УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАССЫ, ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ И ПРОГИБА МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения трассы, глубины, на которой находится трубопровод, а также его прогиба.
y
y
y
y
y
y
Известно устройство для определения расположения и глубины залегания подземных трубопроводов, которое содержит две индукционные катушки, подсоединяемые последовательно или встречно-последовательно с помощью переключателя к конденсатору и образующие в обоих случаях резонансный контур. Этот контур подключен к последовательно соединенным узкополосному усилителю, детектору и индикатору, RU 95107057 А1. Устройство осуществляет измерение напряженности переменного магнитного поля блуждающих токов по линиям наблюдений на поверхности земли. Измеряют горизонтальную составляющую магнитного поля Н или ее градиент по вертикали dH/dz. По положению точки максимума Н или dH/dz определяют положение трубопровода в плане. Над трубопроводом измеряют напряженность Н или dH/dz на двух уровнях над поверхностью земли и по отношению этих величин судят о глубине залегания трубопровода. Недостатком этого устройства является низкая точность определения измеряемых параметров, поскольку не предусмотрено определение проекции продольной оси трубопровода на поверхность земли.
Известно устройство бесконтактного измерения тока в подземных трубопроводах и определения глубины их залегания, содержащее три индукционных датчика магнитного поля,
расположенных в плоскости, перпендикулярной трубопроводу, при этом датчики жестко связаны между собой и расположены вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода. Оси первого и второго, соответственно, верхнего и нижнего датчиков расположены в плоскости, ортогональной трубопроводу, перпендикулярны оси третьего датчика, которая совпадает с радиальной трубой трубопровода, индикатор и последовательно соединенные переключатель рода работы, ступенчатый регулятор усиления, первый избирательный усилитель, устройство управления и обработки, клавиатура, три предварительных усилителя и последовательно соединенные феррозондовый магнитометр, второй избирательный усилитель и усилитель, вход которого соединен со первым входом устройства управления и обработки, второй вход которого соединен с входом второго избирательного усилителя, второй вход которого соединен с первым выходом устройства управления и обработки, третий вход которого соединен с клавиатурой, а четвертый вход - с выходом первого избирательного усилителя, второй выход устройства управления и обработки соединен с входом управления переключателя рода работ, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами первого, второго и третьего предварительных усилителей соответственно, входы которых соединены с выводами первого, второго и третьего индукционных датчиков соответственно, третий выход устройства управления и обработки соединен с входом управления ступенчатого регулятора усиления, четвертый выход устройства управления и обработки соединен с входом управления первого избирательного усилителя, причем переключатель рода работ содержит два разностных усилителя и коммутатор, входы которых являются входами переключателя рода работ, а выход коммутатора является выходом переключателя рода работ, а вход управления коммутатора
является входом управления переключателя рода работ, при этом направление оси феррозондового магнитометра совпадает с осью первого и второго индукционных датчиков, RU 2246742 С1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Это устройство не позволяет определить прогиб магистрального трубопровода ввиду того, что не учитывает рельеф местности при осуществлении измерений. Из-за удаления от трубопровода третьего датчика, ось которого совпадает с радиусом трубопровода, снижается точность измерений. Производительность обработки сигналов и помехозащищенность устройства недостаточны, поскольку обработка осуществляется в аналоговом виде. Отсутствие звуковой индикации при определении трассы трубопровода затрудняет работу оператора.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности определения прогиба магистрального трубопровода, повышение точности измерений и их производительности, улучшение помехозащищенности устройства, облегчение работы оператора.
Согласно полезной модели эта цель достигается за счет того, что в устройстве для определения трассы, глубины заложения и прогиба магистрального трубопровода, включающее первый верхний, второй и третий индукционные датчики магнитного поля, расположенных в плоскости, перпендикулярной трубопроводу, при этом датчики жестко связаны между собой и расположены вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода, оси первого и второго датчиков расположены в плоскости, ортогональной трубопроводу, параллельно земной поверхности и перпендикулярно оси третьего датчика, которая совпадает с прямой, являющейся продолжением радиуса трубопровода, индикатор, первый, второй, третий усилители, переключатель, ступенчатый регулятор усиления, клавиатуру, блок управления и
обработки, при этом выход клавиатуры связан с первым входом блока управления и обработки, первый выход которого связан со входом индикатора, третий индукционный датчик магнитного поля расположен ниже первого и второго, а второй индукционный датчик магнитного поля расположен между первым и третьим индукционными датчиками магнитного поля, при этом устройство дополнительно содержит источник сигнала, соединенный первым выходом с землей, а вторым выходом - с магистральным трубопроводом, первый, второй и третий фильтры, первый, второй и третий детекторы, преобразователь «напряжение-частота», аналого-цифровой преобразователь (АЦП), звуковоспроизводящий элемент, блок пространственной ориентации и блок памяти, при этом выходы первого, второго, третьего индукционных датчиков магнитного поля соединены с первыми входами, соответственно, первого, второго, третьего фильтров, выходы которых соединены со входами, соответственно, первого, второго, третьего усилителей, выходы которых соединены со входами, соответственно, первого, второго, третьего детекторов, первый, второй, третий выходы переключателя соединены со вторыми входами, соответственно, первого, второго, третьего фильтров, выходы первого и второго детекторов соединены, соответственно, с первым и вторым входами ступенчатого регулятора усиления, выход которого соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен со вторым входом блока управления и обработки, третий выход которого соединен со вторым входом АЦП, третий вход соединен с выходом блока пространственной ориентации, а второй выход соединен со входом блока памяти, выход третьего детектора соединен со входом преобразователя «напряжение-частота», выход которого соединен со входом звуковоспроизводящего устройства.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные
заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.
Устройство для определения трассы, глубины заложения и прогиба магистрального трубопровода 1 содержит источник 24 сигнала. В приводимом примере реализации устройства, источником сигнала служит генератор переменного тока, преобразующий напряжение источников питания в регулируемое переменное выходное напряжение с частотой 488 Гц или 625 Гц, обеспечивающее стабилизированный выходной ток от 1 мА до 2 А.
Устройство включает первый, второй, третий индукционные датчики, соответственно, 2, 3, 4, которые расположены в плоскости, перпендикулярной трубопроводу; при этом датчики 2, 3, 4 жестко связаны между собой механически стержневой конструкцией из немагнитного материала, металлического или неметаллического (на схеме не показана) и расположены вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса R трубопровода 1. Оси первого 2 и второго 3 датчиков (оси соленоидов) расположены в плоскости, ортогональной трубопроводу 1 параллельно земной поверхности и перпендикулярно оси третьего датчика 4, которая совпадает с прямой, являющейся продолжением радиуса R.
В качестве индукционных датчиков 2, 3,4  служат магнитометры, содержащие соленоиды с сердечниками из аморфного железа ГМ503А с высокой магнитной проницаемостью. Собранный на базе микросхемы ОР 297 переключатель 23 коммутирует первый, второй и третий фильтры 5, 6, 7, обеспечивающие выделение первой гармоники источника 24 сигнала. Первый, второй и третий усилители 8, 9, 10 переменного тока собраны на основе малошумящих микросхем АД 743.
Первый, второй и третий детекторы 11, 12 и 13 собраны на основе микросхемы ОР 297. Преобразователь 19 «напряжение-частота» выполнен на основе микросхемы 15-61 ГГ1, аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП) выполнен на основе микросхемы ЕКЖБ.467605.009. Звуковоспроизводящий элемент 20, в конкретном примере - головные телефоны, связан с выходом преобразователя 19. В качестве блока 21 пространственной ориентации используется приемник GPS 4600LS Surveyor. Жидкокристаллическая матрица LM4228BG-WNY служит индикатором 18. Блок 16, вход которого соединен с первым выходом блока 16 управления и обработки, выполнен на основе двухпроцессорного вычислителя КНПС 466512. Пленочная клавиатура 17 НИКО.467126.061 управляет работой 16 и соединена с его первым выходом. Блок 22 памяти представляет собой накопитель в виде ФЛЭШ-памяти КНПС.467669.001. Первый выход источника 24 сигнала соединен с землей, а второй его выход - с магистральным трубопроводом 1. Магистральный трубопровод 1 индукционно связан с индукционными датчиками 2, 3, 4. Эта связь образуется за счет переменного магнитного поля, генерируемого источником 24 сигнала и переменным током, протекающим по трубопроводу 1. Выходы датчиков 2, 3, 4 связаны с первыми входами первого 5, второго 6 и третьего 7 фильтров, выходы которых соединены со входами первого 8, второго 9 и третьего 10 усилителей, выходы которых соединены со входами, соответственно, первого 11, второго 12 и третьего 13 детекторов. Первый, второй и третий выходы переключателя 23 соединены со вторыми входами первого, второго и третьего фильтров. Выходы первого и второго детекторов соединены, соответственно, с первым и вторым входом ступенчатого регулятора 14 усилителя (масштабного усилителя), выход которого соединен с первым входом АЦП 15. Выход АЦП соединен со вторым входом блока
16 управления и обработки, третий выход которого соединен со вторым входом АЦП. Третий вход блока 16 управления и обработки соединен с выходом блока 21 пространственной ориентации. Выход третьего детектора 13 соединен со входом преобразователя 19 "напряжение-частота". Третий индукционный датчик 4 магнитного поля расположен ниже первого и второго датчиков 2 и 3. Второй индукционный датчик 3 расположен между первым 2 и третьим 4 датчиками. Третий индукционный датчик 4 находится на расстоянии 30÷40 см над поверхностью земли. Расстояние между первым и вторым датчиками 2 и 3 составляет 80÷100 см.
Устройство работает следующим образом. Генерируемые источником 24 сигнала электромагнитные поля воспринимаются индукционными датчиками 2, 3, 4, с выходов которых сигналы поступают на входы фильтров 5, 6, 7, формирующих полосы пропускания усилителей 8, 9, 10. Полосы пропускания этих усилителей переключаются с помощью переключателя 23. С выходов усилителей 8, 9, 10 сигналы поступают на входы детекторов 11, 12, 13. Детектированные сигналы от детекторов 11 и 12 поступают на ступенчатый регулятор 14 усиления, который осуществляет согласование уровня этих сигналов с уровнем, необходимым для работы АЦП.
С выхода АЦП сигналы в цифровой форме поступают на блок 16 управления и предварительной обработки. В этот же блок поступают сигналы от блока 21 осуществляющего определение координат устройства в реальном времени. Блок 16 управления и обработки, управляемый клавиатурой 17, и индикатор 18 обеспечивают регистрацию в энергонезависимом блоке 22 памяти преобразованных напряжений от индукционных датчиков 2 и 3, прием информации о координатах от блока 21, регистрацию в блоке 22 памяти принятой
информации от блока 21, выдачу предупреждения на экран индикатора 18 об отсутствии сигналов от блока 21, отображение на индикаторе преобразованных сигналов по запросу оператора, выдачу информации об объеме свободной памяти и падении напряжения аккумуляторов ниже предельно допустимого.
С выхода детектора 13 сигнал поступает на преобразователь 19 "напряжение-частота" и далее преобразованный сигнал поступает на головные телефоны 20. Тон звука в головных телефонах оператора возрастает по мере удаления индукционного датчика 4 от оси трубопровода 1. Таким образом, существенно облегчается работа оператора при трассировании оси трубопровода. Глубина заложения трубопровода определяется по величинам сигналов от индукционных датчиков 2, 3 по известным методикам. Используя сигналы датчиков 2, 3, 4, расположенных указанным выше образом, и координаты точек измерений в пространстве, полученные блоком 21, производится "привязка" трассы трубопровода к местности и вычисляется пространственный прогиб трубопровода. Поскольку обработка сигналов в отличие от прототипа осуществляется не в аналоговом, а в цифровом виде, значительно повышается производительность и точность измерений, а также помехозащищенность устройства.