Мікрокомп’ютерна електромагнітна пошуково-вимірювальна система

Мікрокомп'ютерна електромагнітна пошуковоцифровий вихід якого приєднаний до першої вхідвимірювальна система, яка складається з першої ної шини даних мікрокомп'ютера, а вихід сигналу калібрувальної і ближньої до осі комунікації вимізакінчення перетворення першого аналогорювальної котушок, намотаних на першому ферицифрового перетворювача приєднаний до шини товому осерді, другої калібрувальної і середньої управління мікрокомп'ютера, куди теж приєднані вимірювальної котушок, намотаних на другому входи керування генератора калібрувальних сигферитовому осерді, третьої калібрувальної і дальналів, мультиплексора і першого керованого підньої вимірювальної котушок, намотаних на тресилювача, а до виходу даних мікрокомп'ютера тьому осерді, генератора калібрувальних сигналів, приєднаний дисплей, відрізняється тим, що допершого і другого віднімачів напруг, першого і друдатково містить формувач різниці потенціалів, гого вибірних підсилювачів, мультиплексора, пердругий керований підсилювач і другий аналогошого керованого підсилювача напруги, першого цифровий перетворювач, причому високоомні аналого-цифрового перетворювача, мікрокомп'ювходи формувача різниці потенціалів служать для тера і дисплея, в якій три пари калібрувальних і приєднання електродів, що не поляризуються, а вимірювальних котушок розміщені на штанзі паравихід формувача різниці потенціалів через другий лельно одна одній на однакових відстанях, виводи керований підсилювач підключений до входу друкалібрувальних котушок приєднані до відповідних гого аналого-цифрового перетворювача, вихід виходів генератора калібрувальних сигналів, почаякого з'єднаний з другою вхідною шиною даних тки ближньої і середньої вимірювальних котушок мікрокомп'ютера, а до шини управління останнього підключені до входів першого віднімача напруг, приєднані входи керування формувача різниці початок середньої вимірювальної котушки приєдпотенціалів і другого керованого підсилювача, вхід наний до першого входу другого віднімача напруг, запуску другого аналого-цифрового перетворювадо другого входу якого підключений початок дальча та його ви хід сигналу закінчення перетворення. ______________________________ A (54) МІКРОКОМП'ЮТЕРНА ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ПОШУКОВО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА 37807 однакових відстанях; виводи калібрувальних котушок приєднані до відповідних виходів генератора калібрувальних сигналів, до входів першого віднімача напруги приєднані початки першої і другої вимірювальних котушок, до входів другого віднімача напруг - початки першої і третьої вимірювальних котушок, до входів третього віднімача напруг приєднані початки другої і третьої вимірювальних котушок, закінчення першої, другої і третьої вимірювальних котушок приєднані до шини нульового потенціалу, ви ходи першого, другого і третього вимірювачів напруг через перший, другий і третій вибірні підсилювачі напруги приєднані до аналогових входів мультиплексора, вихід мультиплексора через послідовно з'єднані керований підсилювач і амплітудний детектор підключені до аналогового входу аналого-цифрового перетворювача, вхід запуску якого приєднаний до керуючого виходу амплітудного детектора і до входу синхронізації мікрокомп'ютера, вхід управління вводом даних якого приєднаний до виходу закінчення перетворення аналого-цифрового перетворювача, входи управління генератора калібрувальних сигналів, керованого підсилювача і мультиплексора приєднані до шини управління мікрокомп'ютера, вихід закінчення вводу даних мікрокомп'ютера з'єднаний з входом обнулення амплітудного детектора, а вихід даних мікрокомп'ютера з'єднаний з входом дисплея [2] (прототип). Прототип здійснює пошук осі та вимірює глибину залягання комунікації, амплітуду стр уму і коефіцієнт його заникання вздовж осі за різницевими значеннями електрорушійних сил, наведених у вимірювальних котушках, тобто реалізує диференційний метод вимірювання, який суттєво підвищує завадостійкість системи при наявності поруч з обстежуваною інших комунікацій. Недоліком прототипу слід вважати обмежені функціональні можливості. Задачею винаходу є розширення функціональних можливостей. Для вирішення вказаної задачі мікрокомп'ютерна електромагнітна пошуково-вимірювальна система, яка складається з першої калібрувальної і ближньої до осі комунікації вимірювальної котушок, намотаних на першому феритовому осерді, другої калібрувальної і середньої вимірювальної котушок, намотаних на другому феритовому осерді, третьої калібрувальної і дальньої вимірювальної котушок, намотаних, на третьому осерді, генератора калібрувальних сигналів, першого і другого віднімачів напруг, першого і друго го вибірних підсилювачів, мультиплексора, першого керованого підсилювача напруги, першого аналого-цифрового перетворювача, мікрокомп'ютера і дисплея, в якій три пари калібрувальних і вимірювальних котушок розміщені на штанзі паралельно одна одній на однакових відстанях, виводи калібрувальних котушок приєднані до відповідних виходів генератора калібрувальних сигналів, початки ближньої і середньої вимірювальних котушок підключені до входів першого віднімача напруг, початок середньої вимірювальної котушки приєднаний до першого входу др угого віднімача напруг, до другого входу якого підключений початок дальньої вимірювальної котушки, закінчення вимірювальних котушок приєднанні до шини нульового потенціа лу, виходи першого і другого віднімачів напруг відповідно через перший і другий вибірні підсилювачі приєднані до першого і другого аналогових входів мультиплексора, до виходу якого підключений вхід першого керованого підсилювача напруги, ви хід цього підсилювача з'єднаний з входом першого аналого-цифрового перетворювача, цифровий вихід якого приєднаний до першої вхідної шини даних мікрокомп'ютера, а вихід сигналу закінчення перетворення першого аналого-цифрового перетворювача приєднаний до шини управління мікрокомп'ютера, куди теж приєднані входи керування генератора калібрувальних сигналів, мультиплексора і першого керованого підсилювача, а до виходу даних мікрокомп'ютера приєднаний дисплей, додатково містить формувач різниці потенціалів, другий керований підсилювач і другий аналогоцифровий перетворювач, причому високоомні входи формувача різниці потенціалів служать для приєднання електродів, що не поляризуються, а вихід формувача різниці потенціалів через другий керований підсилювач підключений до входу другого аналого-цифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другою вхідною шиною даних мікрокомп'ютера, а до шини управління останнього приєднані входи керування формувача різниці потенціалів і другого керованого підсилювача, вхід запуску другого аналого-цифрового перетворювача та його ви хід сигналу закінчення перетворення. Додатково введені елементи і зв'язки не є складовою частиною жодної з відомих інформаційно-вимірювальних систем для пошуку і обстеження підземних комунікацій або для інших цілей, що дає підставу віднести вказані відмінні ознаки до категорії суттєви х і вважати, що система за винаходом відрізняється новизною. Суть винаходу пояснюється за допомогою структурної схеми мікрокомп'ютерної електромагнітної пошуково-вимірювальної системи, представленої на фігурі. Система складається з першої, другої і третьої калібрувальних котушок 1, 2 і 3, першої, другої і третьої вимірювальних котушок 4, 5 і 6, генератора калібрувальних сигналів 7, першого і другого віднімачів напруг 8 і 9, формувача різниці потенціалів 10, першого і другого вибірних підсилювачів 11 і 12, мультиплексора 13, першого керованого підсилювача 14, першого аналого-цифрового перетворювача 15, другого керованого підсилювача 16, другого аналого-цифрового перетворювача 17, мікрокомп'ютера 18, дисплея 19 і має два високоомні входи 20 і 21 для приєднання електродів, що не поляризуються. Виводи калібрувальних котушок 1, 2 і 3 приєднані до відповідних виході генератора калібрувальних сигналів 7, початки першої і другої вимірювальних котушок 4 і 5 приєднані до входів віднімача напруг 8, а до входів другого віднімача напруг 9 приєднані початки другої і третьої вимірювальних котушок 5 і 6, закінчення вимірювальних котушок 4, 5 і 6 підключені до шини нульового потенціалу, виходи першого і другого віднімачів напруг 8 і 9 через вибірні підсилювачі 11 і 12 підключені мультиплексора 13, вихід якого з'єднаний з входом першого керованого підсилювача 14, вихід цього підсилювача з'єднаний з входом першого аналого-цифрового перетворювача 15, входи формувача різниці потенціалів 10 2 37807 De1(t ) = k1[e1(t ) - e2 (t )] приєднані до вхідних клем 20 і 21, до виходу формувача 10 через другий керований підсилювач 16 приєднаний вхід др угого аналого-цифрового перетворювача 17, ви ходи першого і друго го аналогоцифрових перетворювачів з'єднані, відповідно, з першою і другою вхідними шинами даних мікрокомп'ютера 18, до вихідної шини даних якого приєднаний дисплей 19, а входи керування генератора калібрувальних сигналів 7, формувача різниці потенціалів 10, мультиплексора 13, першого і другого керованих підсилювачів напруги 14 і 16, вхід запуску аналого-цифрового перетворювача 17 та виходи сигналу закінчення перетворення аналогоцифрових перетворювачів 15 і 17 приєднані до шини управління мікрокомп'ютера 18. Мікрокомп'ютерна система забезпечує визначення безконтактним індукційним методом осі та глибини залягання підземних комунікацій (трубопроводів), а також амплітуду і різницю амплітуд на одиниці довжини струму, що по ній протікає. Крім цього, вона здійснює вимірювання контактним методом різниці електричних потенціалів між трубою і поверхнею грунту над тр убою, або між поверхнею грунту безпосередньо над трубою і ділянкою грунту дещо віддаленим від труби під прямим кутом до неї, а також різницю потенціалів між двома електродами, розміщеними над трубою на заданій відстані вздовж її осі. Принцип дії мікрокомп'ютерної системи полягає в наступному. Пошук осі трубопроводу і вимірювання глибини його залягання h, амплітуди I m струму I(t), що по ньому протікає, та градієнта його замикання вздовж осі труби здійснюється за різницевими значеннями електрорушійних сил, наведених в ближній, середній і дальній відносно осі комунікації вимірювальних котушках горизонтальною складовою магнітного поля, що випромінюється комунікацією при протіканні по ній змінного струму I(t), Для одержання максимальних значень електрорушійних сил розміщені на штанзі котушки орієнтуються так, що їх осі розміщені перпендикулярно до осі комунікації. В цьому випадку в ближній, дальній і середній вимірювальних котушках 4, 5 і 6 наводяться електрорушійні сили e1(t), e 2(t) та e3(t), які подаються на входи віднімачів напруг 8 і 9. При цьому на входи 20 і 21 подаються потенціали E1(t) і E2(t) від розміщених над комунікацією електродів. Напруги e1(t), e 2(t) і e3(t) зв'язані з горизонтальними складовими напруженостей магнітного поля в точках розміщення котушок I( t ) I(t ) I( t ) H1( t ) = ; H2( t ) = ; H3 (t ) = 2p h 2p( h + a ) 2p(h + 2a ) (а - відстань між осями вимірювальних котушок) при ідентичності останніх за співвідношеннями: e1( t ) = 2pm 0m TfWSH 1( t ) ; та De2 ( t ) = k1[e 2 (t ) - e 3 (t )] (k1 - коефіцієнт підсилення по напрузі піднімачів 8 і 9) через вибірні підсилювачі 11 і 12, налаштовані на частоту f вхідних сигналів, подаються на аналогові входи мультиплексора 13, керованого мікрокомп'ютером 18. На виході мультиплексора 13 почергово протягом інтервалів часу T0=N0f-1 (N0 кількість періодів коливань вхідних сигналів) утворюються "вирізки" напруг DU1( t ) = k 2 k3 De1( t ) та DU2 ( t ) = k 2 k3 De 2 ( t ) , де: k2 - коефіцієнт підсилення по напрузі підсилювачів 11 і 12, a k3 – підсилювача 14. Ці напруги поступають на вхід автоматично керованого мікрокомп'ютером 18 підсилювача 14. Для забезпечення високої точності обчислення заданих в програмі мікрокомп'ютера 18 параметрів інформативних сигналів, характеристик трубопроводу та гр унту амплітуда сигналу DU1(t)на виході підсилювача 14 автоматично підтримується на рівні »2 В. На вході аналого-цифрового перетворювача міститься схема вибірки-зберігання, яка запам'ятовує амплітудні значення сигналів DU1(t) та DU2(t) і подає команду перетворення у двійковий код вказаних значень. Після закінчення кожного перетворення на виході аналого-цифрового перетворювача 15 утворюється двійковий код амплітудних значень напруг DU1(t) та DU2(t), а на виході DR - сигнал закінчення перетворення. Вказані сигнали поступають на першу вхідну шину даних мікрокомп'ютера, який по одержанню даних виробляє цифровий код коефіцієнта підсилення k3. Одночасно з обробкою сигналів e1å ( t ) , e 2 å ( t ) та e 3 å ( t ) , піддається підсиленню і цифровому перетворенню різниця змінних потенціалів DE(t)=E1(t)-E 2(t). Для цього в пристрої використано формувач різниці потенціалів 3 із смуговим фільтром на вході, налаштованим на частоту f, керований мікрокомп'ютером 11 підсилювач 6 та аналогоцифровий перетворювач 8, на аналоговий вхід якого подається змінна напруга U3(t)=k4k5 DE(t), де: k4 і k5 - коефіцієнти підсилення по напрузі формувача 3 та підсилювача 6. Аналого-цифровий перетворювач 8 теж містить на вході схему вибірки-зберігання і в ньому відбуваються процеси, аналогічні як в перетворювачі 6. Двійковий код напруги U3(t) і сигнал закінчення перетворення подаються на другу вхідну шин у даних мікрокомп'ютера 11. Якщо на клеми 20 і 21 подаються постійні потенціали, формувач різниці потенціалів командою мікрокомп'ютера 11 переводиться в режим роботи за постійним струмом, а аналого-цифровий перетворювач 8 - в режим автоматичного запуску або в режим запуску сигналом від мікрокомп'ютера. В мікрокомп'ютері 11 закладена PROM-програма для виконання обчислень по визначенню глибини залягання трубопроводу, амплітуди змінного струму, що по ньому протікає, та коефіцієнта його згасання на одиниці довжини трубопроводу. e 2 ( t ) = 2pm 0mT fWSH 2 ( t ) ; e 3 ( t ) = 2pm 0mT fWSH 3 ( t ) ; де: m 0 = 4p × 10 -7 Гн / м - магнітна проникність повітря; m T - відносна магнітна проникність осердя кожної котушки; W - кількість витків в кожній котушці; S - площа середнього витка в кожній котушці; f - частота струму I(t). Утворені на виході піднімачів 8 і 9 напруги 3 37807 Обчислення виконуються за одним із співвідношень, приведених в [2]. За значеннями коефіцієнта згасання та різниці потенціалів судять про якість ізоляційного покриття труби. Обчислення характеристик грунту, зокрема його питомого опору, здійснюється мікрокомп'ютером за співвідношенням, приведеним в [3]. В мікрокомп'ютері передбачений теж режим накопичення даних при низькому рівні вхідних сигналів e1(t), e2(t) і e3(t), співрозмірному з власними шумами підсилювального тракту, або при накладанні на них інтенсивних адитивних високочастотних завад. Число накопичень від 102 до 104. Описана мікрокомп'ютерна система, забезпечуючи високу завадостійкість вимірювань, володіє більш широкими функціональними можливостями, оскільки вона здійснює пошук і обстеження підземних комунікацій шляхом вимірювання параметрів магнітної та електричної складових випромінюваного обстежуваною комунікацією електромагнітно го поля. Це забезпечує їй широке практичне використання при проведенні пошуку та обстеженні таких комунікацій, як підземні лінії електропередач, електрозв'язку, телекомунікаційних мереж, тепло-, водо-, нафто-, газо- та продуктопроводів тощо. Джерела інформації 1. А.с. 1471138 (СРСР). Безконтактний вимірювач струму в тр убопроводі / Р.М. Джала, Б.Я. Вербинець. Опубл. 07.04.1989, Б.В.№ 13. 2. Драбич П.П. Поиск и обследование протяженных электропроводящих коммуникаций // Измерительная техника. – М.: Изд-во стандартов, 1996. - № 3. - С. 56-58, рис. 2 (прототип). 3. Улич Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику: Пер. с англ. / Под ред. А.М. С укотина. – Л.: Химия, Ленингр. отд.-ние, 1989. - Пер.изд. США, 1985. – 456 с.; ил. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4