專利名稱：一種新型管道清管器跟蹤定位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及清管器跟蹤定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于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(shù)：
清管器跟蹤定位技術(shù)是長(zhǎng)期管道清理作業(yè)中產(chǎn)生的，用于跟蹤清管器運(yùn)行，尋找清管器位置。主要由兩部分組成發(fā)射機(jī)和跟蹤儀。其中的發(fā)射機(jī)設(shè)置于清管器內(nèi)，其原理是發(fā)射機(jī)不間斷的向空間發(fā)射穿透能力強(qiáng)的低頻率電磁波，通過不斷的發(fā)射保證了地面跟蹤儀的隨時(shí)接收。這里的跟蹤儀是用來識(shí)別發(fā)射機(jī)發(fā)射的有效信號(hào)，當(dāng)識(shí)別到發(fā)射機(jī)的有效信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警，這樣就可以確定清管器的所在位置，在實(shí)際應(yīng)用中要求跟蹤儀抗干擾能力強(qiáng)，不誤報(bào)，不漏報(bào)。第一代清管器跟蹤定位技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)六十年代，其核心技術(shù)是帶通濾波，用窄帶濾波器盡可能抑制干擾磁場(chǎng)。因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的存在，天線周圍磁性物體的運(yùn)動(dòng)會(huì)影響磁場(chǎng)分布，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)信號(hào)；電力、通訊設(shè)施也會(huì)產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)。因此此種跟蹤定位儀器對(duì)環(huán)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(shù)的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)八十年代，國(guó)外出現(xiàn)了以信號(hào)記錄為技術(shù)手段的第二代儀器，該儀器可顯示多個(gè)周期的信號(hào)波形并根據(jù)其規(guī)律識(shí)別信號(hào)。 國(guó)內(nèi)第二代儀器產(chǎn)生于20世紀(jì)末，有的儀器則以多周期采樣為技術(shù)手段，根據(jù)幾個(gè)周期信號(hào)的時(shí)間間隔規(guī)律進(jìn)行信號(hào)識(shí)別。該儀器采樣時(shí)間較長(zhǎng)，識(shí)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(fā)射機(jī)是發(fā)射超低頻磁場(chǎng)的裝置，一般被固定在骨架內(nèi)部，與高中頻電磁波不同， 頻率在特定頻段的超低頻磁場(chǎng)不會(huì)被金屬管壁完全屏蔽，會(huì)有部分磁場(chǎng)穿透管壁，發(fā)射到管外空間，管壁越厚，管外磁場(chǎng)越弱；傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)采用LC構(gòu)成自激振蕩器，L即發(fā)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(chǎn)生的固定頻率的電磁信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因此會(huì)影響清管器位置的正確判斷。另外，傳統(tǒng)的采用運(yùn)放、電阻、電容等元件搭建的硬件電路濾波器不具有可調(diào)節(jié)性能。

實(shí)用新型內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)管道清管器的準(zhǔn)確定位，減少干擾波所造成的干擾，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種新型管道清管器跟蹤定位儀。所述技術(shù)方案如下一種新型管道清管器跟蹤定位儀，包括發(fā)射機(jī)，設(shè)置于管道清管器內(nèi)，用于發(fā)射電磁信號(hào)；和跟蹤儀，用于接收所述發(fā)射機(jī)的電磁信號(hào)，通過對(duì)所接收的電磁信號(hào)作識(shí)別，確定管道中的管道清管器的位置，所述發(fā)射機(jī)內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的單片機(jī)控制器，及向單片機(jī)控制器提供時(shí)鐘信號(hào)的溫補(bǔ)晶振；所述跟蹤儀內(nèi)設(shè)有用于處理所接收電磁信號(hào)的單片機(jī)控制器，及同所述單片機(jī)控制器相連接的數(shù)字濾波器、用于信號(hào)識(shí)別的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述單片機(jī)控制器產(chǎn)生固定頻率的電磁信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理、信號(hào)放大后進(jìn)行發(fā)射， 所述跟蹤儀接收到所述發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)后進(jìn)入單片機(jī)控制器，并經(jīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行干擾信號(hào)的過濾，過濾后的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，當(dāng)識(shí)別到所述發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁信號(hào)時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。所述單片機(jī)控制器所產(chǎn)生的電磁信號(hào)為頻率為22Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)。所述單片機(jī)控制器采用斷續(xù)信號(hào)發(fā)射方式，其發(fā)射信號(hào)周期為1 1. 5秒。所述數(shù)字濾波器采用MAX260雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器。進(jìn)一步，所述跟蹤儀內(nèi)還設(shè)有液晶顯示器，所述液晶顯示器分別同所述單片機(jī)控制器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，可以實(shí)時(shí)顯示濾波前的信號(hào)波形及顯示記錄經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)識(shí)別后的信號(hào)波形。所述跟蹤儀設(shè)有聲音報(bào)警和光電報(bào)警，當(dāng)所述跟蹤儀接收并識(shí)別為所述發(fā)射機(jī)信號(hào)時(shí)，液晶顯示器在顯示其信號(hào)波形時(shí)并伴有聲音報(bào)警或光電報(bào)警。進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊，用于存儲(chǔ)和查看所識(shí)別到的電磁信號(hào)的識(shí)別時(shí)間；所述液晶顯示器內(nèi)設(shè)有波形存儲(chǔ)模塊和波形查詢模塊，用于存儲(chǔ)和查看所檢測(cè)到的波形和數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是通過將發(fā)射機(jī)和跟蹤儀采用數(shù)字化處理方式，使其更準(zhǔn)確檢測(cè)出管道中清管器的位置，為高效的清管提供了保證。發(fā)射機(jī)采用低功耗單片機(jī)控制器，由溫補(bǔ)晶振提供時(shí)鐘信號(hào)，可以產(chǎn)生間隔準(zhǔn)確、 頻率固定的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，頻率為22士0. 6Hz，受外界影響甚微，同時(shí)本實(shí)用新型的發(fā)射機(jī)采用斷續(xù)工作方式，周期在1 1. 5秒之間，以節(jié)省電能、增加工作時(shí)間或?yàn)槿斯ぷR(shí)別提供已知條件。本實(shí)用新型的跟蹤儀采用MAX260構(gòu)成雙帶通濾波器，將頻率鎖定在發(fā)射機(jī)發(fā)射的超低頻率范圍，從而增加了抗干擾的能力，與傳統(tǒng)的采用運(yùn)放、電阻、電容等元件搭建的硬件電路濾波器相比電路更簡(jiǎn)單、精度更高、可靠性更強(qiáng)。具有波形顯示功能，在顯示的波形上，清管器由遠(yuǎn)及近、由近及遠(yuǎn)的來去運(yùn)行過程一目了然。在跟蹤儀中設(shè)置了波形顯示功能和信號(hào)識(shí)別功能，這樣使操作者有足夠的依據(jù)做出明確的判斷。在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和液晶顯示器內(nèi)設(shè)有存儲(chǔ)模塊和查詢模塊，可以實(shí)現(xiàn)無人值守的工作方式，減輕工作人員工作強(qiáng)度。

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地， 下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實(shí)用新型發(fā)射機(jī)的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型跟蹤儀的原理框圖；圖3是本實(shí)用新型發(fā)射機(jī)發(fā)射天線電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型發(fā)射機(jī)的單片機(jī)控制器電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型的MAX260雙帶通濾波器電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型跟蹤儀的單片機(jī)控制器電路原理圖；圖7是本實(shí)用新型跟蹤儀信號(hào)識(shí)別方法框圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本實(shí)用新型包括發(fā)射機(jī)和跟蹤儀，圖1所示為發(fā)射機(jī)原理框圖，圖2所示為跟蹤儀原理框圖。由圖1發(fā)射機(jī)原理框圖中可以看出，發(fā)射機(jī)內(nèi)設(shè)有單片機(jī)控制器、供給單片機(jī)控制器電源的電源系統(tǒng)及擴(kuò)展系統(tǒng)接口，向單片機(jī)控制器提供時(shí)鐘信號(hào)的溫補(bǔ)晶振；單片機(jī)控制器所產(chǎn)生的電磁信號(hào)為頻率為22Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)，正弦波信號(hào)通過信號(hào)處理、 信號(hào)放大后向外部發(fā)射，單片機(jī)控制器采用斷續(xù)信號(hào)發(fā)射方式，其發(fā)射信號(hào)周期為1 1. 5 秒，以節(jié)省電能、增加工作時(shí)間或?yàn)槿斯ぷR(shí)別提供已知條件，其中發(fā)射機(jī)發(fā)射天線電路原理圖如圖3所示，發(fā)射機(jī)的單片機(jī)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(fā)射機(jī)所發(fā)射的電磁信號(hào)被跟蹤儀所接收， 經(jīng)信號(hào)整形、增益調(diào)節(jié)、信號(hào)采集器進(jìn)入單片機(jī)控制器，其電路原理圖如圖6所示，并經(jīng)過數(shù)字濾波器將干擾信號(hào)過濾掉，過濾后的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別處理，其信號(hào)識(shí)別方法如圖7所示。通常跟蹤儀會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警的原因，是儀器所要接收的信號(hào)即發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)是超低頻信號(hào)，因此自然會(huì)接收地磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)信號(hào)。采用數(shù)字濾波技術(shù)的儀器可以在很大程度上消除地磁場(chǎng)的干擾。本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)濾波器采用MAX260濾波芯片，其電路原理圖如圖5所示，MAX260是CMOS雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器，由微處理器精確控制濾波函數(shù)。 它可構(gòu)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(gè)器件含有兩個(gè)二階濾波器，在程序控制下設(shè)置中心頻率4、品質(zhì)因數(shù)Q和濾波器工作方式。64步中心頻率控制、1 步品質(zhì)因數(shù)控制、獨(dú)立的品質(zhì)因數(shù)和中心頻率編程保證時(shí)鐘頻率對(duì)中心頻率&比值精度為1%。其中的跟蹤儀利用MAX260構(gòu)成雙帶通濾波器，將頻率鎖定在發(fā)射機(jī)發(fā)射的超低頻頻率范圍，從而增加了抗干擾的能力。數(shù)字濾波器處理完成的信號(hào)經(jīng)過放大、跟隨后輸入到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行采樣、濾波識(shí)別出22Hz的超低頻信號(hào)。只有當(dāng)信號(hào)的頻率、采樣個(gè)數(shù)、采樣時(shí)間、幅值等要求都滿足設(shè)定值時(shí)，該信號(hào)才會(huì)被認(rèn)為是發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)，跟蹤儀將啟動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)將所檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)時(shí)間記錄在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，并通過其中的數(shù)據(jù)查詢模塊查看所識(shí)別到的電磁信號(hào)的識(shí)別時(shí)間。另外在跟蹤儀上配置有5. 7〃 ,320x240點(diǎn)液晶顯示屏，其主要作用是顯示數(shù)據(jù)和波形，可以實(shí)時(shí)顯示跟蹤儀所接收到的信號(hào)，該信號(hào)為單片機(jī)控制器信號(hào)識(shí)別之前的信號(hào)，可以客觀的反應(yīng)跟蹤儀所處的環(huán)境磁場(chǎng)狀況，為更合理的選擇測(cè)定環(huán)境，為避免環(huán)境因素產(chǎn)生誤報(bào)提供合理化依據(jù)。當(dāng)接收到發(fā)射機(jī)信號(hào)時(shí)，液晶顯示器會(huì)顯示當(dāng)前的信號(hào)波形并伴有聲音報(bào)警或光電報(bào)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(nèi)設(shè)有波形存儲(chǔ)模塊和波形查詢模塊，用于存儲(chǔ)和查看所檢測(cè)到的波形和數(shù)據(jù)，可以通過液晶顯示器隨時(shí)查詢顯示記錄結(jié)果。在顯示的波形上，清管器由遠(yuǎn)及近、由近及遠(yuǎn)的來去運(yùn)行過程一目了然。在跟蹤儀中設(shè)置了波形顯示功能和信號(hào)識(shí)別功能，因?yàn)閱慰啃盘?hào)強(qiáng)度觸發(fā)報(bào)警的跟蹤儀經(jīng)常誤報(bào)， 即使通過跟蹤儀收到信號(hào)后報(bào)警，操作者也會(huì)因?yàn)闆]有足夠的依據(jù)難以做出明確的判斷。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種新型管道清管器跟蹤定位儀，包括發(fā)射機(jī)，設(shè)置于管道清管器內(nèi)，用于發(fā)射電磁信號(hào)；和跟蹤儀，用于接收所述發(fā)射機(jī)的電磁信號(hào)，通過對(duì)所接收的電磁信號(hào)作識(shí)別，確定管道中的管道清理器的位置，其特征在于所述發(fā)射機(jī)內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的單片機(jī)控制器，及向單片機(jī)控制器提供時(shí)鐘信號(hào)的溫補(bǔ)晶振；所述跟蹤儀內(nèi)設(shè)有用于處理所接收電磁信號(hào)的單片機(jī)控制器，及同所述單片機(jī)控制器相連接的數(shù)字濾波器、用于信號(hào)識(shí)別的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述發(fā)射機(jī)的單片機(jī)控制器產(chǎn)生固定頻率的電磁信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理、信號(hào)放大后進(jìn)行發(fā)射，所述跟蹤儀接收到所述發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)后進(jìn)入跟蹤儀的單片機(jī)控制器中，并經(jīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行干擾信號(hào)的過濾，過濾后的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，當(dāng)識(shí)別到所述發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁信號(hào)時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特征在于所述單片機(jī)控制器所產(chǎn)生的電磁信號(hào)為頻率為22Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特征在于所述單片機(jī)控制器采用斷續(xù)信號(hào)發(fā)射方式，其發(fā)射信號(hào)周期為1 1. 5秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特征在于所述數(shù)字濾波器采用MAX260雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特征在于所述跟蹤儀內(nèi)還設(shè)有液晶顯示器，所述液晶顯示器分別同所述單片機(jī)控制器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，可以實(shí)時(shí)顯示濾波前的信號(hào)波形及顯示記錄經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)識(shí)別后的信號(hào)波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特征在于所述跟蹤儀設(shè)有聲音報(bào)警和光電報(bào)警，當(dāng)所述跟蹤儀接收并識(shí)別為所述發(fā)射機(jī)信號(hào)時(shí)，液晶顯示器在顯示其信號(hào)波形時(shí)并伴有聲音報(bào)警或光電報(bào)警。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型管道清管器跟蹤定位儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊，用于存儲(chǔ)和查看所識(shí)別到的電磁信號(hào)的識(shí)別時(shí)間；所述液晶顯示器內(nèi)設(shè)有波形存儲(chǔ)模塊和波形查詢模塊，用于存儲(chǔ)和查看所檢測(cè)到的波形和數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)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(shè)置于管道清管器內(nèi)的發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)內(nèi)設(shè)有單片機(jī)控制器，及向單片機(jī)控制器提供時(shí)鐘信號(hào)的溫補(bǔ)晶振；跟蹤儀內(nèi)設(shè)有單片機(jī)控制器，及同所述單片機(jī)控制器相連接的數(shù)字濾波器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；發(fā)射機(jī)的單片機(jī)控制器產(chǎn)生固定頻率的電磁信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理、信號(hào)放大后進(jìn)行發(fā)射，所述跟蹤儀接收到發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)后經(jīng)數(shù)字濾波器過濾，過濾后的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，當(dāng)識(shí)別到發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并記錄儲(chǔ)存識(shí)別時(shí)間。本實(shí)用新型通過將發(fā)射機(jī)和跟蹤儀采用數(shù)字化處理方式，使其更準(zhǔn)確檢測(cè)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(hào)G01V3/12GK202018515SQ201120061728
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者周永濤, 董紹華, 譚春波, 費(fèi)凡, 韓忠晨 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司