Способ определения местоположения и глубины залегания подземных трубопроводных коммуникаций Советский патент 1992 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к дистанцио- метрированию линейных объектов, в ча- стности к способам определения пространственных координат подземных металлических трубопроводов.

Известен способ обнаружения подземных стальных трубопроводов с использованием электромагнитного метода измерения, основанного на измерении интенсивности сигналов, регистрируемых антенной. Антенна состоит из четырех катушек индуктивности с ферритовыми сердечниками, которые устанавливаются на вертикальной оси попарно на некотором расстоянии друг от друга. Однако этот способ имеет ряд недостатков. Во-первых, не учитывается влияние флуктуации величин индуктивности катушек и электрических характеристик сердечников катушек, вызывающих гистерезис. Во-вторых, не учитывается смещение фаз горизонтальных составляющих векторов напряженности магнитного поля. Все это влияет на точность определения местоположения заглубленного трубопровода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ обнаружения подземных трубопроводных коммуникаций, включающий воздействие на трубопровод электрическим полем, и регистрацию с помощью перемещаемого над трубопроводом зонда (электрода) изменения параметров электрического поля, суть которого заключается в том, что в качестве параметра электрического поля регистрируют изменение электриче- ской емкости конденсатора, одну из обкладок которого образуют искомым труvj О 00 N 00

бопроводом, а другую - перемещаемым зондом, причем местоположение трубопровода определяют по максимальному значению электрической емкости конденсатора. Однако этот способ не позволяет определить глубину залегания трубопровода.

Целью способа является расширение функциональных возможностей способа за счет определения глубины d залегания трубопровода.

На чертеже представлена принципиальная схема определения местоположения и глубины залегания подземного трубопровода.

На чертеже приняты следующие обозначения: зонд в положении 1 непосредственно над трубопроводом; зонд в дополнительной точке 2; поверхность 3 земли; подземный трубопровод 4. При этом R - расстояние между первым и вторым положениями зонда; di di - глубины залегания трубопровода относительно положения зондов di VJR2 + d2.

Сущность способа состоит в следующем.

Величину электрической емкости с двух параллельных цилиндрических проводников конечной длины можно представить следующим образом:

С 1/ («ц -f«22-2 -«12). где an «n(Ј,Li , ai);

«22 «22 (d , U.32);

«12 «12(«1 , Li ,L2d); где Li - длина первого проводника (зонда);

lz - длина второго проводника (трубопровода);

ai, 32 - диаметры первого и второго проводников;

е - диэлектрическая проницаемость среды.

Вычисление параметра ti, равного разности обратных емкостей, измеренных одним зондом на разных расстояниях от трубопровода, позволяет исключить коэффициенты ац и «22 , не зависящие от расстояния между зондом и трубопроводом, исключив таким образом зависимость от диаметров трубопровода и электрода

t1-Ј-- - 2()

Проделав эти же измерения в этих же точках, но зондом другой длины, получим

«-ъ-вГ -А)

Причем, поскольку зависимость от диэлектрической проницаемости входит в выражение для «12 в качестве сомножителя

1 ti c$2-

ti

, то отношение t

не

4яЈ ti 2

буде зависеть от диэлектрической проницаемости среды ей параметра t-t(Li, L i, R, d, L2),

0 где Li, - длины зондов;

L2 - длина трубопровода; R - расстояние между первым и вторым положениями зонда (между двумя точками измерения);

5 d - глубина залегания трубопровода в первой точке измерения (над трубопроводом).

На основе метода наименьших квадратов для глубины d трубопровода по измеренно0 му t получена формула d(t) а-хь + т, где коэффициенты a, b и m определяются конкретным выбором размеров зонда L0, L I и расстояниями между точками измерения R. Использование предлагаемого способа

5 определения местоположения и глубины залегания подземных трубопроводных коммуникаций обеспечивает по сравнению с существующим способами следующие преимущества: позволяет повысить достовер0 ность определения местоположения и глубины залегания подземного трубопровода вследствие исключения влияния сторонних источников электромагнитных волн; позволяет повысить точность определения

5 глубины залегания за счет исключения влияния флуктуации диэлектрических свойств грунта по трассе трубопровода; несложность изготовления электродов и дешевизна измерительной техники позволяют

0 снизить затраты на реализацию способа.

Устройство для реализации способа состоит из двух электродов, отличающихся друг от друга только длиной. Величины LI и L 1 выбираются на практике в пределах 0,25 0,8 м. Удаление дополнительной точки от точки первого замера (R) выбирается в пределах 0,4-2,2 м.

Первоначально определяется местоположение трубопровода. Максимальное

0 значение электрической емкости пары электрод-трубопровод соответствует положению электрбда непосредственно над трубопроводом. Затем определяют направление пролегания трубопровода путем

5 поворота электрода на некоторый угол вокруг фиксированной точки, при котором значение электрической емкости достигает также максимального значения. При этом направление оси электрода совпадает с направлением пролегания оси подземного

трубопровода. В данной точке фиксируются значения электрической емкости пары электрод - трубопровод для каждого электрода (Ci и C i). Затем путем плоскопараллельного переноса электродов, измерения проводят- ся в дополнительной точке, отстоящей из проекции оси трубопровода на поверхность земли на некоторое расстояние (R), и фиксируются значения электрической емкости пары электрод - трубопровод для каждого электрода (Cz и ). Величины Ci, €2, C i и преобразуются в безразмерный относительный показатель

Глубина залегания трубопровода опре- 20

(2)

деляется из зависимости

d a x tb + m, где а, Ь, и m -эмпирические коэффициенты, определяемые конкретными размерами электродов зонда и расстоянием. Например, для зонда с размерами электродов Li 0.8 м, L i 0,3 м при R 2 м выражение (2) преобразуется к виду

d - 72,15 + 0,21(3)

Способ опробован на опытной установке в полевых условиях. Физическая модель - металлическая труба длиной 36 м и диаметром 0,152 м, заглубленная в грунт на 2 м. Установлено хорошее совпадение фактиR

5 1015

20

25

30

ческой и определяемой по способу глубины залегания трубопровода.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ определения местоположения и глубины залегания .подземных трубопроводных коммуникаций, включающий измерение электрической емкости между трубопроводом и перемещаемым по поверхности земли электродом и определение положения проекции оси трубопровода на земную поверхность по максимуму значений измеряемой электрической емкости, о т- личающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем определения глубины d залегания трубопровода, измерение емко- . сти в точке над осью трубопровода и в до- полнительной точке, расположенной на фиксированном удалении R от первой точки по прямой, перпендикулярной проекции оси трубопровода на поверхность земли, выполняют последовательно двумя цилиндрическими электродами одного диаметра и разной длины Ц, L I, которые располагают параллельно оси трубопровода, а о глубине d судят по величине параметра t, равного отношению разностей обратных емкостей для каждого из электродов в двух точках измерения, исходя из соотношения

d ax tb + m.

где a, b и m - эмпирические коэффициенты, определяемые длиной электродов Li, Li и удалением R.

Использование: для определения пространственных координат подземных металлических трубопроводов. Сущность изобретения состоит в измерении электрической емкости между трубопроводом и перемещаемым по поверхности земли электродом, определении положения проекции оси трубопровода на земную поверхность по максимуму значения измеряемой емкости и определении глубины залегания трубопровода на основе измерения емкости в точке над осью трубопровода и в дополнительной точке, находящейся на фиксированном удалении от первой точки по прямой, перпендикулярной оси трубопровода, с помощью двух цилиндрических электродов одного диаметра и разной длины. 1 ил.