探测地下金属管线走向的方法，该方法需用一个发射机及一个接收机，每测一个数据点都可判断出地下金属管线是位于当时位置的右边、左边还是正下方。
本发明的技术解决方案：其特征是它的方法步骤分一、用发射机向地下管线上施加一交流信号，在地面上同时用两个线圈分别接收金属管线产生的交变磁场信号的水平分量和垂直分量，同时经前置放大、50Hz陷波和开关电容选频放大；二、将放大后的信号经整形得到二个方波信号，其中水平分量信号相位不变，垂直分量信号相位随探测位置而变；所述的水平分量信号一路经整流滤波得到第一个地下管线方位指示电压，水平分量信号的另一路与垂直分量信号经加法器相加后经整流滤波得到第二个地下管线方位指示电压；三、当地下管线在探测点的右边时二个磁场分量的相位相同，由于加法器的作用第二个地下管线方位指示电压为第一个地下管线方位指示电压的二倍；四、当地下管线在探测点的左边时二个磁场分量的相位相反，由于加法器的作用使第二个地下管线方位指示电压近似为0；五、当地下管线在探测点的正下方时磁场垂直分量信号的幅值为0，加法器只有一个水平分量信号的输入，故地下管线方位指示输出的两个电压相等；当探测点附近没有地下金属管线时，地下管线方位指示输出的两个电压均为0。
本发明的优点：由于本发明并不测量各位置点的磁场强度，只测量其相位，可将接收机的放大倍数做得足够高而不用担心读数溢出，故不用设置增益控制电路，探测中不用对接收机进行任何操作。本发明与背景技术相比，具有如下优点：指示直观、判断准确、操作便捷、抗干扰能力强，成本低
附图说明
附图1是地下金属管线走向探测装置的结构框图；
附图2地下管线探测仪发射机电路实施例；
附图3是地下管线探测仪接收机信号处理电路实施例；
附图4是方向指示电路实施例。
图中代号的意义：
GD：待测地下管线；
FSJ：发射机；
JSJ：接收机；
L：待测地下管线在发射机所加信号下所产生的磁场
SPXQ：水平线圈；
CZXQ：垂直线圈；
QZFD1、QZFD2；前置放大器；
XBQ1、XBQ2：50Hz陷波器；
XPFD1、XPFD2：开关电容选频放大器；
SZDL：时钟发生器；
ZX1、ZX2：整形电路；
JFQ：加法器；
ZLLB1、ZLLB2：整流滤波电路；
FD1、FD2分别是放大器，FXZS是方向指示器。
u1、u2：分别是第一、第二个地下管线方位指示电压。
具体实施方式
它的方法步骤分一、用发射机向地下管线上施加一交流信号，在地面上同时用两个线圈分别接收金属管线产生的交变磁场信号的水平分量和垂直分量，同时经前置放大、50Hz陷波和开关电容选频放大；二、将放大后的信号经整形得到二个方波信号，其中水平分量信号相位不变，垂直分量信号相位随探测位置而变；所述的水平分量信号一路经整流滤波得到第一个地下管线方位指示电压，水平分量信号的另一路与垂直分量信号经加法器相加后经整流滤波得到第二个地下管线方位指示电压；三、当地下管线在探测点的右边时二个磁场分量的相位相同，由于加法器的作用第二个地下管线方位指示电压为第一个地下管线方位指示电压的二倍；四、当地下管线在探测点的左边时二个磁场分量的相位相反，由于加法器的作用使第二个地下管线方位指示电压近似为0；五、当地下管线在探测点的正下方时磁场垂直分量信号的幅值为0，加法器只有一个水平分量信号的输入，故地下管线方位指示输出的两个电压相等；当探测点附近没有地下金属管线时，地下管线方位指示输出的两个电压均为0。
观察地下管线的二个方位指示电压的大小即可知道地下管线的方位了：若第二地下管线方位指示电压是第一地下管线方位指示电压的二倍，表示地下管线在右边；若第二地下管线方位指示电压与第一地下管线方位指示电压相等，表示地下管线就在正下方；若第一地下管线方位指示电压正常而第二地下管线方位指示电压等于0，表示地下管线在左边；若二个地下管线方位指示电压均为0，表示附近没有地下管线。
对照附图1，所述的待测地下管线GD在发射机FSJ所加信号下所产生的磁场L，分别由水平线圈SPXQ和垂直线圈CZXQ接收其水平分量与垂直分量，其中水平线圈SPXQ与置放大器QZFD1、50Hz陷波器XBQ1、开关电容选频放大器XPFD1、整形电路ZX1、整流滤波电路ZLLB1依次串接，而得到第一路方位指示电压u1，该电压u1与放大器FD1、方向指示器FXZS依次串接；垂直线圈CZXQ与前置放大器QZFD2、50Hz陷波器XBQ2、开关电容选频放大器XPFD2、整形电路ZX2、加法器JFQ、整流滤波电路ZLLB2依次串接，所得到第二路方位指示电压u2，地下管线方位指示电压u2与放大器FD2、方向指示器FXZS的另一输入端依次串接；整形电路ZX1的输出端同时接入加法器JFQ的输入端，时钟发生器SZDL的输出端分别与开关电容选频放大器XPFD2和开关电容选频放大器XPFD1连接。
具体工作过程：发射机FSJ产生一个固定频率的信号，一端加在待测地下管线的地面暴露点上，另一端接地，使待测地下管线产生交变电磁场，接收机SJS的水平线圈SPXQ与垂直线圈CZXQ分别在该电磁场的水平分量与垂直分量的作用下产生相应的交变电压信号，这二路信号各自经前置放大器QZFD1和QZFD2放大、50Hz陷波器XBQ1和XBQ2滤除50Hz干扰信号后进入开关电容选频放大器XPFD1和XOFD2进行选频放大，再由波形整形电路ZX1和ZX2转换成方波信号，水平分量的信号一路经整流滤波电路ZLLB1转换成电压u1输出另一路与垂直分量的信号一起进入加法器JFQ相加，经整流滤波电路ZLLB2电路转换成电压u2后输出；地下管线所产生交变电磁场的水平分量与垂直分量的频率是相同的，而幅值、相位在不同位置是不同的，经一系列的放大、选频及波形整形后就变成了频率、幅值相同而相位随接收机在待测地下管线左右位置不同而变的信号，当接收机在待测地下管线右边时二电压相位相同、在左边时二信号相位相反；当二电压相位相同时加法器的输出信号幅值为其中一路电压的二倍，经整流滤波电路后得到的地下管线方位指示电压u2也是地下管线方位指示电压u1的二倍，当二电压相位相反时，加法器的二个输入相抵消了，其输出变为0，地下管线方位指示电压u2也为0；即接收机在待测地下管线的右边时，电压u2是电压u1的二倍；接收机在待测地下管线的左边时，电压u2为零、电压u1正常。当接收机在待测地下管线的正上方时，磁场垂直分量的幅值为0，垂直分量信号整形电路ZX2的输出亦为0，加法器JFQ只有一个水平分量的输入，其输出就是水平分量的信号，经整流滤波电路后得到的地下管线方位指示电压u2即与地下管线方位指示电压u1相等；当探测点附近没有地下金属管线时，接收机SJS的水平线圈SPXQ与垂直线圈CZXQ上所接收到的信号均为0，故地下管线方位指示电压u1、u2也为0。
经过上述电路，只要观察地下管线方位指示电压u1、u2的大小即可知道地下管线的方位了：若地下管线方位指示电压u2是地下管线方位指示电压u1的二倍，表示地下管线在右边；若地下管线方位指示电压u1与地下管线方位指示电压u2相等，表示地下管线就在正下方；若地下管线方位指示电压u1正常而地下管线方位指示电压u2等于0，表示地下管线在左边；若地下管线方位指示电压u1、u2均为0，表示附近没有地下管线。
对照图2，电容C30、C31、电阻R50、石英振荡晶体X2、振荡分频集成电路U12组成振荡分频电路，电容C30、C31选用20pf，电阻R5为22MΩ，石英振荡晶体X2的工作频率为38KHz，U12选用CD4060，此电路在第10脚11脚间产生38KHz的方波信号，经32分频后在第5脚得到频率为1187.5Hz
的方波输出；D触发器U13将该脉冲2分频后在其第1脚与第2脚上分别输出相位相反的二个脉冲，通过电阻R51、R52使输出电路中的功率放大管Q1、Q2工作在轮流导通的状态中，经变压器B升压后输出频率为593.75Hz的交变信号；电路中D触发器U13可选用CD4013，电阻R51、R52为4.7KΩ，大功率场效应管Q1、Q2可选用RIF450，变压器B的额定功率为30W、初级电压为12V×2、次级电压为64V，振荡分频集成电路U12、D触发器U13集成电路的电源电压为5V，功率放大级的电源电压为12V。
对照图3，上部为水平分量检测放大部分的电路，中部为垂直分量检测放大部分，左下角为时钟电路。先看水平分量部分，接收机水平线圈SPXQ，是在Φ12×70的骨架上用Φ0.1mm的漆包线绕2500匝、中间穿Φ10×100mm的铁氧体磁棒而成，与电容C1组成并联谐振回路，其谐振频率与发射机的工作频率相同，为593.75Hz，电容C1为0.22uF的CBB电容；运算放大器U1与电阻R1、R2、电容C2组成前置放大器，电阻R1为10KΩ、电阻R2为510Ω，电容C2为4700PF，此时前置放大器的放大倍数约为20倍；电阻R3、R4、R5、电容C3、C4、C5及运算放大器U2组成“双T型50Hz陷波器”，R3、R4为14.4K、电阻R5为7.2K，电容C3、C4为0.22uF，C5为0.47uF；电容C6、C7、电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、及开关电容滤波专用集成电路U3组成一个四阶开关电容带通滤波器，其带通中心频率为所加时钟频率的1/100，本实施例的时钟频率为59375Hz，故带通中心频率为593.75Hz，电容C6为0.47uF，电阻R6、R9为10KΩ，电阻R7、R11为5.1KΩ，电阻R8、R10为100KΩ，电阻R12为4.7KΩ，电容C7为0.047uF，开关电容滤波专用集成电路U3，型号MF10，选用以上参数时该滤波器的中心频率放大倍数约为100倍，Q值大于50；运算放大器U4与电阻R13、R14组成波型整形电路，电阻R13为10KΩ、R14为330Ω，经过前面各级电路的放大及小型整形电路后，只要地下管线所产生的交变磁场号强度不是非常小，其输出都统一变成±5V的方波信号；开关二极管D1、电阻R17、R18、电容C8组成整流滤波电路，而运算放大器U5与电阻R15、R16是为了与垂直分量电路中的加法器相平衡而设置的，电阻R15为24KΩ，电阻R16为12KΩ，故此电路的增益为0.5倍，信号经过此电路后会降低一半幅度，为±2.5V。垂直分量的电路大部分与水平分量部分的电路基本相同，不同点只有二处，一是接收线圈CZXQ改为垂直放置，二是在整流滤波以前有一个加法器，加法器由运算放大器U10、电阻R35、R36、R39组成，电阻R35、R39均为24KΩ、电阻R36为12KΩ，该加法器的增益为0.5，因二个输入信号的幅度相同，相位可能为同相也可能为反相，故在只有一路输入时，加法器输出信号的幅度为输入的一半，即±2.5V，若有二个相位相同的输入，则加法器输出信号的幅度为±5V，若有二个相位相反的输入，则加法器输出信号的幅度为0V；时钟电路由电容C17、C18、电阻R40、石英振荡晶体X1、振荡分频集成电路U11组成，电容C17、C18为20PF，电阻R40为22MΩ，石英振荡晶体X1的工作频率为1.9MHz，U11选用CD4060，此电路在第10脚11脚间产生1.9MHz的方波信号，经32分频后在第5脚得到频率为59375Hz的方波输出，作开关电容滤选频放大器U3、U8的时钟信号。实施例中的运算放大器均可选用通用运算放大器，如LM741等。电路的工作电源电压为±5V。
水平线圈SPXQ与谐振电容C1共同组成交变磁场的水平分量接收回路，并对发射机所发送的频率为593.75Hz的信号有最大的响应，将地下金属管线所产生交变磁场的水平分量转换成交流电压信号，经前置放大器放大，在运算放大器U1的输出端得到约为放大20倍后的信号；再经过“双T型50Hz陷波器”滤除50Hz的工频干扰，进入开关电容选频放大器对593.75Hz的信号放大100倍，再由波型整形电路转换成幅度为±5V的方波信号，一路送加法器，另一路经运算放大器U5后幅度降低一半，为±2.5V再经整流滤波电路后得到约1V的信号，即电压u1；若地下管线所产生交变磁场强度非常小，经过以上电路的放大仍达不到整形电路的阀值，则电压u1为0V。交变磁场的垂直分量的接收过程与水平分量接部分类似，在经过波型整形电路后得到幅度为±5V的方波信号，并与水平分量的信号一起进入加法器，因二个输入信号的幅度相同，相位可能为同相也可能为反相，加法器输出信号的幅度视地下管线所产生交变磁场的水平分量与垂直分量之间的相位而变化：若二个信号相位相同(地下管线在右边)，加法器输出信号的幅度为±5V，经整流滤波电路后得到的电压u2为2V的信号，若二个信号相位相反(地下管线在左边)，则加法器输出信号的幅度为0V，电压u2亦为0V，若垂直分量的信号近似为0(地下管线处于正下方)，则加法器输出信号的幅度为±2.5V，经整流滤波电路后得到的电压u2为1V的信号。
对照图4，接收机得到“向右”的输出时电压u1为1V、电压u2为2V，得到“向左”的输出时电压u1为1V、电压u2为0V，二电压差均为1V，不足以直接驱动发光二极度管发光，故需加放大电路才能用发光二极管作指示元件。图4为一个较简单的方向指示电路，电阻R61、R62、R63、R64、R65、、R66、电容C41、运算放大器U14组成电压u1的放大、电平移动电路；电阻R67、R68、R69、R70、R71、R72、电容C42、运算放大器U15组成电压u2的放大、电平移动电路，发光二极管LED1为向右指示；发光二极管LED2为向左指示，R73为限流电阻；该电路能将电压u1、u2先减去1V再放大4倍，而使电压u1为1V时运算放大器U14输出为0V、电压u1为0V时运算放大器U14输出-4V，电压u2为2V、1V、0V时运算放大器U15的输出对应为4V、0V、-4V，使得接收机在得到“向右”、或“向左”的输出时，运算放大器U14、U15的输出端间有4V的电压差，得以驱动发光二极管LED1、LED2发光指示。“向右”时运算放大器U15输出为4V，U14的输出为0V，发光二极管LED1发光；“向左”时运算放大器U15输出为-4V，U14的输出为0V，发光二极管LED2发光；该电路中的电阻R61、R63、R67、R69可选100K，R62、R64、R68、R70可390K，R65、R71可选1K，R66、R72可选3.9K，电阻R73可选470，运算放大器U14、U15可选型号：LM741等。
Claims (1)
1、一种地下金属管线走向探测方法，其特征是它的方法步骤分一、用发射机向地下管线上施加一交流信号，在地面上同时用两个线圈分别接收金属管线产生的交变磁场信号的水平分量和垂直分量，同时经前置放大、50Hz陷波和开关电容选频放大；二、将放大后的信号经整形得到二个方波信号，其中水平分量信号相位不变，垂直分量信号相位随探测位置而变；所述的水平分量信号一路经整流滤波得到第一个地下管线方位指示电压，水平分量信号的另一路与垂直分量信号经加法器相加后经整流滤波得到第二个地下管线方位指示电压；三、当地下管线在探测点的右边时二个磁场分量的相位相同，由于加法器的作用第二个地下管线方位指示电压为第一个地下管线方位指示电压的二倍；四、当地下管线在探测点的左边时二个磁场分量的相位相反，由于加法器的作用使第二个地下管线方位指示电压近似为0；五、当地下管线在探测点的正下方时磁场垂直分量信号的幅值为0，加法器只有一个水平分量信号的输入，故地下管线方位指示输出的两个电压相等；当探测点附近没有地下金属管线时，地下管线方位指示输出的两个电压均为0。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20070131 |