SU758035A1 - Устройство для определения трассы прокладки и глубины залегания протяженных проводников 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к электромагнитным ' исследованиям и может быть использовано при определении трасс прокладки и глубины залегания протяженных проводников (кабелей, трубопроводов и т.п.).

Известен неконтактный искатель металлических предметов и неоднородностей, позволяющий определять трассу прокладки и глубину залегания подземных коммуникаций, содержащий генератор периодических сигналов, излучатель, приемный контур с дополнительными параллельно расположенными ферритовыми стержнями с приемными катушками, включенными в виде отдельных секций и соединенными посдедовательно-встречно Й·

Недостатками его являются низкие точность измерения и быстродействие, обусловленное необходимостью обхода исследуемого объекта по контуру.

Известно устройство для определения глубины залегания металлических подводных трубопроводов, содержащее генератор переменного тока, измерительное устройство и две взаимно перпендикулярные рамки [2^ .

Недостатками известного устройстйа являются низкие быстродействие и точ2

ность измерений, обусловленные возможностью определения трассы прокладки и глубины залегания трубопровода, обтекаемого переменным током, только в статике и необходимостью изменения во времени ориентации приемных элементов .

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения трассы прокладки протяженного проводника, содержащее генератор периодических сигналов, излучатель электромагнитного поля, пару магниточувствительных приемных элементов, датчик и регулятор скорости движения, сравнивающее устройство, источник опорных сигналов, два выделителя экстремумов, три ключа, счетчик импульсов, дешифратор, преобразователь "напряжениечастота", отсчетное устройство, три триггера, схему ИЛИ, расширитель импульсов, индикаторы знаков угла £з! .

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности,· исключающие определение глубины залегания протяженного проводника, низкая точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства.

3

758035

4

Это достигается тем, что устройство для определения трассы прокладки й глубины залегания протяженных проводников дополнительно содержит вертикальный магнитоприемник, выделитель экстремумов, два триггера, два ключа,» счетчик импульсов, два квадратора, Суммирующее устройство, корнеиэвлекающее устройство, делитель частоты на два, делительное и множительное устройства, индикатор глубины залегания, причем вертикальный магнитоприемник Ю расположен на продолжении высоты треугольника, образованного излучатёлем и парой горизонтальных магнитоприемников, выход вертикального магнитоприемника через третий выделитель экстре- 15 мумов и четвертый триггер подключен к управляющему входу четвертого ключа, выход преобразователя "напряжениечастота" одновременно подсоединен к сигнальным входам четвертого и пятого ^0 ключей·, выход схемы ИЛИ одновременно подключен к единичному входу пятого триггера, инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу пятого ключа, сигнальный выход которого подключен ко входам второго счетчика импульсов и первого квадратора и ко входу делимого делительного устройства, выход второго счетчика импульсов подсоединен к нулевому входу пятого триггера, выход первогр квадра- . 30 тора подключен к одному, из входов суммирующего устройства, второй вход которого через второй квадратор подсоединен к выходу третьего ключа, выход суммирующего устройства подключен 35 к входу корнеизвлекающего устройства, выход которого подсоединен к входу делителя делительного устройства, выход делительного устройства подключен к одному из входов множительного до устройства, выход четвертого ключа через делитель частоты на два подсоединен к второму входу множительного устройства, выход которого подключен к входу индикатора глубины, а выход расширителя импульсов одновременно подсоединен к входам установки на ноль делительного и множительного, 'устройств и второго счетчика импульсов.

Структурная схема предложенного устройства изображена на фиг. 1, где

1 - генератор периодических сигналов;

2 - излучатель электромагнитного поля;

3, 4 и 5 - горизонтальные и вертикальный магниточувствительные приемные элементы соответственно; 6, 7 и 8 - "

первый, второй и третий выделители экстремумов; 9, 10, 11, 12 и 13 - первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи; 14, 15, 16, 17 и 18 - соответственно первый, второй, третий, 60 четвертый и пятый триггеры; 19 и 20 первый и второй счетчики импульсов;

21 и 22 - первый и второй квадраторы;

23 - суммирующее устройство; 24 - корнеизвлекающее устройство; 25 - дели- 65

тель частоты на два; 26 - делительное устройство; 27 - множительное устройство; 28 - датчик скорости (преобразователь "скорость-напряжение");

29 - преобразователь "напряжение-частота" ; 30 - регулятор скорости движения; 31 - сравнивающее устройство;

32 - источник опорного напряжения;

33 и 34 - индикаторы знаков "+" и угла трассы прокладки протяженного проводника; 35 - схема ИЛИ; 36 - дешифратор; 37 - отсчетное устройство угла трассы протяженного проводника;

38 - расширитель импульсов; 39 - индикатор глубины залегания проводника.

Принцип действия предложенного устройства объясняется следующим.

В основу определения трассы прокладки протяженного проводника положена особенность распределения его магнитного поля, состоящая в том, что горизонтальная составляющая, непараллельная оси проводника, имеет максимум при минимальном расстоянии между проводником и точкой наблюдения.

В предложенном устройстве, как и в известном, по величине и направлению сдвига максимума аномального сигнала в одном горизонтальном магнитоприемнике по отношению к максимуму в другом горизонтальном магнитоприемнике определяется трасса прокладки протяженного проводника.

Для определения глубины залегания протяженного проводника использован известный факт, суть которого состоит в том, что зависимость вертикальной составляющей магнитного поля проводника, обтекаемого переменным током, от горизонтального расстояния между осью проводника и точкой наблюдения характеризуется наличием трех экстремумов; двух максимумов и одного минимума. Причем минимум соответствует

.расположению точки измерений точно нал проводником,а максимумы,одинаковые по величине, расположены симметрично относительно протяженного проводника, а расстояние между ними равно. удвоенному вертикальному расстоянию между точкой измерений и проводником, т.е. удвоенной глубине залегания протяженного проводника. Это справедливо в случае перпендикулярности направления профилирования и оси проврдника. Если направление профилирования неперпендикулярно оси проводника, то удвоенная глубина залегания равна произведению расстояния между . максимумами вертикальной составляющей магнитного поля на косинус угла, на который необходимо изменить в горизонтальной плоскости направление профилирования, чтобы оно составляло Я/2 с осью проводника.

Теоретически и экспериментально

установлено, что и при возбуждении

протяженного проводника сторонним ис5

758035

6

точником излучения зависимость вертикальной составляющей вторичного магнитного поля от горизонтального расстояния между точкой измерений и осью проводника характеризуется одним минимумом и двумя максимумами, причем 5 расстояние между последними содержит в явном виде информацию о глубине залегания проводника. Отличие от случая протяженного проводника, обтекаемого переменным током, состоит в том, что до во-первых, значения максимумов различны, а во-вторых, сами максимумы расположены несимметрично относительно протяженного проводника.

Предложенное устройство для опреде-,ς ления трассы прокладки и глубины залегания протяженного проводника работает следующим образом.

На фиг. 2 приведено схематическое изображение геометрии расположения излучателя и приемников поля устрой- 20 ства, где 2 - излучатель первичного электромагнитного поля, 3 и 4 - горизонтальные магниточувствительные приемные элементы, 5 - вертикальный магнитоприемгик. Излучатель 2, под- 25 ключенный к ιыходу генератора периодических сигналов 1, облучает протяженный проводчик, вторичное поле которого наводит сигналы в приемниках 3, 4 и 5. 30

Экстремумы (максимумы) ЭДС наводимых в горизонтальных магнитоприемниках 3 и 4, соответствует моментам нахождения приемников поля точно над протяженным проводником. 35

В случае расположения оси проводника перпендикулярно направлению профилирования максимумы ЭДС в обоих приемниках 3 и 4 появятся одновременно, т.е. сдвиг между ними равен до нулю, что соответствует равенству нулю угла между трассой прокладки протяженного проводника и прямой, соединяющей приемные элементы 3 и 4.

Если направление профилирования непер-д^ пендикулярно оси протяженного проводника, максимумы ЭДС в магнитоприемниках 3 и 4 будут зарегистрированы в разное время. При постоянной скорости движения (V = сопси) и постоянном во до времени расстоянии между приемниками 3 и 4 время между появлением экстремумов аномального сигнала в приемниках 3 и 4 будет равно

^^26^29 ⁵⁵

где V — скорость движения при профилировании;

К^, И_й - коэффициенты преобразования датчика скорости 28 и преобразо- до вателя "напряжение-частота" 29.

В предложенном устройстве датчик скорости 28 измеряет скорость движения . При этом выполняется условие

(2) 65

К выходу датчика скорости 28 подсоединен вход преобразователя "напряжение-частота" 29 и один из входов сравнивающего устройства 31, к другому входу которого подсоединен вход источника опорного напряжения 32. Скорость управляется регулятором скорости 30, обеспечивающим выполнение равенства

^ϋ68ΙΧ2&-^Κ26 ^νχυοη . (з)

... ^ΟΠ

^К2&’^С°^П^- ⁽⁴⁾ где Ц^- выходной сигнал источника опорного, напряжения 32.

Максимумы ЭДС наводимых в приемниках 3 и 4 вторичным полем протяжен-ного проводника,выделяются выделителями экстремумов б и 7 и через схему ИЛИ 35 подаются на счетный вход триггера 16, открывающего на время ί третий ключ 11. При этом с выхода преобразователя "напряжение-частота" 29 на вход первого счетчика импульсов 19 поступают импульсы.

После пересечения вторым во времени горизонтальным магнитоприемником 3 или 4 трассы проводника третий триггер 16 прекращает подачу импульсов с выхода преобразователя "напряжениечастота" 29. Количество импульсов η прошедшее на первый счетчик 19, при выполнении равенства (4) будет равно

^η=ί’ ν^Κ2δ'^Κ29 ^ν' ¹» =-9³⁴ > )5) где ί - частота импульсов на выходе преобразователя "напряжение-частота" 29, т.е. η пропорционально тангенсу угла между трассой прокладки протяженного проводника и прямой, соединяющей приемники 3 и 4. Количество импульсов η , накопленное счетчиком импульсов 19, дешифрируется дешифратором 36, а значения угла регистрируются отсчетным устройством 37.

Одновременно выходные сигналы приемников поля 3 и 4 через выделители экстремумов 6 и 7 подаются на входы первого и второго ключей 9 и 10, которые через первый 14 и второй 15 триггеры подсоединены к входам индикаторов знака угла 33 и 34, а выходы триггеров 14 и 15 одновременно подключены к управляющим входам соответственно первого 9 и второго 10 ключей .

Выход преобразователя "напряжение-частота" 29 одновременно подсоединен к входам четвертого 12 и пятого 13 ключей. Выходной сигнал вертикального магнитоприемника 5 через третий выделитель экстремумов 8 и четвертый триггер 17 поступает на управляющий вход четвертого ключа 12, выход которого через делитель частоты на два 25 подсоединен к одному из входов мно .жительного устройства 27. Сигнал с выхода пятого ключа 13 одновременно

,758035

подается на вход второго счетчика импульсов 20, вход первого квадратора 21 и вход делимого делительного устройства 26. Выход второго счетчика импульсов 20 подключен к нулевому входу пятого триггера 18, на единичный 5 вход которого поступают сигналы с выхода схемы ИЛИ 35, а его инверсный выход подсоединен к управляющему входу пятого ключа 13. Выходной сигнал третьего ключа 11 через второй квадратор 22 поступает на один из входов суммирующего устройства 23, к другому входу которого подключен выход первого квадратора 21.

15

Сигнал с выхода сумматора 23 через корнеизвлекающее устройство 24 поступает на вход делителя делительного устройства 26, выход которого подсоединен ко второму входу множительного „ устройства 27, выходной сигнал кото- ^υ рого подается на индикатор глубины залегания протяженного проводника 39. Выход третьего триггера 16 через расширитель импульсов 38 одновременно подсоединен к входам установки нуля' первого 19 и второго 20 счетчиков импульсов, первого 14, второго 15 и третьего 16 триггеров, а также к входам делительного 26 и множительного 27 устройств. 30

Передним фронтом выходного импульса схемы ИЛИ 35 через триггер 18 открывается пятый ключ 13 и выходные импульсы преобразователя 29 поступают 35 на зход второго счетчика импульсов 20. Максимальное количество импульсов, которое может быть записано в счетчике 20, пропорционально расстоянию между горизонтальными магнито- 40 чувствительными элементами 3 и 4, т.е. расстоянию ί (см. фиг. 2). Количество импульсов, прошедшее на выход третьего ключа 11, пропорционально расстоянию С между максимумами 45 ЭДС, наводимой полем протяженного проводника в вертикальном магнитоприемнике.

где Κ^γ- коэффициент преобразования множительного устройства 19.

В случае выполнения равенств

73’

27

К. К 24 ^К

-1

выражение (7) приводится >54 С

где

+ с¹

(8)

(9)

к виду

(10) (11)

Н - глубине, залегания протяженного проводника.

После прихода второго (последнего) импульса с выходов выделителей экстре мумов 6 и 7 задним фронтом выходного импульса триггера 16 запускается расширитель импульсов 38, который через определенное (фиксированное) время сбрасывает на ноль показания первого 19 и второго 20 счетчиков импульсов, делительного 26 и множительного 27 устройств и переводит в нулевое положение триггеры 14, 15 и 16.

На выходе корнеизвлекающего уст- 50 ройства 24 количество импульсов равно

где К^-Ку- коэффициенты преобраэова- 55 ния блоков 21, 22, 23 и 24 соответственно.

Количество импульсов, поступающее с выхода множительного устройства 27 ка выходной индикатор глубины 39, представляется выражением

__--,, (7)

27 К65

Предложенное устройство позволяет определять трассу прокладки и глуби- ) ну залегания протяженных проводников непосредственно во время движения поисковой установки, без изменения во . времени ориентации приемных элементов, без остановки поисковой установки, что обеспечивает резкое повышение производительности труда. Изобретение Характеризуется тем, что приемно-измерительная часть может быть в равной степени использована и для определения трассы прокладки и глубины залегания протяженных проводников, обтекаемых переменным током

Устройство обладает повышенным быстродействием, расширенными функциональными возможностями, обеспечивает высокую точность измерений трассы прокладки и глубины залегания протяженных проводников. Особенно эффективным оно может быть при решении задачи определения глубины залегания и трассы прокладки и подводных кабелей связи и трубопроводов.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для определения трассы прокладки и глубины залегания протяженных проводников, содержащее генератор периодических сигналов, излучатель электромагнитного поля, пару маг ниточувствительных приемных элементов, датчик и регулятор скорости движения, сравнивающее устройство, источник опорного сигнала, два выделителя экстремумов, три ключа, счетчик

   9

   75803

   импульсов, дешифратор, преобразователь "напряжение-частота" три триггера, схему ИЛИ, расширитель импульсов, индикаторы знаков угла, отсчетное устройство угла трассы прокладки, причем излучатель и магнитоприемники рас положены в горизонтальной плоскости так, что образуют равнобедренный треугольник с вершиной в точке расположения излучателя, оси чувствительности магнитоприемников параллельны высоте треугольника, опушенной с его вершины на отрезок, соединяющий центры магнитоприемников, выходы магнитоприемников через выделители экстремумов подключены одновременно ко входам первого и второго ключей и через схему ИЛИ ко входу третьего триггера, выход которого одновременно подсоединен ко входу управления третьего ключа й входу расширителя импульсов, к выходам первого и второго ключей подключены входы первого и второго триггеров, выходы которых соединены с индикаторами знаков угла и одновременно с управляющими входами соответственно второго и первого ключей, а к выходу датчика скорости подключен вход преобразователя ” напряжение-частота" ,· выход которого через третий ключ подсоединен к счетчику импульсов, еыходы которого через дешифратор подключены ко входам отсчетного устройства, а выход расширителя импульсов одновременно подсоединен ко входам установки на ноль первого, второго и третьего триггеров и счетчика импульсов, о тлич ающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей устройства, оно дополнительно содержит вертикальный магнитоприемник, выделитель экстремумов, два триггера, два ключа, счетчик импульсов, два квадратора, суммирующее устройство, корнеизвлекающее устройство, делитель частоты на два, делительное и множительное устройства, индикатор глубины залегания, причем вертикальный магнитоприемник расположен на протяжении высоты треугольника, образованного излучателем и парой горизонтальных магнитоприемников, выход вертикального магнитсприемника через третий выделитель экстремумов и четвертый триггер подключен к управляющему входу четвертого ключа, выход преобразователя "напряжение-частота" одновременно подсоединен к сигнальным входам четвертого и пятого ключей, выход схемы ИЛИ одновременно подключен к единичному входу пятого триггера, инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу пятого ключа, сигнальный выход которого подключен ко входам второго счетчика импульсов и первого квадратора и ко входу делимого делительного устройства, выход второго счетчика импульсов подсоединен к нулевому входу пятого триггера, выход первого квадратора подключен к одному из входов суммирующего устройства, второй вход которого через второй квадратор подсоединен к выходу третьего ключа, выход суммирующего устройства подключен ко входу корнеизвлекающего устройства, выход которого подсоединен ко входу делителя делительного устройства, выход делительного устройства подключен к одному из входов множительного устройства, выход четвёртого ключа через делитель частоты на два подсоединен к второму входу множительного устройства, выход которого подключен ко вхо ду индикатора глубины, а выход расширителя импульсов одновременно подсоединен ко входам установки на ноль делительного и множительного устройств и второго счетчика импульсов.