專利名稱：空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型提供一種空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，屬于金屬管線探測技術領域。
背景技術：
金屬管線或電纜(電纜的金屬護層及導電芯線相當于金屬管線)一般敷設于地下，當需要對其工程施工時，如對電纜的割接或故障修復、管道的開口及維護等，需要探測其敷設位置，當需要對一定區域進行地面開挖前，亦需要事先探測地面下的金屬管線電纜，標定其位置和深度，以免在地面開挖中造成其損壞。針對上述問題，現有的技術方案有I)傳統的金屬管線探測技術，一般是通過信號發生器向金屬管線發送某一種頻率的音頻電流信號，金屬管線向外輻射同頻磁場，由接收機的傳感線圈感應磁場信號，放大后經耳機或表頭輸出，通過判斷信號幅值的大小來判斷金屬管線的位置，根據傳感線圈放置方向的不同，有音峰法和音谷法之區別。使用音峰法時，線圈垂直于金屬管線，平行于地面，金屬管線正上方時信號最強，兩側減弱；使用音谷法時，線圈垂直于金屬管線，也垂直于地面，金屬管線正上方時信號最弱，兩側一定位置信號最強。這兩種方法均不能直接表示出金屬管線的位置，而必須靠操作者通過分析信號幅值的變化規律來判斷金屬管線的位置。探測效率低、工作強度高(尤其在金屬管線復雜地區和嘈雜環境中)、而且對操作者的經驗有較高要求。2)公告日為2007年9月12日、公告號為CN100337127C的中國專利中公開了一種“在金屬管線探測中直觀指示金屬管線位置的方法及其裝置”，通過兩個成一定角度排列的傳感線圈，感應發射機加在金屬管線上的交流電流產生的磁場輻射，兩個線圈感應到的信號分別放大、濾波，再分別進行AD轉換，AD轉換后的數據進行傅里葉分析，解算出兩個磁場信號的水平和垂直分量的幅值和相位，根據兩分量是同相還是反相來判斷金屬管線處于傳感線圈的左側還是右側，并由指示器進行明確的指示。這種方法采用數字化處理，能直觀指示金屬管線的左右方向，在很大程度上解決了傳統方法和裝置的不足，但仍需要在探測過程中不斷將接收傳感器左右移動橫切金屬管線，才能根據左右方向指示找到金屬管線的準確位置，不能直接指示金屬管線的具體位置。3)傳統的金屬管線測深方法，為60%法(或80%法)測深和45°法測深。60%法深度測量傳感線圈水平放置，首先用音峰法找到信號幅值最強的點，記下幅值數，然后左右水平移動傳感器，找到左右兩側信號幅值減弱到最大幅值60%的點，則兩點之間的距離等于金屬管線深度的2倍。80%法深度測量同60%法類似，區別在于需找到左右兩側信號幅值減弱到最大幅值80%的點，兩點之間的距離等于金屬管線深度。45°法深度測量在金屬管線兩側，分別反方向調整傳感線圈方向，使傳感器軸線與地面成45°夾角，橫切路徑，在兩側分別找到信號幅值最弱的點，則兩點之間的距離為金屬管線埋設深度的2倍。[0009]傳統方法尤其是60%法(或80%法)的優點是比較精確，易于排除臨近金屬管線的干擾，但缺點是操作比較繁瑣。4)改進的測深方法使用兩個上下間隔一定距離排列的水平線圈，下線圈感應到的信號大于上線圈，根據兩線圈感應到的信號差異和兩者的距離，能夠計算出金屬管線和下線圈間的距離(即深度)。此方法的優點操作簡便，當探測線圈位于金屬管線正上方時，即可以按鍵指令探測儀自動計算深度；缺點是只有當探測線圈位于金屬管線正上方時此公式才有效，從而不能實時測深；在深度較小時尚滿足要求，隨深度的增加誤差急劇上升。若需提聞精度，需大幅度提聞測量精度。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺陷、可以實時指示金屬管線位置、深度和走向的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置。其技術方案為一種空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于包括間隔0. l-2m且水平排列的兩個磁場傳感器組、信號調理單元、模數轉換器、中央處理單元和人機界面，其中兩個磁場傳感器組分別設置在連桿的兩端，每個磁場傳感器組的輸出端分別經信號調理單元和模數轉換器接中央處理單元，中央處理單元與人機界面連接。所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，每個磁場傳感器組內包含兩個相互正交排列的磁場傳感器，兩個磁場傳感器的軸線分別與X、Y軸重合或平行，其中X軸為兩個磁場傳感器組的連線、且與地面水平，Y軸垂直于地面。所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，每個磁場傳感器組內包含三個相互正交排列的磁場傳感器。所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，磁場傳感器采用線圈、巨磁阻磁場傳感器、光纖磁場傳感器或納米磁場傳感器。所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，信號調理單元包含信號放大器、混頻器、濾波器和信號切換器，其中磁場傳感器的輸出端經信號放大器分別接信號切換器和混頻器，混頻器的輸出端接信號切換器，信號切換器的輸出端接模數轉換器。所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，模數轉換器采用多通道E -A型A/D轉換器。其工作原理為兩個磁場傳感器組感應金屬管線福射出的磁場信號，并將信號輸出到信號調理單元進行放大、混頻、濾波和信號切換，然后轉變為數字信號輸出到中央處理單元進行反演和運算，最后由人機界面進行顯示。本實用新型與現有技術相比，其優點是I、對金屬管線深度的測量更為精確若需要達到和已有方法相同的測深精度，對采集原始信號的精度要求降低，從而能夠簡化設計、降低工藝要求，簡化調試過程，降低成本；或在不改變采集精度的情況下，達到比已有方法更高的測深精度。2、在測深時無須要求裝置必須位于金屬管線正上方，能夠實時測量和直觀顯示金屬管線的位置。
[0022]圖I是本實用新型裝置實施例的結構示意圖。圖2是本實用新型的工作原理框圖。圖3是本實用新型裝置中磁場傳感器組另一實施例的結構示意圖。圖中1、磁場傳感器組2、磁場傳感器3、基座4、連桿5、LED指示器6、殼體7、撐桿8、人機界面9、中央處理單元10、模數轉換器11、信號放大器12、混頻器13、濾波器14、信號切換器15、時鐘模塊具體實施方式
在圖I 2所示的實施例中兩個磁場傳感器組I間隔Im且水平排列。每個磁場傳感器組I均包括一個基座3和兩個設置在基座3上、且相互正交排列的磁場傳感器2，兩個磁場傳感器組I經設有LED指示器5的連桿4與殼體6固定連接，人機界面8經撐桿7安裝在殼體6的上方；殼體6內安裝有中央處理單兀9、模數轉換器10、信號放大器11、混頻器12、濾波器13、信號切換器14和時鐘模塊15,其中每個磁場傳感器2均由安裝于基座3相對兩側的2個空心線圈串聯而成，用于分別檢測磁場的X軸、Y軸分量，模數轉換器10采用多通道E -A型A/D轉換器，兩個磁場傳感器組I中每個磁場傳感器2的輸出端均對應經信號放大器11分別接信號切換器14和混頻器12，混頻器12的輸出端接信號切換器14，信號切換器14經模數轉換器10接中央處理單元9的輸入端。在圖3所示的實施例中每個磁場傳感器組I均包括一個基座3和三個設置在基座3上、且相互正交排列的磁場傳感器2，每個磁場傳感器2均由安裝于基座3相對兩側的2個空心線圈串聯而成，用于分別檢測磁場的X軸、Y軸和Z軸分量。
權利要求1.一種空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于包括間隔0. l-2m且水平排列的兩個磁場傳感器組(I)、信號調理單元、模數轉換器(10)、中央處理單元(9)和人機界面(8)，其中兩個磁場傳感器組(I)分別設置在連桿(4)的兩端，每個磁場傳感器組(I)的輸出端分別經信號調理單元和模數轉換器(10)接中央處理單元(9)，中央處理單元(9)與人機界面(8)連接。
2.如權利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于每個磁場傳感器組(I)內包含兩個相互正交排列的磁場傳感器(2)，兩個磁場傳感器(2)的軸線分別與X、Y軸重合或平行，其中X軸為兩個磁場傳感器組的連線、且與地面水平，Y軸垂直于地面。
3.如權利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于每個磁場傳感器組(I)內包含三個相互正交排列的磁場傳感器(2)。
4.如權利要求2或3所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于磁場傳感器(2)采用線圈、巨磁阻磁場傳感器、光纖磁場傳感器或納米磁場傳感器。
5.如權利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于信號調理單元包含信號放大器(11)、混頻器(12)、濾波器(13)和信號切換器(14)，其中磁場傳感器⑵的輸出端經信號放大器(11)分別接信號切換器(14)和混頻器(12)，混頻器(12)的輸出端接信號切換器(14)，信號切換器(14)的輸出端接模數轉換器(10)。
6.如權利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于模數轉 換器(10)采用多通道E -A型A/D轉換器。
專利摘要本實用新型提供一種空間矢量法地下金屬管線位置探測裝置，其特征在于包括間隔0.1-2m且水平排列的兩個磁場傳感器組、信號調理單元、模數轉換器、中央處理單元和人機界面，其中兩個磁場傳感器組分別設置在連桿的兩端，每個磁場傳感器組的輸出端分別經信號調理單元和模數轉換器接中央處理單元，中央處理單元與人機界面連接。本裝置由兩個磁場傳感器組感應金屬管線輻射出的磁場信號，由信號調理單元對其進行放大、混頻、濾波和信號切換，調理過的模擬信號轉變為數字信號后輸送到中央處理單元進行反演和運算，得到待測金屬管線的敷設信息，并在人機界面進行顯示。本實用新型能夠實時測量和直觀顯示金屬管線的位置、深度和走向，操作簡單，精度高。
文檔編號G01V3/11GK202486328SQ201220120838
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者張波, 李義明, 李桂義, 楚龍天, 陳宗軍 申請人:淄博威特電氣有限公司