地下金屬管線走向探測裝置的製作方法
2023-04-25 08:03:36 1
專利名稱：地下金屬管線走向探測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種地下金屬管線走向探測裝置，屬於電子測量儀器技術領域。
背景技術：
現有技術，一般是採用極大值法或極小值法，具體為用發射機向地下金屬管線上施加一交流信號，在管線周圍便會產生交變磁場，管線正上方的磁場強度水平分量最大而垂直分量最小。極大值法是在地面上用一個平行於地面且垂直於地下管線的線圈，作天線來測量金屬管線產生磁場的場強，線圈上所感應產生的交變電壓信號的大小反映了磁場強度水平分量的大小，信號最強的位置就是地下金屬管線的正上方，移動掃描中信號最強點的連線就是地下管線的走向；極小值法是在地面上用一個垂直於地面的線圈，作天線來測量金屬管線產生磁場的場強，線圈上所感應產生的交變電壓信號的大小反映了磁場強度垂直分量的大小，信號最小的位置就是地下金屬管線的正上方，移動掃描中信號最小點的連線就是地下管線的走向。
它們的共同缺陷是在探測過程中，當得到一個信號強度數據時，該數據本身並不能判斷地下管線的方位，必須不斷比較當前位置與剛才位置所接收到的信號強弱，需反覆多次才能確定一個最大值或最小值位置點；在距離被測管線較遠時因接收的信號較弱，不同位置信號強弱變化不大而較難確定地下管線的方位；不能直觀的指示地下管線的方位；需經常調整發射機的發射功率及接收機的增益，以便於讀出磁場強度值並與剛才位置的讀數比較信號強弱。
發明內容
本實用新型的目的在於針對上述存在的缺陷，提出一種用於探測地下金屬管線走向的地下金屬管線走向探測裝置，該裝置用一個發射機及一個接收機，每測一個數據點都可判斷出地下金屬管線是位於當時位置的右邊、左邊還是正下方。
本實用新型的技術解決方案其結構是所述的待測地下管線在發射機所加信號下所產生的磁場，分別由水平線圈和垂直線圈接收其水平分量與垂直分量，其中水平線圈與置放大器、50Hz陷波器、開關電容選頻放大器、整形電路依次串接，整形電路的輸出一路接整流濾波電路，所得到的第一路地下管線方位指示電壓，再與放大器、方向指示器依次串接；垂直線圈與前置放大器、50Hz陷波器、開關電容選頻放大器、整形電路依次串接，兩個整形電路的輸出與加法器、整流濾波電路依次串接，得到第二路地下管線方位指示電壓，再與放大器、方向指示器的另一輸入端依次串接；時鐘發生器的輸出端分別與開關電容選頻放大器和開關電容選頻放大器連接。
本實用新型的優點由於本裝置並不測量各位置點的磁場強度，只測量其相位，從而可將接收機的放大倍數做得足夠高而不用擔心讀數溢出，故不用設置增益控制電路。另具有指示直觀、判斷準確、操作便捷、抗幹擾能力強，成本低等特點。
附圖1是地下金屬管線走向探測裝置的結構方框圖；附圖2是地下管線探測儀發射機電路實施例；附圖3是地下管線探測儀接收機信號處理電路實施例；圖中代號的意義GD待測地下管線；FSJ發射機；JSJ接收機；L待測地下管線在發射機所加信號下所產生的磁場SPXQ水平線圈；CZXQ垂直線圈；QZFD1、QZFD2；前置放大器；
XBQ1、XBQ250Hz陷波器；XPFD1、XPFD2開關電容選頻放大器；SZDL時鐘發生器；ZX1、ZX2整形電路；JFQ加法器；ZLLB1、ZLLB2整流濾波電路；FD1、FD2分別是放大器，FXZS是方向指示器。
u1、u2分別是第一、第二個地下管線方位指示電壓。
具體實施方式
對照附圖1，其特徵是所述的待測地下管線GD在發射機FSJ所加信號下所產生的磁場L，分別由水平線圈SPXQ和垂直線圈CZXQ接收其水平分量與垂直分量，其中水平線圈SPXQ與置放大器QZFD1、50Hz陷波器XBQ1、開關電容選頻放大器XPFD1、整形電路ZX1依次串接，整形電路ZX1的輸出一路接整流濾波電路ZLLB1，所得到的第一路地下管線方位指示電壓u1，再與放大器FD1、方向指示器FXZS依次串接；垂直線圈CZXQ與前置放大器QZFD2、50Hz陷波器XBQ2、開關電容選頻放大器XPFD2、整形電路ZX2依次串接，整形電路ZX2的輸出與整形電路ZX1的輸出一起與加法器JFQ、整流濾波電路ZLLB2依次串接，得到第二路地下管線方位指示電壓u2，再與放大器FD2、方向指示器FXZS的另一輸入端依次串接；時鐘發生器SZDL的輸出端分別與開關電容選頻放大器XPFD2和開關電容選頻放大器XPFD1連接。
具體工作過程發射機FSJ產生一個固定頻率的信號，一端加在待測地下管線的地面暴露點上，另一端接地，使待測地下管線產生交變電磁場，接收機SJS的水平線圈SPXQ與垂直線圈CZXQ分別在該電磁場的水平分量與垂直分量的作用下產生相應的交變電壓信號，這二路信號各自經前置放大器QZFD1和QZFD2放大、50Hz陷波器XBQ1和XBQ2濾除50Hz幹擾信號後進入開關電容選頻放大器XPFD1和XOFD2進行選頻放大，再由波形整形電路ZX1和ZX2轉換成方波信號，水平分量信號一路經整流濾波電路ZLLB1轉換成第一路方向指示電壓u1，水平分量信號的另一路與垂直分量信號一起進入加法器JFQ相加，經整流濾波電路ZLLB2電路轉換成第二路方向指示電壓u2；地下管線所產生交變電磁場的水平分量與垂直分量信號的頻率是相同的，而幅值、相位在不同位置是不同的，當接收機在待測地下管線右邊時水平分量與垂直分量信號相位相同、在左邊時相位相反，經一系列的放大、選頻及波形整形後就變成了頻率、幅值相同而相位隨接收機在待測地下管線左右位置不同而變的信號；當二個信號相位相同時加法器的輸出信號幅值為其中一路電壓的二倍，經整流濾波電路後得到的第二方位指示電壓u2就是第一方位指示電壓u1的二倍，當二個信號相位相反時，加法器的二個輸入相抵消了，其輸出變為0，第二方位指示電壓u2也為0；即接收機在待測地下管線的右邊時，第二方位指示電壓u2是第一方位指示電壓u1的二倍；接收機在待測地下管線的左邊時，第二方位指示電壓u2為零、第一方位指示電壓u1正常。當接收機在待測地下管線的正上方時，磁場垂直分量信號的幅值為0，垂直分量信號整形電路ZX2的輸出亦為0，加法器JFQ只有一個水平分量信號的輸入，經整流濾波電路後得到的第二方位指示電壓u2即與第一方位指示電壓u1相等；當探測點附近沒有地下金屬管線時，接收機SJS的水平線圈SPXQ與垂直線圈CZXQ上所接收到的信號均為0，故地下管線方位指示電壓u1、u2也為0。所得到的第一路地下管線方位指示電壓u1與放大器FD1、方向指示器FXZS依次串接；所得到的第二路地下管線方位指示電壓u2與放大器FD2、方向指示器FXZS的另一輸入端依次串接，當接收機在待測地下管線的左、右邊時，分另輸出向左、右的指示信號。
對照圖2，電容C30、C31、電阻R50、石英振蕩晶體X2、振蕩分頻集成電路U12組成振蕩分頻電路，電容C30、C31選用20pf，電阻R5為22MΩ，石英振蕩晶體X2的工作頻率為38KHz，U12選用CD4060，此電路在第10腳11腳間產生38KHz的方波信號，經32分頻後在第5腳得到頻率為1187.5Hz的方波輸出；D觸發器U13將該脈衝2分頻後在其第1腳與第2腳上分別輸出相位相反的二個脈衝，通過電阻R51、R52使輸出電路中的功率放大管Q1、Q2工作在輪流導通的狀態中，經變壓器B升壓後輸出頻率為593.75Hz的交變信號；電路中D觸發器U13可選用CD4013，電阻R51、R52為4.7KΩ，大功率場效應管Q1、Q2可選用RIF450，變壓器B的額定功率為30W、初級電壓為12V×2、次級電壓為64V，振蕩分頻集成電路U12、D觸發器U13集成電路的電源電壓為5V，功率放大級的電源電壓為12V。
對照圖3，上部為水平分量檢測放大部分的電路，中部為垂直分量檢測放大部分，左下角為時鐘電路。先看水平分量部分，接收機水平線圈SPXQ，是在Φ12×70的骨架上用Φ0.1mm的漆包線繞2500匝、中間穿Φ10×100mm的鐵氧體磁棒而成，與電容C1組成並聯諧振迴路，其諧振頻率與發射機的工作頻率相同，為593.75Hz，電容C1為0.22uF的CBB電容；運算放大器U1與電阻R1、R2、電容C2組成前置放大器，電阻R1為10KΩ、電阻R2為510Ω，C2為4700PF，此時前置放大器的放大倍數約為20倍；電阻R3、R4、R5、電容C3、C4、C5及運算放大器U2組成「雙T型50Hz陷波器」，R3、R4為14.4K、電阻R5為7.2K，電容C3、C4為0.22uF，C5為0.47uF；電容C6、C7、電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、及開關電容濾波集成電路U3組成一個四階開關電容帶通濾波器，其帶通中心頻率為所加時鐘頻率的1/100，本實施例的時鐘頻率為59375Hz，故帶通中心頻率為593.75Hz，電容C6為0.47uF，電阻R6、R9為10KΩ，電阻R7、R11為5.1KΩ，電阻R8、R10為100KΩ，電阻R12為4.7KΩ，電容C7為0.047uF，開關電容濾波集成電路U3(型號MF10)，選用以上參數時該濾波器的中心頻率放大倍數約為100倍，Q值大於50；運算放大器U4與電阻R13、R14組成波型整形電路，電阻R13為10KΩ、R14為330Ω，經過前面各級電路的放大及小型整形電路後，只要地下管線所產生的交變磁場號強度不是非常小，其輸出都統一變成±5V的方波信號；開關二極體D1、電阻R17、R18、電容C8組成整流濾波電路，而運算放大器U5與電阻R15、R16是為了與垂直分量電路中的加法器相平衡而設置的，電阻R15為24KΩ，電阻R16為12KΩ，故此電路的增益為0.5倍，信號經過此電路後會降低一半幅度，為±2.5V。垂直分量的電路大部分與水平分量部分的電路基本相同，不同點只有二處，一是接收線圈CZXQ改為垂直放置，二是在整流濾波以前有一個加法器，加法器由運算放大器U10、電阻R35、R36、R39組成，電阻R35、R39均為24KΩ、電阻R36為12KΩ，該加法器的增益為0.5，因二個輸入信號的幅度相同，相位可能為同相也可能為反相，故在只有一路輸入時，加法器輸出信號的幅度為輸入的一半，即±2.5V，若有二個相位相同的輸入，則加法器輸出信號的幅度為±5V，若有二個相位相反的輸入，則加法器輸出信號的幅度為0V；時鐘電路由電容C17、C18、電阻R40、石英振蕩晶體X1、振蕩分頻集成電路U11組成，電容C17、C18為20PF，電阻R40為22MΩ，石英振蕩晶體X1的工作頻率為1.9MHz，U11選用CD4060，此電路在第10腳11腳間產生1.9MHz的方波信號，經32分頻後在第5腳得到頻率為59375Hz的方波輸出，作開關電容濾選頻放大器U3、U8的時鐘信號。實施例中的運算放大器均可選用通用運算放大器，如LM741等。電路的工作電源電壓為±5V。
水平線圈SPXQ與諧振電容C1共同組成交變磁場的水平分量接收回路，並對發射機所發送的頻率為593.75Hz的信號有最大的響應，將地下金屬管線所產生交變磁場的水平分量轉換成交流電壓信號，經前置放大器放大，在運算放大器U1的輸出端得到約為放大20倍後的信號；再經過「雙T型50Hz陷波器」濾除50Hz的工頻幹擾，進入開關電容選頻放大器對593.75Hz的信號放大100倍，再由波型整形電路轉換成幅度為±5V的方波信號，一路送加法器，另一路經運算放大器U5後幅度降低一半，為±2.5V再經整流濾波電路後得到約1V的電壓，即電壓u1；若地下管線所產生交變磁場強度非常小，經過以上電路的放大仍達不到整形電路的閥值，則電壓u1為0V。交變磁場的垂直分量的接收過程與水平分量接部分類似，在經過波型整形電路後得到幅度為±5V的方波信號，並與水平分量的信號一起進入加法器，因二個輸入信號的幅度相同，相位可能為同相也可能為反相，加法器輸出信號的幅度視地下管線所產生交變磁場的水平分量與垂直分量之間的相位而變化若二個信號相位相同即地下管線在右邊，加法器輸出信號的幅度為±5V，經整流濾波電路後得到的電壓u2為2V的信號，若二個信號相位相反即地下管線在左邊，則加法器輸出信號的幅度為0V，電壓u2亦為0V，若垂直分量的信號近似為0即地下管線處於正下方，則加法器輸出信號的幅度為±2.5V，經整流濾波電路後得到的電壓u2為1V的信號。接收機得到「向右」的輸出時電壓u1為1V、電壓u2為2V，得到「向左」的輸出時電壓u1為1V、電壓u2為0V；電阻R61、R62、R63、R64、R65、R66、電容C41、運算放大器U14組成電壓u1的放大、電平移動電路；電阻R67、R68、R69、R70、R71、R72、電容C42、運算放大器U15組成電壓u2的放大、電平移動電路，發光二極體LED1為向右指示、發光二極體LED2為向左指示，R73為限流電阻；該電路能將電壓u1、u2先減去1V再放大4倍，而使電壓u1為1V時運算放大器U14輸出為0V、電壓u1為0V時運算放大器U14輸出-4V，電壓u2為2V、1V、0V時運算放大器U15的輸出對應為4V、0V、-4V，使得接收機在得到「向右」、或「向左」的輸出時，運算放大器U14、U15的輸出端間有4V的電壓差，得以驅動發光二極體LED1、LED2發光指示。「向右」時運算放大器U15輸出為4V，U14的輸出為0V，發光二極體LED1發光；「向左」時運算放大器U15輸出為-4V，U14的輸出為0V，發光二極體LED2發光；該電路中的電阻R61、R63、R67、R69可選100K，R62、R64、R68、R70可390K，R65、R71可選1K，R66、R72可選3.9K，電阻R73可選470，運算放大器U14、U15可選型號LM741等。
權利要求1.地下金屬管線走向探測裝置，其特徵是所述的待測地下管線(GD)在發射機(FSJ)所加信號下所產生的磁場(L)，分別由水平線圈(SPXQ)和垂直線圈(CZXQ)接收其水平分量與垂直分量，其中水平線圈(SPXQ)與置放大器(QZFD1)、50Hz陷波器(XBQ1)、開關電容選頻放大器(XPFD1)、整形電路(ZX1)依次串接，整形電路(ZX1)的輸出一路接整流濾波電路(ZLLB1)，所得到的第一路地下管線方位指示電壓(u1)，再與放大器(FD1)、方向指示器(FXZS)依次串接；垂直線圈(CZXQ)與前置放大器(QZFD2)、50Hz陷波器(XBQ2)、開關電容選頻放大器(XPFD2)、整形電路(ZX2)依次串接，整形電路(ZX2)的輸出與整形電路(ZX1)的輸出一起與加法器(JFQ)、整流濾波電路(ZLLB2)依次串接，得到第二路地下管線方位指示電壓(u2)，再與放大器(FD2)、方向指示器(FXZS)的另一輸入端依次串接；時鐘發生器(SZDL)的輸出端分別與開關電容選頻放大器(XPFD2)和開關電容選頻放大器(XPFD1)連接。
專利摘要本實用新型是地下金屬管線走向探測裝置，其結構是待測地下管線在發射機所加信號下所產生的磁場，分別由水平線圈和垂直線圈接收其水平分量與垂直分量，其中水平線圈與前置放大器、50Hz陷波器、開關電容選頻放大器、整形電路、整流濾波電路依次串接，所得到的地下管線方位指示電壓與放大器、方向指示器依次串接；垂直線圈與前置放大器、50Hz陷波器、開關電容選頻放大器、整形電路、加法器、整流濾波電路依次串接，所得到的地下管線方位指示電壓與放大器、方向指示器的另一輸入端依次串接；整形電路的輸出端接入加法器的另一輸入端；時鐘發生器的輸出端與開關電容選頻放大器和開關電容選頻放大器連接。優點指示直觀、判斷準確、操作便捷、抗幹擾能力強，成本低。
文檔編號G01V3/10GK2795876SQ200520072049
公開日2006年7月12日 申請日期2005年5月25日 優先權日2005年5月25日
發明者孫世榮, 姜進 申請人:南京工業大學