Пристрій для визначення розміщення магістральних трубопроводів

Изобретение относится к средствам обнаружения, определения местоположения, направления трассы и глубины залегания протяженных металлических подземных тр убопроводов. Известно устройство для определения местоположения и глубины залегания труб или кабелей, прокладываемых в грунте скрытым способом, состоящее из генератора звуковой частоты, излучающей рамки и приемного устройства, содержащего две катушки, переключатель, усилитель и головные телефоны. Одна катушка укреплена неподвижно, а вторая - шарнирно к горизонтальной площадке приемника. По положению и углам наклона катушки при минимальной силе звука (от каждой из катушек) определяют местоположение и глубин у залегания трубопровода [1]. Наиболее близким к изобретению является устройство [2] для определения местоположения подземных металлических трубопроводов, содержащее индукционный датчик магнитного поля, укрепленный шарнирно на конце разборной штанги; датчик может фиксироваться относительно штанги под углами 00, 450, 900. На втором конце штанги установлена ручка (корпус), в котором расположены входной усилитель, фильтр, усилитель мощности, элементы питания, выключатель и разъем, через который к выходу усилителя мощности и с помощью гибкого кабеля подключаются головные телефоны. Данное устройство предназначено для определения местоположения трубопровода при подключении к нему генератора (на частоте 1000 Гц), или действующи х энергосиловых кабелей (на частоте 50 Гц). Недостатками известного устройства являются неудобства в эксплуатации из-за больших габаритов и сложной разборной конструкции, низкой надежности, помехозащищенности и разрешающей способности. Для работы на трассе необходимо его подготавливать (достать из укладочного ящика. развернуть штангу, подключить телефоны и одеть их на голову оператору, подключать генератор к трубопроводу и земле). Это неудобно в работе на трассе, трудоемко и снижает производительность. Разборная конструкция и наличие подвижных механических соединений особенно электрического разъема существенно снижает надежность устройства при работе в полевых условиях. К тому же, конструкция технологически сложна в изготовлении, что удорожает ее. Существенным недостатком известного устройства [2] является и то, что рукоятка и соединительные провода фактически представляют с собой электрическую антенну, которая (особенно при работе вблизи линий электропередач ЛЭП) воспринимает электрическое поле и приводит к большим наводкам, мешающим работе устройства. Таким образом, устройство не защищено от электрических, помех, а поскольку ЛЭП, имеющие сильное электрическое поле, часто проходят вблизи трасс магистральных тр убопроводов, то определять местоположение и глубину залегания трубопроводов в эти х усло виях с помощью известного устройства практически невозможно. В основу изобретения поставлена задача создать устройство для определения расположения магистральных трубопроводов, в котором путем уменьшения больших наводок линий электропередач происходит защита от электрических помех, что обеспечивает точность определения глубины залегания магистральных тр убопроводов. Поставленная задача решается тем, что в 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, согласно изобретению, дополнительно 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, токоведущие соединения выполнены в виде экранированных проводов и расположены в плоскости, проходящей через ось чувствительности индукционного датчика магнитного поля, элементы устройства помещены в компактный корпус из немагнитного материала, при этом корпус снабжен двумя метками, определяющими направление двух осей, расположенных под углом 450 друг к другу, одна из которых определяет направление оси чувствительности индукционного датчика магнитного поля. Кроме того, корпус устройства может быть снабжен отвесом или уровнем для уточнения ориентации датчика относительно вертикали. Для расширения динамического диапазона в устройство дополнительно вводится переключатель диапазонов усиления, соединенный с входным усилителем и конструктивно совмещенный с выключателем питания. В устройстве целесообразно использовать стрелочный индикатор; дополнительно могут быть включены световой или звуковой индикаторы выходного сигнала. Существенными отличиями предложенного устройства являются логарифмический усилитель, выпрямитель, соединения и корпус с метками. Дополнительное введение логарифмического усилителя с повышенным коэффициентом усиления сигналов с малой амплитудой и пониженным (по сравнению с линейным усилителем) коэффициентом усиления сигналов с большой амплитудой обеспечивает повышение разрешающей способности устройства по минимуму сигнала и расширение динамического диапазона (по сравнению с прототипом). Это дает возможность повысить точность определения положения и глубины залегания трубопровода по минимуму сигнала, и сохранять работоспособность устройства в широком интервале изменений сигнала датчика при поисках трубопровода. Дополнительное введение выпрямителя (амплитудного детектора) дает возможность использовать индикаторы других типов, например, стрелочный или световой, что также позволяет повысить разрешающую способность и дополнительно уменьшить габариты и энергопотребление (в сопоставлении с головными телефонами), что важно для эксплуатации в полевых условиях. Выполнение соединений с учетом создаваемого ими поля и расположение их в плоскости датчика дает возможность поместить все элементы устройства в единый компактный корпус из немагнитного материала, что позволяет уменьшить габариты устройства, исключая взаимовлияния выходных цепей и датчика (в отличие от прототипа, где уменьшение влияния выходных цепей на датчик достигается за счет расстояния обеспечивающего штангой длиной около одного метра). Уменьшение габаритов (укорочение соединяющих проводов) обеспечивает существенное уменьшение влияния электрических помех ЛЭП на работу устройства (в сопоставлении с прототипом). При этом также исключается потребность разборной конструкции, что упрощает те хнологичность изготовления, повышает надежность и производительность. На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 - эпюры напряжений на выходе датчика при поворотах (фиг. 2) и перемещениях (фиг. 3-4) устройства относительно трубопровода в процессе определения его местоположения и глубины залегания. На фиг. 1 показаны 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. Пример конкретного выполнения. 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, который устанавливается переключателем 7; это обеспечивает диапазон изменений коэффициента усиления от 10-2 до 102, что оказалось достаточным для индикации наблюдаемого поля, создаваемого токами станций катодной защиты СКЗ практически на всем протяжении магистральных тр убопроводов. Усилители 2, 4, фильтр 3 и выпрямитель 5 предложенного устройства выполняют на основе операционных усилителей по схемам известным в литературе. Активный фильтр 3 с добротностью Q = 10 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 полезного 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 однополярного напряжения в духполярное. Корпус выполняют в виде коробки из диэлектрического материала (текстолит, гетинакс и т.п.) путем фрезерования или склеивания. На боковой грани корпуса наносят линию под углом 450 к ребру параллельному оси датчика. Указанные линия и ребро корпуса выполняют роль меток для ориентации датчика относительно вертикали. 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 Т переменный ток определенной частоты. Оператор с данным устройством перемещается по местности, удерживая устройство в руке и совершая им колебательные движения, наблюдает по индикатору за изменениями магнитного поля, создаваемого протекающим по трубопроводу током и воспринимаемого датчиком устройства; по максимальным и минимальным показаниям индикатора U определяет расположение трубопровода (фиг. 2-4). Для определения направления трассы трубопровода поворачивают устройство в горизонтальной плоскости минимальные показания индикатора при этом соответствуют ориентации датчика параллельно трассе. Поворачивая устройство в вертикальной плоскости перпендикулярной трассе трубопровода, определяют местоположение трубы Т (фиг. 2) по минимуму и максимуму сигнала, которые соответствуют ориентациям датчика "на ось" трубы и азимутальне к ней (перпендикулярно радиусу и оси тр убы) соответственно. Проекцию оси трубопровода Т на поверхность земли определяют путем перемещения устройства поперек трассы (фиг. 3 и 4). Сперва удобно определить максимум сигнала при горизонтальной ориентации датчика (фиг. 3). Затем - минимум при вертикальной ориентации (штриховая линия на фиг. 4), что дает более точный результат. Глубину залегания трубопровода h можно оценить по расстоянию между минимумом и максимумом сигнала при горизонтальном перемещении вертикально ориентированного датчика (штриховая кривая на фиг. 4). Ввиду плавности указанного максимума эта процедура дает грубую оценку глубины. Для более точного определения глубины залегания трубопровода ориентируют устройство (датчик) под углом 450 к вертикали и перемещают его горизонтально перпендикулярно трубопроводу (от проекции его оси на поверхность) до точки достижения минимума сигнала: длина этого перемещения равна расстоянию от линии перемещения датчика до оси трубы (фиг. 4). При этом, если датчик перемещался непосредственно у поверхности земли, то глубина залегания трубопровода равна расстоянию между минимумами при вертикальной и наклонной ориентациях датчика (фиг. 4); если же датчик а 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 предложенного устройства оператором предусматривает удерживание устройства в руке и его колебательные перемещения и повороты. При этом оператор наблюдает за показаниями индикатора, минимумы которого соответствуют ориентациям датчика устройства в направлении "на ось трубы". Ввиду высокой электропроводности металлического трубопровода по сравнению с окружающей средой, в нем обычно концентрируются электрические токи от различных источников, в т.ч. и от дальних СКЗ. Это дает возможность в большинстве случаев с помощью предложенного устройства определять местоположение подземного трубопровода бесконтактным методом без применения специальных генераторов тока, без подключений к трубопроводу и земле, что существенно повышает оперативность и производительность работ. Преимуществами заявляемого устройства являются его портативность, т.е. малые габариты и масса. Это дает возможность оперативно работать с устройством на трассе: 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.