一種新型管道清管器跟蹤定位儀的製作方法

2024-01-18 00:45:15 3

專利名稱：一種新型管道清管器跟蹤定位儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及清管器跟蹤定位技術領域，特別涉及一種基於超低頻電磁波跟蹤定位清管器的新型管道清管器跟蹤定位儀。
背景技術：
清管器跟蹤定位技術是長期管道清理作業中產生的，用於跟蹤清管器運行，尋找清管器位置。主要由兩部分組成發射機和跟蹤儀。其中的發射機設置於清管器內，其原理是發射機不間斷的向空間發射穿透能力強的低頻率電磁波，通過不斷的發射保證了地面跟蹤儀的隨時接收。這裡的跟蹤儀是用來識別發射機發射的有效信號，當識別到發射機的有效信號時會發出報警，這樣就可以確定清管器的所在位置，在實際應用中要求跟蹤儀抗幹擾能力強，不誤報，不漏報。第一代清管器跟蹤定位技術產生於20世紀六十年代，其核心技術是帶通濾波，用窄帶濾波器儘可能抑制幹擾磁場。因為地球磁場的存在，天線周圍磁性物體的運動會影響磁場分布，產生交變磁場信號；電力、通訊設施也會產生交變電磁場。因此此種跟蹤定位儀器對環境要求極高。另外其該跟蹤儀沒有顯示觀察波形功能，使用不方便。在第一代清管器跟蹤定位技術的基礎上，20世紀八十年代，國外出現了以信號記錄為技術手段的第二代儀器，該儀器可顯示多個周期的信號波形並根據其規律識別信號。 國內第二代儀器產生於20世紀末，有的儀器則以多周期採樣為技術手段，根據幾個周期信號的時間間隔規律進行信號識別。該儀器採樣時間較長，識別不夠靈敏，一般情況下不能作為通過指示儀使用。該跟蹤儀也缺乏觀察波形功能，使用很不方便。發射機是發射超低頻磁場的裝置，一般被固定在骨架內部，與高中頻電磁波不同， 頻率在特定頻段的超低頻磁場不會被金屬管壁完全屏蔽，會有部分磁場穿透管壁，發射到管外空間，管壁越厚，管外磁場越弱；傳統發射機採用LC構成自激振蕩器，L即發射天線的電感，極易受到鋼鐵主體和管壁及溫度影響，C為電容，也容易受到溫度影響，因此通過LC 自激振蕩器所產生的固定頻率的電磁信號會產生較大的誤差，因此會影響清管器位置的正確判斷。另外，傳統的採用運放、電阻、電容等元件搭建的硬體電路濾波器不具有可調節性能。

實用新型內容為了實現管道清管器的準確定位，減少幹擾波所造成的幹擾，本實用新型實施例提供了一種新型管道清管器跟蹤定位儀。所述技術方案如下一種新型管道清管器跟蹤定位儀，包括發射機，設置於管道清管器內，用於發射電磁信號；和跟蹤儀，用於接收所述發射機的電磁信號，通過對所接收的電磁信號作識別，確定管道中的管道清管器的位置，所述發射機內設有用於產生發射信號的單片機控制器，及向單片機控制器提供時鐘信號的溫補晶振；所述跟蹤儀內設有用於處理所接收電磁信號的單片機控制器，及同所述單片機控制器相連接的數字濾波器、用於信號識別的數據處理系統；所述單片機控制器產生固定頻率的電磁信號經信號處理、信號放大後進行發射， 所述跟蹤儀接收到所述發射機發射的信號後進入單片機控制器，並經數字濾波器進行幹擾信號的過濾，過濾後的信號經數據處理系統進行信號識別，當識別到所述發射機發射的電磁信號時，所述數據處理系統發出警報。所述單片機控制器所產生的電磁信號為頻率為22Hz的標準正弦波信號。所述單片機控制器採用斷續信號發射方式，其發射信號周期為1 1. 5秒。所述數字濾波器採用MAX260雙二階通用開關電容有源濾波器。進一步，所述跟蹤儀內還設有液晶顯示器，所述液晶顯示器分別同所述單片機控制器和數據處理系統相連接，可以實時顯示濾波前的信號波形及顯示記錄經數據處理系統識別後的信號波形。所述跟蹤儀設有聲音報警和光電報警，當所述跟蹤儀接收並識別為所述發射機信號時，液晶顯示器在顯示其信號波形時並伴有聲音報警或光電報警。進一步，所述數據處理系統內設有數據存儲模塊和數據查詢模塊，用於存儲和查看所識別到的電磁信號的識別時間；所述液晶顯示器內設有波形存儲模塊和波形查詢模塊，用於存儲和查看所檢測到的波形和數據。本實用新型實施例提供的技術方案的有益效果是通過將發射機和跟蹤儀採用數位化處理方式，使其更準確檢測出管道中清管器的位置，為高效的清管提供了保證。發射機採用低功耗單片機控制器，由溫補晶振提供時鐘信號，可以產生間隔準確、 頻率固定的標準正弦波，頻率為22士0. 6Hz，受外界影響甚微，同時本實用新型的發射機採用斷續工作方式，周期在1 1. 5秒之間，以節省電能、增加工作時間或為人工識別提供已知條件。本實用新型的跟蹤儀採用MAX260構成雙帶通濾波器，將頻率鎖定在發射機發射的超低頻率範圍，從而增加了抗幹擾的能力，與傳統的採用運放、電阻、電容等元件搭建的硬體電路濾波器相比電路更簡單、精度更高、可靠性更強。具有波形顯示功能，在顯示的波形上，清管器由遠及近、由近及遠的來去運行過程一目了然。在跟蹤儀中設置了波形顯示功能和信號識別功能，這樣使操作者有足夠的依據做出明確的判斷。在數據處理系統和液晶顯示器內設有存儲模塊和查詢模塊，可以實現無人值守的工作方式，減輕工作人員工作強度。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地， 下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型發射機的原理框圖；圖2是本實用新型跟蹤儀的原理框圖；圖3是本實用新型發射機發射天線電路原理圖；圖4是本實用新型發射機的單片機控制器電路原理圖；圖5是本實用新型的MAX260雙帶通濾波器電路原理圖；圖6是本實用新型跟蹤儀的單片機控制器電路原理圖；圖7是本實用新型跟蹤儀信號識別方法框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。本實用新型包括發射機和跟蹤儀，圖1所示為發射機原理框圖，圖2所示為跟蹤儀原理框圖。由圖1發射機原理框圖中可以看出，發射機內設有單片機控制器、供給單片機控制器電源的電源系統及擴展系統接口，向單片機控制器提供時鐘信號的溫補晶振；單片機控制器所產生的電磁信號為頻率為22Hz的標準正弦波信號，正弦波信號通過信號處理、 信號放大後向外部發射，單片機控制器採用斷續信號發射方式，其發射信號周期為1 1. 5 秒，以節省電能、增加工作時間或為人工識別提供已知條件，其中發射機發射天線電路原理圖如圖3所示，發射機的單片機控制器電路原理圖如圖4所示。從圖2跟蹤儀原理框圖中可以看出，發射機所發射的電磁信號被跟蹤儀所接收， 經信號整形、增益調節、信號採集器進入單片機控制器，其電路原理圖如圖6所示，並經過數字濾波器將幹擾信號過濾掉，過濾後的信號經數據處理系統進行信號識別處理，其信號識別方法如圖7所示。通常跟蹤儀會產生誤報警的原因，是儀器所要接收的信號即發射機發射的信號是超低頻信號，因此自然會接收地磁場、電磁場信號。採用數字濾波技術的儀器可以在很大程度上消除地磁場的幹擾。本實用新型的數據濾波器採用MAX260濾波晶片，其電路原理圖如圖5所示，MAX260是CMOS雙二階通用開關電容有源濾波器，由微處理器精確控制濾波函數。 它可構成各種帶通、低通、高通、陷波和全通配置，且不需外部元件。每個器件含有兩個二階濾波器，在程序控制下設置中心頻率4、品質因數Q和濾波器工作方式。64步中心頻率控制、1 步品質因數控制、獨立的品質因數和中心頻率編程保證時鐘頻率對中心頻率&比值精度為1%。其中的跟蹤儀利用MAX260構成雙帶通濾波器，將頻率鎖定在發射機發射的超低頻頻率範圍，從而增加了抗幹擾的能力。數字濾波器處理完成的信號經過放大、跟隨後輸入到單片機，單片機進行採樣、濾波識別出22Hz的超低頻信號。只有當信號的頻率、採樣個數、採樣時間、幅值等要求都滿足設定值時，該信號才會被認為是發射機發射的信號，跟蹤儀將啟動蜂鳴器產生報警，同時將所檢測信號的檢測時間記錄在數據處理系統中的數據存儲模塊，並通過其中的數據查詢模塊查看所識別到的電磁信號的識別時間。另外在跟蹤儀上配置有5. 7〃 ,320x240點液晶顯示屏，其主要作用是顯示數據和波形，可以實時顯示跟蹤儀所接收到的信號，該信號為單片機控制器信號識別之前的信號，可以客觀的反應跟蹤儀所處的環境磁場狀況，為更合理的選擇測定環境，為避免環境因素產生誤報提供合理化依據。當接收到發射機信號時，液晶顯示器會顯示當前的信號波形並伴有聲音報警或光電報警，從視覺和聽覺上都能夠直觀的給人以提醒。液晶顯示器內設有波形存儲模塊和波形查詢模塊，用於存儲和查看所檢測到的波形和數據，可以通過液晶顯示器隨時查詢顯示記錄結果。在顯示的波形上，清管器由遠及近、由近及遠的來去運行過程一目了然。在跟蹤儀中設置了波形顯示功能和信號識別功能，因為單靠信號強度觸發報警的跟蹤儀經常誤報， 即使通過跟蹤儀收到信號後報警，操作者也會因為沒有足夠的依據難以做出明確的判斷。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種新型管道清管器跟蹤定位儀，包括發射機，設置於管道清管器內，用於發射電磁信號；和跟蹤儀，用於接收所述發射機的電磁信號，通過對所接收的電磁信號作識別，確定管道中的管道清理器的位置，其特徵在於所述發射機內設有用於產生發射信號的單片機控制器，及向單片機控制器提供時鐘信號的溫補晶振；所述跟蹤儀內設有用於處理所接收電磁信號的單片機控制器，及同所述單片機控制器相連接的數字濾波器、用於信號識別的數據處理系統；所述發射機的單片機控制器產生固定頻率的電磁信號經信號處理、信號放大後進行發射，所述跟蹤儀接收到所述發射機發射的信號後進入跟蹤儀的單片機控制器中，並經數字濾波器進行幹擾信號的過濾，過濾後的信號經數據處理系統進行信號識別，當識別到所述發射機發射的電磁信號時，所述數據處理系統發出警報。
2.根據權利要求1所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特徵在於所述單片機控制器所產生的電磁信號為頻率為22Hz的標準正弦波信號。
3.根據權利要求2所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特徵在於所述單片機控制器採用斷續信號發射方式，其發射信號周期為1 1. 5秒。
4.根據權利要求1所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特徵在於所述數字濾波器採用MAX260雙二階通用開關電容有源濾波器。
5.根據權利要求1-4任一所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特徵在於所述跟蹤儀內還設有液晶顯示器，所述液晶顯示器分別同所述單片機控制器和數據處理系統相連接，可以實時顯示濾波前的信號波形及顯示記錄經數據處理系統識別後的信號波形。
6.根據權利要求5所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特徵在於所述跟蹤儀設有聲音報警和光電報警，當所述跟蹤儀接收並識別為所述發射機信號時，液晶顯示器在顯示其信號波形時並伴有聲音報警或光電報警。
7.根據權利要求6所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特徵在於所述數據處理系統內設有數據存儲模塊和數據查詢模塊，用於存儲和查看所識別到的電磁信號的識別時間；所述液晶顯示器內設有波形存儲模塊和波形查詢模塊，用於存儲和查看所檢測到的波形和數據。
專利摘要本實用新型公開了一種新型管道清管器跟蹤定位儀，包括跟蹤儀和設置於管道清管器內的發射機，所述發射機內設有單片機控制器，及向單片機控制器提供時鐘信號的溫補晶振；跟蹤儀內設有單片機控制器，及同所述單片機控制器相連接的數字濾波器、數據處理系統；發射機的單片機控制器產生固定頻率的電磁信號經信號處理、信號放大後進行發射，所述跟蹤儀接收到發射機發射的信號後經數字濾波器過濾，過濾後的信號經數據處理系統進行信號識別，當識別到發射機發射的電磁信號時，數據處理系統發出警報並記錄儲存識別時間。本實用新型通過將發射機和跟蹤儀採用數位化處理方式，使其更準確檢測出管道中清管器的位置，為高效的清管提供了保證。
文檔編號G01V3/12GK202018515SQ201120061728
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月10日 優先權日2011年3月10日
發明者周永濤, 董紹華, 譚春波, 費凡, 韓忠晨 申請人:中國石油天然氣集團公司