СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРАССЫ ПОДЗЕМНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

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 ΔН 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 ΔН 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 ΔН возрастает, напротив, при приближении к линии 9, излучающей помеху, сигнал ΔН 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 ΔН 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 ϕ₁ϕ₂, 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 ΔН 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 ΔН (R) фиг.8 следует, что эти зависимости имеют существенные отличия. При отсутствии помехи сигнал ΔН (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 ΔН (R), фиг.8, после точки «максимум» убывает быстрее по сравнению с сигналом ΔН (R) без действия помехи, фиг.6.

Следовательно, дополнительным критерием наличия помехи в зоне поиска будет большая скорость убывания сигнала ΔН (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.