SU1318957A1

SU1318957A1 - Способ определени координат инженерных металлических коммуникаций и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1318957A1
Application number: SU864002429A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Гордиенко; Ярослав Петрович Кулыныч; Николай Дмитриевич Печеняк; Владимир Петрович Убогий; Евгений Васильевич Ярошевский
Original assignee: Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко
Priority date: 1986-01-07
Filing date: 1986-01-07
Publication date: 1987-06-23

Abstract

Изобретение относитс к электроразведке низкочастотным гармоническим полем и может быть использовано в установках, предназначенных дл поиска и определени координат подземных и подводных инженерных металлических коммуникаций (трубопроводов , кабелей и т.д.) непосредственно в процессе движени носител поисковой установки. Целью изобретени вл етс повьшение точности определени координат инженерных металлических коммуникаций в процессе движени носител поисковой установки и повьшение производительности поисковых и рекогносцировочных работ с поверхности земли и в гидросреде. Способ определени координат инженерных металлических коммуникаций включает возбуждение первичного электромагнитного пол дипольным излучателем. измерение в одной точке горизонтальной , параллельной направлению движени и вертикальной составл ющих вектора напр женности магнитного пол и определение момента вы влени минимума модул вертикальной составл ющей . Дополнительно предложено в указанной точке одновременно измер ть другую горизонтальную составл ющую, перпендикул рную первой, измер ть модуль и определ ть знак аргумента от- ношени горизонтальных составл ющих, а также фиксировать моменты равенства модулей вертикальной и горизонтальной составл ющих вектора напр женности вторичного магнитного пол , причем по временному интервалу между моментами равенства модулей указанных составл кщих определ ть глубину залегани инженерной металлической коммуникации, а по значению модул и знаку аргумента отношени горизонтальных составл ющих и моменту По влени минимума модул вертикальной составл ющей - ее положение в плане. Устройство дл опрделени координат инженерных металлических коммуникаций содержит генератор периодических сигналов, соединенный с дидольным излучателем , последовательно соединенные вертикальный магнитоприемник, первый предврительный усилитель и первый амплитудно-фазовый компенсатор , последовательно соединенные горизонтальный магнитоприемник, ось чувствительности которого параллельна направлению движени , а центр совмещен с центром вертикального маг- нитоприемника, второй предварительный усилитель, второй амплитудно-фа с

Description

зовый компенсатор и делительное устройство , цифровое отсчетное устройство . Предложено дополнительно ввести второй гориз онтальный магнито- приемник, перпендикул рный первому, третий амплитудно-фазовый компенсатор , управл емый нуль-детектором, первый и второй амплитудные ры, определитель знака фазового сдви1

Изобретение относитс к области электроразведки низкочастотным гармоническим полем и может быть использовано в установках, предназначенных дл поиска и определени координат подземных и подводных инженерных металлических коммуникаций (трубопроводов , кабелей и т.д.) непосредственно в процессе движени носител поисковой установки.

Цель изобретени - повышение точ- определени координат инженерных металлических коммуникаций в процессе движени носител поисковой установки и повьшение производительности поисковых и рекогносцировочных работ на поверхности земли и в гидросреде.

На фиг.1 приведено схематическое изображение геометрии поисковой ситуации; на фиг.2 и 3 - расчетные амплитудные зависимости профилировани дл горизонтальной, параллельной- направлению движени , и вертикальной составл ющих вектора напр женности вторичного магнитного пол ;на фиг.4- .полученные р-асчетным цутем в одной точке профили зависимости амплитуд первой (Hj ) и второй ( горизонтальных составл ющих вектора напр женности вторичного пол от угла меж ду трассой коммуникации и корпусом, носител поисковой установки; на фиг.5 - блок-схема устройства дл реализации предложенного способа определени координат инженерных металлических коммуникаций; на фиг.6 - эпюры выходных напр жений отдельных узлов устройства, объ сн ющие его работу .

Сущность изобретени заключаетс в следующем.

га между входными си.гналами, пороговое устройство, источник опорного напр жени , первый и второй ключи, управл емый компаратор, датчик скорости , преобразователь скорость-частота , счетчик импульсов и дешифратор с соответствующими св з ми.2 з.п. ф-лы, 6 ил.

0

5

0

5

0

Известно, что в случае вертикальной составл ющей вектора напр женности вторичного магнитного пол амплитудна зависимость профилировани над цилиндрической металлической муникацией характеризуетс двум максимумами , разделенными минимумом, по вл ющимс в момент расположени точки наблюдени точно над осью коммуникации . Аналогична зависимость дл горизонтальной составл ющей напр женности вторичного магнитного пол , па раллельной направлению профилировани , имеет один максимум, возникающий при нахождении точки наблюдени над осью коммуникации. В результате теоретических и экспериментальных ис- следований установлено: независимо от значени угла между трассой коммуни- кации и курсом носител поисковой устанозки рассто ние между точками равенства амплитуд измер емых в одной точке вертикальной и горизонтальной (параллельной направлению движени ) составл ющих вектора напр женности вторичного магнитного пол равно уд- |Военной высоте прохода магнитоприем- :ников над коммуникацией, т.е. удво- рнной глубине залегани ; отношение измер емьЕХ в любой точке профил горизонтальной (параллельной направлению движени ) составл ющей вектора напр женности вторичного магнитного пол к другой горизонтальной составл ющей, перпендикул рной первой , равно тангенсу угла между осью коммуникации и курсом носител поисковой установки.

На фиг.1 через OXYZ обозначена выбранна декартова система координат, . ось OZ которой совмещена с геометрической осью цилиндрической коммуни31

кации радиуса а, а ось ОХ направлена вертикально вверх. В точке А (Х,, „, Z ) расположен произвольно ориёЬти- рбванный дипольный излучатель с моментом М, а в точке В (Х„, Y, Z,) - центры вертикального (Hg) и взаимоперпендикул рных горизонтальных (Hj, Hj) магнитоприемников. При этом Xf,

h - высота перемещени приемников над плоскостью YOZ, т.е. глубина залегани коммуникации, Ы - угол между осью коммуникации и курсом поисковой установки. Отметим, что 0 и h вл ютс искомыми координатами инженерной металлической коммуникации .

На фиг.2 приведены полученные расчетным путем амплитудные зависимости профилировани поисковой установкой с горизонтальным электрическим диполем , вертикальным и горизонтальным , параллельным направлению профилировани , магнитоприемниками над цилиндрической неоднородностью в полупровод щей среде (например, морска

и

вода) дл случа d -«- и различных

значений h. При этом сплошными лини ми обозначены зависимости амплитуды горизонтальной Н2 составл ющей вектора напр женности вторичного магнитного пол коммуникации от Y, .а штриховыми - зависимости (Н.ь) от, Y .Из приведенных графиков фиг.2 следует , что рассто ние между точками пересечени кривых дл (fi ) и. (Н« ), полученных при одинаковых h, т.е. рассто ние между точками равенс1ва амплитуд указанных составл ющих,равно удвоенной высоте прохода магни- тоттриемников над осью коммуникации, т.е. удвоенной глубине залегани последней .

Иллюстрацией отсутстви вли ни значени о на отмеченное равенство могут служить графики фиг.З, на которой изображены зависимости(Нg ) и ((2, ) о.т Y, полученные при h 2 м и различных с .

Из графиков фиг.2 и 3 можно также заключить, что (Kj ) принимает минимальное (практически нулевое) значение при прохождении вертикального магнитоприемника над осью коммуникации , что в предложенном способе использовано дл определени местоположени трассы коммуникации.

74

Дхг определени положени инженерной металлической коммуникации в плане в предлагаемом способе, кроме того , используетс отношение двух взаимоперпендикул рных горизонтальных составл ющих вектора напр женности вторичного магнитного пол , одна из которых параллельна направлению профилировани (в данном случае Н 2,) . Зависимости значений модулей Н и И2-, полученных в одной точке про

фил , от о при h const изображены на фиг.4. Нетрудно убедитьс ,что

|Й1 I (HI I ctgo(.

Поскольку котангенс вл етс не четной функцией, а угол может измен тьс в пределах 0-180, дл однозначного определени положени коммуникации в плане необходима информаци о фазовом (временном) сдвиге между мгновенными значени ми горизонтальных составл ющих hj и Hj . Устройство дл реализации предложенного способа содержит генератор 1 периодических сигналов, дипольный излучатель 2, вертикальны 3, первый 4 и второй горизонтальный 5 магнитоприемники, первьй, второй и третий предварительные усилители 6-8, первый, второй и третий амплитудно- фазовые компенсаторы 9-11, первый и второй амплитудные детекторы 12 и 13, фазометр 14, делительное устройство 15,первый, второй, третий и четвертый ключи 16-19, пороговую схему 20; первый и второй источники 21 и 22 опорного напр жени , датчик 23 скорости, преобразователь 24 скорость - частота, управл емые компаратор 25 и нуль-детектор 26, арккотан- гёнсный преобразователь 27,сумматор 28, счетчик 29 импульсов, дешифра- тор 30, цифровое отсчетное устройство 31 .

Работа устройства дл определени координат инженерных металлических коммуникаций, реализующего предложенный способ, осуществл етс следующим образом.

Дипольный излучатель 2, питаемый генератором 1 периодических сигналов , создает в окружающем пространстве первичное электромагнитное поле. В отсутствие в зоне действи поисковой уЬтановки инженерной металлической коммуникации вьпсодные сигналы вертикального 3, первого 4 и второ

го 5 горизонтальных магнитопрнемни- ков, обусловленные первичным магнитным полем, усиливаютс предварительными усилител ми 6-8 ,и поступают на первые входы первого 9, второго 10 и третьего 11 амплитудно-фазовых компенсаторов соответственно, другие входы которых подсоединены к выходу генератора 1 периодических сигналов. При этом на выходах амплитудно-фазовых , компенсаторов 9-11 устанавливаютс необходимые минимальные уровни сигналов.

Выходной сигнал первого амплитуд- но-фаз ового компенсатора 9, продетек тированный вторым 13 амплитудным детектором , поступает на один из сигнальных входов управл емого компаратора 25, на другой сигнальный вход к оторого одновременно поступает про детектированный первым амплитудньм детектором 12 выходной сигнал второго амплитудно-фазового компенсатора 10. Посто нное напр жение, пропорциональное амплитуде выходного сигнала второго амплитудно-фазового компенсатора 10, с выхода первого амплитудного детектора 12 одновременно поступает на один из входов порй- говой схемы 20, другой вход которой подсоединен к первому источнику 21 опорного напр жени . .Выходные напр жени второго 10 и третьего 11 амплитудно-фазовых компенсаторов подаютс на входы соответственно делител , и делимого делительного устройства 15. При этом на выходе делительного устройства 15 устанавливаетс напр жение, пропорциональное отношению амплитуд входных сигналов, и поступает на сигнальный вход первого ключа 16. Одновременно выходные сигналы второго 10 и третьего 11 амплитудно-фазовых компенсаторов.поступают на различные входы фазометра 14, а напр жение с выхода первого амплитудно-фазового компенсатора 9 - на сигнальный вход управл емого нуль детектора 26. .

В отсутствие инженерных металлических коммуникаций в зоне действи поисковой установки запрещающий выходной сигнал пороговой схемы 20 одновременно поступает на входы управлени нуль-детектора 26, первого 16 и четвертого 19 ключей, а также управл емого компаратора 25. Б результате на выходах указанных узлов устанавливаетс нулевое напр жение.

0

5

При зтом выходной сигнал датчика 23 скорости, преобразованный в последовательность кратковременных импульсов преобразователем 24 скорость- частота, не проходит на выход третьего ключа 18.

Нет сигналов и на выходах управ- л емого нуль-детектора 26, предназначенного дл фиксации момента минимума амплитуды вертикальной составл ющей вторичного магнитного пол , соответствующего расположению магни- топриемников точно над трассой коммуникации . Отсутствует также сигнал и на выходе четвертого ключа 19, содержащий информацию о значении угла между трассой коммуникации и курсом носител поисковой установки.

При по влении в зоне чувствитель- ности устройства коммуникации на выходах магнитоприемников 3-5 по вл ютс приращени к исходным значени м сигналов, обусловленные вторичным магнитным полем.Эти приращени ,уси- 5 ленные первым 6, вторым 7 и третьим 8 предварительными усилител ми, передаютс на выходы амплитудно-фазовых компенсаторов 9-11 соответственно.

Выходное напр жение U, первого амплитудного детектора 12 в виде однопол рного колоколообразного импульса поступает на один из входов пороговой схемы 20, другой вход которой подсоединен к первому источнику 21 опорного напр жени . При

0

5

этом на выходе пороговой схемы 20 по вл етс импульс, длительность которого

25 t J - t;, равна длительности превьшени напр жени U,,

0 над выходным напр жением Uj, первого источника 21 опорного напр жени . Указанньй импульс одновременно поступает на входы управлени первого 16 и четвертого 19 ключей, а так45 же управл емых нуль-детектора 26 и компаратора 25, разреща прохождение на их выходы преобразованньк напр жений с сигнальных входов.

Выходное напр жение ii первого

0 амплитудного детектора 12 одновременно поступает на один из сигнальных входов управл емого компаратора 25, другой вход которого подсоединен к выходу второго амплитудного

детектора 13. Управл емый компаратор 25 работает таким образом,.что на его выходе по влетс напр жение

2-t

и

(импульс) при условии и

т.е. формируетс импульс, длитель13

НОСТЬ которого -25 4 Пропорциональна рассто нию между точкам равенства амплитуд выходных сигналов горизонтального (параллельного направлению движени ) и вертикального .магнйтоприемников.

Импульс с выхода управл емого компаратора 25 поступает на управл ющий вход второго ключа 17, При этом выходной сигнал с датчика 23 скоро- сти, преобразованный преобразователем 24 скорость - частота в последовательность кратковременных однопо- л рных импульсов, через третий ключ 18 поступает на счетчик 29 импуль- сов. Количество импульсов, прошедших через третий ключ 18 за врем дейсти импульса на выходе управл емого компаратора 25, пропорционально рассто нию между точками пересе- чени зависимостей (t) и U (t) (фиг.6), т.е. глубине залегани коммуникации . С выходов счетчика 29 импульсов сигналы через дешифратор 3 поступают на соответствующие входы цифрового отсчетного устройства 31, регистрирующего значение глубины залегани коммуникации.

Одновременно выходное напр жение делительного устройства 15, пропор- циональное отношению амплитуд второй (Н2 ) и первой (Н ир горизонтальных составл ющих вектора напр женности вторичного магнитного по- л коммуникации, через, первый ключ 16 поступает на вход арккотангенсно- го преобразовател 27, выходной сигнал которого равен V. К arcct U где К - коэффициент пропорциональности .

Поскольку на выходе делительного устройства 15 сигнал пропорционален iHj 1 , выходной сигнал арккотангенсного преобразовател 27 содержит информацию об истинном значении угла d между трассой коммуникации и курсом носител поисковой установки только в случае 0 d 90° Дл однозначного определени о( во всем диапазоне возможных значений,

т.е. от О до 180 , необходима дополнительна информаци о фазовом (временном ) сдвиге между мгновенными значени ми Hj- и Н2 . В зависимости от о( указанные составл ющие могут быть либо синфазны. 0 о 90, либо про- тивофазны 90° с : 180. При этом напр жение на выходе фазометра будет принимать либо минимальное, ли

8

с

0 5 0 5

0

бо максимальное значение соответственно .

В случае синфазности Hj HZ, выходное напр жение с второго источника 22 опорного напр жени на дру-. гой вход сумматора 28 не поступает, поскольку второй ключ 17 при этом закрыт. Эта ситади соответствует О -i of 90°. При 90° ( 180%ког- да Н 2 . и Hj станов тс противофазными , на вход управлени второго ключа 17 поступает напр жение, разрешающее прохождение через него сигнзша с выхода второго источника 22 опорного напр жени . Указанный сигнал, соответствующий значению угла 90, поступает на другой вход сумматора 28, чем обеспечиваетс однозначное определение el , С выхода сумматора 28 через четвертый ключ 19, на вход управлени которого в это врем поступает разрешающий импульс с выхода пороговой схемы 20, сигнал, содержащий информацию о значении в( , поступает на соответствующий вход цифрового отсчетного устройства 31.

Одновременно выходное напр жение с первого амплитудно-фазового компенсатора 9 поступает на сигнальный вход управл емого нуль-детектора 26, который в течение действи импульса управлени с выхода пороговой схемы 20, т.е. t - t, форми5

0

рует импульс длительностью ts 3 передний фронт которого соответствует моменту пересечени магнитоприемника- ми трассы коммутации. С выхода нуль- детектора 26 сигнал поступает на соответствующий вход цифрового отсчетного устройства 31, регистрирующего момент пересечени трассы коммуникации .

По окончании импульса с выхода по- 5 роговой 20 предложенное устройство переводитс в исходное состо ние .

Известные технические решени аналогичного назначени обеспечивают определение координат инженерных металлических коммуникаций поэтапно, раздельно во времени,. Как правило, вначале путем об1сода исследуемой области по контуру либо параллельным профилем Локализуетс положение коммуникации р горизонтальной плоскости, т.е. в плане. Затем в статике с помощью манипул ций с антенной частью устройства или по стационарным точкам профильных кривых определ етс глубина залегани неоднородности. В том и другом случае необходимо обеспечить строго определенное взаимное расположение антенной части устройства и неоднородности.

Отмеченные недостатки, обуславлива низкую точность и производительность поисковых работ, ограничивают, а зачастую делают принципиально не пригодными известные способы и устройства , их реализующие, при решении указанных задач, особенно в гидро среде.

Подуожительный эффект предложенных способов определени инженерных металлических коммуникаций и устройства дл его реализации состоит в возможности однозначного с высокой точностью определени положени коммуникации за один проход поисковой установки без изменени ориентации момента тока излучател и осей чувствительности приемников пол при произвольном положении коммуникации относительно антенной части устройства , что обеспечивает существенное по- вьпиение производительности поисковых и рекогносцировочных работ с поверхности земли и в гидросреде.

Claims

Формула изобретени

1. Способ определени координат инженерных металлических коммуникаций , включающий возбуждение первичного электромагнитного пол диполь- ным излучателем, измерение в одной точке горизонтальной,параллельной направлению движени , и вертикальной составл ющих вектора напр женности вторичного магнитного пол и.оп- ределе1ше момента по влени минимума амплитуды вертикальной составл ющей , отличаю щ и й- с тем, что, с целью повышени точности определени координат инженерных металлических коммуникаций в процессе движени носител поисковой установки, в указанной точке одновременно измер ют другую горизонтальную составл ющую, перпендикул рную первой, определ ют отношение амплитуд горизонтальньк соного пол , причем по временному интервалу между моментами равенства амплитуд указанных составл ющих при известной скорости движени опредес л ют глубину залегани инженерной металлической коммуникации, а по зна чению отношени амплитуд и временному сдвигу между мгновенными значени ми горизонтальных составл ющих,

10. а также моменту по влени минимума амплитуды вертикал7ьной составл ющей - ее положение в плане.

2. Устройство дл определени координат инженерньк металлических ком
)5 муникаций, содержащее генератор периодических сигналов, соединенный с дипольным излучателем, последовательно соединенные магнитоприемник, первый предварительный усилитель и

20 первый амплитудно-фазовый компенсатор , последовательно соединенные го- ризонтальньй магнитоприемник, ось чувствительности которого параллельна направлению движени , а центр

25 совмещен с центром вертикального магнитоприемника, второй предварительный усилитель, второй амплитуд- . но-фазовый компенсатор и делительное устройство, цифровое отсчетное уст30 ройство, причем выход генератора периодических сигналов соединен с вторыми входами первого и второго амплитудно-фазовых компенсаторов, о т- личающеес тем, что, с целью повьш1ени производительности поисковых и рекогносцировочных работ на поверхности земли и в гидросреде, в него дополнительно введены второй горизонтальный магнитоприемник, пер- пендикулйрный первому, третий предва рительный усилитель, третий амплитуд но-фазовый компенсатор, два амплитуд ных детектора, фазометр, четыре ключа , порогова схема, два источника

опорного напр жени , датчик скорости , преобразователь скорость-частота , управл емые компаратор и нуль- детектор, арккотангенсный преобразователь , сумматор, -счетчик импульсов СП и дешифратор, при этом второй горизонтальный магнитоприемник, центр которого совмещен с центрами двух других приемников, через третий пред

35

40

варительный усилитель подключен к ставл ющих, а также фиксируют моменты 55 входов третьего амплитуд- равенства амплитуд вертикальной и но-фазового компенсатора, другой перпендикул рной направлению движе- вход которого подсоединен к выходу ни горизонтальной составл ющих век- генератора периодических сигналов, ТОРЯ напр женности вторичного магнит- а выход - к входу делимого делительного пол , причем по временному интервалу между моментами равенства амплитуд указанных составл ющих при известной скорости движени определ ют глубину залегани инженерной металлической коммуникации, а по значению отношени амплитуд и временному сдвигу между мгновенными значени ми горизонтальных составл ющих,

а также моменту по влени минимума амплитуды вертикал7ьной составл ющей - ее положение в плане.

2. Устройство дл определени координат инженерньк металлических коммуникаций , содержащее генератор периодических сигналов, соединенный с дипольным излучателем, последовательно соединенные магнитоприемник, первый предварительный усилитель и

первый амплитудно-фазовый компенсатор , последовательно соединенные го- ризонтальньй магнитоприемник, ось чувствительности которого параллельна направлению движени , а центр

совмещен с центром вертикального магнитоприемника, второй предварительный усилитель, второй амплитуд- но-фазовый компенсатор и делительное устройство, цифровое отсчетное устройство , причем выход генератора периодических сигналов соединен с вторыми входами первого и второго амплитудно-фазовых компенсаторов, о т- личающеес тем, что, с целью повьш1ени производительности поисковых и рекогносцировочных работ на поверхности земли и в гидросреде, в него дополнительно введены второй горизонтальный магнитоприемник, пер- пендикулйрный первому, третий предварительный усилитель, третий амплитудно-фазовый компенсатор, два амплитудных детектора, фазометр, четыре ключа , порогова схема, два источника

опорного напр жени , датчик скорости , преобразователь скорость-часто- та, управл емые компаратор и нуль- детектор, арккотангенсный преобразователь , сумматор, -счетчик импульсов и дешифратор, при этом второй горизонтальный магнитоприемник, центр которого совмещен с центрами двух других приемников, через третий пред

- 1113

ного устройства и одному из входов фазометра, другой вход которого подключен к выходу второго амплитудно-фазового компенсатора, одновременно подсоединенного к входу первого амплитудного детектора, выход первого амплитудного детектора одновременно подключен к одному из входов пороговой схемы, другой вход которой соединен с первым источником опорного напр жени , и одному из нальных входов управл емого компаратора , выход первого амплитудно- фазового компенсатора одновременно подключен к сигнальному входу управл емого нуль-детектора и входу второго амплитудного детектора, выход ко которого соединен с другим сигнальным входом управл емого компаратора, выход пороговой схемы одновременно подключен к входам управлени управл емого нуль-детектора, управл емого компа-ратора, первого и четвертого ключей, сигнальный вход первого клю-

712

ча соединен с выходом делительного устройства, а выход - с входом арк- котангенсного преобразовател , выход фазометра подключен к входу управлени второго ключа, сигнальный вход.которого соединен с вторым источником опорного напр жени , а выход - с одним из входов сумматора, другой вход которого подключен к выходу арккотангенсного преобразо- вател , выход сумматора соединен с сигнальным входом четвертого ключа, выход датчика скорости через пре- образ ователь скорость-частота подсоединен к сигнальному входу третьего ключа, вход управлени которого соединен с выходом управл емого компаратора , а выход - с входом счетчика

импульсов, выходы счетчика импульсов соединены с входами дешифратора, а выходы дешифратора, управл емого нуль- детектора, а также четвертого ключа под- . соединены к соответствующим входам цифрового отсчетного устройства.

S - -WУз д )

Фиг.1

«в f Нг1

-в S Ц

IH2,I IHe

h ln

Уп.1$(,п

iHeli

/d) U/-iH,i

«2,/

. J/nJStnA

S fw/

oL, град

фиг. 5