CN2172686Y - 管道清扫定位仪 - Google Patents

Abstract

一种对各种管道进行清扫除垢及限制管道流量 的堵卡点进行测定的管道清扫定位仪，其主要由定位 发射器和定位接收机两部分组成。定位发射器的外 壳两端设置有螺栓，螺栓上设有端子盖，发射电路设 置在外壳内，用于接收信号的定位接收机的带通滤波 电路中采用了由运算放大器A₂—A₁₀组成的多重反 馈有源带通滤波电路，通过多级级联，形成高阶带通 滤波器，并采用由运算放大器A₁₁组成的具有34dB 增益的半波整流检波电路。本实用新型具有定位探 测和通过指示两种功能。

Description

本实用新型属于管道清理设备，主要涉及一种对各种管道进行清扫除垢及限制管道流量的堵卡点进行测定的管道清扫定位仪。

管道在使用一段时间后，其内部均会有不同性质和程度的结垢，再加之在施工时不慎将石头、木棒等异物遗留在管线内，从而形成堵卡点，轻者会降低输送效率，造成能源浪费，严重时将直接影响正常生产。而管道一经铺设，用一般直观的方法就很难对上述问题进行处理。目前，虽然也有采用清管器和电子定位装置对管道进行清扫和测定，但其在使用时却存在一定的局限性：首先，其探测深度仅为6米，且由于灵敏度低、对管线的有效测量长度就短，当清管器和定位发射器的运行速度较快时，很可能在定位发射器的工作间歇期间就通过了其有效控制长度，从而设有告警指示，造成探测失败，故其定位装置系统要由定位接收器和双探头的通过指示仪组成，分别用于定位探测和通过指示；其次，现有定位发射器的形状、尺寸种类繁多、通用性差，与清管器的连接需采用法兰盘连接，其不仅安装、使用不便，且定位发射器的外部充电和开关端子暴露在外，而在清管和除垢的使用过程中，发射器始终处在高压和高速运行状态，容易因碰撞而损坏。

本实用新型的目的即由此产生，提出一种改进型的管道清扫定位仪，其灵敏度、选择性和抗干扰能力都有较大提高，提高了探测深度，加快了定位控测速度，其定位发射器具有结构简单、整体性强、且可方便地适用于各种口径的管道，其定位接收机具有定位探测和通过指示        功能。

为实现上述目的，本实用新型是由以下技术方案来实现的：其主要由定位发射器和定位接收机两部分构成，其中定位发射器的机芯设置在外壳内，在外壳的前后设置有螺栓，螺栓上固定有橡胶皮碗，在后螺栓内还设置有与其绝缘的电源正极端子，端子上设置有起开关作用的端子盖，螺栓9还可用于与大直径定型清管器及各种清垢刀具配合使用，用于发射的电路部分（机芯）由0.5HZ开关脉冲电路、18HZ正波振荡器电路及集成BTL功率放大器电路组成，其中由R₁、R₂、G₁、C₂、R₄、R₅、BG₁、BG₂、D₁构成的双稳态电路产生一个0.5HZ的开关脉冲信号送至BG₃，通过三极管的开关，控制18HZ正弦波振荡器，使其处于间歇振荡状态，输出一个间歇工作的超低频信号，该信号经A₁、A₂进行功率放大后输出至发射天线；用于接收信号的定位接收机由输入和50HZ频陷波电路、反相放大器和带通滤波器电路、半波整流和延迟滤干扰和表头指示电路、开关和音频告警和通过指示告警电路组成，其中：“反相放大器和带通滤波电路中采用了由运算放大器A₂－A₁₀组成的多重反馈有源带通滤器，通过多级级联，组成一个高阶带通滤波器，其通带中心频率为18HZ；在半波整流、延迟滤干扰和表头指示电路中，采用由运算放大器A₁₁组成的具有34dB增益的半波整流检波电路，其二极管D₁、D₂为锗材料开关二极管，并在半波整流检波电路与延迟滤干扰电路之间串联有硅平面二极管D₃进行隔离。

本实用新型的定位接收机具有定位探测和通过指示两种功能，它可以通过波段开关进行内部电路的功能转换，其面板上设置有两个输入插孔，可分别作为单探头的定位接收机，也可作为双探头的通过指示仪。同时，由于整机增益、选择性和抗干扰能力都有较大提高，其探测深度增加到10米以上，从而在探测定位时。探测有效控制长度增加了三分之二，使探测人员的探测定位速度进一步加快。在定位发射器上由于在电路上选择了能进一步缩小电路体积且不影响发射效率的电路，对整体结构重新进行了设计，在定位发射器两端设置有直径为20mm的螺栓上，用压板固定两组根据不同性质的结垢而选择不同硬度及组合的橡胶皮垫，从而形成了一个实用的小口径清管器，实现了一器两用的目的。同时当为大直径管线清垢时，（如图2所示）将定型设计做好的清管器直接与发射器上设置的φ20mm的螺栓联接，就可实现清管和探测定位的两种功能，定位发射器也可与其它清垢刀具很方便地配合使用，拓宽了其应用范围，且在发射器一端的φ20mm螺栓处设置有开关和充电端子，并制作一个端盖作为开关的连接体，既保护了端子不被碰撞，又便于开关的操作。定位接收机具有定位探测和通过指示两种功能，它可以通过波段开关进行内部电路的功能转换，其面板上设置有两个输入插孔，使得定位接收机即可作为单探头的定位接收机、也可作为双探头的通过指示仪，同时，由于整机增盖，选择性和抗干扰能力都具有较大提高，其探测深度增加到了10米以上，从而在探测定位时，探测的有效控制长度增加了三分之二，使探测人员的探测定位速度进一步加快。

本实用新型的基本工作原理与现有的清管器和电子定位装置基本相同，均为一种超低频的无线电收发系统。定位发射器在地下管道中发出按0.5HZ间歇工作的，频率为18HZ的超低频无线电波，定位接收机放置于金属管壁上方的地面上，通过接头接收并对其进行处理和指示，从而进行测深和定位。

本实用新型有如下附图。

附图1为定位发射器的结构示意图。

附图2为定位发射器与大直径清管器联接示意图。

附图3为定位发射器发射部分的开关脉冲产生电路图。

附图4为定位发射器发射部分的正弦波振荡器电路图。

附图5为定位发射器发射部分的集成BTL功率放大电路图。

附图6为定位接收机接收部分的输入和工频陷波电路图。

附图7为定位接收机接收部分的反相放大器和带通滤波器电路图。

附图8为定位接收机接收部分的半波整流、延迟滤干扰电路和表头指示电路图。

附图9为定位接收机接收部分的开关电路、音频告警电路及通过指示告警电路图。

附图10为定位发射器电路原理方框图。

附图11为定位接收机电路原理方框图。

结合附图，给出本实用新型的实施例如下：

如图所示：本实用新型主要由定位发射器部分和定位接收机部分构成。其中，定位发射器（如图1所示）的机械部分由机芯、外壳2、前、后橡胶皮碗3、6、紧固压板4、7、紧固螺帽5、8、螺栓9、端子10、端子盖11组成，在外壳2可为封装好的整体结构，用于对管道起清扫作用的前、后推进橡胶皮腕3、6分别套入螺栓9上，并通过紧固压板4、7，用紧固螺帽5、8固定联接，在外壳2后端的螺栓9内，还设置有与螺栓9绝缘的充电及电源正极端子10，端子10可为φ6mm的细螺栓，其作为定位发射器的正极，外壳2为负极。在端子10上配有端子盖11，端子盖11内设置有弹簧12及绝缘垫片13，其即可对端子电极起保护作用，避免碰撞引起损坏，又可通过在端盖内垫放或不放绝缘垫片13来控制定位发射器的开关，当取出绝缘垫片13后，定位发射器的正负极即接通，仪器开始工作，加上绝缘垫片13后，其正负极处于断开状态，仪器停止工作，当需对仪器进行充电时，只须将正、负极与充电器对应相接即可充电。当定位发射器与大直径的定型清管器或各种清垢刀具连接时，只需根据管道直径的大小，在清管器的后部向内伸进6－13cm的适当位置焊接相对应的螺帽，或加工φ20mm的外螺纹，然后把定位发射器拧接在其后即可（如图2所示），因此，该定位发射器可适用于φ80mm以上的各种管道。用于起以射作用的机芯部分设置在外壳2内，其由铁芯14及其外围设置的电路板15、发射线圈16及电池17组成，其中电路部分由0.5HZ开关脉冲产生电路、18HZ正弦波振荡器电路及集成BTL功率放大电路组成，0.5HZ开关脉冲电路由R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、C₁、C₂、D₁、D₂、BG₁、BG₂、及BG₃组成，其中R₁和R₅是从BG₁和BG₂的集电极接到正极，R₂和R₃从BG₁和BG₂的基极接到正极，R₄从C₂与D₁的正极联接点接到正极，D₁正端接在C₂的正极，负极与BG₂的集电极相连，C₂从D₁从正极接到BG₁的基极，C₁从BG₁的集电极接到BG₂的基极，BG₁、BG₂的发射极接地，其组成的双稳态电路产生一个0.5HZ开关脉冲从BG₂的集电极经R₇送到BG₃的基极，通过三极管BG₃的开关，控制18HZ相移正弦波振荡器。BG₃的发射极接地、集电极与18HZ相移正弦波振荡器中的R₈－R₁₃，C₆的并接端相连，由R₈－R₁₄、C₃－C₆和BG₄组成的正弦波振荡器，使其处于间歇振荡工作状态，输出一个间歇工作的超低频信号，该信号被送至集成BTL功率放大器电路进行功率放大，然后输出至发射天线，18HZ相移振荡器电路由C₃－C₆、R₈－R₁₄及BG₄组成，C₃－C₅串联后从BG₄的集电极接到基极，R₁₁、R₁₀为分压电阻，R₈的一端与BG₃的集电极相连，另一端与C₃和C₄串联连接点相连，R₉与C₄和C₅的串联连接点相接，R₁₂从电源正极接到BG₄的集电极，R₁₃和C₆的另一端与BG₄的发射级相连，R₁₄从BG₄的集电极接到集成BTL功率放大器电路中A₁的反相输入端，集成BTL功率放大器电路由A₁、A₂、C₇－C₁₀、R₁₅－R₁₇组成，R₁₅从A₁的反相输入端接地，R₁₆、C₉串联后接在运算放大器A₁的输出端和地之间，R₁₇、C₁₀串联后接在A₂的输出端和地之间，C₇、C₈串联后接在A₁的反相输入端和地之间，A₂的反相输入端与C₇、C₈的连接点相连。A₂的同相输入端接地、A₁的同相输入端收为BTL电路的输入端，A₁、A₂的输出端接到负载的两端，定位发射器电路中0.5HZ开关脉冲的产生由耦合电容R₂、C₂和R₃、C₁的充放电的时间常数决定，其C₁＝C₂，C的取值范围为4.7μF－100μF，R₂＝R₃，其取值范围为50KΩ－300KΩ；18HZ振荡器频率决定于C_3－5、R₈－R₁₁组成的相移网络，其中C₃－C₅的取值范围为0.1μF－47μF，R₈、R₉的取值范围为0.5KΩ－10KΩ。

定位接收机如（图6－9所示）由定位接收机的输入和50HZ工频陷波电路、三节反相放大器和带通滤波器电路、半波整流电路和延迟滤干扰电路及表头指示电路、开关电路和音频告警电路及通过指示告警电路组成，其中定位接收机的输入和50HZ工频陷波电路的R₁、C₁串联后从输入端接到BG₁的基极，R₂、C₂从R₁、C₁的串联连接点接BG₂的发射极。R₃从BG₁的集电极到电源的正极，R₅从BG₂的集电极到电源的正极，R₄、C₃并联后从BG₁的发射极接地，R₆从BG₂的发射极接地，C₄、C₅串联后和R₈、R₉串联后从BG₂的集电极接运算放大器A₁的同相输入端，R₇、C₆串联后从C₄、C₅的串联点接到R₈、R₉的串联点上，R₁₀、R₁₁、C₇串联后连接在A₁的输出端与地之间，A₁的反相输入端与A₁的输出端相连，R₁₀和R₁₁的连接点与C₆、C₇的连接点相连，C₇的负极接地，A₁的输出端与反相放大器和带通滤波器电路中的R₁₂相连，R₁₂的另一端与运算放大器A₂的反相输入端相连，R₁₃从A₂的反相输入端接到运算放大器A₂的输出端，R₁₄从同相输入端接地，R₁₆、C₉串联后从A₂的输出端接A₃的反相输入端，R₁₇并联在A₃的输出与反相输入端之间，R₁₈接在A₃的同相输入端和地之间，R₁₅接在R₁₆、C₉的连接点与地之间，C₈接在R₁₆、C₉的连接点与A₃的输出端之间，R₁₉、C₁₁串联后接在A₃的输出端与A₄的反相输入端之间，R₂₁并联在A₄的输出和反相输入端之间，R₂₂接在A₄的同相输入端与地之间，R₂₀接在R₁₉、C₁₁的连接点与地之间，C₁₀接在R₁₉、C₁₁的连接点与A₄的输出端之间，该反相放大器和带通滤波器电路由三节相同的放大带通环节构成，即由A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇和A₈、A₉、A₁₀组成，通过多极联后可形成频率特性曲线更尖锐，通带损耗更小和工作稳定的有源带通滤波器，由A₁₀的输出端输出的信号经R₂₃与半波整流电路、延迟滤干扰电路和表头指示电路相连，R₂₃的另一端与A₁₁的反相输入端相连，D₁的正极与A₁₁的反相输入端相接，负极与A₁₁的输出端相连，D₂联接在A₁₁的输出端和D₃之间，R₂₅从D₂的负极接到A₁₁的反相输入端，R₂₄从A₁₁的同相输入端接地之间，R₂₆、C₁₂并联后接到D₃的负极和地之间，R₂₇、表头N₁串联后接D₃和地之间，D₃与开关电路、音频告警电路及通过指示告警电路中的R₂₈相连，R₂₈从D₃的负极接BG₃的基极上，R₃₀接在BG₃的发射极和地之间，R₃3接在BG₄的发射极和地之间，R₂₉接在BG₃的集电极与电源正极之间，R₃₂接在BG₄的集电极与电源正极之间，R₃₁接在BG₃的集电极与BG₄的基极之间，BG₄集电极与波段开关K_1－1的一位端和K_1－2的三位端相连，R₃₆与K_1－2的一位端及地相连，JK触发器的CP端与K_1－2的动片端相连，K端接地，J端接电源正极，D端与K_1－1的三位端相连，Rd与K_1－3的动片端相连，同时R₃₇接在Rd和地之间，K_1－3的二位端与电源正极相连，K_1－1的动片端和与非门（1）的一个输入端相连，R₃₄从与非门（1）的另一输入端与R₃₅和C₁₃相连，R₃₅的另一端和与非门（1）的输出端和与非门（2）的所有输入端相连，C₁₃的另一端和与非门（2）的输出端相连，R₃₈从非门（2）的输出端接到K_2－1的动片端，K_2－1的1位端与BG₅的基极相连，BG₅的发射极接地，BG₅的集电极与扬声器串联后接到电源的正极上。定位接收机由接收线圈接收到信号，送入定位接收机的输入和50HZ工频陷波电路中的由双管深负反馈电路组成的小信号放大器进行放大，放大后的信号送入由运算放大器组成的50HZ工频陷波电路，除去50HZ工频干扰信号，进入反相放大器和带通滤波器中由高增益运算放大器组成的具有34dB增益的二级反相放大器和一级具有40dB增益的反相放大器进行放大，同时经过几个由运算放大器构成的工作稳定、频率特性优良的高阶多重反馈有源带通滤波器，经具有34dB增益的半波整流电路，此电路可以在输入毫伏级交流信号的情况下，输出一个具有几伏的直流电压，经半波整流电路输出的直流信号送入延迟滤干扰电路，进一步滤除干扰信号后，一方面供表头电路使用，另一方面经波段开关分别送入音频告警和通过告警电路作为触发信号，完成相应的告警功能。其中带通滤波器电路中R₁₆＝R₁₇＝100R₂，C₈＝C₉，C₈的取值范围为0.047－2.2μF，R₁₆的取值范围为10K－1.5NΩ。半波整流电路中的D₁、D₂采用锗开关二极管，输出端通过一个正向联接的硅平面二极管D₃。

本实用新型定位接收机的电路设计中，采用了由运算放大器组成的多重反馈有源带通滤波电路，该电路的Q值，增益Av，都可以根据需要灵活选择，只要选择合适，一般的元器件就可以保证参数的一致性，经多级级联后的带通频率特性好，通带损耗小，而且级联后的带通滤波器电路节数比原机型电路的节数少一半，由于电路节数的减少，整机就更不容易产生自激，所以整机的增益比现有机型电路高。另外，由于采用了由运算放大器组成的具有34dB增益的半波整流检波电路，其二极管D₁、D₂为锗材料开关二极管，使得放大带通电路最后只要输出几十毫伏的交流信号就能满足整流检波电路的工作要求了，由于带通放大电路最后输出交流信号的幅度远小于原电路，这样在同样的去耦电路条件下，通过电源和其它渠道反馈到前级电路的自激信号就更小，有利于提高整机工作的稳定，同时在整流检波电路与延迟滤干扰电路间串联硅平面二极管D₃进行隔离，消除整流检波电路对延迟滤波电路的影响，以保证延迟滤波电路滤除各种干扰信号的性能。

Claims (9)

1、一种由定位发射器和定位接收机两部分组成的管道清扫定位仪，其中定位发射器的机械部分包括外壳(2)、橡胶皮碗(3)、(6)、端子(10)，其发射电路部分(机芯)设置在外壳(2)内，由0.5HZ开关脉冲电路、18HZ正弦波振荡电路、集成BTL功率放大器电路组成；用于接收信号的定位接收机由输入和50HZ工频陷波电路、反相放大器和带通滤波器电路、开关和音频告警和通过指示告警电路组成，本实用新型的特征在于：在外壳(2)的前后两端上设置有螺栓(9)，用于清扫管道的橡胶皮碗(3)、(6)分别套入并固定在螺栓(9)上，通过螺栓(9)，该发射器还可与大直径的定型清管器及其各种清垢刀具的后部设置的内螺纹固定联接，用于充电并作为电源正极的端子(10)设置在后面螺栓(9)内，在螺栓(9)上设置有端子盖(11)，并通过端子盖(11)内垫放绝缘垫片(12)来控制定位发射器的开关；在定位接收机的反相放大器和带通滤波电路中采用了由运算放大器A₂-A₁₀组成的多重反馈有源带通滤波器，通过多极极联，形成一个高阶带通滤波器；在半波整流电路、延迟滤干扰电路和表头指示电路中，采用由运算放大器A₁₁组成的具有34dB增益的半波整流检波电路，并在半波整流检波电路与延迟滤干扰电路之间串联有硅平面二极管D₃进行隔离。

2、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的定位发射器中的0.5HZ开关脉冲电路中的耦合电容C₁、C₂的取值范围均为：4.7μF－100μF，电阻R₂、R₃的取值范围均为：50KΩ－300KΩ。

3、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的定位发射器中的18HZ正弦波振荡电路中的电容C₃、C₄、C₅的取值范围均为0.1μF－47μF，电阻R₈、R₉的取值范围为0.5KΩ－10KΩ。

4、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的定位接收机的反相放大器和带通滤波器电路中，电阻R₁₆＝R₁₇＝100R₂，电容C₈＝C₉，电容C₈的取值范围为0.047－2.2μF，R₁₆的取值范围为10K－1.5NΩ。

5、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的定位接收机的具有34dB增益的半波整波电路中，其二极管D₁、D₂均为锗材料开关二极管。

6、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的定位接收机的延迟滤干扰电路是由电阻R₂₆和电容C₁₂组成，电阻R₂₆选为1KΩ－100KΩ；电容C₁₂选为4.7μF－470μF。

7、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的螺栓（9）为外经φ20mm，采用标准罗距N20的螺栓其与外壳（2）为一密闭的整体结构，并位于外壳（2）两端的轴线上。

8、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的端子（10）为φ6mm和细螺栓。

9、根据权利要求1所述的管道清扫定位仪，其特征在于：所述的定位发射器中的端子盖（11）是一个内部设置有弹簧、绝缘垫片和N20标准外罗纹的端盖。

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