CN207440306U - 一种深埋废弃井探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种深埋废弃井探测装置，包括磁化线圈以及安装在一个背架上的姿态测量模块、矢量数据检测模块和主机。在背架顶部水平方向安装两个高精度GPS。矢量传感器模块安装在支杆底端，尽量靠近地面，传感器支杆与背架间采用万向节连接，保持背架移动时，传感器支杆始终竖直向下。数据采集系统使用计算机，通过电缆与GPS和矢量传感器连接，控制并接收GPS和矢量传感器数据，实时显示、分析；磁化线圈通电后能够发射固定频率的脉冲电压，产生人工磁场，使金属体充分磁化。与现有技术相比，本实用新型能够实现整个测区平面的全面检测，克服现有技术重复工作和遗漏的弊端，大大提高了探测效率以及精度，减少了误检和漏检情况的发生；同时人工磁场的设定解决了深埋废弃井探测准确率较低的缺陷。

Description

一种深埋废弃井探测装置

技术领域

本实用新型涉及废弃井检测领域，更特别地涉及一种深埋废弃井探测装置。

背景技术

基于GPS的实时定位技术的研究起于20世纪90年代后期，国外部分公司的产品已进入了商业化，如Ashtech 3DF系统、Trimble公司的TANS VECTOR、JAVAD公司的JNSGyro系统等，决定载体姿态精度的因素主要是GPS天线配置、接收机模式、多路径影响。国内东南大学、国家GPS工程中心、武汉大学等科研院所在GPS姿态测量技术方面也取得了一些科研与应用成果。目前相关应用仅仅限于对于实时位置捕捉（国内有应用于驾考车辆的成功案例），在检测传感器与定位传感器相结合的检测探测领域未见应用。

磁法（自然磁化检测）已成功应用于深埋管线的探测。见诸于文献中方法应用都是进行水平金属体或块状金属体探测，探测竖直圆柱体（如废弃井）的案例较少。探测深度与物体的规模有关。

目前面临的问题：

1、上述方法设备均无GPS定位功能，需另外的GPS设备辅助定位，工作效率低；扫查是在较大的区域内盲测，准确性与测点距及线距有关，上述方法设备顶多只能实现测线数据的实时显示，无整个测区平面显示的功能，需后处理，容易造成重复工作和遗漏。管道与废弃井空间位置不同，简单应用管道检测技术探测废弃井，探测效果差，误检和漏检情况严重。

2、磁性体周围存在着磁场，铁磁性物体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。这种畸变一般称为地磁异常。测量地磁异常以确定铁磁性管道、构筑物以及“废弃井”井口等检测对象存在的空间位置和几何形状。对于存在金属构筑物的位置，重点在于分辨出金属构筑物和“废弃井”井口的不同特征。

3、通过前期的工作，对于深埋废弃井（大于2米），由于井口尺寸相对较小，地表信号较弱，难以通过现有技术发现废弃井的异常信号位置；因此往往需要在整个探测区域内大量重复测试，以消除环境干扰。然而即使反复测量，现场实际效果任然不理想，特别是埋深3米以上的废弃井其异常信号强度已经和背景信号处于同一数量级，现场难以探测识别。根据2016年废弃井探测开挖情况分析，全油田废弃井约有20%的埋深大于2米，约10%的埋深大于或等于3米，深埋废弃井的探测难题已成为废弃井探测准确率难以提高的主要问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种深埋废弃井探测装置，其能够实现更全面的废弃井扫查工作，解决现有检测容易造成重复工作和遗漏以的弊端，同时通过设定人工磁场，解决了深埋废弃井探测准确率较低的缺陷。

本实用新型首先提供一种深埋废弃井探测装置，包括：

磁化线圈，所述磁化线圈用于发射固定频率的脉冲电压，产生人工磁场，其包括GPS模块、时控开关电源和导线，所述导线为一匝或者多匝重叠的导线；

背架式探测器，所述背架式探测器包括安装在同一背架上的姿态测量模块、矢量数据检测模块、主机，其中：

姿态测量模块，用于实时获得所述背架式探测器所处位置的姿态信息，所述姿态信息包括GPS坐标、高度以及方向角，其包括在背架顶部水平方向上间隔安装的两个GPS天线，所述两个GPS天线分别与GPS数据处理系统连接，所述GPS数据处理系统上设有通讯接口；

矢量数据检测模块，用于实时获得所述背架式探测器所处位置的矢量数据，其包括通过万向节垂直安装在背架上的传感器支杆以及安装在传感器支杆底端的矢量传感器，所述矢量传感器与数据采集芯片连接，所述数据采集芯片上设有通讯接口；

主机，用于实现任务布置、导航定位、规划扫查路径及显示行进航迹，并能够实现探测数据实时处理显示，其包括通讯接口和人机对话模块；

所述姿态测量模块、矢量数据检测模块分别通过通讯接口与主机连接。

进一步的，所述的磁化线圈为方形，线圈边长等于或稍大于测区边长。

进一步的，所述磁化线圈为边长10米的正方形单匝线圈，并通以10A的电流发射固定频率的脉冲电压，通断时间大于1秒。

进一步的，所述两个GPS天线定位坐标误差≤1厘米。

进一步的，所述两个GPS天线之间的水平距离大于0.6米。

进一步的，所述两个GPS天线包括一个定位GPS天线和一个定向GPS天线。

进一步的，所述的矢量传感器为三分量磁通门磁力计。

接着，给出应用上述背架式探测器的扫查方法，包括如下步骤：

（1）将已知废弃井的大致坐标位置导入人机对话模块，形成工作任务；

（2）利用人机对话模块的导航定位功能导航至某一测位；

（3）利用人机对话模块的测区规划功能显示测区范围和扫查路径；

（4）按扫查路径行进，保持背架移动时，传感器支杆始终竖直向下；人机对话模块自动存储记录三分量磁场值和姿态信息；在规定的检测范围内，检测过程中，通过获得的实时坐标位置显示已经检测区域，未检测区域与已经检测区域用不同的标记标识，最终实现规定范围内的全覆盖检测；

（5）当前测区扫查完成后，人机对话模块根据各测点的姿态信息对三分量磁场值进行角度校正，使各测点的三分量磁场值方向一致；

（6）使用校正后的磁场值绘制等值线图，判断废弃井口的准确位置。

优选的，所述测区范围为方形，边长大于10米；扫查路径为“几”字形，线间距小于50厘米。

优选的，系统采用其中一个GPS输出的坐标实时确定检测位置及时间，两个实时坐标之间的检测数据通过内插获得检测点坐标及时间。

优选的，行进时所述传感器支杆在竖直方向摆动幅度≤1°。

优选的，行进速度≤1.5米/秒，在保证测点间距不大于0.1米的要求下，检测的矢量数据采样率不得小于15组/秒；

优选的，获得的水平分量的数据经过航向角校正，与垂直分量重新组合为校正后的矢量数据，使用一个单分量、二个单分量的合成矢量或者总矢量分析异常，识别“废弃井”井口的水平位置。

本实用新型的姿态测量模块、矢量数据检测模块和主机安装在一个背架上。在背架顶部水平方向安装两个高精度GPS。矢量传感器模块安装在支杆底端，尽量靠近地面，传感器支杆与背架间采用万向节连接，保持背架移动时，传感器支杆始终竖直向下。数据采集系统使用计算机，通过电缆与GPS和矢量传感器连接，控制并接收GPS和矢量传感器数据，实时显示、分析；磁化线圈通电后能够发射固定频率的脉冲电压，产生人工磁场，使金属体充分磁化。与现有技术相比，本实用新型能够实现整个测区平面的全面检测，克服现有技术重复工作和遗漏的弊端，大大提高了探测效率以及精度，减少了误检和漏检情况的发生；同时人工磁场的设定解决了深埋废弃井探测准确率较低的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型中背架式探测器的原理架构图；

图2是本实用新型中的GPS天线以及矢量传感器在背架上的安装示意图；

图3是测区范围和扫查路径示意图。

图4是磁化线圈的结构示意图；

图中：1、背架，2、定位GPS天线，3、定向GPS天线，4、万向节，5、矢量传感器支杆，6、矢量传感器。

具体实施方式

下面通过具体的实例对本实用新型进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本实用新型，并非对本实用新型的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本实用新型的保护范围局限于此。

实施例1

参见图1-2，一种背架式探测器，其包括安装在同一背架上的姿态测量模块、矢量数据检测模块和主机，其中：

姿态测量模块，用于实时获得所述扫查系统所处位置的姿态信息，姿态信息包括GPS坐标、高度以及方向角，其包括在背架1顶部水平方向上间隔安装的两个GPS天线（即定位GPS天线2和定向GPS天线3），两个GPS天线分别与GPS数据处理系统连接，GPS数据处理系统上设有通讯接口；姿态测量模块使用现有北斗等GPS系统，精度达到厘米级。

矢量数据检测模块，用于实时获得所述扫查系统所处位置的矢量数据，其包括通过万向节4垂直安装在背架1上的的传感器支杆5以及安装在传感器支杆5底端的矢量传感器6，矢量传感器6与数据采集芯片连接，数据采集芯片上设有通讯接口。

主机，用于实现任务布置、导航定位、规划扫查路径及显示行进航迹，并能够实现探测数据实时处理显示，其包括通讯接口和人机对话模块。

姿态测量模块、矢量数据检测模块分别通过通讯接口与主机连接。

实施例2

参见图1-2，一种背架式探测器，在实施例1的基础上，进一步优选：两个GPS定位坐标误差≤1厘米，为了达到航向角≤1°的精度，根据公式：，要求两个GPS在水平方向的长度≥0.6米；矢量传感器选择为三分量磁通门磁力计，矢量传感器数据精度需要根据所选用的物理量在废弃井上的理论异常确定。

实施例3

一种应用实施例1或2中背架式探测器的探测方法，包括如下步骤：

（1）将已知废弃井的大致坐标位置导入人机对话模块，形成工作任务；

（2）利用人机对话模块的导航定位功能导航至某一测位；

（3）利用人机对话模块的测区规划功能显示测区范围和扫查路径；

（4）按扫查路径行进，保持背架移动时，传感器支杆始终竖直向下，传感器支杆在竖直方向摆动幅度≤1°；行进速度≤1.5米/秒，在保证测点间距不大于0.1米的要求下，检测的矢量数据采样率不得小于15组/秒，人机对话模块自动存储记录三分量磁场值和姿态信息；在规定的检测范围内，检测过程中，通过获得的实时坐标位置显示已经检测区域，未检测区域与已经检测区域用不同的标记标识，最终实现规定范围内的全覆盖检测；

（5）当前测区扫查完成后，人机对话模块根据各测点的姿态信息对三分量磁场值进行角度校正，使各测点的三分量磁场值方向一致；

（6）使用校正后的磁场值绘制等值线图，判断废弃井口的准确位置。

实施例4

一种应用实施例1-2中背架式探测器的探测方法，包括如下步骤：在实施例3的基础上，进一步优选为：参见图3，测区范围为方形，边长大于10米；扫查路径为“几”字形，线间距小于50厘米。获得的水平分量的数据经过航向角校正，与垂直分量重新组合为校正后的矢量数据，使用一个单分量、二个单分量的合成矢量或者总矢量分析异常，识别“废弃井”井口的水平位置。

实施例5

参见图4，一种磁化线圈，磁化线圈由GPS模块、时控开关电源和导线组成。GPS模块用于高精度授时，时控开关电源用于发送固定频率的脉冲电压，导线用于产生磁场。

深埋废弃井探测按下述步骤实施：

（1）根据测区范围将导线按正方形铺设，线圈边长等于或稍大于测区边长，可多匝重叠铺设，形成磁化线圈。根据理论计算，边长为10米的正方形单匝线圈，通以10A的电流，在中心位置地下5米处产生427nT的磁场。

（2）根据探测目标发射固定频率的脉冲电压，产生人工磁场，初步设定通断时间大于1秒，使金属体充分磁化。

（3）使用磁力计按全面扫查步骤测量整个测区，每个测点按设定的时间门接收线圈通电后某一时刻和断电后某一时刻的磁场值。

（4）将通电磁场值和断电磁场值以及通断磁场差值分别绘制等值线图，判断废弃井的位置。

实施例6

一种深埋废弃井探测装置，其包括实施例1或2中的背架式探测器以及实施例5中的磁力线圈；使用时使用磁力线圈将测区包围起来，并通电产生人工磁场，将金属体充分磁化；然后使用按照背架式探测器上述实施例3或4中的探测方法对整个测区进行全面探测，并记录磁场值。根据各测点的姿态信息对三分量磁场值进行角度校正，使各测点的三分量磁场值方向一致；然后将通电磁场值和断电磁场值以及通断磁场差值分别绘制等值线图，判断废弃井的位置。

以上所述，仅是本实用新型的典型实施例，本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本实用新型加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本实用新型的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种深埋废弃井探测装置，其特征在于，包括：

磁化线圈，所述磁化线圈用于发射固定频率的脉冲电压，产生人工磁场，其包括GPS模块、时控开关电源和导线，所述导线为一匝或者多匝重叠的导线；

背架式探测器，所述背架式探测器包括安装在同一背架上的姿态测量模块、矢量数据检测模块、主机，其中：

姿态测量模块，用于实时获得所述背架式探测器所处位置的姿态信息，所述姿态信息包括GPS坐标、高度以及方向角，其包括在背架顶部水平方向上间隔安装的两个GPS天线，所述两个GPS天线分别与GPS数据处理系统连接，所述GPS数据处理系统上设有通讯接口；

矢量数据检测模块，用于实时获得所述背架式探测器所处位置的矢量数据，其包括通过万向节垂直安装在背架上的传感器支杆以及安装在传感器支杆底端的矢量传感器，所述矢量传感器与数据采集芯片连接，所述数据采集芯片上设有通讯接口；

主机，用于实现任务布置、导航定位、规划扫查路径及显示行进航迹，并能够实现探测数据实时处理显示，其包括通讯接口和人机对话模块；

所述姿态测量模块、矢量数据检测模块分别通过通讯接口与主机连接。

2.根据权利要求1所述的深埋废弃井探测装置，其特征在于，所述的磁化线圈为方形，线圈边长等于或稍大于测区边长。

3.根据权利要求1所述的深埋废弃井探测装置，其特征在于，所述磁化线圈为边长10米的正方形单匝线圈，并通以10A的电流发射固定频率的脉冲电压，通断时间大于1秒。

4.根据权利要求1所述的深埋废弃井探测装置，其特征在于，所述两个GPS天线定位坐标误差≤1厘米。

5.根据权利要求1所述的深埋废弃井探测装置，其特征在于，所述两个GPS天线之间的水平距离大于0.6米。

6.根据权利要求1所述的深埋废弃井探测装置，其特征在于，所述两个GPS天线包括一个定位GPS天线和一个定向GPS天线。

7.根据权利要求1所述的深埋废弃井探测装置，其特征在于，所述的矢量传感器为三分量磁通门磁力计。