專利名稱：智能化地下金屬管線探測儀及數(shù)據(jù)處理程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多功能智能化地下金屬管線探測儀及數(shù)據(jù)處理程序，屬智能型電子測量儀器。
現(xiàn)有地下金屬管線探測儀一般僅具有管線定位和探測埋深兩個功能，即使是最先進的機型也增加了區(qū)分管道和電力電纜一個功能，不能測量管徑，不能區(qū)分管道和通訊電纜，且空間分辨率不高，常把水平相距較近或上下重疊的多根管線誤判為單根管線。另外在設計上，接收機為手提移動測量，在數(shù)據(jù)測算上也都是人工測量、讀數(shù)和計算，影響了精度和探測工效。
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有地下管線探測儀的不足，設計一種除了能夠定位和測探之外，還能夠測量管徑、區(qū)分管道與各種電纜、識別水平近距或上下重疊多管線分布情況，并對數(shù)據(jù)能夠實現(xiàn)自動處理、自動判斷的新型智能化地下金屬管線探測儀。
本發(fā)明主要內(nèi)容包括在現(xiàn)有的地下管線探測儀的接收機上增加了數(shù)據(jù)處理器、采樣車和數(shù)據(jù)采樣板；在數(shù)據(jù)處理器中采用了計算機程序來處理探測數(shù)據(jù)。
本發(fā)明構造如附

圖1、附圖2所示。
附圖1所示為接收機，其中R為原有構造，包括1為環(huán)形天線；2為輸入調諧回路；3為阻抗匹配電路；4為載波帶通濾波器；5為檢波器；6為調制信號帶通濾波器；7為低頻功率放大器；8為監(jiān)聽喇叭；E為電源；Y為接收機接收到的地下金屬管線在發(fā)射機的一次場感應下產(chǎn)生的二次場信號；S為本發(fā)明新增部分構造，即數(shù)據(jù)處理器，主要包括9為采樣保持電路，用于信號Y的實時采集；10為模數(shù)轉換電路，用于將模擬信號Y轉換為數(shù)字信號；11為微機或單板機，用來自動控制采樣車的運行和數(shù)據(jù)處理；12為步進電機驅動電路，在計算機程序指令下啟動步進電機；13為步進電機，通過傳動裝置與采樣車相連；14為采樣車，下有輪子用來承載接收機在數(shù)據(jù)采樣板上運動；15為顯示器，用于輸出顯示計算機測算結果；16為計算機功能鍵盤。
數(shù)據(jù)處理器的核心是計算機11，它通過3個輸出端和2個輸入端與各部分電路相接。
計算機11的第一個輸出端依次與步進電機驅動電路12，步進電機13相串接，步進電機則通過傳動齒輪與采樣車14的主動輪相接，使當計算機11向步進電機驅動電路12發(fā)出移行或停止的指令時，控制采樣車的運動或停止。計算機11的第二個輸出端并接在模數(shù)轉換電路10和采樣保持電路9上，使其按照指令要求采集數(shù)據(jù)和轉換數(shù)據(jù)。計算機11的第三個輸出端與顯示器15相連。計算機11的第一個輸入端與鍵盤16相連，用于接收手控指令；其第二個輸入端與模數(shù)轉換電路10相連，接收并儲存轉換電路10的信息。整個數(shù)據(jù)處理器則通過采樣保持電路9與功率放大電路7串接在一起。
附圖2為數(shù)據(jù)采樣板。其中1為采樣車導軌；2為采樣板X坐標刻度；3為可調支腳。
探測時，先用傳統(tǒng)方法測出地下金屬管線的走向，然后將數(shù)據(jù)采樣板放在待測金屬管線的上方地面，其X坐標垂直于管線走向，再將接收機放置在采樣板上，發(fā)射機放在采樣板一側的特定位置并使之處于工作狀態(tài)。開始工作后，啟動鍵盤功能鍵，使接收機也處于工作狀態(tài)。首先由計算機11向步進電機驅動電路12發(fā)出指令，讓12驅動步進電機13，使采樣車14在采樣板上移動，采樣車的動作時間和步距由程序確定。當采樣車停止移動后，計算機11即指令采樣保持電路和模數(shù)轉換電路工作，將地下金屬管線的感應信號Y采集并經(jīng)模數(shù)轉換后，自動輸入計算機儲存。信息儲存后，計算機再次向步進電機驅動電路12發(fā)出指令，使采樣車移動，便開始下一輪信息采集儲存工作。這樣循環(huán)下，直至運行到事先規(guī)定的總采樣時間結束。
采樣全部結束后，啟動數(shù)據(jù)處理器功能鍵16，運行相應的計算機數(shù)據(jù)處理程序對采集到的數(shù)據(jù)組{X，Y}進行處理和判斷，并將處理判斷結果再輸出到顯示器15上顯示出來。
這里X為采樣車在采樣板上每一次移動后所處的坐標值，Y為與之對應的接收機接收到的地下金屬管線的感應信號值。
數(shù)據(jù)采樣車可由塑料或木材制成。
實施例一探測水平近距多管線分布工作狀態(tài)由圖3所示，其中1為發(fā)射機，2為接收機，3為數(shù)據(jù)采樣板，4為地面，5、6為地下金屬管線，7為采樣車。先將數(shù)據(jù)采樣板3水平放在待測管線上方地面，使其X坐標軸與待測管線走向垂直，將接收機放在采樣車7上，接收機的天線平面垂直于地面，再把采樣車7放在采樣板3的導軌上，然后將發(fā)射機1放在采樣板一側一定距離之外。開始工作后，接收機便接收到地下金屬管線感應信號Y。接收機的計算機11向步進電機驅動電路發(fā)出指令，驅動步進電機，使采樣車自左向右在采樣板上移動。在采樣車的每次停止時間，采樣保持電路12和模數(shù)轉換電路13開始工作，將采集到的信號Y經(jīng)模數(shù)轉換后自動存入計算機11。這樣，當采樣車運行到事先規(guī)定的總采樣時間時，計算機就采集并保存了一組數(shù)據(jù){X1，Y1}。
然后將發(fā)射機分別放在II和II兩個位置，重復上述操作，數(shù)據(jù)處理器又采集到兩組數(shù)據(jù){X2，Y2}，{X3，Y3}。
待三次采樣結束后，再啟動數(shù)據(jù)處理器的功能鍵16，使計算機11運行識別水平近距多管線分布的數(shù)據(jù)處理程序，程序流程如圖4所示首先對三組數(shù)據(jù){X1，Y1}排序，求出每組數(shù)據(jù)中極大值Yimax對應的坐標值Ximax，即X1max，X2max和X3max，然后判斷X1max－X2max和X3max－X1max是否同時大于預先給定值3cm，若是，則判斷為多管分布，若不是則判斷為單管分布。處理判斷結果在顯示器15上輸出單管分布時顯示N＝1，多管分布時顯示N≥2。
實施例二探測管道直徑工作狀態(tài)如圖5所示其中1為發(fā)射機，2為接收機，3為數(shù)據(jù)采樣板，4為地面，5為金屬管道，6為采樣車。若已判定地下埋有一根金屬管道，在測量管徑時，先將數(shù)據(jù)采樣板3水平放置在待測管道的正上方，其X坐標軸與管道走向垂直，然后將發(fā)射機放在采樣板一側一定距離之外的該管道正上方。
先將接收機放置在采樣板的左端，使其天線平面垂直于地面，按照實施例一中采集數(shù)據(jù)的操作方法，讓接收機自左向右移動中采集一組數(shù)據(jù){X1，Y1}。再將接收機放置在采樣板的左半邊，讓其天線平面右傾至與地面夾角為45°，然后在計算機指令下使接收機向左側移動，采集到第二組數(shù)據(jù){X2，Y2}。最后將接收機放置在采樣板的右半邊，讓其天線平面左傾至與地面夾角為45°，然后以同樣方法右移并采集到第三組數(shù)據(jù){X3，Y3}。
待三次采樣結束后，啟動數(shù)據(jù)處理器功能鍵，使計算機運行探測管徑的數(shù)據(jù)處理程序。程序流程圖如圖6所示首先將待測管道正上方采集到的第1組數(shù)據(jù){X1，Y2}進行平滑處理，求出接收機位于管道正上方X位置時感應信號值Y的分布曲線的半寬度Г(即待測金屬管道感應信號Y的最大值一半處所對應的X坐標的全寬度)，并暫時存儲；再將接收機分別處于右傾45°或左傾45°時采集到的數(shù)據(jù)組{X2，Y2}或{X3，Y3}接Y值進行排序，分別求出{Yi}的最小值Y2min所對應的坐標值X2min和Y3min所對應的坐標值X3min；然后用方程式(X3min－X2min)/2求出管線的埋深H；再根據(jù)經(jīng)驗關系式D＝cГ2/H計算出管道直徑D，并將D值在顯示器上輸出。c為儀器常數(shù)，是對不同管徑、不同埋深的現(xiàn)場條件進行多次實測和開挖驗證求得的，約為0.08～0.2。
實施例三區(qū)分管道與電纜工作狀態(tài)如附圖5所示，數(shù)據(jù)的采集與探測管徑方法相同。數(shù)據(jù)處理程序流程圖如附圖7所示，其前半部分程序與探測管徑D相同。在求出管徑D之后，將D值與給定經(jīng)驗數(shù)值5cm相比較，若D≥5cm，則判斷為管道；若D＜5cm，則進一步將接收機位于管線正上方時所測管線感應信號值Y0與儀器常數(shù)V0相比較，若Y0≤V0，判斷為管道；若Y0＞V0，則判斷為電纜。判斷結果在顯示器上輸出。儀器常數(shù)V0是用管徑為5cm的管道，在不同埋深的情況下，發(fā)射機與接收機相距30m時，事先測定的。
實施例四判斷上下重疊多管線分布工作狀態(tài)如附圖8所示，其中1為發(fā)射機，2為接收機，3為數(shù)據(jù)采樣板，4為地面，5、6為上下重疊的兩根管道，7為采樣車。先將采樣板水平放置在地下管道的上方，發(fā)射機放在采樣車一側地下管道的正上方。再將接收機左傾或右傾45°角放置在采樣車上管道的正上方，向右側或向左側移動至Y值最小并不再變化時，獲取一組數(shù)據(jù){X，Y}。
數(shù)據(jù)處理流程圖如附圖9所示啟動計算機功能鍵，運行識別上下重疊多管線分布程序將接收機采集到的一組數(shù)據(jù){X，Y}進行排序，判斷數(shù)據(jù)組y(1)，y(2)，…y(n)中是有一個極小值還是有n個(n≥2)極小值，若只有1個極小值則為單管線分布；若有n(n≥2)個極小值時，則判斷為上下重疊的多管分布。判斷結果在顯示器上輸出。
本發(fā)明一機多用，功能齊全，數(shù)據(jù)處理智能化，可使人們方便地探測出地下金屬管線的位置、管徑和分布情況，且制造工藝簡單，有較好的性能價格比，實為更新?lián)Q代新產(chǎn)品。
權利要求
1.一種由發(fā)射機和接收機組成的地下金屬管線探測儀，接收機主要由環(huán)形天線、輸入調諧回路、阻抗匹配電路、載波帶通濾波器、檢波器、調制信號帶通濾波器、低頻功率放大器和監(jiān)聽喇叭、電源組成，其特征在于接收機還由數(shù)據(jù)處理器和數(shù)據(jù)采樣板構成。數(shù)據(jù)處理器包括采樣保持電路、模數(shù)轉換電路，計算機、功能鍵盤、顯示器、步進電機驅動電路、步進電機及采樣車。計算機通過3個輸出端和2個輸入端與數(shù)據(jù)處理器的各部分相連接。步進電機和步進電機驅動電路依次串聯(lián)在計算機的1個輸出端，步進電機又通過傳動裝置與采樣車相接，使當計算機向步進電機驅動電路發(fā)出移動或停止的指令時，驅動步進電機，控制采樣車的動作；計算機的另1個輸出端并接在模數(shù)轉換電路和采樣保持電路上，以輸出指令控制采樣保持電路和模數(shù)轉換電路按要求采集和轉換數(shù)據(jù)；計算機的1個輸入端與模數(shù)轉換電路相接，將經(jīng)過模數(shù)轉換的數(shù)據(jù)自動輸入并存儲起來；功能鍵盤和顯示器則分別并接在計算機的另一個輸入端和第3個輸出端，以便輸入指令和輸出探測結果。數(shù)據(jù)采樣板主要由帶有采樣車導軌、X坐標刻度的長形板和可調支腳構成，4個可調支腳分別位于長形板4個角部的下方。
2.一種由發(fā)射機和接收機組成的地下金屬管線探測儀，其特征在于所有的數(shù)據(jù)采集與處理都是由計算機程序來完成的，主要包括步進電機驅動程序、探測管徑程序、判斷水平近距多管分布程序、區(qū)分管道與電纜程序，判斷上下重疊多管線分布程序。且這些程序均固化在計算機芯片上。
3.依照權利要求2所述的地下金屬管線探測儀，其特征在于判斷水平近距多管分布的數(shù)據(jù)處理程序為將發(fā)射機在三個不同位置時，由接收機采集到的三組數(shù)據(jù){Xi，Yi}(i＝1，2，3)分別按地下金屬管線的感應信號值大小進行排序，求出{Xi，Yi}中的最大值Yimax所對應的坐標值X1max，X2max和X3max，然后計算X1max－X2max和X3max－X1max的值，并分別與預先給定值3cm相比較，若X1max－X2max和X3max－X1max同時＞3cm，則為多管分布；若≤3cm，則為單管。判斷結果在顯示器上輸出。
5.依照權利要求2所述的地下金屬管線探測儀，其特征在于測量管徑的數(shù)據(jù)處理程序為將接收機在地下金屬管線正上方采集到的一組數(shù)據(jù){X1，Y1}進行平滑處理，然后求出分布曲線的半寬度Г，并存儲備用；再將接收機天線平面處于右傾斜45°狀態(tài)下左移動至y最小值時采集的一組數(shù)據(jù){X2，Y2}，接Y2值進行排序，求出Y2的最小值Y2min所對應的坐標值X2min；同樣方法求出接收機左傾斜45°右移動時Y3min所對應的坐標值X3min；然后用(X3min－X2min)/2求出管線埋深H，再根據(jù)關系式D＝cГ2/H計算出管線直徑D，在顯示器上輸出D。
6.依照權利要求2所述的地下金屬管線探測儀，其特征在于區(qū)分地下金屬管道與電纜的數(shù)據(jù)處理程序為在測量管徑D程序的基礎上，將計算出的D值與給定經(jīng)驗數(shù)值5cm相比較，若D≥5cm，則判斷為管道；若D＜5cm，則進一步判斷接收機位于管線正上方，且其天線平面與地面垂直時的地下金屬管線感應信號Y0是否大于儀器常數(shù)V0。若Y0≤V0，則為管道；若Y0＞V0，則為電纜。判斷結果在顯示器上輸出。
7.依照權利要求2所述的地下金屬管線探測儀，其特征在于識別上下重疊多管線分布的數(shù)據(jù)處理程序為對接收機傾斜45°，由管線正上方移動至感應信號Y最小并不再變化時獲得的一組數(shù)據(jù){X，Y}進行比較判斷，當感應信號Y(1)，Y(2)，…，Y(n)中有n(n≥2)個極小值時，為上下重疊多管分布；否則為單管線分布。
全文摘要
一種多功能智能化地下金屬管線探測儀，是在現(xiàn)有地下管線探測儀的接收機上增加了數(shù)據(jù)處理器和數(shù)據(jù)采樣板，數(shù)據(jù)處理器主要包括采樣保持電路，模數(shù)轉換電路，計算機，步進電機驅動電路、步進電機、采樣車和顯示器，采用了計算機程序來處理探測數(shù)據(jù)。具有探測地下金屬管線走向、埋深、管徑、區(qū)分管道與各種電纜及識別水平近距或上下重疊多管線分布等多種功能。本發(fā)明有較好的性能價格比，實為更新?lián)Q代之產(chǎn)品。
文檔編號G01V3/11GK1119280SQ93103040
公開日1996年3月27日 申請日期1993年3月19日 優(yōu)先權日1993年3月19日
發(fā)明者徐振業(yè), 王明星, 時萬鐘, 張兵臨, 徐保民, 謝建忠, 楊德林, 王士智, 何金田, 李學珍, 翁永剛 申請人:鄭州大學, 河南省基礎及應用科學研究所