ИНДУКЦИОННЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ ТРАССОИСКАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к технике поиска местоположения кабеля и может найти применение в строительстве, монтаже и эксплуатации проводной связи.

Известны индукционные трассоискатели, позволяющие определять местонахождение трассы в плане и глубину прокладки кабеля (В.Ф. Бахмутский. Индукционные кабелеискатели. М.: Связь, 1970 г.) и включающие в себя генератор, подключаемый к уложенному в землю кабелю, и приемные катушки.

Недостаток этого устройства в проведении специальных угловых или линейных механических перемещений приемного устройства в зоне кабеля в целях определения глубины и местоположения трассы кабеля в грунте. Что не всегда удобно, особенно при определении этих параметров на движущемся объекте.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для определения расположения кабеля, обтекаемого переменным током (SU № 602901, кл. G 01 V 3/10, 1978 г.), содержащее горизонтальные и вертикальные приемные катушки, выполняющие функцию сигнальных катушек, выходы которых соединены с вычислительным устройством, состоящим из делительного устройства, алгебраического сумматора и переключателей, и индикатора фазы, выполняющего роль фазочувствительного усилителя, а также источник опорного сигнала. При этом устройство дополнительно содержит еще две пары приемных катушек с осями, расположенными в плоскости, перпендикулярной к оси кабеля, обтекаемого переменным током, причем оси катушек, принадлежащих одной паре, пересекаются под прямым углом, а оси двух приемных катушек, принадлежащих различным парам, расположены вдоль прямой, параллельной поверхности земли. Такая конструкция устройства позволяет измерять глубину залегания трассы кабеля и его расположение по соотношению сигналов, снимаемых с приемных катушек.

Недостатками известного устройства являются большие габариты приемного устройства и ограничение схемы подключения генератора кабелеискателя к одиночному проводнику, что ограничивает сферу применения устройства при различной топологии прокладки кабеля.

Задачей создания изобретения является разработка трассоискателя, позволяющего одновременно определять глубину и местоположение трассы кабеля при однократном позиционировании приемного устройства в одной точке зоны кабеля, а также уменьшение габаритов устройства и возможности проведения поисковых работ в стесненных условиях.

Поставленная задача достигается тем, что в индукционном кабельном трассоискателе, содержащем пару взаимно перпендикулярных сигнальных катушек, фазочувствительные усилители, усилитель опорного сигнала и вычислительный блок, согласно изобретению трассоискатель дополнительно содержит градиентные секции приемных катушек, продольные оси которых расположены по периметру, образующему прямоугольник, а пара взаимно перпендикулярных сигнальных катушек расположена внутри этого прямоугольника, при этом оси взаимно перпендикулярных сигнальных катушек являются осями симметрии прямоугольной конструкции градиентных секций приемных катушек. При этом взаимно перпендикулярные сигнальные катушки выполнены двухсекционными.

Такая конструкция приемного устройства позволяет значительно сократить ресурсы вычислительного блока и повысить его быстродействие при вычислении координат трассы кабеля, что в конечном итоге позволяет одномоментно определять эти координаты при однократном позиционировании приемного устройства в динамической зоне электромагнитного поля тока, протекающего по уложенному в земле кабелю, применительно к различной топологии прокладки кабеля и схемы подключения генератора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая схема устройства; на фиг.2 - схема конструкции системы приемных катушек; на фиг.3 - расчетная схема для определения параметров вектора напряженности электромагнитного поля.

Индукционный кабельный трассоискатель содержит пару взаимно перпендикулярных сигнальных катушек 1 и 2, блок фазочувствительных усилителей 3, усилитель опорного сигнала 4 и вычислительный блок 5, градиентные секции приемных катушек 6 (фиг.1), продольные оси 7 (фиг.2) которых расположены по периметру, образующему прямоугольник. Пара взаимно перпендикулярных сигнальных катушек 1 и 2 расположена внутри прямоугольника. Оси взаимно перпендикулярных сигнальных катушек 1 и 2 являются осями симметрии прямоугольной конструкции градиентных секций приемных катушек 6. Взаимно перпендикулярные сигнальные катушки 1 и 2 выполнены двухсекционными. Генератор переменного напряжения 8 подключен к проводнику кабеля 9.

В качестве генератора переменного напряжения 8 используют переносной генератор кабелеискателя с автономным питанием. Система приемных сигнальных катушек 1 и 2 и градиентных 6 приемных катушек имеет форму квадрата, разделенного продольной 10 и поперечной 11 осями симметрии на четыре равные части. Каждая сторона квадрата (прямоугольника) и каждая ось содержат по две секции приемных катушек 12-23. Каждая секция выполнена в виде катушки с квадратным сечением и ферритовым сердечником, которые в процессе сборки собираются в изложенную выше конструкцию квадратной формы.

Выход каждой секции соединен с входом фазочувствительного усилителя, причем выход секции сигнальных приемных катушек 1, расположенных горизонтально, соединен со входом усилителя 4 опорного сигнала, выход которого соединен со вторыми входами фазочувствительного усилителя 3. Выходы блока фазочувствительных усилителей 3 соединены с вычислительным блоком 5.

Предлагаемая схема работает следующим образом. При включении генератора 8 по проводнику 9, совмещенному с трассой кабеля, протекает переменный ток, который создает электромагнитное поле, которое в свою очередь наводит в секциях приемных катушек ЭДС.

С 12-й секции сигнал наведенной ЭДС параллельно снимается на усилитель опорного сигнала 4, который формирует опорный сигнал на блок фазочувствительных усилителей 3, сигнал и фаза на выходе секций которых будет соответствовать трассовой характеристике данной секции системы приемных катушек. Далее сигналы поступают на вход вычислительного блока, который в соответствии с алгоритмом выдает координаты расположения в плане и глубину залегания трассы кабеля.

Алгоритм вычисления координат реализуется следующим образом. Если в плоскости, перпендикулярной оси кабеля, расположить систему приемных катушек, то в секциях приемных катушек за счет переменного тока, протекающего в жилах кабеля, наводится ЭДС, величина которой в соответствии с законом полного тока будет определяться величиной напряженности электромагнитного поля.

где Н - напряженность поля;

R - радиус от центра кабеля до точки М (фиг.3).

Соответственно горизонтальная и вертикальная составляющая этого вектора будет определена следующим выражением:

Сигнал, наведенный в горизонтальных и вертикальных секциях приемного устройства, будет пропорционален соответственно вертикальной и горизонтальной составляющей магнитного поля. Применительно к конструкции приемного устройства, приведенного на фиг.2:

где E₁₂, E₁₃, E₁₄ и E₁₅ - сигналы, снимаемые с соответствующих секций.

Таким образом, при I=const:

т.е. мы имеем два уравнения с двумя неизвестными. Для решения этих уравнений воспользуемся методом Ньютона, который предусматривает линеаризацию этого уравнения через частные производные.

Частные производные характеризуют градиент напряженности поля по горизонтальному и вертикальному направлению.

Применительно к конструкции датчиков величина этих градиентов может быть определена с помощью дополнительных градиентных секций приемного устройства. Так:

Таким образом, частные производные могут быть получены аппаратным образом, полагая, что позволяет обойтись без громоздких вычислительных процедур и сократить время вычислений координат.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность результатов измерений, распространить область применения устройства на случаи, когда невозможно расположить приемные катушки точно над кабелем, а также расширить его функциональные возможности, заключающиеся не только в определении глубины залегания кабеля, но и его расположения в координатной системе, связанной с приемными катушками, что позволяет исключить случаи повреждения действующих кабелей связи при параллельной механизированной прокладке новых кабельных трасс и автоматизировать работы по параллельной прокладке кабелей связи.

Изобретение относится к технике поиска местоположения кабеля и может найти применение в строительстве, монтаже и эксплуатации проводной связи. Сущность: индукционный кабельный трассоискатель содержит пару взаимно перпендикулярных сигнальных катушек, фазочувствительные усилители, усилитель опорного сигнала и вычислительный блок, градиентные секции приемных катушек, продольные оси которых расположены по периметру, образующему прямоугольник. Пара взаимно перпендикулярных сигнальных катушек расположена внутри этого прямоугольника. Оси взаимно перпендикулярных сигнальных катушек являются осями симметрии прямоугольной конструкции градиентных секций приемных катушек. Взаимно перпендикулярные сигнальные катушки выполнены двухсекционными. Технический результат: повышение точности, расширение области применения и функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Индукционный кабельный трассоискатель, содержащий пару взаимно перпендикулярных сигнальных катушек, фазочувствительные усилители, усилитель опорного сигнала и вычислительный блок, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит градиентные секции приемных катушек, продольные оси которых расположены по периметру, образующему прямоугольник, а пара взаимно перпендикулярных сигнальных катушек расположена внутри этого прямоугольника, при этом оси взаимно перпендикулярных сигнальных катушек являются осями симметрии прямоугольной конструкции градиентных секций приемных катушек.2. Трассоискатель по п.1, отличающийся тем, что взаимно перпендикулярные сигнальные катушки выполнены двухсекционными.