Трассопоисковый приемник

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для поиска подземных коммуникаций и оценки фактического их состояния с идентификацией обнаруженных аномалий и привязки их к длине коммуникации.
При реализации наиболее распространенного на практике индукционного метода поиска и диагностики подземных коммуникаций [Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоиздат. 1982, - С. 247-248] используются два базовых устройства:
- генератор для запитки исследуемого объекта переменным током;
- приемник для исследования характера протекания тестового переменного тока.
В основу индукционного метода поиска инженерных коммуникаций положено наличие магнитного поля, которое создается протекающим по коммуникациям током генератора.
Посредством измерения трассопоисковым приемником электромагнитного поля определяют местоположение коммуникации, глубину их залегания и место повреждения.
Схемотехника трассопоисковых приемников разнообразна. Так, известны трассопоисковые приемники, реализованные по патентам [патент РФ №2046363, МПК G01R 31/08 (1995.01), опубл. 20.10.1995 г., патент РФ №2046378, МПК G01V 3/11 (1995.01), опубл. 20.10.1995]. Недостатком данных устройств, осуществляющих только индикацию величины электромагнитного поля, является ручной характер определения глубины залегания коммуникации, а также величины тока, протекающего по ним.
Для устранения указанных недостатков в современной трассопоисковой аппаратуре используются несколько индукционных преобразователей, разнесенных в пространстве как по горизонтали, так и по вертикали, а обработку выходных сигналов датчиков производят с использованием нескольких каналов преобразования и микропроцессорной техники [Руководство по эксплуатации трассопоисковой аппаратуры ООО "Ака-ГЕО". http://www.aKageo.ru4].
Недостатком данной аппаратуры является использование для идентификации мест повреждения изоляции амплитудных параметров исследуемых сигналов, которые и менее информативны, и менее помехоустойчивы.
Решить задачу повышения надежности и достоверности идентификации мест повреждения подземных коммуникаций возможно при переходе к фазовой идентификации мест повреждения при представлении подземных коммуникаций как искусственной линии связи [Сергованцев В.Т. Артемов В.А., Канев К.А. Газопровод как канал связи в системах телемеханики. М.: Недры. - 1984, - С. 6-15].
Наиболее близким аналогом, взятом в качестве прототипа, является устройство в части трассопоискового преемника, реализующее фазовый метод идентификации мест повреждения подземных коммуникаций [Измерительный комплекс для поиска и диагностики подземных коммуникаций. Патент на изобретение №2687236, 08.05.2019]. Трассопоисковый приемник состоит из антенного блока (включающего два горизонтальных, верхний и нижний, два вертикальных, правый и левый, индукционных преобразователя), четырех преобразователей напряжение-ток; первого и второго коммутаторов сигналов; двух фильтров; первого и второго масштабирующих преобразователей; первого и второго генераторов DDS; первого, второго, третьего и четвертого синхронных детекторов; микроконтроллера; Глонасс/GPS приемника и регистрирующего устройства. К антенному блоку подключены четыре преобразователи напряжение-ток, которые попарно соединены с первым и вторым коммутаторами сигналов соответственно, их сигнальные выходы через фильтры подключены соответственно к входам первого и второго масштабирующих преобразователей, а управляющие входы первого и второго коммутаторов сигналов соответственно к первому и второму управляющим выходам микроконтроллера, синхронизирующий вход которого соединен с выходом приемника Глонасс/GPS, а третий его выход подключен к регистрирующему устройству. Выход первого масштабирующего преобразователя подключен к входам первого и второго синхронных детекторов, а выход второго масштабирующего преобразователя подключен к входам третьего и четвертого синхронных детекторов, при этом выход первого DDS генератора соединен с управляющими входами первого и третьего синхронных детекторов, а выход второго DDS генератора - с управляющими входами второго и четвертого синхронных детекторов, выходы четырех синхронных детекторов подключены к измерительным входам микроконтроллера, четвертый и пятый управляющие выходы микроконтроллера подключены к управляющим входам первого и второго генераторов DDS, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к шестому управляющему выходу микроконтроллера.
Недостатком данного устройства является невозможность диагностики подземных коммуникаций по критерию фиксации изменения направления протекающего тестового тока на противоположное (на 180°) в месте повреждения коммуникаций.
Техническим результатов является расширение функциональных возможностей трассопоискового приемника, в части повышения надежности и достоверности диагностики подземных коммуникаций.
Для достижения технического результата трассопоисковый приемник содержит антенный блок, включающий два горизонтальных (верхний и нижний) и два вертикальных (правый и левый) индукционных преобразователя, первый, второй, третий и четвертый каналы преобразования сигналов, состоящие из последовательно соединенных усилителя, фильтра, масштабирующего преобразователя и ключевого синхронного детектора, первый, второй и третий усилители-ограничители, при этом входы первого и третьего усилителей-ограничителей объединены и подключены к сигнальному входу синхронного детектора второго канала, а вход второго усилителя-ограничителя подключен к сигнальному входу синхронного детектора первого канала, управляющие входы которого подключены к выходам первого усилителя-ограничителя, управляющие входы синхронного детектора второго канала соединены с выходами второго усилителя-ограничителя, а управляющие входы синхронных детекторов третьего и четвертого каналов попарно соединены с выходами третьего усилителя-ограничителя. Выходы синхронных детекторов всех каналов подключены к измерительным входам микроконтроллера, соединенного с регистрирующим устройством и двумя индикаторами «Вправо» и «Влево».
В предлагаемом трассопоисковом приемнике дополнительно образован пятый канал, состоящий из фазовращателя, подключенного к входу четвертого усилителя-ограничителя, выходы которого соединены с первыми из входов двух логических схем «И», выходы которых через логическую схему «ИЛИ» подключены к счетному входу триггера, выходы которого подключены к управляющим входам пятого синхронного детектора, выход которого соединен со входом микроконтроллера, а сигнальный вход подключен ко входу фазовращателя и к входу второго усилителя-ограничителя, выходы которого соединены со вторыми входами логических схем «И».
На фиг. 1 представлена структурная схема трассопоискового приемника; на фиг. 2 - временная диаграмма, иллюстрирующая принцип действия дополнительного канала приемника.
Трассопоисковый приемник 1 состоит: из антенного блока 2, включающего два горизонтальных (верхний и нижний) и два вертикальный (правый и левый) индукционных преобразователя; четыре преобразовательных канала 3, 4, 5 и 6; состоящих из последовательно соединенных усилителей 7, 8, 9 и 10, фильтров 11, 12, 13 и 14, масштабирующих преобразователей 15, 16, 17 и 18, ключевых синхронных детекторов 19, 20, 21 и 22, а также первого, второго и третьего усилителей-ограничителей 23, 24, 25; при этом, входы первого и третьего усилителей-ограничителей 23 и 25 объединены и подключены к сигнальному входу синхронного детектора 20 второго канала 4, входы второго усилителя-ограничителя 23 подключены к сигнальному входу синхронного детектора 19, управляющие входы которого подключены к выходам первого усилителя-ограничителя 23, управляющие входы синхронного детектора 20 второго канала 4 соединены с выходами усилителя-ограничителя 24, а управляющие входы синхронных детекторов 21 и 22 третьего и четвертого каналов 5 и 6 попарно объединены и соединены с выходами третьего усилителя-ограничителя 25. Выходы синхронных детекторов 19, 20, 21 и 22 подключены к измерительным входам микроконтроллера 26 соединенного с регистрирующим устройством 27 и двумя индикаторами 28 («Вправо») и 29 («Влево»). Дополнительный пятый канал 30 состоит из фазовращателя 31, подключенного к входу четвертого усилителя-ограничителя 32, выходы которого соединены с первыми входами двух логических схем «И» 33 и 34, выходы которых через логическую схему «ИЛИ» 35 подключены к счетному входу триггера 36, выходы которого подключены к управляющим входам пятого синхронного детектора 37, выход которого соединен с входом микроконтроллера 26, а сигнальный вход подключен к входу фазовращателя 31 и к входу второго усилителя-ограничителя 24, выход которого соединен со вторыми входами логических схем «И» 33 и 34.
Принцип действия трассопоискового приемника следующий. Обработка сигналов во всех четырех измерительных каналах происходит по известным принципам индукционного метода: преобразование выходных сигналов индукционных преобразователей, фильтрация, масштабирование и преобразование переменного напряжения в постоянное с использование синхронных детекторов. В качестве опорных сигналов синхронных детекторов используются сигналы параллельных каналов, что обеспечивает гальваническую развязку сигнальных и опорных сигналов для всех четырех синхронных детекторов.
Выходные сигналы со всех каналов поступают на измерительные входы микроконтроллера 26, осуществляющего аналого-цифровое преобразование и математическую обработку измеренных значений, что обеспечивает все заданные функции трассопоискового приемника 1: поиск трассы по критерию «max» и удержание положения трассопоискового приемника 1 над осевой линией по критерию «min»; измерение текущих значений тестового тока и глубины залегания трубопровода.
Принцип действия пятого дополнительного канала 30 трассопоискового приемника 1, обеспечивающего идентификацию изменения направление тестового тока на противоположное заключается в следующем.
Сигналы, действующие на входе дополнительного канала 30, описываются следующими выражениями:
1
вх
- до изменения направления тестового тока U(t)=Usinωt;
2
вх
- при изменении направления тестового тока на 180°-U(t)=Usin(ωt+π).
При подаче этих сигналов на удвоитель частоты, сигналы на его выходе будут равны:
3
вх
U(t)=Usin(2ωt),
4
вх
вх
U(t)=Usin(2ωt+2π)=Usin2ωt.
5
вх
1
2
После деления частоты этих сигналов на два получим один сигнал U(t)=Usinωt не с изменяемой фазой. Если подать этот сигнала на опорный вход синхронного детектора 37, то его выходной сигнал будет отслеживать изменение сигналов U(t) и U(t), подаваемых на его сигнальный вход. Удвоение частоты осуществляется с использование логических схем «И» (33 и 34) и «ИЛИ» (35), а последующее деление частоты на два триггером 36. Для иллюстрации данного алгоритма на фиг. 2 приведены эпюры сигналов в различных точках дополнительного канала 30.
Следовательно, используя двойное частотное преобразование возможно решить проблему контроля изменения фазы входных сигналов трассопоискового приемника 1. Эти изменения проявляются в изменении полярности выходного сигнала синхронного детектора 37, которые фиксируются двумя индикаторами:
1
- для сигнала U(t) индикатор 28;
2
- для сигнала U(t) индикатор 29.
Таким образом, предлагаемое техническое решение является новым, промышленно применимо, т.е. удовлетворяет критериям, предъявляемым к полезным моделям.