Генератор для локалізації та обстеження захованих комунікацій

Винахід відноситься до області дослідження об'єктів і середовищ за допомогою електромагнітних зондувальних полів, призначений для збудження в протяжних струмопровідних підземних комунікаціях електромагнітного поля з метою визначення їх траси, глибини залягання і контролю якості ізоляційних покриттів. Відомий для цієї мети генератор, що складається з послідовно з'єднаних генератора синусоїдальної напруги, попереднього, проміжного і вихідного двотактного підсилювачів, навантаженням останнього є первинна обмотка вихідного трансформатора, один вивід вторинної обмотки якого приєднаний до ґрунту, а решта його виводів приєднані до нерухомих контактів вихідного перемикача, рухомий контакт якого приєднується до комунікації (труби, кабелі), а до рухомого контакту перемикача приєднані також послідовно з'єднані випрямляч і аналоговий індикатор величини струму в навантаженні [1]. Як недолік цього генератора можна відзначити відсутність в ньому пристрою захисту від перевантажень по виходу, що знижує надійність його роботи. Відомий також генератор, що містить задаючий генератор, проміжний підсилювач, узгоджувальний трансформатор, два вихідні транзистори, два стабілітрони, вихідний трансформатор, амперметр, вихідний перемикач і механічний переривач [2]. Цей аналог є джерелом змінної напруги із заданою частотою і амплітудою і має захист виходу від короткого замикання. Недоліком аналога [2] є велика інерційність спрацювання механічного переривача, як захисного елемента, при перевантаженнях, що може обумовити вихід з ладу одного з вихідних транзисторів, а значить і приладу в цілому. Тобто цей пристрій характеризується низькою надійністю в роботі. Найбільш близьким по технічній суті до заявлюваного технічного рішення є генератор для пошуку і обстеження підземних комунікацій, який складається з задаючого кварцового генератора, першого логічного елемента І, подільника частоти, попереднього підсилювача, узгоджувального трансформатора, шунта, дво х вихідних транзисторів, джерела опорної напруги, компаратора, елемента диференціювання, тригера, індикатора потужності, двох стабілітронів, вихідного трансформатора і перемикача, причому до виходу кварцового генератора приєднаний один з входів першого логічного елемента І, другий вхід якого з'єднаний з виходом тригера, вихід логічного елемента І через керований подільник частоти з'єднаний з входом попереднього підсилювача, до виходу якого приєднаний один з виводів вторинної обмотки узгоджувального трансформатора, другий вивід якої і середній вивід вторинної обмотки узгоджувального трансформатора приєднані до шини нульового потенціалу, шунт включений між шиною нульового потенціалу і місцем з'єднання емітерів вихідних транзисторів і анодів стабілітронів, куди також підключений один із входів компаратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, ви хід компаратора через елемент диференціювання з'єднаний з входом установки в нуль тригера, вхід установки в одиничний стан якого є входом „ПУСК” генератора, до крайніх виводів вторинної обмотки узгоджувального трансформатора приєднані бази першого і другого вихідних транзисторів, до колекторів першого і другого вихідних транзисторів приєднані відповідно катоди першого і другого стабілітронів і крайні виводи первинної обмотки вихідного трансформатора, середній вивід якого підключений до шини джерела постійної напруги, в місце з'єднання емітерів вихідних транзисторів приєднаний також індикатор потужності, один вивід вторинної обмотки вихідного трансформатора з'єднаний з ґрунтом, а решта виводів цієї обмотки підключені до нерухомих контактів перемикача, рухомий контакт якого з'єднується з комунікацією [2] (прототип). Недоліком прототипу є те, що він генерує в навантаження струм однієї заданої частоти, який, протікаючи в струмопровідній підземній комунікації (трубопроводі, кабелі, тощо), дозволяє визначити безконтактним індуктивним методом напрямок і глибину залягання підземної комунікації, а також контактним методом (шляхом вимірювання зміни потенціалу над комунікацією вздовж її осі) - місця пошкодження ізоляції. В багатьох випадках, особливо коли обстежувана поверхня покрита асфальтом чи бетоном, контактний метод визначення місць пошкодження ізоляції підземних об'єктів є малопродуктивним або практично непридатним. Задачею заявленого технічного рішення є розширення функціональних можливостей. Для вирішення цієї задачі в генератор для локалізації та обстеження захованих комунікацій, що складається із задаючого кварцового генератора, першого логічного елемента І, подільника частоти, попереднього підсилювача, узгоджувального трансформатора, шунта, джерела опорної напруги, компаратора, елемента диференціювання, тригера, двох вихідних транзисторів, двох стабілітронів, вихідного трансформатора, першого перемикача і індикатора вихідної потужності, в якому вихід задаючого кварцового генератора приєднаний до першого входу першого логічного елемента І, другий вхід якого з'єднаний з виходом тригера, вихід першого логічного елемента І з'єднаний з входом подільника частоти, до ви ходу попереднього підсилювача приєднаний перший вивід вторинної обмотки узгоджувального трансформатора, другий вивід якої, а також середній вивід його вторинної обмотки і перший вивід шунта приєднані в точку з'єднання емітерів вихідних транзисторів, анодів стабілітронів, першого входу компаратора і входу індикатора вихідної потужності, вихід компаратора через елемент диференціювання з'єднаний з входом установки в нуль тригера, вхід установки в положення логічної одиниці якого приєднаний до входу „ПУСК”, до крайніх виводів вторинної обмотки узгоджувального трансформатора приєднані бази першого і другого вихідних транзисторів, до колекторів яких приєднані катоди першого і другого стабілітронів і крайні виводи первинної обмотки вихідного трансформатора, середній вивід якого підключений до шини джерела постійної напруги, один вивід вторинної обмотки вихідного трансформатора з'єднаний з ґрунтом, а решта виводів цієї обмотки підключені до нерухомих контактів першого перемикача, рухомий контакт якого з'єднаний з комунікацією, додатково введені високочастотний імпульсний генератор, другий логічний елемент І та другий перемикач, причому вихід подільника частоти і рухомий контакт другого перемикача підключені відповідно до першого і другого входів другого логічного елемента І, до виходу якого приєднаний вхід попереднього підсилювача, а перший і другий нерухомі контакти другого перемикача підключені відповідно до виходу високочастотного імпульсного генератора і шини потенціалу логічної одиниці. Додатково введені в генератор для локалізації та обстеження захованих комунікацій елементи широко використовуються в різних інформаційно-вимірювальних системах і спеціалізованих генераторах, але окремо вони не володіють властивостями, які забезпечили б вирішення поставленої задачі. Такими властивостями володіє лише їх запропонована сукупність, тобто, вступаючи у взаємодію, признаки сукупності надають заявленому пристрою нову якість, яка відповідає критерію „суттєві відмінності". Суть винаходу пояснюється за допомогою креслення на фіг.1, на якому показана структурна схема заявленого генератора. Генератор для локалізації та обстеження захованих комунікацій складається з задаючого кварцового генератора 1, першого логічного елемента І 2, високочастотного імпульсного генератора 3, подільника частоти 4, другого перемикача 5, другого логічного елемента І 6, попереднього підсилювача 7, узгоджувального трансформатора 8, шун та 9, джерела опорної напруги 10, першого і другого вихідних транзисторів 11 і 12, компаратора 13, першого і другого стабілітронів 14 і 15, індикатора вихідної потужності 16, елемента диференціювання 17, вихідного трансформатора 18, тригера 19, першого перемикача 20, шини потенціалу логічної одиниці 21, шини джерела постійної напруги 22, а також має вхідну клему „ПУСК” 23 і вихідні клеми 24 і 25. Вихід кварцового генератора 1 приєднаний до одного з входів першого логічного елемента І 2, другий вхід якого з'єднаний з виходом тригера 19, вихід логічного елемента І 2 через подільник частоти 4 з'єднаний з першим входом другого логічного елемента І 6, вихід якого підключений до рухомого контакту др угого перемикача 5. До першого і другого нерухомих контактів перемикача 5 приєднані відповідно вихід високочастотного генератора 3 і шина потенціалу логічної одиниці 21. Вихід другого логічного елемента І 6 з'єднаний з входом попереднього підсилювача 7. До входу попереднього підсилювача 7 приєднаний один із виводів первинної обмотки узгоджувального трансформатора 8, другий вивід якої, а також середній вивід вторинної обмотки цього ж трансформатора підключені до шини нульового потенціалу, куди теж через шунт 9 приєднані емітери першого і другого транзисторів 11 і 12, аноди першого і другого стабілітронів 14 і 15, один з входів компаратора 13 і вхід індикатора 16. До крайніх виводів вторинної обмотки узгоджувального трансформатора 8 приєднані бази транзисторів 11 і 12. Колектор транзистора 11 і катод стабілітрона 14 приєднані до першого виводу первинної обмотки вихідного трансформатора 18, до другого виводу якої підключені колектор транзистора 12 і катод стабілітрона 15. Середній вивід первинної обмотки вихідного трансформатора 18 підключений до шини джерела постійної напруги 22. Вихід джерела опорної напруги 10 підключений до другого входу компаратора 13, вихід якого через елемент диференціювання 17 з'єднаний з входом установки в нуль тригера 19, вхід установки в одиничний стан тригера 19 приєднаний до клеми „ПУСК” 23. Один вивід вторинної обмотки вихідного трансформатора 18 з'єднаний з клемою 25, а решта виводів цієї обмотки - з нерухомими контактами перемикача 20, а рухомий контакт останнього приєднаний до клеми 24. Генератор для локалізації та обстеження захованих комунікацій виробляє змінну низькочастотну напругу типу „меандр" з високостабільною частотою або заповнені імпульси цієї напруги високочастотним сигналом і працює наступним чином. Розглянемо дію заявленого генератора в двох режимах, а саме коли: - рухомий контакт другого перемикача 5 підключений до шини потенціалу логічної одиниці 21; - рухомий контакт підключений до виходу високочастотного імпульсного генератора 3. В першому випадку принцип дії заявленого генератора в основному співпадає з роботою прототипу, який полягає в наступному. Кварцовий генератор 1 генерує імпульсну послідовність з високо стабільною частотою f 0 . При надходженні на клему 23 короткого додатного імпульсу тригер 19 переводиться в стан логічної одиниці. Додатній потенціал, що утворився на його прямому виході дозволяє проходженню через логічний елемент І 2 імпульсів з виходу кварцового генератора 1 на вхід подільника частоти 4. На виході подільника 4 утворюється нова імпульсна послідовність з заданою частотою f 3 = kf 0 де k = const коефіцієнт ділення частоти подільником 4. Зміною k забезпечується установка заданої частоти вивідного сигналу заявленого генератора. Імпульси наруги з виходу подільника частоти 4 подаються на перший вхід елемента 6, на другому вході якого присутній потенціал логічної одиниці. Імпульси з виходу елемента 6 підсилюються по потужності проміжним підсилювачем 7, навантаженням якого є первинна обмотка узгоджувального трансформатора 8, вторинні обмотки якого керують вихідними транзисторами 11 і 12, що складають двотактний вихідний каскад. Стабілітрони 14 і 15 запобігають пробою транзисторів 11 і 12 сигналами від високовольтних ліній електропередач, „блукаючих" в ґрунті струмів, а також високовольтними імпульсами електрорушійної сили самоіндукції трансформатора 18, які виникають в моменти запирання транзисторів 11 і 12. Трансформатор 18 служить для узгодження вихідного каскаду з навантаженням з допомогою перемикача 18 та індикатора 16 по максимальній вихідній потужності. Якщо вихідна потужність перевищує задане значення Im Rш на шун ті 9 утворюється постійна напруга um =Im Rш >ustu де Rш - опір шунта, ustu - напруга на виході джерела опорної напруги 10. Внаслідок цього на виході компаратора 3 виникає додатній потенціал, який пройшовши через елемент диференціювання 17, переводить тригер 19 в нульовий стан. Під дією потенціалу логічного нуля припиняється проходження через логічний елемент І 2 імпульсної послідовності з виходу кварцового генератора 1, тобто блокується робота заявленого генератора. Для запуску заявленого генератора при відсутності перенавантаження (uш < ustu ) необхідно знову подати короткий додатній імпульс на клему 23 („ПУСК”). Зміною значень величини ustu . здійснюється захист вихідного каскаду заявленого пристрою при різних значеннях ви хідної потужності. В другому режимі роботи генератора, коли рухомий контакт перемикача 5 приєднаний до виходу високочастотного імпульсного генератора 3, вихідна напруга - це пачки високочастотних імпульсів, які повторюються з частотою сигналу на виході подільника 4. Заявлений пристрій, як і прототип в одному із режимів генерує низькочастотну змінну напругу, що при підключенні його до обстежуваної комунікації, дозволяє визначати індуктивним методом її напрямок та глибину залягання на значній відстані від місця з'єднання. Крім цього, вимірюючи на поверхні над комунікацією зміну електричного потенціалу, визначають місця пошкодження її ізоляції. У випадках, коли ґрунт над комунікацією покритий бетоном або асфальтом, вимірювати цей потенціал контактним методом проблематично, тому в генераторі в другому режимі передбачена можливість генерації високочастотних імпульсів струму, які, поступаючи в комунікацію, утворюють аналогічні по частоті пачки електромагнітних коливань. Магнітна складова огинаючої цих коливань реєструється індуктивними котушками і використовується для визначення осі та глибини залягання комунікації, а електрична складова високочастотних коливань в місцях пошкодження ізоляції реєструється антеною. При визначенні координат та місць пошкодження ізоляції комунікації враховується той факт, що магнітна та електрична складові електромагнітного поля, що випромінюються нею. взаємно ортогональні. Таким чином заявлений пристрій, при незначних змінах в конструкції володіє більш широкими функціональними властивостями, що збільшує е фективність його використання. Список літератури 1. Контроль изоляционного покрытия и состояния трубопроводов. Серия «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности». Обзорная информация. -М.: ВНИИОЭНГ, 1979, стр.45, рис.16. 2. Там же, стр.44, рис.15. 3. Патент 10884А (Україна). Генератор для пошуку і обстеження підземних комунікацій /П.П.Драбич. Опубл. 25.12.96р., Бюл.№4.