Глибиномір

Винахід відноситься до технічної фізики і може бути використаний для пошуку захованих під землею та водою струмопроводів у вигляді кабелів та труб та вимірювання глибини їх залягання. Він дозволяє знаходити та визначати глибину залягання діючих силових кабелів та інших протяжних комунікацій, по яких протікає струм частотою 50 Гц. Відомий для цієї цілі пристрій складається з трьох магнітоприймачів, Індикатора нуля, індикатора рівня, шарніра з шкалою, регулятора підсилення, перемикача, підсилювача, амплітудного деректора та вихідного Індикатора [1]. Цей прилад складний по конструкції, трудоємний в експлуатації, має низьку продуктивність праці, обумовлену необхідністю строгої орієнтації магнітоприймачів за допомогою двох Індикаторів і характеризується низькою точністю вимірювання глибини залягання струмопровода, яка визначається по шкалі кута нахилу магнітоприймача. Найбільш близьким по технічній суті є пристрій, що містить ближній і дальній до грунту магнітоприймачі, віднімаючий пристрій, два керовані підсилювачі змінної напруги, джерело опорної напруги, елемент порівняння, два перетворювачі змінної напруги в постійну і ви хідний індикатор, причому ви хід ближнього магнітоприймача підключений до першого входу віднімаючого пристрою, другий вхід котрого з'єднаний с виходом дальнього магнітоприймача і входом першого керованого підсилювача змінної напруги, вихід віднімаючого пристрою об'єднаний із входом другого керованого підсилювача змінної напруги, до виходів першого і другого керованих підсилювачів змінної напруги підключені входи відповідно першого і другого перетворювачів змінної напруги в постійну, до ви ходу першого перетворювача змінної напруги в постійну приєднаний Індикатор, до виходу друго го перетворювача змінної напруги в постійну підключений перший вхід елемента порівняння, другий вхід котрого з'єднаний з джерелом опорної напруги, і до виходу елемента порівняння під'єднані входи управління першого і другого керованих підсилювачів змінної напруги [2] (прототип), До недоліків прототипу слід віднести відсутність у приладі пристрою для пошуку осі струмопроводу, що не дозволяє використовувати його без додаткового приладу. Вимірювання глибини при використанні приладу для пошуку осі комунікації з прототипом, по-перше, незручно, а, по-друге, не забезпечує необхідної точності. Загальним недоліком аналога і прототипа є значна похибка в визначенні глибини закладення струмопроводу, при наявності зовнішніх електромагнітних завад на частоті 50 Гц. Через вказані причини відомі прилади не можуть використовуватись в міських умовах, близько від електротехнічних споруд, де рівень електромагнітного поля промислової частоти співрозмірний по потужності з полем від обстежуваного струмопроводу. Задачею винаходу є підвищення оперативності і точності визначення глибини залягання струмопроводу, особливо в умовах високого рівня зовнішніх електромагнітних завад, а також спрощення електричної схеми і конструкції глибиноміра. Для вирішення цієї задачі в глибиномір, що складається з ближнього і дальнього магнітоприймачів, першого віднімаючого пристрою, підсилювача змінної напруги, перетворювача змінної напруги в постійну, причому незаземлений вихід дальнього магнітоприймача під'єднаний до першого входу першого віднімаючого пристрою, а вихід підсилювача змінної напруги з'єднаний з перетворювачем змінної напруги в постійну, додатково введені третій магнітоприймач, розташований посередині між ближнім і дальнім і направлений так само, як і вони; другий і третій віднімаючі пристрої; перемикач на два положення; диференційний підсилювач; подільник напруги із змінним опором; перетворювач напруга-частота і звуковий Індикатор, при цьому незаземлений вихід середнього магнітоприймача під'єднаний до других входів першого і другого віднімаючого пристроїв, а незаземлений вихід ближнього магнітоприймача з'єднаний з першим входом другого віднімаючого пристрою, вихід якого через подільник напруги під'єднаний до другого входу третього віднімаючого пристрою, перший вхід котрого з'єднаний з виходом диференційного підсилювача, до одного з входів якого через перемикач на два положення під'єднаний вихід першого віднімаючого пристрою; вихід третього віднімаючого пристрою з'єднаний з входом вузькосмугового підсилювача змінної напруги, а вихід перетворювача змінної напруги в постійну з'єднаний з входом перетворювача напруга-частота, до виходу якого під'єднаний звуковий індикатор. Додатково введені в глибиномір елементи широко використовуються в різних Ін формаційновимірювальних та обчислювальних пристроях, але окремо не володіють властивостями, які забезпечили б вирішення поставленої задачі. Такими властивостями володіє лише їх запропонована сукупність, тобто, вступаючи у взаємодію, признаки сукупності надають заявленому глибиноміру нову якість , яка відповідає критерію "суттєві відмінності". Суть винаходу пояснюється з допомогою креслень на фіг.1 і 2. Глибиномір складається з ближнього, середнього і дального магнітоприймачів 1,2 і 3, трьох пристроїв віднімання 4, 5 і 9, перемикача на два положення, диференціального підсилювача 7, подільника напруги, підсилювача змінної напруги (відбіркового) 10, перетворювачів змінної напруги в постійну 11 і постійної напруги в частоту 12 і звукового індикатора 13. Незаземлені виходи ближнього 1 і дальнього 3 магнітоприймачів під'єднані відповідно до перших входів другого 5 і першого 4 пристроїв віднімання, а незаземлений вихід середнього магнітоприймача 2 під'єднаний одночасно до других входів обох пристроїв віднімання. Вихід першого пристрою віднімання через перемикач 6 під'єднується до інверсного або прямого входів диференційного підсилювача 7, вихід якого з'єднаний з першим входом третього пристрою віднімання 9, другий вхід якого через подільник напруги 8 з'єднаний з виходом другого віднімаючого пристрою 5. До виходу третього віднімаючого пристрою 9 послідовно з'єднані вузькосмуговий підсилювач змінної напруги 10, перетворювачі змінної напруги в постійну 11 і постійної напруги в частоту 121 звуковий Індикатор 13. Пристрій забезпечує визначення осі струмопровода 14 та глибини його залягання h і працює наступним чином. При протіканні по схованому струмопроводу стр уму І, наприклад "блукаючого струму" з частотою 50 Гц, навколо нього виникає магнітне поле, силові лінії котрого представляють собою концентричні кола в площині, перпендикулярній осі струмопровода. Напруженість магнітного поля на віддалях h, h+a/2 і h+a від осі струмопроводу визначається Із співвідношень де h - відстань від осі струмопроводу до ближнього магнітоприймача - глибина закладення a магнітопровода, а 2 - віддаль між магнітоприймачами. За рахунок цих полів в магнітоприймачах виникають електрорушійні сили е1 = к 1, Н1, е 2 = к 2Н2 і е 3 = к 3Н3, де к 1, к 2 і к 3 - коефіцієнти перетворення магнітоприймачів. МагнітоприймачІ виконуються одинаковими, так що к 1 = к 2 = к 3 = к. При таких умовах на виходах першого і другого віднімаючих пристроїв утворюються різницеві напруги Перемикач 6 забезпечує два режими роботи: 1 - визначення глибини, 2 - пошук осі. Напруга U21 на виході подільника 8 Тоді в положенні 1 перемикача 6 при коефіцієнті передачі диференціального підсилювача, рівному 1, на виході третього віднімаючого пристрою 9 одержимо Зміною величини опору R2 добиваються нулевого значення сигналу на виході віднімаючого пристрою 9, яке наступає при З рівняння видно, що при відповідному виборі опору R1, який однозначно пов'язаний з величиною відстані а між магнітоприймачами, опір R2 може бути проградуйований в значеннях глибини залягання струмопроводу. Реєстрація мінімального (нульового) значення напруги на виході третього віднімаючого пристрою може здійснюватись за допомогою будь-якого індикатора нуля, а в пропонованому пристрої, з метою зручності в користуванні, він виконаний у вигляді послідовно з'єднаного вузькосмугового підсилювача, настроєного на частоту змінного струму у стр умопроводі, перетворювача змінної напруги в постійну, а її - в сигнал зі змінною частотою і звукового Індикатора. Глибина визначається при установці датчиків над віссю струмопроводу шляхом повертання осі змінного опору R2 до тих пір, поки звук в індикаторі не зникне або не буде самої низької частоти. По показу на лімбі опору R2 відраховується значення глибини закладення струмопроводу. Пошук осі струмопроводу можливо проводити в тому самому режимі, що і вимір глибини, перевівши опір R2 в максимальне положення. Тоді сигнал від ближнього магнітоприймача перевищує сигнал від дальнього магнітоприймача і по максимуму їх різниці можна зареєструвати вісь стр умопроводу. Але, тим не менше, з сигналу від ближнього магнітоприймача буде вираховуватись сигнал з верхнього магнітоприймача, що знижує чутливість приладу, і тим більше, чим на більшій глибині знаходиться струмопровід. При переведенні перемикача 6 в положення 2 напруги з виходів віднімаючих пристроїв 4 і 5 будуть за допомогою віднімаючого пристрою 9 не відніматись, а додаватись. При R2>>R1 коефіцієнт ділення подільника близький до 1 і сигнал на виході третього віднімаючого пристрою дорівнює Така ж залежність рівня напруги від глибини буде у приладу з ближнім і дальнім магнітоприймачами, розташованими на відстані а, коли для індикації використовується різницевий сигнал Це означає, що чутливість цих приладів одинакова. Таким чином, введення третього магнітоприймача і використання в якості - Інформативного різницевого сигналу від двох магнітоприймачів забезпечує можливість значно підвищити завадостійкість до завад, що створюються далеко розташованими джерелами, такими, що сигнал від них на відстані а/2 майже не змінюється За рахунок цього зменшується вплив на точність виміру завад від паралельних віток трубопроводів і електричних кабелів. Разом з тим чутливість їх залишається така ж сама, як у трасошукачів з диференціальним способом вимірювання при відстані між магнітоприймачами рівній а. Вилучення певних елементів Із прототипу і введення нових елементів і зв'язків дозволило значно спростити електричну схему приладу, зменшити енергоспоживання. Дякуючи внесеним змінам, запропонований глибиномір може бути конструктивно виконаний у вигляді штанги, на якій кріпляться три магнітоприймачі і до якої під'єднаний головний телефон. Нескладна схема приладу може бути розташована в корпусі штанги, а глибина - відраховуватись по лімбу резистора.