Електромагнітна система визначення координат інженерних комунікацій

Електромагнітна система визначення координат інженерних комунікацій, яка складається з ближнього, середнього і дальнього відносно осі комунікації паралельно розміщених на одній осі ідентичних магнітоприймачів, першого, другого і третього пристроїв віднімання, першого і другого вузькосмугових підсилювачів, навушних телефонів, аналого-цифрового перетворювача і цифрового індикатора, в якій вихід ближнього магнітоприймача з'єднаний з першим входом першого пристрою віднімання, другий вхід якого об'єднаний з першим входом другого пристрою віднімання і приєднаний до виходу середнього магнітоприймача, вихід дальнього магнітоприймача з'єднаний з другим входом другого пристрою віднімання, а до виходів першого і другого пристроїв віднімання приєднані входи ВІДПОВІДНО першого і другого вузькосмугових підсилювачів, яка відрізняється тим, що додатко во містить перший, другий і третій ПОСТІЙНІ резистори, перший і другий фазозсувачі, підсилювач і два розміщені на одній осі ідентичні ЗМІННІ резистори, причому вихід першого вузькосмугового підсилювача підключений до першого входу третього пристрою віднімання через послідовно з'єднані перший постійний резистор і перший фазозсувач, до точки з'єднання першого постійного резистора з входом першого фазозсувача підключений один з крайніх виводів першого змінного резистора, середній і другий крайній виводи якого приєднані до шини нульового потенціалу, до другого входу третього пристрою віднімання через другий фазозсувач підключений вихід другого вузькосмугового підсилювача, до виходу третього пристрою віднімання підключені послідовно з'єднані підсилювач і навушні телефони, між шинами позитивного і нульового потенціалів включені послідовно з'єднані другий і третій ПОСТІЙНІ резистори і другий змінний резистор, середній вивід якого теж приєднаний до шини нульового потенціалу, до точки з'єднання другого і третього постійних резисторів приєднаний додатний вхід опорної напруги аналого-цифрового перетворювача, негативний вхід опорної напруги і додатний інформаційний входи якого підключені до точки з'єднання третього постійного і другого змінного резисторів, від'ємний інформаційний вхід аналого-цифрового перетворювача з'єднаний з шиною нульового потенціалу, а до виходу аналого-цифрового перетворювача підключений вхід цифрового індикатора Винахід відноситься до технічної фізики і може бути використаний для пошуку і визначення координат підземних протяжних струмопровідних комунікацій, зокрема нафто-, газо- і продуктопроводів, кабелів електропередач, теплових мереж, телекомунікацій, тощо Відомий ДЛЯ ЦІЄЇ мети пристрій, який складається з трьох магнітоприймачів, індикатора нуля, індикатора рівня, шарніра з шкалою, регулятора підсилення, перемикача, підсилювача амплітудного детектора та вихідного індикатора [1] Цей пристрій складний в експлуатації і характеризується низькою точністю визначення глибини залягання струмопроводу, обумовленою тим, що глибина визначається по шкалі кута нахилу приймального індукційного перетворювача при мінімальному показі вихідного індикатора Найбільш близькою по технічній суті є електромагнітна вимірювальна система [2], що складається з ближнього, середнього і дальнього паралельно розміщених на одній осі магнітоприймачів, першого, другого і третього пристроїв віднімання, О со Ю 45377 першого, другого і третього вузькосмугових підсилювачів, мультиплексора аналогових сигналів, керованого підсилювача напруги, амплітудного детектора, аналого-цифрового перетворювача, мікропроцесора і дісплея, причому незаземлений вивід першого магнітоприймача з'єднаний з об'єднаними першими входами першого і другого пристроїв віднімання, незаземлений вивід другого магнітоприймача з'єднаний з об'єднаними другим входом першого пристрою віднімання і першим входом третього пристрою віднімання, до незаземленого виводу третього матнітоприймача приєднані другі входи другого і третього пристроїв віднімання, виходи першого, другого і третього пристроїв віднімання через перший, другий і третій вузькосмугові підсилювачі з'єднані з аналоговими входами мультиплексора аналогових сигналів, до виходу якого приєднаний вхід керованого підсилювача напруги, вихід якого через амплітудний детектор підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, вихід закінчення перетворення і інформаційний вихід цього перетворювача з'єднані ВІДПОВІДНО з входом синхронізації і інформаційним входом мікропроцесора, до інформаційного виходу якого приєднаний дісплей, входи керування мультиплексора аналогових сигналів і керованого підсилювача напруги приєднані до виходів керування мікропроцесора, окремий вихід керування якого з'єднаний з входом керування амплітудного детектора, вихід синхронізації якого з'єднаний з аналогічними входами аналого-цифрового перетворювача і мікропроцесора (прототип) Прототип забезпечує завадостійке до синхронних завад визначення глибини залягання підземних комунікацій, амплітуди протікаючого в них струму і декремента згасання цього струму на заданій віддалі вздовж осі комунікації Цей прилад може ефективно використовуватись для визначення місць пошкодження ізоляції підземних струмопровідних комунікацій, коли необхідно виконувати складні математичні перетворення, зокрема обчислення логарифмічного декремента згасання струму на заданій віддалі вздовж комунікації В багатьох практичних випадках, наприклад, при проведенні земляних робіт, пов'язаних з ремонтом існуючих і будівництвом нових протяжних струмопровідних комунікацій, а також при спорудженні нових житлових і технічних об'єктів, задача обстеження даної території обмежується виявленням і визначенням координат підземних комунікацій, тобто осі і глибини їх залягання Складність структури прототипа обмежує в цих випадках його широкомасштабне застосування Задачею винаходу є спрощення конструкції електромагнітної системи для визначення координат інженерних комунікацій Для розв'язання цієї задачі в електромагнітній системі для визначення координат інженерних комунікацій, що містить ближній, середній і дальній відносно осі комунікації паралельно розмірені на одній осі ідентичні матнітоприймачі, перший, другий і третій пристрої віднімання, перший і другий вузькосмугові підсилювачі, головні телефони, аналого-цифровий перетворювач і цифровий індикатор, в якій вихід ближнього матнітоприймача з'єд наний з першим входом першого пристрою віднімання, другий вхід якого об'єднаний з першим входом другого пристрою віднімання і приєднаний до виходу середнього магнітоприймача, вихід дальнього матнітоприймача з'єднаний з другим входом другого пристрою віднімання, а до виходів першого і другого пристроїв віднімання приєднані входи ВІДПОВІДНО першого і другого вузькосмугових підсилювачів, додатково введені перший, другий і третій ПОСТІЙНІ резистори, перший і другий фазозсувачі, підсилювач і два розміщені на одній осі ідентичні ЗМІННІ резистори, причому вихід першого вузькосмугового підсилювача підключений до першого входу третього пристрою віднімання через послідовно з'єднані перший постійний резистор і перший фазозсувач, до точки з'єднання першого постійного резистора з входом першого фазозсувача підключений один з крайніх виводів першого змінного резистора, середній і другий крайній виводи якого приєднані до шини нулевого потенціалу, до другого входу третього пристрою віднімання через другий фазозсувач підключений вихід другого вузькосмугового підсилювача, до виходу третього пристрою віднімання підключені послідовно з'єднані підсилювач і головні телефони, між шинами додатнього і нульового потенціалів включені послідовно з'єднані другий і третій ПОСТІЙНІ резистори і другий змінний резистор, середній вивід якого теж приєднаний до шини нулевого потенціалу, до точки з'єднання другого і третього постійних резисторів приєднаний додатній вхід опорної напруги аналого-цифрового перетворювача, від'ємний ВХІД опорної напруги і додатній інформативний входи якого підключені до точки з'єднання третього постійного і другого змінного резисторів, від'ємний ВХІД аналого-цифрового перетворювача з'єднаний з шиною нульового потенціалу, а до виходу аналого-цифрового перетворювача підключений вхід цифрового індикатора Суть винаходу пояснюється з допомогою креслень на фігурах 1 і 2 Електромагнітна система визначення координат інженерних комунікацій (фіг 1) складається з ближнього, середнього і дальнього паралельно розміщених на одній осі магнітоприймачів 1, 2 і З, першого, другого і третього пристроїв віднімання 4, 5 і 6, першого і другого вузькосмугових підсилювачів 7 і 8, першого, другого і третього постійних резисторів 9, 10 і 11, першого і другого розміщених на одній осі ідентичних змінних резисторів 12 і 13, першого і другого фазозсувачів 14 і 15, підсилювача 16, головних телефонів 17, шини додатнього потенціалу 10, аналого-цифрового перетворювача 19 і цифрового індикатора 20 Вихід ближнього магнітоприймача і з'єднаний з першим входом першого пристрою віднімання 4, до виходу середнього матнітоприймача 2 підключені об'єднані другий вхід першого пристрою віднімання 4 і перший вхід другого пристрою віднімання 5, другий вхід якого з'єднаний з виходом дальнього матнітоприймача 3 Вихід першого пристрою віднімання 4 через перший вузькосмуговий підсилювач 7, перший постійний резистор 9 і перший фазозсувач 14 підключений до першого входу третього пристрою віднімання 6 До точки з'єднання першого постійного резистора 9 з входом фазозсувача 14 підклю 45377 чении один з крайніх виводів першого змінного резистора 12, середній вивід якого об'єднаний з другим крайнім виводом і приєднаний до шини нульового потенціалу Вихід другого пристрою віднімання 5 через послідовно з'єднані другий вузькосмуговий підсилювач 8 і другий фазозсувач 15 приєднаний до другого входу третього пристрою віднімання 6, до виходу якого підключені послідовно з'єднані підсилювач 16 і головні телефони 17 Між шинами нульового потенціалу і потенціалу логічної одиниці 18 включені послідовно з'єднані другий змінний резистор 13 і другий та третій ПОСТІЙНІ резистори 10 і 11 Середній вивід другого змінного резистора і від'ємний інформативний вхід аналого-цифрового перетворювача 19 приєднані до шини нулевого потенціалу, додатній інформативний вхід і від'ємний ВХІД опорної напруги аналого-цифрового перетворювача 19 об'єднані і підключені до точки з'єднання другого змінного резистора 13 з другим постійним резистором 10 До точки з'єднання другого і третього постійних резисторів 10 і 11 підключений додатній вхід опорної напруги аналого-цифрового перетворювача 19, до виходу якого приєднаний цифровий індикатор 20 Пристрій забезпечує завадостійке визначення осі струмопроводу закопаного в грунті струмопроводу 22 (див фіг 2, де 23 - штанга, на якій закріплені паралельно розміщені ближній, середній і дальній відносно осі струмопроводу магнітоприймачі 1, 2 і 3) та глибини його залягання п, і працює наступним чином При протіканні в струмопровідній комунікації змінного струму l(t) з частотою f, навколо нього виникає магнітне поле, силові лінії якого представляють собою концентричні кола в площині, перпендикулярній осі струмопроводу Напруженість магнітного поля Н на відстанях h, h + а, і h + 2а, де h - відстань від осі струмопроводу до ближнього магнітоприймача 2, а - відстань між магнітоприймачами 1 і 2 та 2 і З Н _ l(t) 2яп' " 27i(h + a)' 27i(h + 2a) За рахунок цих полів в ближньому, середньому і дальньому магнітоприймачах 1, 2 і 3 (фіг 2) виникають електрорушійні сили є ш h U 1 (t)=b[e 1 (t)-e 2 (t)]=ab U 2 (t)=b[e 2 (t)-e 3 (t)] = де ~ run h(h + (4) h + a h + 2a (5) r v . ki і k2 - ПОСТІЙНІ коефіцієнти, які задаються ВІДПОВІДНО пристроєм віднімання і вузькосмуговим підсилювачем Розглянемо послідовно процедури визначення осі і глибини залягання струмопровідних комунікацій Визначення осі здійснюється по максимальному значенню різницевого сигналу l^ft) і мінімальному (нульовому) значенні сигналу U-i(t) Для забезпечення умови Ui(t) = 0 опір змінного резистора 12 і, ВІДПОВІДНО, резистора 13, встановлюється рівним нулю, про що свідчать покази цифрового індикатора 20 Максимальне значення сигналу l^ft) на виході підсилювача 16 реєструється з допомогою головних телефонів 17 Після знаходження осі опір резистора, при збалансованих з допомогою фазозсувачів 14 і 15 фазах сигналів Ui(t) U2(t), встановлюється таким, щоб виконувалась умова R1 U 2 (t)-k 3 U 1 (t)=O, 3 ~ R 1 + R 2 ( 6 ) (Ri і R2 - опори резисторів 12 (13) і 9 ВІДПОВІДНО), при якій інтенсивність звуку в головних телефонах практично рівна нулю Підставивши в (6) значення Ui(t) і Ibft), одержимо, що aby •-ab (І" R.,+R2 =0 U) або Ri h h + 2a R-] + R 2 j-g-. При умові, що Ri чисельно рівний 2а, значення опору Ri резистора12, а ВІДПОВІДНО І 13, чисельно рівне глибині h залягання комунікації Для вимірювання опору Ri резистора 13 використано аналого-цифровий перетворювач 19, на інформативний вхід якого подасть ся напруга p.p. Ц„ = R1+R3+R4 а на додатній опорний вхід - напруга h ' (1) e2(t)=WTfW2S2 утворюються різницеві напруги (2) h + 2а (3) В рівняннях (1) - (3) По - магнітна проникненість повітря, |j T - магнітна проникненість сердечника магнітоприймача, f - частота змінного струму l(t) в струмопроводі, Wi = W2 = W3 = W - КІЛЬКІСТЬ витків в котушці кожного магнітоприймача, Si = S2 = S3 = S - плаща середнього витка в котушці При умові ідентичності котушок магнітоприймачів 1, 2 і 3, пристроїв віднімання 4 і 5 та вузькосмугових підсилювачів (фіг 1) на виходах останніх иг = Е Р R1+R3+R4 де Ео - постійна напруга на шині 18, R3 і R4 - ВІДПОВІДНО опори постійних резисторів 10 і 11 Під ДІЄЮ напруг и,п і Ur на цифрових виходах аналого-цифрового перетворювача 19 утворюється в семисегментному коді число % Ur % R3 Число N, яке ЛІНІЙНО залежить від значення опору Ri резистора 19 (а значить і від глибини п) індикується з допомогою цифрового індикатора 20 Застосування в заявленому технічному рішенні трьох магнітоприймачів (як і в прототипі) і використання, як інформативних, різницевих сигналів 7 45377 8 Ui(t) та U2(t) забезпечує високу завадостійкість до трукцію приладу і зменшити його енергоспоживансигналів від розташованих на значній відстані ня, що суттєво при використанні його на трасах джерел електромагнітних полів, а вилучення з газо-, нафто- і продуктопроводів і при виявленні прототипу певних елементів і введення нових зв'япідземних ЛІНІЙ зв'язку та електропередач зків І елементів дозволило значно спростити конс ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71