專利名稱：一種地下金屬管線走向探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于探測地下金屬管線走向的探測方法，屬于電子測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有地下金屬管線走向探測方法一般是采用極大值法或極小值法，具體為用發(fā)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(chǎn)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于地面且垂直于地下管線的線圈，作天線來測量金屬管線產(chǎn)生磁場的場強，線圈上所感應(yīng)產(chǎn)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于地面的線圈，作天線來測量金屬管線產(chǎn)生磁場的場強，線圈上所感應(yīng)產(chǎn)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。
上述兩種方法的共同的缺陷在于探測過程當(dāng)?shù)玫揭粋€信號強度數(shù)據(jù)時，該數(shù)據(jù)本身并不能判斷地下管線的方位，必須不斷比較當(dāng)前位置與剛才位置所接收到的信號強弱，需反復(fù)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(yuǎn)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(jīng)常調(diào)整發(fā)射機的發(fā)射功率及接收機的增益，以便于讀出磁場強度值并與剛才位置的讀數(shù)比較信號強弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷，提出一種用于探測地下金屬管線走向的方法，該方法需用一個發(fā)射機及一個接收機，每測一個數(shù)據(jù)點都可判斷出地下金屬管線是位于當(dāng)時位置的右邊、左邊還是正下方。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案其特征是它的方法步驟分一、用發(fā)射機向地下管線上施加一交流信號，在地面上同時用兩個線圈分別接收金屬管線產(chǎn)生的交變磁場信號的水平分量和垂直分量，同時經(jīng)前置放大、50Hz陷波和開關(guān)電容選頻放大；二、將放大后的信號經(jīng)整形得到二個方波信號，其中水平分量信號相位不變，垂直分量信號相位隨探測位置而變；所述的水平分量信號一路經(jīng)整流濾波得到第一個地下管線方位指示電壓，水平分量信號的另一路與垂直分量信號經(jīng)加法器相加后經(jīng)整流濾波得到第二個地下管線方位指示電壓；三、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的右邊時二個磁場分量的相位相同，由于加法器的作用第二個地下管線方位指示電壓為第一個地下管線方位指示電壓的二倍；四、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的左邊時二個磁場分量的相位相反，由于加法器的作用使第二個地下管線方位指示電壓近似為0；五、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的正下方時磁場垂直分量信號的幅值為0，加法器只有一個水平分量信號的輸入，故地下管線方位指示輸出的兩個電壓相等；當(dāng)探測點附近沒有地下金屬管線時，地下管線方位指示輸出的兩個電壓均為0。
本發(fā)明的優(yōu)點由于本發(fā)明并不測量各位置點的磁場強度，只測量其相位，可將接收機的放大倍數(shù)做得足夠高而不用擔(dān)心讀數(shù)溢出，故不用設(shè)置增益控制電路，探測中不用對接收機進(jìn)行任何操作。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點指示直觀、判斷準(zhǔn)確、操作便捷、抗干擾能力強，成本低


附圖1是地下金屬管線走向探測裝置的結(jié)構(gòu)框圖；附圖2地下管線探測儀發(fā)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；附圖4是方向指示電路實施例。
圖中代號的意義GD待測地下管線；FSJ發(fā)射機；
JSJ接收機；L待測地下管線在發(fā)射機所加信號下所產(chǎn)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(guān)電容選頻放大器；SZDL時鐘發(fā)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，F(xiàn)XZS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。
具體實施例方式
它的方法步驟分一、用發(fā)射機向地下管線上施加一交流信號，在地面上同時用兩個線圈分別接收金屬管線產(chǎn)生的交變磁場信號的水平分量和垂直分量，同時經(jīng)前置放大、50Hz陷波和開關(guān)電容選頻放大；二、將放大后的信號經(jīng)整形得到二個方波信號，其中水平分量信號相位不變，垂直分量信號相位隨探測位置而變；所述的水平分量信號一路經(jīng)整流濾波得到第一個地下管線方位指示電壓，水平分量信號的另一路與垂直分量信號經(jīng)加法器相加后經(jīng)整流濾波得到第二個地下管線方位指示電壓；三、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的右邊時二個磁場分量的相位相同，由于加法器的作用第二個地下管線方位指示電壓為第一個地下管線方位指示電壓的二倍；四、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的左邊時二個磁場分量的相位相反，由于加法器的作用使第二個地下管線方位指示電壓近似為0；五、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的正下方時磁場垂直分量信號的幅值為0，加法器只有一個水平分量信號的輸入，故地下管線方位指示輸出的兩個電壓相等；當(dāng)探測點附近沒有地下金屬管線時，地下管線方位指示輸出的兩個電壓均為0。
觀察地下管線的二個方位指示電壓的大小即可知道地下管線的方位了若第二地下管線方位指示電壓是第一地下管線方位指示電壓的二倍，表示地下管線在右邊；若第二地下管線方位指示電壓與第一地下管線方位指示電壓相等，表示地下管線就在正下方；若第一地下管線方位指示電壓正常而第二地下管線方位指示電壓等于0，表示地下管線在左邊；若二個地下管線方位指示電壓均為0，表示附近沒有地下管線。
對照附圖1，所述的待測地下管線GD在發(fā)射機FSJ所加信號下所產(chǎn)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(guān)電容選頻放大器XPFD1、整形電路ZX1、整流濾波電路ZLLB1依次串接，而得到第一路方位指示電壓u1，該電壓u1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(guān)電容選頻放大器XPFD2、整形電路ZX2、加法器JFQ、整流濾波電路ZLLB2依次串接，所得到第二路方位指示電壓u2，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；整形電路ZX1的輸出端同時接入加法器JFQ的輸入端，時鐘發(fā)生器SZDL的輸出端分別與開關(guān)電容選頻放大器XPFD2和開關(guān)電容選頻放大器XPFD1連接。
具體工作過程發(fā)射機FSJ產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生相應(yīng)的交變電壓信號，這二路信號各自經(jīng)前置放大器QZFD1和QZFD2放大、50Hz陷波器XBQ1和XBQ2濾除50Hz干擾信號后進(jìn)入開關(guān)電容選頻放大器XPFD1和XOFD2進(jìn)行選頻放大，再由波形整形電路ZX1和ZX2轉(zhuǎn)換成方波信號，水平分量的信號一路經(jīng)整流濾波電路ZLLB1轉(zhuǎn)換成電壓u1輸出另一路與垂直分量的信號一起進(jìn)入加法器JFQ相加，經(jīng)整流濾波電路ZLLB2電路轉(zhuǎn)換成電壓u2后輸出；地下管線所產(chǎn)生交變電磁場的水平分量與垂直分量的頻率是相同的，而幅值、相位在不同位置是不同的，經(jīng)一系列的放大、選頻及波形整形后就變成了頻率、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(dāng)接收機在待測地下管線右邊時二電壓相位相同、在左邊時二信號相位相反；當(dāng)二電壓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(jīng)整流濾波電路后得到的地下管線方位指示電壓u2也是地下管線方位指示電壓u1的二倍，當(dāng)二電壓相位相反時，加法器的二個輸入相抵消了，其輸出變?yōu)?，地下管線方位指示電壓u2也為0；即接收機在待測地下管線的右邊時，電壓u2是電壓u1的二倍；接收機在待測地下管線的左邊時，電壓u2為零、電壓u1正常。當(dāng)接收機在待測地下管線的正上方時，磁場垂直分量的幅值為0，垂直分量信號整形電路ZX2的輸出亦為0，加法器JFQ只有一個水平分量的輸入，其輸出就是水平分量的信號，經(jīng)整流濾波電路后得到的地下管線方位指示電壓u2即與地下管線方位指示電壓u1相等；當(dāng)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。
經(jīng)過上述電路，只要觀察地下管線方位指示電壓u1、u2的大小即可知道地下管線的方位了若地下管線方位指示電壓u2是地下管線方位指示電壓u1的二倍，表示地下管線在右邊；若地下管線方位指示電壓u1與地下管線方位指示電壓u2相等，表示地下管線就在正下方；若地下管線方位指示電壓u1正常而地下管線方位指示電壓u2等于0，表示地下管線在左邊；若地下管線方位指示電壓u1、u2均為0，表示附近沒有地下管線。
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(chǎn)生38KHz的方波信號，經(jīng)32分頻后在第5腳得到頻率為1187.5Hz的方波輸出；D觸發(fā)器U13將該脈沖2分頻后在其第1腳與第2腳上分別輸出相位相反的二個脈沖，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(dǎo)通的狀態(tài)中，經(jīng)變壓器B升壓后輸出頻率為593.75Hz的交變信號；電路中D觸發(fā)器U13可選用CD4013，電阻R51、R52為4.7KΩ，大功率場效應(yīng)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(fā)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組成并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與發(fā)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，電容C2為4700PF，此時前置放大器的放大倍數(shù)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(guān)電容濾波專用集成電路U3組成一個四階開關(guān)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(guān)電容濾波專用集成電路U3，型號MF10，選用以上參數(shù)時該濾波器的中心頻率放大倍數(shù)約為100倍，Q值大于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(jīng)過前面各級電路的放大及小型整形電路后，只要地下管線所產(chǎn)生的交變磁場號強度不是非常小，其輸出都統(tǒng)一變成±5V的方波信號；開關(guān)二極管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(shè)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(jīng)過此電路后會降低一半幅度，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(chǎn)生1.9MHz的方波信號，經(jīng)32分頻后在第5腳得到頻率為59375Hz的方波輸出，作開關(guān)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，并對發(fā)射機所發(fā)送的頻率為593.75Hz的信號有最大的響應(yīng)，將地下金屬管線所產(chǎn)生交變磁場的水平分量轉(zhuǎn)換成交流電壓信號，經(jīng)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倍后的信號；再經(jīng)過“雙T型50Hz陷波器”濾除50Hz的工頻干擾，進(jìn)入開關(guān)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(zhuǎn)換成幅度為±5V的方波信號，一路送加法器，另一路經(jīng)運算放大器U5后幅度降低一半，為±2.5V再經(jīng)整流濾波電路后得到約1V的信號，即電壓u1；若地下管線所產(chǎn)生交變磁場強度非常小，經(jīng)過以上電路的放大仍達(dá)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(jīng)過波型整形電路后得到幅度為±5V的方波信號，并與水平分量的信號一起進(jìn)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(chǎn)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(地下管線在右邊)，加法器輸出信號的幅度為±5V，經(jīng)整流濾波電路后得到的電壓u2為2V的信號，若二個信號相位相反(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(地下管線處于正下方)，則加法器輸出信號的幅度為±2.5V，經(jīng)整流濾波電路后得到的電壓u2為1V的信號。
對照圖4，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，二電壓差均為1V，不足以直接驅(qū)動發(fā)光二極度管發(fā)光，故需加放大電路才能用發(fā)光二極管作指示元件。圖4為一個較簡單的方向指示電路，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(fā)光二極管LED1為向右指示；發(fā)光二極管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(yīng)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(qū)動發(fā)光二極管LED1、LED2發(fā)光指示?！跋蛴摇睍r運算放大器U15輸出為4V，U14的輸出為0V，發(fā)光二極管LED1發(fā)光；“向左”時運算放大器U15輸出為-4V，U14的輸出為0V，發(fā)光二極管LED2發(fā)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(quán)利要求
1.一種地下金屬管線走向探測方法，其特征是它的方法步驟分一、用發(fā)射機向地下管線上施加一交流信號，在地面上同時用兩個線圈分別接收金屬管線產(chǎn)生的交變磁場信號的水平分量和垂直分量，同時經(jīng)前置放大、50Hz陷波和開關(guān)電容選頻放大；二、將放大后的信號經(jīng)整形得到二個方波信號，其中水平分量信號相位不變，垂直分量信號相位隨探測位置而變；所述的水平分量信號一路經(jīng)整流濾波得到第一個地下管線方位指示電壓，水平分量信號的另一路與垂直分量信號經(jīng)加法器相加后經(jīng)整流濾波得到第二個地下管線方位指示電壓；三、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的右邊時二個磁場分量的相位相同，由于加法器的作用第二個地下管線方位指示電壓為第一個地下管線方位指示電壓的二倍；四、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的左邊時二個磁場分量的相位相反，由于加法器的作用使第二個地下管線方位指示電壓近似為0；五、當(dāng)?shù)叵鹿芫€在探測點的正下方時磁場垂直分量信號的幅值為0，加法器只有一個水平分量信號的輸入，故地下管線方位指示輸出的兩個電壓相等；當(dāng)探測點附近沒有地下金屬管線時，地下管線方位指示輸出的兩個電壓均為0。
全文摘要
本發(fā)明是地下金屬管線走向的探測方法，其特征是向地下管線施加一交流信號，在地面上同時用兩個線圈分別接收其產(chǎn)生交變磁場的水平分量和垂直分量，經(jīng)前置放大、陷波、選頻放大、整形后得到水平分量相位不變而垂直分量相位隨探測位置而變、幅度固定的二個方波信號，水平分量信號一路經(jīng)整流濾波得到第一方位指示電壓，另一路與垂直分量信號相加、整流濾波后得到第二方位指示電壓。當(dāng)?shù)叵鹿芫€在右邊時，第二方位指示電壓為第一方位指示電壓的二倍；當(dāng)?shù)叵鹿芫€在左邊時，第二方位指示電壓為0；當(dāng)?shù)叵鹿芫€在正下方時，二個方位指示電壓相等；當(dāng)探測點附近沒有地下金屬管線時，二個方位指示電壓均為0。優(yōu)點指示直觀判斷準(zhǔn)確、操作便捷抗干擾強，成本低。
文檔編號G01V3/11GK1693924SQ200510040220
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者孫世榮 申請人:南京工業(yè)大學(xué)