專(zhuān)利名稱(chēng)：一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，屬于電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在地下金屬管線(xiàn)探測(cè)中，需用發(fā)射機(jī)向地下金屬管線(xiàn)上加載一交流信號(hào)，在管線(xiàn)周?chē)銜?huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在地面上探測(cè)該磁場(chǎng)強(qiáng)度及相位可知地下金屬管線(xiàn)的走向及埋深；所加載的電流值與所加交流信號(hào)的電壓、當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的導(dǎo)電性、地下金屬管線(xiàn)的防腐層的好壞等有關(guān)；對(duì)于一根地下金屬管線(xiàn)，其管線(xiàn)加載的總電流值隨著防腐層破損點(diǎn)的增加而增加；而在這根管線(xiàn)上不同地點(diǎn)的電流值可能是不同的，在管線(xiàn)離開(kāi)發(fā)射機(jī)的過(guò)程中，每經(jīng)過(guò)一個(gè)防腐層破損點(diǎn)其電流就下降一點(diǎn)，電流下降幅度越大，其防腐層破損程度就越嚴(yán)重；此外，在目標(biāo)管線(xiàn)附近如有其他金屬管線(xiàn)存在，則會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)在其他管線(xiàn)上產(chǎn)生感應(yīng)電流及交變磁場(chǎng)，對(duì)使用測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度及相位方法探測(cè)的結(jié)果帶來(lái)影響，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法區(qū)分出目標(biāo)管線(xiàn)。
在地下金屬管線(xiàn)探測(cè)過(guò)程中，在地面上測(cè)量地下金屬管線(xiàn)所加載的電流值，除了可測(cè)出地下金屬管線(xiàn)的防腐層損壞情況外，還可探明地下金屬管線(xiàn)的分支情況及方便從多根金屬管線(xiàn)中查找出目標(biāo)管線(xiàn)。這是因?yàn)楦鞣种Ч芫€(xiàn)上的電流之和等于總管線(xiàn)上的電流，其他管線(xiàn)上感應(yīng)的電流總小于目標(biāo)管線(xiàn)上的電流。
地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法目前尚未有公開(kāi)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種用于地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，該方法需用一個(gè)發(fā)射機(jī)及一個(gè)接收機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案
其特征是它分步驟1、使用發(fā)射機(jī)向地下管線(xiàn)上加載一定頻率的交流信號(hào)；步驟2、用峰值法或零值法確定地下金屬管線(xiàn)的正上方位置；步驟3、在地下金屬管線(xiàn)正上方的地面上同時(shí)用相隔一定距離的上、下兩個(gè)線(xiàn)圈測(cè)量金屬管線(xiàn)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二路交流電壓信號(hào)；步驟4、上述二路交流電壓信號(hào)分別經(jīng)第一、第二前置放大器、第一、第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器、第一、第二檢波電路、第一、第二信號(hào)調(diào)理電路后得到相應(yīng)的二個(gè)直流電壓信號(hào)；步驟5、將二個(gè)直流電壓信號(hào)經(jīng)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；步驟6、將第二個(gè)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的送除法器，除以二個(gè)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量間的差，得到的商送第一乘法器乘以上、下線(xiàn)圈間的距離；步驟7、將步驟6所得結(jié)果與第二個(gè)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量一起送第二乘法器相乘，所得積再經(jīng)第三乘法器乘以常數(shù)；步驟8、將步驟7所得結(jié)果經(jīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波，即可得到地下金屬管線(xiàn)上所加載的電流值。
本發(fā)明的工作原理是基于當(dāng)一根足夠長(zhǎng)的直線(xiàn)型導(dǎo)體上通以一定的電流時(shí)，其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度是以離開(kāi)導(dǎo)體的距離呈線(xiàn)性減小的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、操作便捷、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；附圖2是發(fā)射機(jī)的實(shí)施例電路圖；附圖3接收機(jī)信號(hào)處理的實(shí)施例電路圖。
圖中代號(hào)的意義
GD待測(cè)地下管線(xiàn)；FSJ發(fā)射機(jī)；JSJ接收機(jī)；L待測(cè)地下管線(xiàn)在發(fā)射機(jī)所加信號(hào)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)SXQ上線(xiàn)圈；XXQ下線(xiàn)圈；QZFD1、QZFD2前置放大器；XPFD1、XPFD2開(kāi)關(guān)電容選頻放大器；SZDL時(shí)鐘發(fā)生器；JBQ1、JBQ2檢波器；TL1、TL2信號(hào)調(diào)理電路；A/D1、A/D2模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器；JNF減法器；CUF除法器；CNF1、CNF2、CNF3乘法器；H上、下線(xiàn)圈之間的距離，取值范圍為0.3～0.6米；A常數(shù)；LBQ數(shù)字濾波器；I計(jì)算出的電流值；具體實(shí)施方式
一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，具體它分步驟1、使用發(fā)射機(jī)向地下管線(xiàn)上加載一定頻率的交流信號(hào)；步驟2、用峰值法或零值法確定地下金屬管線(xiàn)的正上方位置；步驟3、在地下金屬管線(xiàn)正上方的地面上同時(shí)用相隔一定距離的上、下兩個(gè)線(xiàn)圈測(cè)量金屬管線(xiàn)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二路交流電壓信號(hào)；步驟4、上述二路交流電壓信號(hào)分別經(jīng)第一、第二前置放大器QZFD1、QZFD2，第一、第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器XPFD1、XPFD2，第一、第二檢波電路JBQ1、JBQ2，第一、第二信號(hào)調(diào)理電路TL1、TL2后得到相應(yīng)的二個(gè)直流電壓信號(hào)V1、V2；步驟5、將直流電壓信號(hào)V1、V2經(jīng)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器A/D1、A/D2轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量V1’、V2’；步驟6、將數(shù)字量V2’送除法器CUF，除以數(shù)字量V2’與數(shù)字量V1’間的差，得到的商送第一乘法器CNF1乘以上、下線(xiàn)圈SXQ、XXQ間的距離；步驟7、將步驟6所得結(jié)果與數(shù)字量V2’一起送第二乘法器CNF2相乘，所得積再經(jīng)第三乘法器CNF3乘以常數(shù)A；步驟8、將步驟7所得結(jié)果經(jīng)數(shù)字濾波器LBQ進(jìn)行數(shù)字濾波，即可得到地下金屬管線(xiàn)上所加載的電流值I。
對(duì)照附圖，地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量?jī)x分發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其中接收機(jī)分信號(hào)處理部分和運(yùn)算處理部分。
所述的接收機(jī)信號(hào)處理部分由接收線(xiàn)圈、放大器、電阻電容等元件組成，完成測(cè)量地下金屬管線(xiàn)所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)的任務(wù)。其中上線(xiàn)圈SXQ與第一前置放大器QZFD1、第一開(kāi)關(guān)電容選頻放大器XPFD1、第一檢波器JBQ1、第一信號(hào)調(diào)理電路TL1依次串接，從而得到直流電壓信號(hào)V1；下線(xiàn)圈XXQ與第二前置放大器QZFD2、第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器XPFD2、第二檢波器JBQ2、第二信號(hào)調(diào)理電路TL2依次串接，從而得到直流電壓信號(hào)V2；時(shí)鐘發(fā)生器SZDL分別與第一、第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器XPFD1、XPFD2連接，供給開(kāi)關(guān)電容選頻放大器所需的時(shí)鐘信號(hào)。
所述的接收機(jī)運(yùn)算處理部分由一臺(tái)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，包含二路模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器A/D1、A/D2及全部的減法、乘法、除法運(yùn)算及數(shù)字濾波、常數(shù)設(shè)置功能，完成將代表地下金屬管線(xiàn)所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)運(yùn)算為地下金屬管線(xiàn)上所加載的電流值I的任務(wù)。二路模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器A/D1、A/D2的輸入端分別接第一、第二信號(hào)調(diào)理電路的輸出，并將其輸出的直流電壓V1、V2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量V1、V2；數(shù)字量V1、V2分別接減法器JNF的二個(gè)輸入端，減法器JNF的輸出端與數(shù)字量V2分別接除法器CUF的輸入端，除法器CUF的輸出端與常數(shù)H一起接第一乘法器CNF1的二個(gè)輸入端，第一乘法器CNF1的輸出端與數(shù)字量V2一起接第二乘法器CNF2的二個(gè)輸入端，第二乘法器CNF2的輸出端與常數(shù)A一起接第三乘法器CNF3的二個(gè)輸入端，第三乘法器CNF3的輸出端接數(shù)字濾波器LBQ的輸入端，在數(shù)字濾波器LBQ的輸出端上得到最終的地下金屬管線(xiàn)上所加載的電流值I。
實(shí)施例中的單片機(jī)選用INTEL 80C196KC20，其內(nèi)部包含8路模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明只用其中二個(gè)，其轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓定為3.3V；所有的運(yùn)算處理、常數(shù)設(shè)置功能由系統(tǒng)軟件生成。
對(duì)照附圖2，發(fā)射機(jī)包括振蕩分頻電路、D觸發(fā)器U13、功率放大管Q1、Q2以及變壓器B，其中振蕩分頻電路的輸出端管腳5接D觸發(fā)器U13的輸入端管腳3，D觸發(fā)器U13的輸出端管腳1、2分別接功率放大管Q1、Q2的輸入端，率放大管Q1、Q2輸出端接變壓器B的初級(jí)線(xiàn)圈。
振蕩分頻電路包括電容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，振蕩分頻集成電路U12選用CD4060，D觸發(fā)器U13可選用CD4013，電阻R51、R52為4.7KΩ，大功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q2可選用RIF450，變壓器B的額定功率為30W、初級(jí)電壓為12V×2、次級(jí)電壓為12V～100V多個(gè)抽頭，振蕩分頻集成電路U12、D觸發(fā)器U13集成電路的電源電壓為5V，功率放大級(jí)的電源電壓為12V。
對(duì)照?qǐng)D3，接收機(jī)的上線(xiàn)圈SXQ與下線(xiàn)圈XXQ一樣，是在Φ12×70的骨架上用Φ0.1mm的漆包線(xiàn)繞2500匝、中間穿Φ10×100mm的鐵氧體磁棒而成；上線(xiàn)圈SXQ與電容C1組成并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與發(fā)射機(jī)的工作頻率相同，為593.75Hz，電容C1為0.22uF的CBB電容；運(yùn)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1KΩ，C2為4700PF，此時(shí)前置放大器的放大倍數(shù)約為11倍；電容C3、C4、電阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及開(kāi)關(guān)電容帶通選頻放大專(zhuān)用集成電路U2組成一個(gè)四階開(kāi)關(guān)電容帶通選頻放大器，其帶通中心頻率為所加時(shí)鐘頻率的1/100。本實(shí)施例的時(shí)鐘頻率為59375Hz，故帶通中心頻率為593.75Hz，電容C3為0.47uF，電阻R3、R6為10KΩ，電阻R4、R7為5.1KΩ，電阻R5、R7為68KΩ，電阻R9為4.7KΩ，電容C4為0.047uF，開(kāi)關(guān)電容帶通選頻放大器專(zhuān)用集成電路U2型號(hào)為MF10，選用以上參數(shù)時(shí)該帶通選頻放大器的中心頻率放大倍數(shù)約為50倍，Q值大于25；開(kāi)關(guān)二極管D1、電阻R10、R11、電容C5、C6及運(yùn)算放大器U3組成檢波電路，將開(kāi)關(guān)電容帶通選頻放大器輸出的交變信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，開(kāi)關(guān)二極管D1為1N4148、電阻R10、R11為10KΩ、電容C5為4.7uF、C6為10uF；運(yùn)算放大器U4、電阻R12、電位器W1組成信號(hào)調(diào)理電路，將檢波電路輸出的直流信號(hào)放大到合適的幅度，調(diào)整電位器W1可改變信號(hào)調(diào)理電路的放大倍數(shù)，電阻R12為1KΩ、電位器W1為10KΩ。
下線(xiàn)圈XXQ至直流電壓V2部分的電路組成原理與上線(xiàn)圈至直流電壓信V1的部分完全一樣，其下線(xiàn)圈XXQ的安裝位置在距上線(xiàn)圈SXQ的下面H處；H取值范圍為0.3～0.6米，實(shí)施例取0.5米。
時(shí)鐘發(fā)生電路由電容C13、C14、電阻R25、石英振蕩晶體X1、振蕩分頻集成電路U9組成，電容C13、C14為20PF，電阻R25為22MΩ，石英振蕩晶體X1的工作頻率為1.9MHz，U9選用CD4060，實(shí)施例中的運(yùn)算放大器均可選用通用運(yùn)算放大器，如LM741等。電路的工作電源電壓為±5V。
常數(shù)A的大小與上線(xiàn)圈SXQ、下線(xiàn)圈XXQ的匝數(shù)、尺寸、鐵氧體磁芯的導(dǎo)磁率、工作頻率、電路的放大倍數(shù)、檢波器的檢波效率、信號(hào)調(diào)理電路的放大倍數(shù)、A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓大小有關(guān)，但當(dāng)電路參數(shù)確定后常數(shù)A也就確定了，可在接收機(jī)整機(jī)調(diào)試時(shí)作標(biāo)定調(diào)整。當(dāng)采用本實(shí)施例的電路參數(shù)時(shí)，常數(shù)A為45。
權(quán)利要求
1.一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，其特征是它分步驟1、使用發(fā)射機(jī)向地下管線(xiàn)上加載一定頻率的交流信號(hào)；步驟2、用峰值法或零值法確定地下金屬管線(xiàn)的正上方位置；步驟3、在地下金屬管線(xiàn)正上方的地面上同時(shí)用接收機(jī)中的相隔一定距離的上、下兩個(gè)線(xiàn)圈測(cè)量金屬管線(xiàn)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二路交流電壓信號(hào)；步驟4、上述二路交流電壓信號(hào)分別經(jīng)第一、第二前置放大器、第一、第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器、第一、第二檢波電路、第一、第二信號(hào)調(diào)理電路后得到相應(yīng)的二個(gè)直流電壓信號(hào)；步驟5、將二個(gè)直流電壓信號(hào)經(jīng)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；步驟6、將第二個(gè)數(shù)字量送除法器，除以二個(gè)數(shù)字量間的差，得到的商送第一乘法器乘以上、下線(xiàn)圈間的距離；步驟7、將步驟6所得結(jié)果與第二個(gè)數(shù)字量一起送第二乘法器相乘，所得積再經(jīng)第三乘法器乘以常數(shù)；步驟8、將步驟7所得結(jié)果經(jīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波，即可得到地下金屬管線(xiàn)上所加載的電流值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，其特征是接收機(jī)分信號(hào)處理部分和運(yùn)算處理部分，其中信號(hào)處理部分中上線(xiàn)圈與第一開(kāi)關(guān)電容選頻放大器、第一檢波器、第一信號(hào)調(diào)理電路依次串接；下線(xiàn)圈與第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器，第二檢波器，第二信號(hào)調(diào)理電路依次串接；時(shí)鐘發(fā)生器分別與第一、第二開(kāi)關(guān)電容選頻放大器連接；運(yùn)算處理部分中的第一、第二模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的的輸入端分別接信號(hào)處理部分第一、第二信號(hào)調(diào)理電路的輸出端，第一、第二模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接減法器的輸入端，減法器的輸出端與第二模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接除法器的二個(gè)輸入端，除法器的輸出端與常數(shù)H一起接第一乘法器的二個(gè)輸入端，第二模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的輸出端同時(shí)與第一乘法器的輸出端接第二乘法器的二個(gè)輸入端，，第二乘法器的輸出端與常數(shù)A一起接第三乘法器的二個(gè)輸入端，第三乘法器的輸出端接數(shù)字濾波器LBQ的輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，其特征是發(fā)射機(jī)包括振蕩分頻電路、D觸發(fā)器U13、功率放大管Q1、Q2以及變壓器B，其中振蕩分頻電路的輸出端管腳(5)接D觸發(fā)器U13的輸入端管腳(3)，D觸發(fā)器U13的輸出端管腳(1、2)分別接二個(gè)功率放大管的輸入端，二個(gè)率放大管輸出端接變壓器B的初級(jí)線(xiàn)圈。
全文摘要
本發(fā)明是一種地下金屬管線(xiàn)加載電流的地面測(cè)量方法，使用發(fā)射機(jī)向地下管線(xiàn)上加載一定頻率的交流信號(hào)；確定地下金屬管線(xiàn)的正上方位置；用上、下兩個(gè)線(xiàn)圈測(cè)量金屬管線(xiàn)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二路交流電壓信號(hào)；分別經(jīng)前置放大器、開(kāi)關(guān)電容選頻放大器、檢波電路、信號(hào)調(diào)理電路后得到相應(yīng)的二個(gè)直流電壓信號(hào)；經(jīng)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換數(shù)字量；第二個(gè)數(shù)字量的送除法器，除以二個(gè)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量間的差，得到的商送第一乘法器乘以上、下線(xiàn)圈間的距離；與第二個(gè)數(shù)字量一起送第二乘法器相乘，經(jīng)第三乘法器乘以常數(shù)；經(jīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波，得到地下金屬管線(xiàn)上所加載的電流值。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、操作便捷、抗干擾能力強(qiáng)、成本低。
文檔編號(hào)G01V3/08GK1818716SQ200610038789
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者孫世榮, 林錦國(guó) 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)