Устройство для определения расположения магистральных трубопроводов

(я)5 6 01 Ч 3/ ИЕ ПИС 30 НИ К ПАТЕНТ твам обожения,леганияземных е точно- магистГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Филиал Центра научно-техническоготворчества молодежи при Физико-механическом институте им. Г,В.Карпенко АН Украинской ССР и Управление магистральныхнефтепроводов "Дружба"(56) Авторское свидетельство СССРМ 135437, кл, 6 01 Ч 3/11, 1961,Авторское свидетельство СССРМ 100027, кл, 6 01 Ч 3/12, 1955,Искатель трубопроводов модернизированный ИТ - 5, - Киев, 1985. Изобретение относится к средс наружения определения местопол направления трассы и глубины за протяженных металлических под трубопроводов. Цель изобретения - повышени сти определения глубины залегания ральных трубопроводов, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения расположе- ния магистральных трубопроводов. содержащее индукционный датчик магнитного поля, с выходом которого последовательно соединены входной усилитель и фильтр, блок питания с выключателем, подключенный к усилителю, дополнительно введены(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ(57) Использование: в средствах обнаружения, определения местоположения и глубины залегания магистральных трубопро- . водов и кабелей. Сущность изобретения: устройство содержит датчик магнитного поля, входной усилитель, фильтр, логарифмический усилитель, выпрямитель, стрелочный индикатор, корпус с меткой и линией для ориентации. Все элементы помещены в корпусе, токопроводы расположены в плоскости ортогональной оси чувствительности датчика. 6 ил,последовательно соединенные логарифми- (ф ческий усилитель, выпрямитель и стрелочный индикатор, корпус из немагнитного р материала с меткой, определяющей (показывающей) направление оси максимальной чувствительности датчика, в корпусе помещены все элементы устройства, выход филь- О тра соединен со входом логарифмического усилителя, блок питания подключен к фильтру, логарифмическому усилителю и выпрямителю, при этом токопроводы, соединяющие элементы схемы устройства, экранированы и расположены в плоскости, проходящей через ось чувствительности датчика; на корпусе выполнена прямая линия под углом 45 к оси чувствительности датчика,Кроме того, корпус может быть дополнительно снабжен отвесом или уровнем для уточнения ориентации датчика относительно вертикали.С целью расширения динамического диапазона в устройство дополнительно введен переключатель диапазонов усиления, соединенный с входным усилителем и конструктивно совмещенный с выключателем питания,Отличиями заявляемого устройства являются специальный корпус из немагнитного материала, в котором размещены и закреплены все элементы устройства, наличие на корпусе приспособлений для его ориентации относительно вертикали, использование многокаскадного избирательного усилителя, включающего входной усилитель (содержащий согласующий каскад и масштабный усилитель), активный фильтр, логарифмический усилитель и выпрямитель. В предлагаемом устройстве датчик и индикатор размещены в едином корпусе, а перемещения и ориентацию датчика осуществляют перемещением и поворотами корпуса устройства, что практически удобнее ввиду значительно меньших габаритов устройства,Отличия устройства состоят также в том, что по прототипу разнесенные в пространстве и соединенные проводами датчик, усилитель и телефоны представляют собой электрическую антенну, что при наличии значител ных электромагнитных помех вблизи линий электропередач (ЛЭП) значительно снижает разрешающую способность прибора (прототипа) и как показывает практика, делает его неработоспособным вблизи ЛЭП. В отличие от этого, по заявляемому устройству компактное расположение всех элементов исключает длинные соединительные провода, что наряду с другими отличиями (избирательным усилением и фильтрацией) существенно повышает помехозащищенность и разрешающую способность устройства по сравнению с прототипом, что проверено в натурных условиях в местах пересечения трассы магистральных трубопроводов и ЛЭП, В заявленном устройстве взаимовлияние выходных цепей и датчика исключаетея путем экранирования токонесущих проводов, их взаимноортогональным располокением и жестким взаимным креплением элементов, а также применением индикатора с малым токопотреблением.Удаление датчика от поверхности земли на высоту около 1 м (обычное положение руки оператора) способствует уменьшению влияния малых ферромагнитных предметов(напр. случайно брошенные куски железа)на работу устройства. Как известно из теории электромагнитного поля, возмущение .поля, вызываемое локальными неоднород 5 ностями, при удалении от них уменьшаетсябыстрее, чем наблюдаемое поле тока в трубопроводе. Поэтому поиск протяженноготрубопровода удобнее проводить путем поворотов датчика немного приподнятого надповерхностью, что удобнее делать с помощью предложенного устройства.Дополнительное введение логарифмического усилителя с повышенным коэффициентом усиления сигналов с малой15 амплитудой и пониженным (по сравнению слинейным усилением) коэффициентом усиления сигналов с большой амплитудой позволяет повысить разрешающуюспособность устройства по минимуму сиг 20 нала и расширить динамический диапазон(по сравнению с прототипом), Это улучшаетэксплуатационные свойства устройства дляпоиска трубопроводов, когда величины протекающих по ним токов изменяются в широ 25 ком интервале в зависимости от расстояниядо источника тока, от его мощности и характеристик распространения тока вдоль трубопровода. Дополнительное введениевыпрямителя (амплитудного детектора) даетЗ 0 возможность испольэовать индикаторы других типов, например стрелочный или световой, что также позволяет значительноуменьшить габариты, расширить динамический диапазон и повысить разрешающуюЗ 5 способность, В отличие оттелефонов индикаторы потребляют меньше энергии; этоувеличивает время работы устройства без.дозарядки аккумуляторов, что важно дляэксплуатации в полевых условиях,Заявляемые элементы, связи и взаимное расположение в своей совокупности неявляются составной частью ни одного изизвестных устройств, предназначенных дляопределения расположения магистральных45 трубопроводов, либо для иных целей, чтодает основание отнести их к категории существенных отличительных признаков,Известны и практически используются 50 нбсколько различных устройств, которыеможно применять для определения расположения подземных трубопроводов и кабелей связи. Для них характерны большие габариты, вызванные удалением датчика от 55 выходных цепей усилителя (для уменьшениявзаимовлияний); часто используют несколько датчиков, Малогабаритное устройство для определения расположения трубопроводов в литературе не известно и являетсяновым.50 55 На фиг.1 показана функциональнаяблок-схема устройства; на фиг,2 - примервзаимного расположения элементов устройства в корпусе; на фиг.З - б - эпюры напряжений на выходе датчика приперемещениях устройства и его поворотахотносительно трубопровода в процессе определения его местоположения и глубинызалегания.В состав устройства (фиг,1, 2) входятдатчик магнитного поля 1, входной усилитель 2; фильтр 3, логарифмический усилитель 4, выпрямитель 5, индикатор 6,переключатель диапазонов, совмещенный свыключателем питания 7, блок питания 8,корпус 9, линия для наклонной ориентации10.Датчик магнитного поля 1 выполняют ввиде катушки индуктивности с ферритовымсердечником, Входной усилитель 2. содержит согласующий каскад и масштабный усилитель с пятью значениями коэффициентаусиления, устанавливаемым переключателем 7; это обеспечивает диапазон изменений коэффициента усиления от 10 до 10,-2 2что оказалось достаточным для индикациинаблюдаемого поля, создаваемого токамиСКЗ практически на всем протяжении магистральных трубопроводов, Усилители 2, 4,фильтр 3 и выпрямитель 5 предложенногоустройства выполняют на основе операционных усилителей по схемам известным влитературе. Активный фильтр 4 с добротностью 0 = 10 настраивают на частоту наблюдаемого поля тока в трубопроводе;осуществляется фильтрация полезного сигнала от помех. Логарифмический усилитель4 обеспечивает более точную удобную индикацию минимума сигнала при перемещениях и поворотах устройства, Выпрямитель 5с операционными усилителями осуществляет двухполупериодное выпрямление полезного. сигнала и усиление его понапряжению. Индикацию 6 осуществляют спомощью малогабаритного стрелочногоприбора(например, типа М 476/1 или светового индикатора (набора светодиодов,ЖКИ). Блок питания 8 содержит аккумулятор (типа 7 Д,115) и преобразователь однополярного напряжения в двухполярное,Корпус 9 выполняют из диэлектрическогоматериала (текстолит, гетинакс и т.п.) путемфрезеровки или склеивания,Работа устройства и роисходит следую. щим образом.Датчик поля, усилители и фильтр настраивают на частоту тока протекающего потрубопроводу; на вторую гармонику сетевого напряжения (при наличии подключеннойк трубопроводу станции катодной защиты 5 10 15 20 25 30 35 40 СКЗ с двухполупериодным выпрямлением), или генератора, возбуждающего в трубопроводе переменный ток определенной частоты. Оператор с данным устройством перемещается по местности, удерживая устройство в руке и совершая им колебательные движения, наблюдает по индикатору за изменениями магнитного поля, создаваемого протекающим по трубопроводу током и воспринимаемого датчиком устройства; по максимальным и минимальным показаниям индикатора определяет расположение трубоп ро вода (фиг, 3 - 6).Для определения направления трассы трубопровода поворачивают устройство в горизонтальной плоскости (такая процедура в литературе не описана), - минимальные показания индикатора при этом соответствуют ориентации датчика параллельно трассе,Поворачивая устройство в вертикальной плоскости перпендикулярной трассе трубопровода, определяют местоположение трубы Т (фиг.З) по минимуму и максимуму сигнала, которые соответствуют ориентациям датчика "на ось" трубы и азимутально к ней (перпендикулярно радиусу и оси трубы) соответственно.Проекцию оси трубопровода Т на поверхность земли определяют путем перемещения устройства поперек трассы (фиг.4 и 5), Сперва удобно определить максимум сигнала при горизонтальной ориентации датчика (фиг,4), Затем - минимум при вертикальной ориентации (фиг.5), что дает более точный результат,Глубину залегания трубопровода Ь можно оценить по расстоянию между минимумом и максимумом сигнала при горизонтальном перемещении вертикально ориентированного датчика (фиг,5). Ввиду плавности указанного максимума (фиг.5) эта процедура дает грубую оценку глубины. Для более точного определения глубины залегания трубопровода ориентируют устройство под углом 45 О к вертикали и перемещают его горизонтально перпендикулярно трубопроводу (от проекции его оси на поверхность) до точки достижения минимума сигнала; длина этого перемещения равна расстоянию от линии перемещения датчика до оси трубы (фиг,б). При этом, если датчик перемещался непосредственно у поверхности земли, то глубина залегания трубопровода равна расстоянию между минимумами при вертикальной и наклонной ориентациях датчика (фиг.б); если ке датчик в наклонном положении перемещался выше (приподнято) над поверхностью земли, то надо визуально заметить точку на поверхности земли1804636 Яака Випряииель в продолжении оси датчика и уже от нее определять расстояние до проекции оси трубы на поверхность земли, которое соответствует глубине залегания трубопровода.Практическая эксплуатация предложенного устройства оператором предусматривает удерживание устройства в руке и его колебательные перемещения и повороты, При этом оператор наблюдает за показаниями индикатора, минимумы которого соответствуют ориентациям датчика устройства в направлении "на ось трубы",. Ввиду высокой электропроводности металлического трубопровода по сравнению с окружающей средой, в нем обычно концентрируются электрические токи от различных источников, в том числе и от дальних СКЗ, Это дает воэможность в большинстве случаев с помощью заявленного устройства определять местоположение подземного трубопровода бесконтактным методом без применения специальных генераторов тока, без подключений к трубопроводу и земле, что существенно повышает оперативность и производительность работ, Практическая проверка на различных трубопроводах показала, что практически во всех магистральных трубопроводах имеются наводки тока второй гармоники, достаточные для определения расположения трубопроводов; в то же время помехи промышленной частоты первая и третья гармоники линий электропередач) в заявленном устройстве отфильтровываются и не мешают работе устройства.Преимуществами заявленного устройства по сравнению с аналогами и прототипом являются его портативность, т.е. малые габариты и масса. Это дает возможность оперативно работать с устройством на трассе; можно транспортировать (носить) устройство в кармане спецодежды оператора (или подвешенным к поясу или на плече), быстро определять местоположение тру бопровода и продолжать другие работы натрассе. Кроме того высокая чувствительность, помехозащищенность и разрешающая способность, простота и удобство в работе,. малое энергопотребление также 10 улучшают эксплуатационные свойства устройства. Формула изобретенияУстройство для определения располо 15 жения магистральных трубопроводов, содержащее помещенные в корпус индикатори последовательно соединенные индукционный датчик магнитного поля, входной усилитель и фильтр, а также блок питания,20 соединенный через выключатель с усилителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности орределения глубинымагистральных трубопроводов, содержитпоследовательно соединенные логарифми 25 ческий усилитель и выпрямитель, причемвыход фильтра соединен с входом логарифмического усилителя, а выход выпрямителясоединен с входом индикатора, блок питания соединен с фильтром, логарифмическим30 усилителем и выпрямителем, соединенияустройства выполнены в виде экранированных проводов и расположены в плоскости,проходящей через ось чувствительности индукционного датчика магнитного поля, при35 этом корпус снабжен двумя метками, определяющими направление двух осей, распо, ложенных под углом 45 друг к другу, однаиз.которых определяет направление осичувствительности индукционного датчика40 магнитного поля,1804636 г. Ю дактор О.Стенина Л.Пилипенко орре Заказ 1079 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного, комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 оставиехред М Р.Джала ргентал