專利名稱：地下金屬管線走向探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種地下金屬管線走向探測(cè)裝置，屬于電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)，一般是采用極大值法或極小值法，具體為用發(fā)射機(jī)向地下金屬管線上施加一交流信號(hào)，在管線周圍便會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，管線正上方的磁場(chǎng)強(qiáng)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(gè)平行于地面且垂直于地下管線的線圈，作天線來測(cè)量金屬管線產(chǎn)生磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，線圈上所感應(yīng)產(chǎn)生的交變電壓信號(hào)的大小反映了磁場(chǎng)強(qiáng)度水平分量的大小，信號(hào)最強(qiáng)的位置就是地下金屬管線的正上方，移動(dòng)掃描中信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)的連線就是地下管線的走向；極小值法是在地面上用一個(gè)垂直于地面的線圈，作天線來測(cè)量金屬管線產(chǎn)生磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，線圈上所感應(yīng)產(chǎn)生的交變電壓信號(hào)的大小反映了磁場(chǎng)強(qiáng)度垂直分量的大小，信號(hào)最小的位置就是地下金屬管線的正上方，移動(dòng)掃描中信號(hào)最小點(diǎn)的連線就是地下管線的走向。
它們的共同缺陷是在探測(cè)過程中，當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)時(shí)，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(hào)強(qiáng)弱，需反復(fù)多次才能確定一個(gè)最大值或最小值位置點(diǎn)；在距離被測(cè)管線較遠(yuǎn)時(shí)因接收的信號(hào)較弱，不同位置信號(hào)強(qiáng)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(jī)的發(fā)射功率及接收機(jī)的增益，以便于讀出磁場(chǎng)強(qiáng)度值并與剛才位置的讀數(shù)比較信號(hào)強(qiáng)弱。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述存在的缺陷，提出一種用于探測(cè)地下金屬管線走向的地下金屬管線走向探測(cè)裝置，該裝置用一個(gè)發(fā)射機(jī)及一個(gè)接收機(jī)，每測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都可判斷出地下金屬管線是位于當(dāng)時(shí)位置的右邊、左邊還是正下方。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是所述的待測(cè)地下管線在發(fā)射機(jī)所加信號(hào)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，分別由水平線圈和垂直線圈接收其水平分量與垂直分量，其中水平線圈與置放大器、50Hz陷波器、開關(guān)電容選頻放大器、整形電路依次串接，整形電路的輸出一路接整流濾波電路，所得到的第一路地下管線方位指示電壓，再與放大器、方向指示器依次串接；垂直線圈與前置放大器、50Hz陷波器、開關(guān)電容選頻放大器、整形電路依次串接，兩個(gè)整形電路的輸出與加法器、整流濾波電路依次串接，得到第二路地下管線方位指示電壓，再與放大器、方向指示器的另一輸入端依次串接；時(shí)鐘發(fā)生器的輸出端分別與開關(guān)電容選頻放大器和開關(guān)電容選頻放大器連接。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)由于本裝置并不測(cè)量各位置點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，只測(cè)量其相位，從而可將接收機(jī)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。另具有指示直觀、判斷準(zhǔn)確、操作便捷、抗干擾能力強(qiáng)，成本低等特點(diǎn)。


附圖1是地下金屬管線走向探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；附圖2是地下管線探測(cè)儀發(fā)射機(jī)電路實(shí)施例；附圖3是地下管線探測(cè)儀接收機(jī)信號(hào)處理電路實(shí)施例；圖中代號(hào)的意義GD待測(cè)地下管線；FSJ發(fā)射機(jī)；JSJ接收機(jī)；L待測(cè)地下管線在發(fā)射機(jī)所加信號(hào)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shí)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(gè)地下管線方位指示電壓。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖1，其特征是所述的待測(cè)地下管線GD在發(fā)射機(jī)FSJ所加信號(hào)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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依次串接，整形電路ZX1的輸出一路接整流濾波電路ZLLB1，所得到的第一路地下管線方位指示電壓u1，再與放大器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依次串接，整形電路ZX2的輸出與整形電路ZX1的輸出一起與加法器JFQ、整流濾波電路ZLLB2依次串接，得到第二路地下管線方位指示電壓u2，再與放大器FD2、方向指示器FXZS的另一輸入端依次串接；時(shí)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(jī)FSJ產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的信號(hào)，一端加在待測(cè)地下管線的地面暴露點(diǎn)上，另一端接地，使待測(cè)地下管線產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，接收機(jī)SJS的水平線圈SPXQ與垂直線圈CZXQ分別在該電磁場(chǎng)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(hào)，這二路信號(hào)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(hào)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(hào)，水平分量信號(hào)一路經(jīng)整流濾波電路ZLLB1轉(zhuǎn)換成第一路方向指示電壓u1，水平分量信號(hào)的另一路與垂直分量信號(hào)一起進(jìn)入加法器JFQ相加，經(jīng)整流濾波電路ZLLB2電路轉(zhuǎn)換成第二路方向指示電壓u2；地下管線所產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)的水平分量與垂直分量信號(hào)的頻率是相同的，而幅值、相位在不同位置是不同的，當(dāng)接收機(jī)在待測(cè)地下管線右邊時(shí)水平分量與垂直分量信號(hào)相位相同、在左邊時(shí)相位相反，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(jī)在待測(cè)地下管線左右位置不同而變的信號(hào)；當(dāng)二個(gè)信號(hào)相位相同時(shí)加法器的輸出信號(hào)幅值為其中一路電壓的二倍，經(jīng)整流濾波電路后得到的第二方位指示電壓u2就是第一方位指示電壓u1的二倍，當(dāng)二個(gè)信號(hào)相位相反時(shí)，加法器的二個(gè)輸入相抵消了，其輸出變?yōu)?，第二方位指示電壓u2也為0；即接收機(jī)在待測(cè)地下管線的右邊時(shí)，第二方位指示電壓u2是第一方位指示電壓u1的二倍；接收機(jī)在待測(cè)地下管線的左邊時(shí)，第二方位指示電壓u2為零、第一方位指示電壓u1正常。當(dāng)接收機(jī)在待測(cè)地下管線的正上方時(shí)，磁場(chǎng)垂直分量信號(hào)的幅值為0，垂直分量信號(hào)整形電路ZX2的輸出亦為0，加法器JFQ只有一個(gè)水平分量信號(hào)的輸入，經(jīng)整流濾波電路后得到的第二方位指示電壓u2即與第一方位指示電壓u1相等；當(dāng)探測(cè)點(diǎn)附近沒有地下金屬管線時(shí)，接收機(jī)SJS的水平線圈SPXQ與垂直線圈CZXQ上所接收到的信號(hào)均為0，故地下管線方位指示電壓u1、u2也為0。所得到的第一路地下管線方位指示電壓u1與放大器FD1、方向指示器FXZS依次串接；所得到的第二路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，當(dāng)接收機(jī)在待測(cè)地下管線的左、右邊時(shí)，分另輸出向左、右的指示信號(hào)。
對(duì)照?qǐng)D2，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(hào)，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(gè)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(hào)；電路中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(jí)的電源電壓為12V。
對(duì)照?qǐng)D3，上部為水平分量檢測(cè)放大部分的電路，中部為垂直分量檢測(cè)放大部分，左下角為時(shí)鐘電路。先看水平分量部分，接收機(jī)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(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510Ω，C2為4700PF，此時(shí)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(yùn)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)電容濾波集成電路U3組成一個(gè)四階開關(guān)電容帶通濾波器，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)電容濾波集成電路U3(型號(hào)MF10)，選用以上參數(shù)時(shí)該濾波器的中心頻率放大倍數(shù)約為100倍，Q值大于50；運(yùn)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(jí)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(chǎng)號(hào)強(qiáng)度不是非常小，其輸出都統(tǒng)一變成±5V的方波信號(hào)；開關(guān)二極管D1、電阻R17、R18、電容C8組成整流濾波電路，而運(yùn)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(hào)經(jīng)過此電路后會(huì)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(diǎn)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(gè)加法器，加法器由運(yùn)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(gè)輸入信號(hào)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(shí)，加法器輸出信號(hào)的幅度為輸入的一半，即±2.5V，若有二個(gè)相位相同的輸入，則加法器輸出信號(hào)的幅度為±5V，若有二個(gè)相位相反的輸入，則加法器輸出信號(hào)的幅度為0V；時(shí)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(hào)，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(shí)鐘信號(hào)。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。
水平線圈SPXQ與諧振電容C1共同組成交變磁場(chǎng)的水平分量接收回路，并對(duì)發(fā)射機(jī)所發(fā)送的頻率為593.75Hz的信號(hào)有最大的響應(yīng)，將地下金屬管線所產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的水平分量轉(zhuǎn)換成交流電壓信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大，在運(yùn)算放大器U1的輸出端得到約為放大20倍后的信號(hào)；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(duì)593.75Hz的信號(hào)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(hào)，一路送加法器，另一路經(jīng)運(yùn)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的電壓，即電壓u1；若地下管線所產(chǎn)生交變磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)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(hào)，并與水平分量的信號(hào)一起進(jìn)入加法器，因二個(gè)輸入信號(hào)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(hào)的幅度視地下管線所產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的水平分量與垂直分量之間的相位而變化若二個(gè)信號(hào)相位相同即地下管線在右邊，加法器輸出信號(hào)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(hào)，若二個(gè)信號(hào)相位相反即地下管線在左邊，則加法器輸出信號(hào)的幅度為0V，電壓u2亦為0V，若垂直分量的信號(hào)近似為0即地下管線處于正下方，則加法器輸出信號(hào)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(hào)。接收機(jī)得到“向右”的輸出時(shí)電壓u1為1V、電壓u2為2V，得到“向左”的輸出時(shí)電壓u1為1V、電壓u2為0V；電阻R61、R62、R63、R64、R65、R66、電容C41、運(yùn)算放大器U14組成電壓u1的放大、電平移動(dòng)電路；電阻R67、R68、R69、R70、R71、R72、電容C42、運(yùn)算放大器U15組成電壓u2的放大、電平移動(dòng)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(shí)運(yùn)算放大器U14輸出為0V、電壓u1為0V時(shí)運(yùn)算放大器U14輸出-4V，電壓u2為2V、1V、0V時(shí)運(yùn)算放大器U15的輸出對(duì)應(yīng)為4V、0V、-4V，使得接收機(jī)在得到“向右”、或“向左”的輸出時(shí)，運(yùn)算放大器U14、U15的輸出端間有4V的電壓差，得以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED1、LED2發(fā)光指示?！跋蛴摇睍r(shí)運(yùn)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(shí)運(yùn)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(yùn)算放大器U14、U15可選型號(hào)LM741等。
權(quán)利要求1.地下金屬管線走向探測(cè)裝置，其特征是所述的待測(cè)地下管線(GD)在發(fā)射機(jī)(FSJ)所加信號(hào)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)(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)依次串接，整形電路(ZX1)的輸出一路接整流濾波電路(ZLLB1)，所得到的第一路地下管線方位指示電壓(u1)，再與放大器(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)依次串接，整形電路(ZX2)的輸出與整形電路(ZX1)的輸出一起與加法器(JFQ)、整流濾波電路(ZLLB2)依次串接，得到第二路地下管線方位指示電壓(u2)，再與放大器(FD2)、方向指示器(FXZS)的另一輸入端依次串接；時(shí)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。
專利摘要本實(shí)用新型是地下金屬管線走向探測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)是待測(cè)地下管線在發(fā)射機(jī)所加信號(hào)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，分別由水平線圈和垂直線圈接收其水平分量與垂直分量，其中水平線圈與前置放大器、50Hz陷波器、開關(guān)電容選頻放大器、整形電路、整流濾波電路依次串接，所得到的地下管線方位指示電壓與放大器、方向指示器依次串接；垂直線圈與前置放大器、50Hz陷波器、開關(guān)電容選頻放大器、整形電路、加法器、整流濾波電路依次串接，所得到的地下管線方位指示電壓與放大器、方向指示器的另一輸入端依次串接；整形電路的輸出端接入加法器的另一輸入端；時(shí)鐘發(fā)生器的輸出端與開關(guān)電容選頻放大器和開關(guān)電容選頻放大器連接。優(yōu)點(diǎn)指示直觀、判斷準(zhǔn)確、操作便捷、抗干擾能力強(qiáng)，成本低。
文檔編號(hào)G01V3/10GK2795876SQ200520072049
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)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, 姜進(jìn) 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)