CN208860976U - 电子探测无源标识器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子探测无源标识器系统，其包括外壳构件单元、天线单元、电容单元和芯片构件单元，所述天线单元、电容单元和芯片构件单元密封设置在所述外壳构件单元内，所述天线单元与所述电容单元电路并联连接，所述天线单元的两端分别与所述芯片构件单元的两个天线引脚相连，所述外壳构件单元的材质为聚乙烯。其目的是为了提供一种电子探测无源标识器系统，其不用定制特殊的无源芯片，即可实现3米埋深管道探测，极大的降低了标识器芯片成本，可操作性强，精度高。

Description

电子探测无源标识器系统

技术领域

本实用新型涉及地下定位监测领域，特别是涉及地下不同深度非常微弱的电子探测系统。

背景技术

近年来，随着我国城市的快速扩张，地下管道的长度和埋深增长迅速，布局交织复杂，管道的定位和探测日益困难，智慧城市中地下管道管理中暴露出的问题日益严重，尤其是管道定位问题，受到社会各界的广泛关注。由于地下电子标识器是不连接电源的设备，其探测的距离受到实际环境的影响，目前国内技术最深达到1.5米，国际最深达到2.4米。其中燃气管道是城市地下管道中分布最广和数量最多的管道之一，其CO也是爆炸燃烧过程中生成的重要燃气之一，一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而排挤血红蛋白与氧气的结合，从而出现缺氧。研发新的探测定位系统能解决目前北京燃气集团在用的地下燃气管道电子信息标识器(信息球)最大埋深不超过1.5m，一般埋深在1m左右，不能满足实际管道埋深的需要；解决国外进口的信息球成本费用较高和需求量大的问题；解决由于外界信号干扰、施工等原因，进口信息球的实际应用效果不佳；解决采用进口的信息球存在信息泄露、安全风险隐患等问题；解决当前采用商品通用的无源芯片探测深度不够的问题，解决当前对于2.4米探测深度需要定制特殊的无源芯片问题，极大的降低了标识器成本。而无源标识器天线是决定探测深度的核心技术之一。因此，对地下燃气管道的地下定位无源标识器的天线研究显得非常重要。

传统的地下管道探测无源标识器系统存在如下问题：1.探测深度理论为2.4米，实际探测深度只能达到2米，不能实现3米的探测需求。2.采用的导线为独股耐高温导线，价格昂贵且阻值大能耗大，天线品质因数小。3.维护维修不方便。4.采用定制的无源标识器芯片，造价达百万元人民币，成本高昂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电子探测无源标识器系统，其不用定制特殊的无源芯片，即可实现3米埋深管道探测，极大的降低了标识器芯片成本，可操作性强，精度高。

本实用新型电子探测无源标识器系统，包括外壳构件单元、天线单元、电容单元和芯片构件单元，所述天线单元、电容单元和芯片构件单元密封设置在所述外壳构件单元内，所述天线单元与所述电容单元电路并联连接，所述天线单元的两端分别与所述芯片构件单元的两个天线引脚相连，所述外壳构件单元的材质为聚乙烯。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述外壳构件单元包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳的内侧面设有至少两个沿着第一外壳中心周向布置的凸起，所述天线单元缠绕在所述凸起的外端处，所述电容单元和所述芯片构件单元设置在相邻两个凸起之间，所述第二外壳覆盖在所述第一外壳的内侧面上，所述第一外壳和第二外壳的外边缘处通过密封材质浇灌连接。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述第一外壳和第二外壳均为圆形，所述第一外壳上的凸起为条形凸起，每个所述条形凸起均沿所述第一外壳的径向布置。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述天线单元采用多股细线经耐高温外皮包装制成。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述细线的股数为19股，每根所述细线的直径为0.16㎜。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述天线单元绕制成圆形，所述天线单元的内径和外径分别为30㎝和36㎝，所述天线单元的匝数为70匝。

本实用新型电子探测无源标识器系统与现有技术不同之处在于本实用新型中的天线单元、电容单元和芯片构件单元均密封设置在外壳构件单元内，天线单元与电容单元并联连接，天线单元的两端分别与芯片构件单元的两个天线引脚相连，提高了现有的地下管道无源标识器的探测距离，可探测埋深3米的地下管道；满足廉价且通用的商品无源芯片电压需求，不用定制特殊的无源芯片，极大幅度的降低了成本，提高了标识器的通用性。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型电子探测无源标识器系统的结构框图；

图2为本实用新型中第一外壳的结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为本实用新型中第一外壳和第二外壳相互结合的示意图；

图5为本实用新型中天线单元的结构示意图；

图6为本实用新型中天线单元与电容单元和芯片构件单元连接原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型电子探测无源标识器系统包括外壳构件单元、天线单元3、电容单元和芯片构件单元，所述天线单元3、电容单元和芯片构件单元密封设置在所述外壳构件单元内。如图6所示，所述天线单元3与所述电容单元电路并联连接，所述天线单元3的两端分别与所述芯片构件单元的两个天线引脚相连，所述外壳构件单元的材质为聚乙烯。

如图2所示，并结合图3、4所示，本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述外壳构件单元包括第一外壳1和第二外壳，所述第一外壳1的内侧面设有至少两个沿着第一外壳1中心周向布置的凸起2，所述天线单元3缠绕在所述凸起2的外端处，所述电容单元和所述芯片构件单元设置在相邻两个凸起2之间，所述第二外壳覆盖在所述第一外壳1的内侧面上，所述第一外壳1和第二外壳的外边缘处通过密封材质浇灌连接。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述第一外壳1和第二外壳均为圆形，所述第一外壳1上的凸起2为条形凸起，每个所述条形凸起均沿所述第一外壳1的径向布置。

在本实施例中，第一外壳1的内侧面上设有凸起2，在第一外壳1的外侧面上有与凸起2一一对应的凹槽。

如图5所示，本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述天线单元3采用多股细线经耐高温外皮包装制成。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述细线的股数为19股，每根所述细线的直径为0.16㎜。

本实用新型电子探测无源标识器系统，其中所述天线单元3绕制成圆形，所述天线单元3的内径和外径分别为30㎝和36㎝，所述天线单元3的匝数为70匝。

外壳构件单元采用PE聚乙烯耐腐蚀材料。外壳构件单元对天线单元3、电容单元和芯片构件单元起到隔离外部高湿高压及土壤的复杂环境，保护了天线处于谐振的磁场最高耦合强度，提高了能量和信号的传输效率。

天线单元3通过磁场耦合产生感应电压为其他器件提供电源，并将标识器系统的信号通过天线磁场耦合发送回地面进而实现3米探测定位。

本实用新型与目前各类地下定位标识器相比，提高了现有的地下管道无源标识器的探测距离，可探测埋深3米的地下管道；采用耐高温多股导线；降低了天线的电阻值，降低了能耗；提高了天线的品质因数。满足3米内多种深度测量要求。满足廉价且通用的商品无源芯片电压需求，不用定制特殊的无源芯片，极大幅度的降低了成本。提高了标识器的通用性。

本实用新型所用的外壳构件单元为加强型外壳，采用聚乙烯(PE)材料密封制备。耐潮湿耐腐蚀土壤，密封外壳起强化、加固和隔离土壤环境的作用。外壳构件单元采用圆型结构，周边用于放置天线，第一外壳1内侧面上的凸起2确保外壳内不中空，可提高抗土壤的承重要求。外壳的尺寸为：高度为3㎝，直径为38㎝。壳体外有用来固定的两个接口。壳体有供天线进出的端口，当天线和其他单元放入后，再进行密封。

天线导线采用多股铜线，股数为19，每根细股铜导线线直径为0.16㎜。天线采用非紧密圆型绕制，匝数为70匝，高度为2㎝。天线优化设计重要参数是电感和品质因数，随着匝数的提高，电感值和品质因数也随之提高。但当电感达到一定程度的时候，随着匝数增大，电感值增大，但品质因数会下降。随着品质因数的下降，天线耦合电压会呈倍数级下降，这对探测地下3米非常微弱的信号是致命的，因此确定最佳匝数、面积和最佳电感量十分关键。经过本实用新型的反复计算和实验，最终确定了天线内直径33㎝，外直径36㎝，匝数70匝，线圈高度2㎝。探测深度可以实现0.6米、1.5米、1.8米、3米。

如图6所示(图中英文单词Chip表示芯片)，与天线相连的两个电容满足谐振频率要求，即在谐振频率为70-150kHz时天线的感抗等于电容的容抗，这样其谐振电压能够为峰值不大于7V的芯片提供持续电源，并将信号耦合回地面，实现地下3米的微弱信号的探测和定位。天线和电容构成谐振电路，为芯片提供电压，并将芯片内部的信号耦合到地面，实现探测和定位功能。本实用新型采用通用的商用芯片，替代了定制的特定芯片，节省了百万资金，大幅降低了成本。

本实用新型的优点如下：(1)突破了定制无源芯片的局限，采用商用的通用芯片可实现探测定位功能。(2)突破了当前最深的无源标识器探测地下管道的距离，探测深度可以实现0.6米、1.5米、1.8米、3米。(3)极大的降低了标识器的研发成本。(4)引领国际前沿。(5)采用多股导线，降低天线的电阻值，提高了天线的品质因数。(6)实现土壤不同深度的标识器系统方案简单、容易制备，成本低廉、灵活方便等特点。

本实用新型的标识器系统集于一个聚氯乙烯PE材料制成的密封圆型壳体内。壳体外有两个与管道相连的连接孔，用来固定标识器。该标识器系统分为外壳和内部电路两大部分，两部分功能不同，但相辅相成。

本实用新型以突破当前探测地下管道深度和突破传统探测需要定制无源芯片的特殊要求的限制，实现3米及以内的探测定位，集外壳优化、天线材质选择、尺寸优化设计、电容优化设计和芯片选择为一体，同时还协调电容与芯片内部电路和天线的阻抗匹配问题。

外壳构件单元保护天线等单元在地下复杂环境中的正常工作，不受环境的影响。外壳构件单元的材质采用聚氯乙烯PE材料，耐3米各种土壤的重压、腐蚀和湿度及水的浸泡，耐受寿命可达50年。外壳的尺寸为：高度为2㎝，直径为38㎝。壳体外有与管道连接用作固定外壳的两个接口。壳体有供天线进出的端口，当天线和其他单元放入后，再进行密封。

电容单元与芯片内部的电路紧密相关，使得电容总容抗与天线的电感相等，使天线处于谐振态，提高了天线的耦合电压，以供芯片工作需要的电能，该电容单元采用高频低能耗值电容。

芯片单元突破了原有的特殊定制芯片的局限和高额费用，采用普通的商用芯片实现探测定位功能，极大的降低了芯片成本。

本实用新型中的天线单元3、电容单元和芯片构件单元均密封设置在外壳构件单元内，天线单元3与电容单元并联连接，天线单元3的两端分别与芯片构件单元的两个天线引脚相连，提高了现有的地下管道无源标识器的探测距离，可探测埋深3米的地下管道；满足廉价且通用的商品无源芯片电压需求，不用定制特殊的无源芯片，极大幅度的降低了成本，提高了标识器的通用性。

本实用新型优化设计并实现了天线的匝数、面积、导线选型和线间排布距离，提高了天线的品质因数，增大了天线耦合电压。使得采用普通的商用无源标识器芯片可实现3米埋深管道探测。不用定制特殊的无源芯片，极大的降低了标识器芯片成本。该天线成本低廉，可操作性强，精度高。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电子探测无源标识器系统，其特征在于：包括外壳构件单元、天线单元、电容单元和芯片构件单元，所述天线单元、电容单元和芯片构件单元密封设置在所述外壳构件单元内，所述天线单元与所述电容单元电路并联连接，所述天线单元的两端分别与所述芯片构件单元的两个天线引脚相连，所述外壳构件单元的材质为聚乙烯。

2.根据权利要求1所述的电子探测无源标识器系统，其特征在于：所述外壳构件单元包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳的内侧面设有至少两个沿着第一外壳中心周向布置的凸起，所述天线单元缠绕在所述凸起的外端处，所述电容单元和所述芯片构件单元设置在相邻两个凸起之间，所述第二外壳覆盖在所述第一外壳的内侧面上，所述第一外壳和第二外壳的外边缘处通过密封材质浇灌连接。

3.根据权利要求2所述的电子探测无源标识器系统，其特征在于：所述第一外壳和第二外壳均为圆形，所述第一外壳上的凸起为条形凸起，每个所述条形凸起均沿所述第一外壳的径向布置。

4.根据权利要求3所述的电子探测无源标识器系统，其特征在于：所述天线单元采用多股细线经耐高温外皮包装制成。

5.根据权利要求4所述的电子探测无源标识器系统，其特征在于：所述细线的股数为19股，每根所述细线的直径为0.16㎜。

6.根据权利要求5所述的电子探测无源标识器系统，其特征在于：所述天线单元绕制成圆形，所述天线单元的内径和外径分别为30㎝和36㎝，所述天线单元的匝数为70匝。