Патент на изобретение №2302649

(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРАССЫ ПОДЗЕМНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике обнаружения кабелей и трубопроводов, проложенных в земле. Сущность: способ включает генерацию переменного зондирующего сигнала, подачу его в диагностируемую линию, прием электромагнитного излучения от диагностируемой линии с помощью антенны приемника, перемещение антенны вдоль трассы с одновременным ее сканированием в поперечном направлении относительно направления трассы, преобразование принятого электромагнитного излучения в электрический сигнал и вывод его на индикатор. Зондирующий сигнал формируется из двух составляющих – высокой частоты порядка 8000 Гц и низкой частоты порядка 500 Гц. Эти сигналы с чередованием автоматически подают в диагностируемую линию через определенные промежутки времени. Регистрируют высокочастотные и низкочастотные сигналы, принятые от диагностируемой линии в приемнике с помощью антенны. Сравнивают амплитуды принятых сигналов и по величине разности амплитуд судят об отклонении от трассы. Технический результат: повышение помехозащищенности от влияния сторонних металлических объектов. 11 ил.

Изобретение относится к технике обнаружения подземной металлической линии с использованием электромагнитных волн, в частности к технике обнаружения кабелей и трубопроводов, проложенных в земле.

Известны трассоискатели, включающие приемные катушки и генератор, подключаемый к уложенному в землю кабелю (В.Ф. Бахмудский. Индукционные кабелеискатели. М., Связь, 1970 г.)

Известен индукционный кабельный трассоискатель, патент №2234111, МПК G01V 3/11. Указанный трассоискатель содержит пару взаимно перпендикулярных катушек, фазочувствительные усилители, усилитель опорного сигнала и вычислительной блок. Взаимно перпендикулярные катушки выполнены двухсекционными. Это устройство дополнительно содержит градиентные секции приемных катушек.

Известно переносное устройство для обнаружения подземных металлических объектов, в частности трубопроводов и кабелей, покрытых слоем земли, асфальта или снега, патент №2233460. В указанном устройстве реализуется способ обнаружения металлических объектов, включающий генерацию переменного электрического сигнала, передачи его на металлический объект, прием сигналов, излучаемых этим объектом, преобразование его в электрический сигнал и вывод соответствующего сигнала на индикатор.

Указанные признаки эквивалентны признакам заявляемого технического решения, поэтому изобретение по патенту №2233460, МПК G01V 13/11, принято в качестве прототипа.

Реализуемый в прототипе способ не позволяет избежать ошибок, возникающих от сигналов, излучаемых близлежащими металлическими объектами и создающими помехи. Оператору, осуществляющему поиск трассы, поступает вся информация о напряженности магнитного поля в широкой полосе. Напряженность магнитного поля создают силовые кабели под нагрузкой, кабели и трубопроводы под катодной защитой, силовые кабели, находящиеся под напряжением, трубопроводы, на которые при достаточной их протяженности может наводиться сигнал частотой 50 гц. Разобраться в обилии такой информации и принять правильное решение представляет сложную инженерно-техническую задачу.

Целью предлагаемого технического решения является повышение помехозащищенности от влияния сторонних металлических объектов, расположенных в зоне поиска трассы металлической линии, например трубопровода или кабеля.

Эта задача решается тем, что формируется зондирующий сигнал, содержащий две составляющие – высокочастотную порядка 8000 Гц и низкочастотную порядка 500 Гц. Эти сигналы автоматически поочередно подают в диагностируемую линию. С помощью приемной антенны регистрируют сигналы, излучаемые диагностируемой линией, сравнивают их амплитуды и по величине разности уровней амплитуд сигналов высокой и низкой частот судят о нахождении над трассой, о расстоянии до источника переменного зондирующего сигнала и отклонении от трассы.

На фиг.1 изображена схема подземной трассы трубопровода или кабеля. К диагностируемой линии 2 подключается генератор зондирующих сигналов 1 путем присоединения выходных клемм 3 генератора к линии и к штырю заземления.

На фиг.2 изображена схема расположения рамочной антенны 5 относительно диагностируемой линии. Использование рамочной антенны, подключенной к генератору, оправдано в тех случаях, когда необходимо трассировать короткие (не более 200-800 м) участки трассы, либо когда нет возможности непосредственного подключения генератора к исследуемой линии, либо когда возникает необходимость трассировать кабель, находящийся под напряжением.

На фиг.3 приведена схема передвижения электромагнитной антенны 6 и приемника 7. Оператор, двигаясь с приемником 7 и электромагнитной антенной 6 вдоль трассы исследуемой линии, перемещает антенну 6 в поперечном к трассе направлении (показано стрелками).

На фиг.4 приведена траектория сканирования. При сканировании антенна 6 должна пересекать трассу в перпендикулярном направлении. В затруднительных случаях оператор может сканировать антенной в одном месте, не передвигаясь вдоль трассы.

На фиг.5 изображены силовые линии напряженности магнитного поля 8 вокруг трубы или кабеля 2 и величина напряженности Н магнитного поля в зависимости от расстояния до излучающей линии при частотах сигнала 8000 и 500 Гц (градиент напряженности) Градиенты напряженности магнитных полей вокруг исследуемой линии имеют существенные отличия. Высокочастотный сигнал 8000 Гц менее подвержен затуханию по сравнению с сигналом 500 Гц. Это обстоятельство позволяет создать признак для поиска диагностируемой линии. Таким признаком является разность уровней сигналов, получаемых от диагностируемой линии при частотах 8000 и 500 Гц. Для получения такой разности приемное устройство регистрирует излучаемые сигналы. Эти сигналы с помощью аналогово-цифрового преобразователя приобретают цифровую форму и в логической схеме сравнения производится операция вычитания высокочастотного сигнала из низкочастотного.

На фиг.6 приведена зависимость разности амплитуд сигналов от расстояния до исследуемой линии. Из рассмотрения приведенной зависимости следует, что с удалением от диагностируемой линии сигнал Н увеличивается, а когда прекращается действие сигнала частотой 500 Гц, достигает максимума, а затем уменьшается по закону затухания сигнала частотой 8000 Гц. Это обстоятельство позволяет четко определять зону поиска трассы.

Максимум сигнала Н свидетельствует о нахождении антенны на границе зоны действия сигнала частотой 500 Гц. Дополнительным критерием оценки служит знак производной Если то антенна находится в зоне действия низкочастотного сигнала. Если знак производной меняется и то антенна вышла из зоны действия низкочастотного сигнала.

На фиг.7 изображены линии напряженности магнитного поля двух трасс металлических линий и величины напряженностей магнитных полей в зависимости от расстояния до излучаемых линий при условии, что на второй линии имеется наведенный токами первой линии сигнал.

Линия 2 – исследуемая. В эту линию подаются сигналы частотой 8000 и 500 Гц. Линия 9 – помеха. Эта линия может излучать помеху частотой 50, 100 и сигналы частотой 500 Гц, наведенными первой линией. Напряженность магнитного поля помехи при таких частотах затухает быстрее по сравнению с напряженностью магнитного поля линии, излучающей сигналы частотой 8000 Гц.

На фиг.8 приведена зависимость разности амплитуд сигналов от диагностируемой линии и от помехи. Рассмотрение этой зависимости показывает, что с удалением от диагностируемой линии сигнал Н возрастает, напротив, при приближении к линии 9, излучающей помеху, сигнал Н убывает и достигает своего минимума при нахождении антенны над помехой. Этот факт является дополнительным критерием оценки места прохождения искомой линии. Рассмотрение зависимостей, фиг.7 и фиг.8 показывает, что при нахождении антенны над диагностируемой линией и над линией, излучающей помеху, сигналы H₁ и Н₂ имеют максимальное значение.

В противоположность этому сигналы Н имеют над этими линиями минимальное значение и увеличиваются с удалением от этих линий, как в одну, так и в другую сторону от линий.

Это обстоятельство позволяет четко селектировать помеху и находить искомую линию.

При поиске подземной трассы в ряде случаев возникают трудности связанные с тем, что трасса меняет направление, от нее отходят ответвления, исследуемая трасса пересекают какую-либо иную трассу.

В таких случаях необходимо оценить расстояние от точки измерения до точки подключения генератора к исследуемой линии.

На фиг.9 изображены величины напряженностей магнитных полей в зависимости от расстояния L от точки измерения до точки подключения генератора к исследуемой линии. Генератор подключен в точке О. Измерение производится в точке А. Разность уровней величины напряженности в точке подключения генератора и в точке измерения связана определенной зависимостью с расстоянием L. Эту зависимость можно определить с помощью таража.

На фиг.10 изображена зависимость разности амплитуд высококачественного и низкокачественного сигналов от расстояния L до точки подключения генератора к исследуемой линии.

С помощью такой зависимости также можно определить расстояние L.

Дополнительным критерием оценки служит знак производной В случае используется часть I графика, а в случае – часть II графика (фиг.10).

На фиг.11 изображена блок-схема приемного устройства для реализации предложенного способа. Приемник служит для усиления и фильтрации сигналов, приходящих от электромагнитной антенны. Приемник имеет режимы 50, 100, 500, 1000 и 8000 Гц. Для индикации сигналов приемное устройство имеет индикатор и головной телефон.

Способ обнаружения трассы подземной металлической линии осуществляют следующим образом.

Для реализации предложенного способа используется генератор электромагнитных колебаний. Генератор представляет собой автоколебательную систему с мощным трансформаторным выходом. Трансформаторный выход служит для согласования генератора с нагрузкой. Нагрузкой генератора служит металлический трубопровод или кабель. Генератор к нагрузке подключается через клемму 2, а через клемму 1 к штырю заземления.

При включении генератора в линию поступает зондирующий сигнал (синусоидальный или импульсивный). Генератор может излучать частоты 500, 1000, 8000 Гц. Высокочастотные сигналы 8000 Гц и низкочастотные 500 Гц подают в линию с чередованием, автоматически. За счет протекания переменного зондирующего сигнала по электрической цепи вокруг металлической линии создается переменное магнитное поле. Характеристикой поля в данной точке является потенциал V. Напряженность электрического поля определяется по формуле:

E=-grad V

Знак «минус» указывает на то, что напряженность поля направлена в сторону убывания потенциала V.

Измерение распределения напряженности магнитного поля по трассе осуществляют с помощью электромагнитной антенны 6. Электромагнитная антенна подключается к приемнику 7 и закрепляется на конце штанги. Оператор с помощью штанги сканирует антенну в плоскости, параллельной земле, одновременно перемещаясь вдоль трассы. Сканирование антенны должно быть по возможности перпендикулярно к направлению трассы. Траектория перемещения антенны относительно трассы изображена на фиг.4. Принятый сигнал антенной 6 после усилителя 10 поступает в коммутатор 11, который поочередно включает фильтры ₁₂, пропускающие соответственно сигналы высокой частоты ˜8000 Гц и низкой частоты – 500 Гц. В блоке 12 обработки сигнала содержится элемент сравнения высокочастотных и низкочастотных сигналов.

Уровень напряженности магнитного поля, соответствующий каждому положению электромагнитной антенны, воспроизводится на индикаторе 13.

С выхода элемента сравнения сигнал поступает на вход дифференцирующей цепочки. При удалении от диагностируемой линии уровень сигнала Н увеличивается, а при приближении к помехе сигнал уменьшается и достигает минимума при нахождении антенны над помехой. Если антенна выходит из зоны действия низкочастотного сигнала, то производная меняет свой знак.

Из рассмотрения графиков Н (R) фиг.8 следует, что эти зависимости имеют существенные отличия. При отсутствии помехи сигнал Н (R), фиг.6, после точки «максимум» убывает в соответствии с сигналом Н на этом участке, фиг.5. Если в зоне поиска имеется помеха, например, излучение частотой 500 Гц, то сигнал Н (R), фиг.8, после точки «максимум» убывает быстрее по сравнению с сигналом Н (R) без действия помехи, фиг.6.

Следовательно, дополнительным критерием наличия помехи в зоне поиска будет большая скорость убывания сигнала Н (R) по мере приближения к линии, излучающей помеху.

Таким образом, один из принципиальных отличий предлагаемого способа от известных из уровня техники заключается в том, что для поиска диагностируемой линии используют разность амплитуд высокочастотных и низкочастотных сигналов, а также производную этой разности.

Формула изобретения

Способ обнаружения трассы подземной металлической линии, включающий генерацию переменного зондирующего сигнала, подачу его в диагностируемую линию, прием электромагнитного излучения от диагностируемой линии с помощью антенны, перемещение антенны вдоль трассы с одновременным ее сканированием в поперечном направлении относительно направления трассы, преобразование принятого электромагнитного излучения в электрический сигнал и вывод его на индикатор, отличающийся тем, что зондирующий сигнал формируют из двух составляющих – высокой частоты порядка 8000 Гц и низкой частоты порядка 500 Гц, автоматически подают их в диагностируемую линию через определенные промежутки времени, регистрируют высокочастотные и низкочастотные сигналы, принятые от диагностируемой линии, сравнивают амплитуды принятых сигналов и по величине амплитуды высокочастотного сигнала и разности уровней амплитуд сигналов высокой и низкой частот судят о нахождении над трассой, о расстоянии до генератора зондирующего сигнала и об отклонении от трассы.

РИСУНКИ