Пристрій для виявлення закопаних над об’єктом електромагнітних маркерів

Пристрій для виявлення запораних над об'єктом електромагнітних маркерів, який складається з генераторно-приймальної індуктивної рамки, задаючого генератора, генераторів імпульсів струму, двостороннього діодного обмежувача, попереднього підсилювача напруги і двоканального комутатора аналогових сигналів, в якому до виходу задаючого генератора під'єднаний вхід генератора імпульсів струму, до ви ходу якого під'єднаний незаземлений вивід генераторно-приймальної індуктивної рамки і незаземений вхід двостороннього діодного обмежувача, ви хід якого з'єднаний з вхо 29838 мації. Цей пристрій є основним елементом внутрішньої оперативної пам'яті; - панель управління для оперативного управління і слідкування за командою і числовою інформацією; - пристрій управління, який здійснює зв'язок панелі управління з магістраллю інформації. Сигнали від кнопок і перемикачів в цій апаратурі перетворюються в команди і дані посилаються в магістраль, а інформація з магістралі приймається на регістри пристрою управління і виводиться на індикатор [2]. Аналогу [2] властиві недостатки аналога [1]. Найбільш близьким по технічній суті є електромагнітна пошукова система, яка складається з генераторної і приймальної індуктивних рамок, генератора прямокутних імпульсів струму, підсилювача напруги, двох електронних ключів, блока перемноження, блока виділення максимуму, генератора еталонної частоти, лічильника імпульсів і цифрового індикатора, причому генераторна індуктивна рамка приєднана до виходу генератора імпульсів струму, до виходу синхронізації якого під'єднані перші входи управління першого і другого електронних ключів, приймальна індуктивна рамка приєднана до входу підсилювача напруги, ви хід якого з'єднаний з аналоговим входом першого електронного ключа, до виходу якого через блок перемноження під'єднаний вхід блока виділення максимуму, ви хід якого з'єднаний з другими входами управління першого і другого електронних ключів, вихід генератора еталонної частоти з'єднаний з аналоговим входом другого електронного ключа, а до виходу останнього приєднані послідовно з'єднані лічильник імпульсів і цифровий індикатор [3] (прототип). До недостатків прототипа слід віднести низьку завадостійкість до регулярних і випадкових завад (пристрої відсутні блоки для придушення регулярних завад і статистичної обробки зареєстрованих приймальною індуктивною рамкою вимірювальних сигналів) і, як наслідок, малу глибинність виявлення закопаних вздовж трубопроводу електромагнітних маркерів. Задачею винаходу є підвищенні завадостійкості і надійності виявлення закопаних над об'єктом електромагнітних маркерів. Для вирішення цієї задачі в пристрої для виявлення закопаних над об'єктом електромагнітних маркерів, який складається з генераторно-приймальної індуктивної рамки, задаючого генератора, генератора імпульсів струму, двостороннього діодного обмежувача, попереднього підсилювача напруги і двоканального комутатора аналогових сигналів, в якому до виходу задаючого генератора під'єднаний вхід генератора імпульсів струму, до виходу якого під'єднаний незаземлений вивід генераторно-приймальної індуктивної рамки і незаземлений вхід двостороннього підсилювача напруги, додатково введені перший і другий одновібратори, вузькосмуговий підсилювач напруги, усереднюючий перетворювач імпульсних сигналів, перетворювач напруги в частоту і індикатор, причому вхід першого одновібратора під'єднаний в точку з'єднання виходу задаючого генератора з входом генератора імпульсів струму, до виходу першого одновібратора підключений вхід другого одновіб ратора, до прямого і інверсного виходів якого під'єднані входи управління двоканального комутатора аналогових сигналів, перший аналоговий вхід якого з'єднаний з виходом вузькосмугового підсилювача напруги, від якого з'єднаний з виходом попереднього підсилювача напруги, до об'єднаних виходів двоканального комутатора аналогових сигналів підключені послідовно з'єднані усереднюючий перетворювач імпульсних сигналів, перетворювач напруги в частоту і індикатор, а другій вхід двоканального комутатора приєднаний до шини "земля". Додатково введені елементи в своїй сукупності не являються складовою частиною жодного з відізмих інформаційно-вимірювальних пристроїв для визначення координат підземних стр умопровідних комунікацій, зокрема, для пошуку закопаних в грунті над комунікацією електромагнітних маркерів або для інших цілей, що дає підставу віднести вказані відмінні ознаки до категорії суттєвих і вважати, що запропонований пристрій відрізняєтеся новизною. Суть винаходу пояснюється з допомогою креслень на фіг. 1 і 2. Структурна схема пристрою для виявлення закопаних над об'єктом електромагнітних маркерів показана на фіг. 1, де також показаний розміщений над об'єктом (трубопроводом) електромагнітний маркер. На фіг. 2 показані епюри імпульсів напруги в різних точках пристрою. Запропонований пристрій складаєтеся з задаючого генератора 1, генератора імпульсів струму 2, генраторно-приймальної індуктивної рамки 3, двостороннього діодного обмежувача 4, першого і другого одновібраторів 5 і 6, попереднього і вузькосмугового підсилювачів напруги 7 і 8, двоканального комутатора аналогових сигналів 9, усереднюючого перетворювача імпульсних сигналів 10, перетворювача напруги в частоту 11 і індикатор 12. Вихід задаючого генератора 1 підключений до об'єднаних входів генератора імпульсів струму 2 і першого одновібратора 5, вихід якого з'єднаний з другим одновібратором 6. До виходу генератора імпульсів струму 2 під'єднані незаземлені вивід генераторно-приймальної індуктивної рамки 3 і вхід двостороннього діодного обмежувача 4, до виходу якого під'єднані послідовно з'єднані попередній і вузькосмуговий підсилювачі напруги 7 і 8. Ви хід вузькосмугового підсилювача напруги 8 з'єднаний з першим аналоговим входом двоканального комутатора 9, до об'єднаних виходів якого підключені послідовно з'єднані усереднюючий перетворювач імпульсних сигналів 10, перетворювач напруги в частоту 11 і індикатор 12. Другий вхід двоканального комутатора 9 підключений до шини "земля". До прямого і інверсного виходів одновібратора 6 під'єднані входи управління двоканального комутатора 9. На фіг. 1 цифрою 13 позначено грунт, в який над трубопроводом 14 закопаний електромагнітний маркер 15. Електромагнітний маркер 15 представляє собою резонансний контур у вигляді паралельно з'єднаних котушки індуктивності і конденсатора (на фіг. 1 структура маркера не розкрита). 2 29838 де: DUi - зміна вихідної напруги U(i) після дії i-го зондуючого імпульса; k1 і k2 - коефіцієнти пропорціоT нальності; N0 = 0 , f0 - резонансна частота марf0 кера; Aji - j-те значення і-ої заникаючої послідовності в tji-ий момент часу, причому Aji=A0ie xp(-atji), A0i - максимальне значення i-ої заникаючої послідов Принцип дії запропонованого пристрою полягає в наступному. Задаючий генератор 1 виробляє на своєму виході послідовність прямокутних імпульсів тривалістю q (діаграма 1 на фіг. 2). Під дією цих імпульсів з генератора імпульсів струму 2 в індуктивн у рамку 3 подається послідовність імпульсів струму тривалістю q. В момент закінчення дії кожного імпульсу індуктивна рамка 3 одержує енергію LI2 eL = , 2 де: L - індуктивність рамки, I - амплітуда імпульса струму. Після закінчення дії імпульсу стр уму накопичена в індуктивній рамці енергія випромінюється в навколишнє середовище. При цьому на індуктивній рамці виникає електрорушійна сила самоіндукції амплітудою Е (діаграма 2 на фіг. 2). Під дією випромінюваного індуктивною рамкою 3 магнітного поля напруженістю Н 1 в маркері 15 виникають заникаючі електромагнітні коливання (діаграма 2 на фіг. 2) і він випромінює вторинне електромагнітне поле напруженістю Н 3 (див. фіг. 1). Магнітна складова цього поля реєструється індуктивною рамкою 3. Діаграма імпульсів напруги на індуктивній рамці 3 з врахуванням первинного і вторинного електромагнітних полів показана на діаграмі 2 на фіг. 2. З виходу генераторно-приймальної індуктивної рамки 3 сигнал подається на двосторонній діодний обмежувач 4, який служить для обмеження до рівня (1¸2) В імпульса напруги самоіндукції індуктивної рамки 3. В реальних умовах амплітуда Е напруги самоіндукції складає величину ~(300¸500) В. Після обмеження імпульса напруги самоіндукції сигнал через послідовно з'єднані попередній і вузькосмуговий підсилювачі напруги 7 і 8 подається на об'єднані входи двоканального комутатора 9. Управління роботою цього комутатора здійснюється з допомогою одновібраторів 5 і 6. Одновібратор 5 служить для формування імпульса затримки t3 (30¸50) мкс, необхідної для вилучення із загального сигналу з виходу індуктивної рамии 3 імпульса напруги самоіндукції (діаграма 3 на фіг. 2), а з допомогою одновібратора 6 формується імпульс тривалістю Т0 (0,5¸1) мс (діаграма 4 на фіг. 2), на протязі якої співвідношення інформативної складової сигналу (заникаючих коливань) на виході вузькосмугового підсилювача 8 до шумової складової більше 1. Під дією імпульсних послідовностей з прямого і інверсного виходів одновібратора 6 на вхід усереднюючого перетворювача імпульсних сигналів 10 поступає сигнал через перший канал комутатора 9 в проміжках часу Т0 . На протязі решти часу між зондуючими імпульсами вхід усереднюючого перетворювача 10 через другий канал комутатора 9 приєднаний до шини "земля". Алгоритм роботи усереднюючого перетворювача 10, один із варіантів технічної реалізації якоро розкритий в [4], описується наступним різницевим рівнянням N0 DUi = k 1 å A ji - k 2 U(i) = k1A i - k 2U(i), ності; A ji = N0 å A ji . j =1 У виразі (1) величина Аі за рахунок шумової складової сигналу приймає випадкові значення. Розв'язок рівняння (1) для середніх значень A і U(i) при початковій умові U(0)=U0 має вигляд: U (i) = k 0 A[1 - (1 + k 2 )- i ] + U0 (1 + k 2 ) -i , k1 - масштабний коефіцієнт перетворенk2 ня суми N0 середніх амплітудних значень і-ої заниде: k 0 = каючої послідовності в напругy U(i) . Після закінчення перехідного процесу (і>>1) вагова функція (1 + k 2 ) -i ® 0 . Це означає, що U( ¥ ) = k 0 A , тобто U(¥ ) лінійно залежить від середнього значення A суми амплітуд заникаючих коливань в інтервалі часу T0 при фіксованій відстані h між генераторно-приймальною індуктивною рамкою і маркером (див. фіг. 1). Постійна напруга U(¥ ) перетворюється в частоту з допомогою перетворювача 11 і реєструється індикатором 12, наприклад, головними телефонами. При відсутності маркера U(¥ ) =0, тобто сигнал на виході індикатора відсутній. При повороті індуктивної рамки на 90°, коли її площина співпадає з віссю маркера сигнал на виводі індикатора теж зникає. За рахунок того, що в даному пристрої здійснюється двійна фільтрація інформативного сигналу за допомогою вузькосмугового фільтра 8 і усереднюючого перетворювача 10, забезпечується суттєве придушення високочастотних завад, наведених на індуктивну рамку 3 і шумів вхідних каскадів, тобто збільшується глибинність і, відповідно, надійність виділення закопаних в грунт маркерів. Очевидно, що даний пристрій може бути використаний для виявлення крім трубопроводів і інших за хованих матеріалів і об'єктів, якщо вони позначені електромагнітним маркером з відомою шукачу резонансною частотою. Джерела інформації 1. Ф.М. Каменецкий, А.А.Бакульский, П.П. Драбич и др. Исследование интегральных переходных характеристик в импульсной индукционной электроразведке. - Львів: Вид-цтво ФМІ ім. Г.В. Карпенка АН УРСР, 1985. С. 37-39, рис. 22 (Препринт № 88). 2. Б.П. Балашов, Б.М. Антоненко. Цифровая электроразведочная аппаратура для метода переходных процессов на основе микропроцессорного комплекта серии К587 "Импульс-Ц" // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1985 г., вип. 82, С. 31-33, рис. 1. (1) j =1 3 29838 3. С.Н. Шерешевский, В.Ю. Черныш, А.А. Семенов. Устройства для определения параметров геоэлектрического разреза в МПП // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1979 г., вып. 68, С. 42-45, рис. 2 (прототип). 4. В.С. Гутников. Применение операционных усилителей в измерительной технике. - Л.: Энергия, 1975 г., рис. 39,в. Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4