專利名稱：空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法及裝置，屬于金屬管線探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬管線或電纜(電纜的金屬護(hù)層及導(dǎo)電芯線相當(dāng)于金屬管線)一般敷設(shè)于地下，當(dāng)需要對(duì)其工程施工時(shí)，如對(duì)電纜的割接或故障修復(fù)、管道的開(kāi)口及維護(hù)等，需要探測(cè)其敷設(shè)位置，當(dāng)需要對(duì)一定區(qū)域進(jìn)行地面開(kāi)挖前，亦需要事先探測(cè)地面下的金屬管線電纜，標(biāo)定其位置和深度，以免在地面開(kāi)挖中造成其損壞。針對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)有的技術(shù)方案有I)傳統(tǒng)的金屬管線探測(cè)技術(shù)，一般是通過(guò)信號(hào)發(fā)生器向金屬管線發(fā)送某一種頻率的音頻電流信號(hào)，金屬管線向外輻射同頻磁場(chǎng)，由接收機(jī)的傳感線圈感應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)，放大后經(jīng)耳機(jī)或表頭輸出，通過(guò)判斷信號(hào)幅值的大小來(lái)判斷金屬管線的位置，根據(jù)傳感線圈放置方向的不同，有音峰法和音谷法之區(qū)別。使用音峰法時(shí)，線圈垂直于金屬管線，平行于地面，金屬管線正上方時(shí)信號(hào)最強(qiáng)，兩側(cè)減弱；使用音谷法時(shí)，線圈垂直于金屬管線，也垂直于地面，金屬管線正上方時(shí)信號(hào)最弱，兩側(cè)一定位置信號(hào)最強(qiáng)。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(guò)分析信號(hào)幅值的變化規(guī)律來(lái)判斷金屬管線的位置。探測(cè)效率低、工作強(qiáng)度高(尤其在金屬管線復(fù)雜地區(qū)和嘈雜環(huán)境中)、而且對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)有較高要求。2)公告日為2007年9月12日、公告號(hào)為CN100337127C的中國(guó)專利中公開(kāi)了一種“在金屬管線探測(cè)中直觀指示金屬管線位置的方法及其裝置”，通過(guò)兩個(gè)成一定角度排列的傳感線圈，感應(yīng)發(fā)射機(jī)加在金屬管線上的交流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)輻射，兩個(gè)線圈感應(yīng)到的信號(hào)分別放大、濾波，再分別進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分析，解算出兩個(gè)磁場(chǎng)信號(hào)的水平和垂直分量的幅值和相位，根據(jù)兩分量是同相還是反相來(lái)判斷金屬管線處于傳感線圈的左側(cè)還是右側(cè)，并由指示器進(jìn)行明確的指示。這種方法采用數(shù)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(tǒng)方法和裝置的不足，但仍需要在探測(cè)過(guò)程中不斷將接收傳感器左右移動(dòng)橫切金屬管線，才能根據(jù)左右方向指示找到金屬管線的準(zhǔn)確位置，不能直接指示金屬管線的具體位置。3)傳統(tǒng)的金屬管線測(cè)深方法，為60%法(或80%法)測(cè)深和45°法測(cè)深。60%法深度測(cè)量傳感線圈水平放置，首先用音峰法找到信號(hào)幅值最強(qiáng)的點(diǎn)，記下幅值數(shù)，然后左右水平移動(dòng)傳感器，找到左右兩側(cè)信號(hào)幅值減弱到最大幅值60%的點(diǎn)，則兩點(diǎn)之間的距離等于金屬管線深度的2倍。80%法深度測(cè)量同60%法類似，區(qū)別在于需找到左右兩側(cè)信號(hào)幅值減弱到最大幅值80%的點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的距離等于金屬管線深度。45°法深度測(cè)量在金屬管線兩側(cè)，分別反方向調(diào)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(cè)分別找到信號(hào)幅值最弱的點(diǎn)，則兩點(diǎn)之間的距離為金屬管線埋設(shè)深度的2倍。
傳統(tǒng)方法尤其是60%法(或80%法)的優(yōu)點(diǎn)是比較精確，易于排除臨近金屬管線的干擾，但缺點(diǎn)是操作比較繁瑣。4)改進(jìn)的測(cè)深方法使用兩個(gè)上下間隔一定距離排列的水平線圈，下線圈感應(yīng)到的信號(hào)大于上線圈，根據(jù)兩線圈感應(yīng)到的信號(hào)差異和兩者的距離，能夠計(jì)算出金屬管線和下線圈間的距離(即深度)。此方法的優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)便，當(dāng)探測(cè)線圈位于金屬管線正上方時(shí)，即可以按鍵指令探測(cè)儀自動(dòng)計(jì)算深度；缺點(diǎn)是只有當(dāng)探測(cè)線圈位于金屬管線正上方時(shí)此公式才有效，從而不能實(shí)時(shí)測(cè)深；在深度較小時(shí)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(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、可以實(shí)時(shí)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(cè)方法及裝置。其技術(shù)方案為一種空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，包括可移動(dòng)式信號(hào)接收裝置，其特征在于采用以下步驟I)地下金屬管線因被主動(dòng)施加交流信號(hào)而輻射同頻率交流磁場(chǎng)，或者地下金屬管線因自身承載交流電流而主動(dòng)輻射，或者因感應(yīng)外部交流磁場(chǎng)而造成二次輻射；2)由信號(hào)接收裝置中的兩個(gè)間隔一定距離且水平排列的磁場(chǎng)傳感器組，感應(yīng)金屬管線輻射出的磁場(chǎng)信號(hào)；3)信號(hào)接收裝置將兩磁場(chǎng)傳感器組感應(yīng)到的磁場(chǎng)信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，包括放大、混頻、濾波和信號(hào)切換環(huán)節(jié)；4)將調(diào)理過(guò)的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；5)將經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)反演和運(yùn)算得到待測(cè)金屬管線的敷設(shè)信息；6)計(jì)算結(jié)果由人機(jī)界面進(jìn)行顯示。所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，兩磁場(chǎng)傳感器組的間隔為
O.I-2π ο所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組內(nèi)包含兩個(gè)相互正交排列的磁場(chǎng)傳感器，這兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器的軸線分別與Χ、γ軸重合或平行，其中X軸為兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組的連線，X軸與地面水平、且與金屬管線相交，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(cè)方法，若每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組內(nèi)包含兩個(gè)相互正交排列的磁場(chǎng)傳感器，則步驟5)中數(shù)字信號(hào)處理環(huán)節(jié)的反演和運(yùn)算過(guò)程為首先反演出兩磁場(chǎng)傳感器組位置處的磁場(chǎng)矢量的X、Y軸分量，將兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組檢測(cè)到的磁場(chǎng)矢量的X、Y分量分別記為mA、nA和mB、nB ;將兩組X、Y分量分別進(jìn)行矢量合成，得到兩磁場(chǎng)傳感器組位置處磁場(chǎng)矢量的切線在X-Y平面上的投影；分別對(duì)兩磁場(chǎng)矢量切線的投影做法線，兩法線均與金屬管線相交，其交叉點(diǎn)即為金屬管線在X-Y平面上的位置，據(jù)此得到金屬管線在地面的投影位置和其地面下的埋設(shè)深度，計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，包括可移動(dòng)式信號(hào)接收裝置，其特征在于采用以下步驟 1)地下金屬管線(I)因被主動(dòng)施加交流信號(hào)而輻射同頻率交流磁場(chǎng)，或者地下金屬管線(I)因自身承載交流電流而主動(dòng)輻射，或者因感應(yīng)外部交流磁場(chǎng)而造成二次輻射； 2)由信號(hào)接收裝置中的兩個(gè)間隔一定距離且水平排列的磁場(chǎng)傳感器組，感應(yīng)金屬管線(I)福射出的磁場(chǎng)信號(hào)； 3)信號(hào)接收裝置將兩磁場(chǎng)傳感器組感應(yīng)到的磁場(chǎng)信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，包括放大、混頻、濾波和信號(hào)切換環(huán)節(jié)； 4)將調(diào)理過(guò)的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)； 5)將經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)反演和運(yùn)算得到待測(cè)金屬管線(I)的敷設(shè)信息； 6)計(jì)算結(jié)果由人機(jī)界面(8)進(jìn)行顯示。
2.如權(quán)利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，其特征在于兩磁場(chǎng)傳感器組的間隔為O. l-2m。
3.如權(quán)利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，其特征在于每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組內(nèi)包含兩個(gè)相互正交排列的磁場(chǎng)傳感器(2)，且兩個(gè)磁場(chǎng)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(gè)磁場(chǎng)傳感器組的連線，X軸與地面水平、且與金屬管線(I)相交，Y軸垂直于地面。
4.如權(quán)利要求I或3所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，其特征在于步驟5)中數(shù)字信號(hào)處理環(huán)節(jié)的反演和運(yùn)算過(guò)程為首先反演出兩磁場(chǎng)傳感器組位置處的磁場(chǎng)矢量的X、Y軸分量，將兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組檢測(cè)到的磁場(chǎng)矢量的Χ、Υ分量分別記為mA、nA和mB、nB ;將兩組X、Y分量分別進(jìn)行矢量合成，得到兩磁場(chǎng)傳感器組位置處磁場(chǎng)矢量的切線在X-Y平面上的投影；分別對(duì)兩磁場(chǎng)矢量切線的投影做法線，兩法線均與金屬管線(I)相交，其交叉點(diǎn)即為金屬管線(I)在X-Y平面上的位置，據(jù)此得到金屬管線(I)在地面的投影位 L mAnB+mBnA X —----置和其地面下的埋設(shè)深度，計(jì)算公式為 2y = L mAnB-mBnA 公式中L為兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組的中心距離，X為金屬管線(I)在X軸上的投影點(diǎn)與兩磁場(chǎng)傳感器組連線的中點(diǎn)間的距離，y為金屬管線(I)距X軸的距離，此距離減去X軸距地面的距離即為金屬管線(I)在地下的埋設(shè)深度。
5.如權(quán)利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，其特征在于每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組內(nèi)包含三個(gè)相互正交排列的磁場(chǎng)傳感器(2)。
6.如權(quán)利要求I或5所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，其特征在于步驟5)中數(shù)字信號(hào)處理環(huán)節(jié)的反演和運(yùn)算過(guò)程為首先反演出兩磁場(chǎng)傳感器組位置處的磁場(chǎng)矢量的X、Y、Z軸分量，其中Z軸與Χ、Υ軸均正交，將兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組檢測(cè)到的磁場(chǎng)矢量的X、Y、Z分量分別記為mA、nA、Pa和mB、nB、pB ;將兩組X、Y分量分別進(jìn)行矢量合成,得到兩磁場(chǎng)傳感器組位置處磁場(chǎng)矢量的切線在X-Y平面上的投影；分別對(duì)兩磁場(chǎng)矢量切線的投影做法線，兩法線均與金屬管線(I)相交，其交叉點(diǎn)即為金屬管線(I)在X-Y平面上的位置，據(jù)此得到金屬管線(I)在地面的投影位置和其地面下的埋設(shè)深度，計(jì)算公式為
7.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求I所述的空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法的裝置，其特征在于包括兩間隔O. l-2m且水平排列的兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組、信號(hào)調(diào)理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)、中央處理單元(9)和人機(jī)界面(8)，每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組的輸出端分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)接中央處理單元(9)，中央處理單元(9)再與人機(jī)界面(8)連接。
8.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法的裝置，其特征在于每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組內(nèi)均包含二個(gè)或三個(gè)相互正交排列的磁場(chǎng)傳感器(2),磁場(chǎng)傳感器(2)采用線圈、巨磁阻磁場(chǎng)傳感器、光纖磁場(chǎng)傳感器或納米磁場(chǎng)傳感器。
9.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法的裝置，其特征在于信號(hào)調(diào)理單元包含信號(hào)放大器(11)、混頻器(12)、濾波器(13)和信號(hào)切換器(14)，其中磁場(chǎng)傳感器⑵的輸出端經(jīng)信號(hào)放大器(11)分別接信號(hào)切換器(14)和混頻器(12)，混頻器(12)的輸出端接信號(hào)切換器(14)，信號(hào)切換器(14)的輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)。
10.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法的裝置，其特征在于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)采用多通道Σ -Δ型A/D轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種空間矢量法地下金屬管線位置探測(cè)方法，其特征在于采用以下步驟1)地下金屬管線輻射出磁場(chǎng)信號(hào)；2)由兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器組感應(yīng)金屬管線輻射出的磁場(chǎng)信號(hào)；3)將兩磁場(chǎng)傳感器組感應(yīng)到的磁場(chǎng)信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；4)將調(diào)理過(guò)的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；5)對(duì)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)反演和運(yùn)算得到待測(cè)金屬管線的敷設(shè)信息；6)計(jì)算結(jié)果由人機(jī)界面進(jìn)行顯示。實(shí)施上述方法的裝置包括兩個(gè)間隔一定距離且水平排列的磁場(chǎng)傳感器組、信號(hào)調(diào)理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、中央處理單元和人機(jī)界面，每個(gè)磁場(chǎng)傳感器組的輸出端分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器接中央處理單元，中央處理單元與人機(jī)界面連接。本發(fā)明可以實(shí)時(shí)指示金屬管線位置、深度和走向，精度高。
文檔編號(hào)G01V3/11GK102621582SQ20121008422
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者張波, 李義明, 李桂義, 楚龍?zhí)? 陳宗軍 申請(qǐng)人:淄博威特電氣有限公司