Устройство для определения расположения магистральных трубопроводов Советский патент 1993 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к средствам обнаружения определения местоположения, направления трассы и глубины залегания протяженных металлических подземных трубопроводов.

Цель изобретения - повышение точности определения глубины залегания магистральных трубопроводов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения расположения магистральных трубопроводов, содержащее индукционный датчик магнитного поля, с выходом которого последовательно соединены входной усилитель и фильтр. блок питания с выключателем, подключенный к усилителю, дополнительно введены

последовательно соединенные логарифмический усилитель, выпрямитель и стрелочный индикатор, корпус из немагнитного материала с меткой, определяющей (показывающей) направление оси максимальной чувствительности датчика, в корпусе поме- щены все элементы устройства, выход фильтра соединен со входом логарифмического усилителя, блок питания подключен к фильтру, логарифмическому усилителю и выпрямителю, при этом токопроводы, соединяющие элементы схемы устройства, экранированы и расположены в плоскости, проходящей через ось чувствительности датчика; на корпусе выполнена прямая линия под углом 45° к оси чувствительности датчика.

Ф

Кроме того, корпус может быть дополнительно снабжен отвесом или уровнем для уточнения ориентации датчика относительно вертикали.

С целью расширения динамического диапазона в устройство дополнительно введен переключатель диапазонов усиления, соединенный с входным усилителем и конструктивно совмещенный с выключателем питания.

Отличиями заявляемого устройства являются специальный корпус из немагнитного материала, в котором размещены и. закреплены все элементы устройства, наличие на корпусе приспособлений для его ори- ентации относительно вертикали, использование многокаскадного избирательного усилителя, включающего входной усилитель (содержащий согласующий каскад и масштабный усилитель), активный фильтр, Логарифмический усилитель и выпрямитель. В предлагаемом устройстве датчик и индикатор размещены в едином корпусе, а перемещения и ориентацию датчика осуществляют перемещением и поворотами корпуса устройства, что практически удобнее ввиду значительно меньших габаритов устройства.

Отличия устройства состоят также в том, что по прототипу разнесенные в пространстве и соединённые проводами датчик, усилитель и телефоны представляют собой электрическую антенну, что при наличии значительных электромагнитных помех вблизи линий электропередач (ЛЭП) значительно снижает разрешающую способность прибора (прототипа) и как показывает практика, делает его неработоспособным вблизи ЛЭП. В отличие от этого, по заявляемому устройству компактное расположение всех элементов исключает длинные соединительные провода, что наряду с другими отличиями (избирательным усилением и фильтрацией) существенно повышает помехозащищенность и разрешающую способность устройства по сравнению с прототипом, что проверено в натурных условиях в местах пересечения трассы магистральных трубопроводов и ЛЭП. В заявленном устройстве взаимовлияние выходных цепей и датчика исключается путем экранирования токонесущих проводов, их взаимноортогональным расположением и жестким взаимным креплением элементов, а также применением индикатора с малым токопо.треблением.

Удаление датчика от поверхности земли на высоту около 1 м (обычное положение руки оператора) способствует уменьшению влияния малых ферромагнитных предметов

(напр, случайно брошенные куски железа) на работу устройства. Как известно из теории электромагнитного поля, возмущение поля, вызываемое локальными неоднородностями, при удалении от них уменьшается быстрее, чем наблюдаемое поле тока в трубопроводе. Поэтому поиск протяженного трубопровода удобнее проводить путем поворотов датчика немного приподнятого над

поверхностью, что удобнее делать с помощью предложенного устройства Дополнительное введение логарифмического усилителя с повышенным коэффициентом усиления сигналов с малой

амплитудой и пониженным (по сравнению с линейным усилением) коэффициентом усиления сигналов с большой амплитудой по- зволяет повысить разрешающую способность устройства по минимуму сигнала и расширить динамический диапазон (по сравнению с прототипом), Это улучшает эксплуатационные свойства устройства для поиска трубопроводов, когда величины протекающих по ним токов изменяются в широком интервале в зависимости от расстояния до источника тока, от его мощности и характеристик распространения тока вдоль трубопровода, Дополнительное введение выпрямителя (амплитудного детектора) дает

возможность использовать индикаторы других типов, например стрелочный или световой, что также позволяет значительно уменьшить габариты, расширить динамический диапазон и повысить разрешающую

способность. В отличие от телефонов индикаторы потребляют меньше энергии; это увеличивает время работы устройства без .дозарядки аккумуляторов, что важно для эксплуатации в полевых условиях.

Заявляемые элементы, связи и взаимное расположение в своей совокупности не являются составной частью ни одного из известных устройств, предназначенных для определения расположения магистральных

трубопроводов, либо для иных целей, что дает основание отнести их к категории существенных отличительных признаков.

Известны и практически используются несколько различных устройств, которые можно применять для определения расположения подземных трубопроводов и кабелей связи. Для них характерны большие габариты, вызванные удалением датчика от выходных цепей усилителя (для уменьшения взаимовлияний); часто используют несколько датчиков. Малогабаритное устройство для определения расположения трубопроводов в литературе не известно и является

НОВЫМ.

На фиг.1 показана функциональная блок-схема устройства; на фиг.2 - пример взаимного расположения элементов устройства в корпусе; на фиг.3-6 - эпюры на- пряжений на выходе датчика при перемещениях устройства и его поворотах относительно трубопровода в процессе определения его местоположения и глубины залегания.

В состав устройства (фиг.1, 2) входят датчик магнитного поля 1, входной усилитель 2, фильтр 3, логарифмический усилитель 4, выпрямитель 5, индикатор 6, переключатель диапазонов, совмещенный с выключателем питания 7, блок питания 8, корпус 9, линия для наклонной ориентации 10.

Датчик магнитного поля 1 выполняют в виде катушки индуктивности с ферритовым сердечником. Входной усилитель 2 содержит согласующий каскад и масштабный усилитель с пятью значениями коэффициента усиления, устанавливаемым переключателем 7; это обеспечивает диапазон изменений коэффициента усиления от до 102, что оказалось достаточным для индикации наблюдаемого поля, создаваемого токами СКЗ практически на всем протяжении.маги- стральных трубопроводов. Усилители 2, 4, фильтр 3 и выпрямитель 5 предложенного устройства выполняют на основе операционных усилителей по схемам известным в литературе. Активный фильтр 4 с добротностью Q Ю.настраивают на частоту наблюдаемого поля тока в трубопроводе; осуществляется фильтрация полезного сигнала от помех. Логарифмический усилитель 4 обеспечивает более точную удобную индикацию минимума сигнала при перемещениях и поворотах устройства. Выпрямитель 5 с операционными усилителями осуществляет двухполупериодное выпрямление полез ного сигнала и усиление его по напряжению. Индикацию 6 осуществляют с помощью малогабаритного стрелочного прибора (например, типа М476/1 или светового индикатора (набора светодиодов, ЖКИ). Блок питания 8 содержит аккумулятор (типа 7Д-0,115) и преобразователь одно- полярного напряжения в. двухполярное. Корпус 9 выполняют из диэлектрического материала (текстолит, гетинакс и т.п.) путем фрезеровки или склеивания,

Работа устройства происходит следующим образом.

Датчик поля, усилители и фильтр настраивают на частоту тока протекающего по трубопроводу: на вторую гармонику сетевого напряжения (при наличии подключенной к трубопроводу станции катодной защиты

СКЗ с двухполупериодным выпрямлением), или генератора, возбуждающего в трубопроводе переменный ток определенной частоты. Оператор с данным устройством 5 перемещается по местности, удерживая устройство в руке и совершая им колебательные движения, наблюдает по индикатору за изменениями магнитного поля, создаваемого протекающим по трубопроводу током

0 и воспринимаемого датчиком устройства; по максимальным и минимальным показаниям индикатора определяет расположение трубопровода (фиг,3-6).

Для определения направления трассы

5 трубопровода поворачивают .устройство в горизонтальной плоскости (такая процедура в литературе не описана), - минимальные показания индикатора при этом соответствуют ориентации датчика параллельно трас0 се.

Поворачивая устройство в вертикальной плоскости перпендикулярной трассе трубопровода, определяют местоположение трубы Т (фиг.З) по минимуму и максиму5 му сигнала, которые соответствуют ориентациям датчика на ось трубы и ази- мутально к ней (перпендикулярно радиусу и оси трубы) соответственно.

Проекцию оси трубопровода Т на повер0 хность земли определяют путем перемещения устройства поперек трассы (фиг.4 и 5). Сперва удобно определить максимум сигнала при горизонтальной ориентации датчика (фиг.4). Затем - минимум при вертикальной

5 ориентации (фиг.5), что дает более точный результат.

Глубину залегания трубопровода h можно оценить по расстоянию между минимумом и максимумом сигнала при

0 горизонтальном перемещении вертикально ориентированного датчика (фиг.5). Ввиду плавности указанного максимума (фиг.5) эта процедура дает грубую оценку глубины. Для более точного определения глубины залега5 ния трубопровода ориентируют устройство под углом 45° к вертикали и перемещают его горизонтально перпендикулярно трубопроводу (от проекции его оси на поверхность) до точки достижения минимума сигнала;

0 длина этого перемещения равна расстоянию от линии перемещения датчика до оси трубы (фиг.6). При этом, если датчик перемещался непосредственно у поверхности земли, то глубина залегания трубопровода

5 равна расстоянию между минимумами при вертикальной и наклонной ориентациях датчика (фиг.6); если же датчик в наклонном положении перемещался выше (приподнято) над поверхностью земли, то надо визуально заметить точку на поверхности земли

в продолжении оси датчика и уже от нее определять расстояние до проекции оси трубы на поверхность земли, которое соответствует глубине залегания трубопровода.

Практическая эксплуатация предложен- ного устройства оператором предусматривает удерживание устройства в руке и его колебательные перемещения и повороты. При этом оператор наблюдает за показаниями индикатора, минимумы которого соот- ветствуют ориентациям датчика устройства в направлении на ось трубы.

Ввиду высокой электропроводности металлического трубопровода по сравнению с окружающей средой, в нем обычно концен- трируются электрические токи от различных источников, в том числе и от дальних СКЗ. Это дает возможность в большинстве случаев с помощью заявленного устройства опре- делять местоположение подземного трубопровода бесконтактным методом без применения специальных генераторов тока, без подключений к трубопроводу и земле, что существенно повышает оперативность и производительность ра- бот. Практическая проверка на различных трубопроводах показала, что практически во всех магистральных трубопроводах имеются наводки тока второй гармоники, доста- точные для определения расположения трубопроводов; в то же время помехи промышленной частоты (первая и третья гармоники линий электропередан) в заявленном устройстве отфильтровываются и не мешают работе устройства.

Преимуществами заявленного устройства по сравнению с аналогами и прототипом являются его портативность, т.е. малые габариты и масса. Это дает возможность оперативно работать с устройством на трас-

се: можно транспортировать (носить) устройство в кармане спецодежды оператора (или подвешенным к поясу или на плече), быстро определять местоположение трубопровода и продолжать другие работы на трассе. Кроме того высокая чувствительность, помехозащищенность и разрешающая способность, простота и удобство в работе, малое энергопотребление также улучшают эксплуатационные свойства устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения расположения магистральных трубопроводов, содержащее помещенные в корпус индикатор и последовательно соединенные индукционный датчик магнитного поля, входной усилитель и фильтр, а также блок питания, соединенный через выключатель с усилителем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения глубины магистральных трубопроводов, содержит последовательно соединенные логарифмический усилитель и выпрямитель, причем выход фильтра соединен с входом логарифмического усилителя, а выход выпрямителя соединен с входом индикатора, блок питания соединен с фильтром, логарифмическим усилителем и выпрямителем, соединения устройства выполнены в виде экранированных проводов и расположены в плоскости, проходящей через ось чувствительности индукционного датчика магниГного поля, при этом корпус снабжен двумя метками, определяющими направление двух осей, расположенных под углом 45° друг к другу, одна из.которых определяет направление оси чувствительности индукционного датчика магнитного поля.

Использование: в средствах обнаружения, определения местоположения и глубины залегания магистральных трубопроводов и кабелей. Сущность изобретения: устройство содержит датчик магнитного поля, входной усилитель, фильтр, логарифмический усилитель, выпрямитель, стрелочный индикатор, корпус с меткой и линией для ориентации. Все элементы помещены в корпусе, токопроводы расположены в плоскости ортогональной оси чувствительности датчика.6 ил.

О

ffeppK/iwt/aTMi PADK. пнтямя

fur. /

6 ) индпкато/)

&1ГрЛ#ЛТ ЛЛ

г.5

Фиг. 4

.S

Фиг. в