ТРАССОИСКАТЕЛЬ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

ТРАССОИСКАТЕЛЬ ПОДЗЕМНЫХ КОММиНИКйЦШ
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для бесконтактного обнаружения электромагнитным методом подземных коммуникаций и может быть использована при поиске трасс трубопроводов, кабелей и других инженерных коммуникаций.
Известен трассоискатель 11. содержащий генератор и приемное устройство, состоящее из приемной антенны, усилителя, фильтров, акустического и стрелочного индикаторов. В таком трассоискателе генератор непосредственно подключается к трассе (трубопроводу, электрическому кабелв). в результате чего протекающий по ней ток генератора создает вокруг нее электромагнитное поле. Приемное устройство, не имеющее гальванической связи с генератором, работает на принципе обнаружения электромагнитного поля антенной, усиления его и преобразования в звуковой сигнал.
Недостатком такого трассоискателя является низкая производительность труда и сложность осуществления поиска на протяженных трассах, обусловленная необходимостью вскрытия грунта и закладки шурфа для подключения генератора непосредственно к обьекту поиска.
Этот недостаток отсутствует в трассоискателях 2-51. содержащих генераторы с излучателями электромагнитного поля и приемные устройства с чувствительными элементами. В указанных устройствах излучатели выполнены в виде катрек со значительным числом витков. Для преобразования несинусоидального напряжения, подаваемого с генератора, в синусоидальное к катушке подключается конденсатор, образующий с ней резонансный контур.
Общими недостатками, характеризующими трассоискатели с излучателями такого типа, являются:
-трудоемкость изготовления катречного излучателя; -необходимость высокого качества изоляции витков и наличия конденсаторов с высокими пробивными напряжениями; -необходимость достаточно жесткой стабилизации частоты генератора, поскольку даже незначительное отклонение частоты генератора от резонансной частоты излучателя, а также изменеие резонансной частоты излучателя за счет изменения параметров излучателя (величины емкости конденсатора, индуктивности катущки) приводит к резкому падению мощности электромагнитного поля излучателя, а следовательно и вторичного электромагнитного поля, индуцируемого в обьекте поиска (трубе, кабеле и.т.п.), а в конечном итоге, к потере чувствительности всего устройства.
Известны также трассоискатеж 6,7 с дипольными излучателями электромагнитного поля. Дипольные излучатели эффективно работают, когда длина диполя соизмерима с длиной волны, определяемой частотой работы генератора, что практически невыполнимо на частотах 10 - 15 кГц, на которых осуществляется поиск трасс, и является недостатком устройств 6,71, содержащих дипольные излучатели.
Высокой чувствительностью и незначительными погрешностями измерений обладает устройство для трассирования заглубленных трубопроводов 8, наиболее близкое по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели и содержащее несущую раму, на одном конце которой размещен излучатель электромагнитного поля, представляющий собой рамку, а на другом - два приемных датчика. Один из датчиков электрически связан, а другой имеет максимальную электромагнитную связь с излучающей рамкой. Электронная схема обеспечивает регистрацию активной и реактивной составляющих вторичного магнитного поля. Для оптимизации возбуждения электро- 2 магнитного поля в объектах, залегающих на различной глубине, несущая рама имеет раздвижную конструкцию. Эксплуатационные характеристики устройства высокие, однако его конструкция сложна и громоздка, а оптимальные условия выявления объектов, о чем указано в описании к изобретению, обеспечиваются при расстоянии между излучающей и приемной рамками, близком к глубине залегания искомого объекта. Это существенно ограничивает возможности поиска глубоко расположенных объектов.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение эксплуатационных воможностей трассоискателя (сокращение времени измерения и трудозатрат на проведение работ) за счет более эффективного исполъзования электроэнергии, подводимой к излучателю электромагнитного поля, при одновременном обеспечении достаточно высокой чувствителъности прибора, точности резулътатов измерений и существенном упрощении конструкции.
Для достижения этого технического резулътата предлагается трассоискателъ, который как и наиболее бжзкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит генератор периодического напряжения, излучателъ электромагнитного поля, представляющий собой прямоуголънуш рамку, приемное и индикаторное устройства. Особенностъю предлагаемой полезной модеж, отличающей ее от известного трассоискателя (8), принятого за прототип, является то, что прямоуголъная излучающая рамка содержит не более трех витков провода, имеет активное сопротивление в пределах от 0,005
до 0,01 ома и размеры сторон (250x3501+1ОХ. Входы излучающей рамки соединены со вторичной обмоткой понижающего импулъсного трансФорматора, расположенного в непосредственной близости от входов излучающей рамки и имеющего коэффициент трансформации, значителъно менъщий единицы. Первичная обмотка понижающего импулъсного трансформатора подключена к выходу генератора периодического напр5шения.
- 3 Выполнение задач, поставленных при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря следдащему.
Очевидно, что эффективность работы трассоискателя определяется прежде всего эффективным использованием электроэнергии, подводимой к излучателю, и свдения к минимуму всевозможных потерь. Б свок очередь, вторичное излучение, индуцированное в трассе, тем больше, чем больше величина и скорость изменения магнитной составляющей напряженности электромагнитного поля излучателя. В связи с тем, что ток в излучателе и скорость его нарастания зависят от величины его индуктивности, она должна быть минимальной (порядка 20-30 мкГн). Величина индуктивности находится в квадратичной зависимости от числа витков излучателя и в линейной зависимости от площади, занимаемой витком излучателя. Этим обусловлено введение в отличительную часть формулы предлагаемой полезной модели признаков, характеризующих оптимальное сочетание числа витков излучающей рамки, размеров ее сторон и активного сопротивления.
При сокращении числа витков реньшаются и потери на активном сопротивлении излучателя, упрощается конструкция и трудозатраты на его изготовление. Кроме того, уменьшение числа витков, позволяет значительно увеличить сечение провода и снизить таким образом потери на активном сопротивлении. Введение импульсного понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации значительно меньшим единицы обеспечивает получение в обмотке излучающей рамки необходимой амплитуды тока и скорости его нарастания. Расположение трансформатора в непосредственной близости от входов излучающей рамки позволяет свести к минимуму потери в подводящих проводах.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
- 4 Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - функциональная схема трассоискателя подземных коммуникаций;
на фиг.2 - кривая тока, полученного в обмотке излучателя.
Трассоискатель подземных коммуникаций состоит из генератора периодического напряжения 1. в качестве которого может быть рекомендована схема, содержащая задающий генератор, стабилизированный кварцевым резонатором, выполненный на микросхемах серии 561. В выходном каскаде могут быть использованы мощные кремниевые транзисторы типа КГ 815, КГ 816 или другие, аналогичные им. К выходу генератора 1 подключена первичная обмотка понижающего импульсного трансформатора 2, имеющего ко9(М)ициент трансформации порядка 0,10,15 и изготовленного на кольцевом ферритовом сердечнике. Ко вторичной обмотке трансформатора 2 подключена излучающая рамка 3 прямоугольной формы, имеющая размеры 250x350 мм и изготовленная, например, из трех витков провода диаметром 1.5 - 1. мм. Витки провода уложены в паз несущей конструкции рамки и для механической прочности залиты эпоксидной смолой. Трансформатор 2 размещен в непосредственной близости от входов излучающей рамки 3. Для уменьшения потерь на активном сопротивлении вторичная обмотка понижающего трансформатора 2 имеет небольщое число витков (порядка 15-20) из провода диаметром 1,0 - 1,2 мм. Трассоискатель содержит также приемное устройство 4, в качестве которого может быть использовано приемное устройство из прибора ЙТТ-01, серийно выпускаемого ТОО Поискум (г.С.-Петербург), и индикаторное устройство 5, в качестве которого могут быть применены головные телефоны типа ТДС-14, изготавливаемые заводом Магнетон (г.С.-Петербург), а также любые другие телефоны, бжзкие по своим техническим характеристикам к головным телефонам ТДС-14.
- 5 pa, излучателя с импульсным трансформатором и приемного устройства с головными телефонами.
Устройство работает следрщим образом.
Генератор 1 вырабатывает прерывистое периодическое знакопеременное напряжение прямоугольной формы (меандр), которое через импульсный понижающий трансформатор 2 подается на вход излучающей рамки 3. В связи с тем, что излучающая рамка 3 имеет очень малое активное сопротивление и достаточно малую индуктивность , в ней вырабатывается знакопеременный ток, форма которого представлена на фиг.2. Амплитуда тока в излучающей рамке 3 за малый промежуток времени (t) достигает значительной величины 1ш. Высокая скорость нарастания тока обеспечивает значительную мощность вторичного излучения, что в свою очередь гарантирует надежный прием сигнала приемным устройством 4 и реличивает дальность уверенного приема сигнала вторичного излучения в условиях промышленных помех.
Кроме того, следует отметить, что излучающая рамка 3 не требует настройки в резонанс. Зто расширяет частотный диапазон работы рамки и даже в случае изменения частоты работы генератора 1 не произойдет резкое падение мощности излучения рамки 3.
Сигнал вторичного излучения принимается приемным устройством 4, усиливается и прослушивается с помощью головных телефонов 5 в виде звуковых сигналов, частота которых определяется частотой прерывания (модуляции) работы генераторв 1. Положение трассы определяется по максимальному или минимальному сигналу, прослушиваемому с помощью головных телефонов 5 в момент нахождения приемного устройства 4 над трассой.
В процессе работы устройства генератор 1 и излучающая рамка 3 с импульсным трансформатором 2 размещаются непосредственно над трассой (это требование относится главным образом к иизлучателю 3 с трансформатором 2) и переносятся оператором по мере прохождения трассы. Приемное устройство 4 с головными телефонами 5 находится у оператора.
- б пом благодаря конструкции излучающей рамки, обладающей геометрическими и электрическими парметрами, обеспечивающими близкое к нулю активное сопротивление и незначительную индуктивность излучателя, а также благодаря подключению излучателя к генератору трассоискателя через понижающий импульсный трансформатор обеспечивается эффективное использование электроэнергии, подводимой к излучателю, при достаточно высокой чувствительности, точности результатов измерений и существенном упрощении конструкции прибора.
Опытная эксплуатация макета предлагаемого трассоискателя на Октябрьской железной дороге в г.С,-Петербурге и Ленинградской области подтвердила его преимущества перед известными устройствами этого назначения, показав высокую точность при нахождении трасс и работоспособность в условиях промыщленных помех. Были получены практические результаты по нахождению трасс подземных коммуникаций на глубине до 10 м в условиях больших индустриальных помех, например, на железнодорожных станциях.
Использованные источники:
1.Патент РФ 1806390, кл.бОШ 3/00, опубл. 30.03.93.
2.Авт.свид. 859981, кл.601и 3/11, опубл. 30.08.81.
3.Заявка ФРГ 3432847, кл.бОШ 3/11, опубл. 20.03.86.
4.Заявка Японии 61-23514, кл.еОШ 3/11, опубл. 06.06,86,
5.Авт.свид. 1800422, кл.601и 3/11, опубл. 07.03.93.
6.Авт.свид. 606150, кл.еОШ 3/08, опубл. 05.05.78.
7.Авт.свид. 1343379, кл.еОШ 3/11, опубл. 07.10.87.
8.Авт.свид. 1746227, кл.еОШ 3/11, опубл. 07.07.92. (прототип).