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一种基于感应原理的城市地下管道检查孔定位系统

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2009-01-10 22:42:26

问题。

2.1 发射电路

发射电路的主要功能是产生具有足够功率的20kHz的正弦激励信号，同时要引出一路参考信号至接收电路，作为模拟开关的触发控制。由于输出功率较大，发射电路中必须解决其散热问题。

2.2 接收电路

尽管经过补偿线圈的抵消作用，接收信号中仍包含有较大的直接耦合部分。由于该部分电势在检测结果中一般保持不变且具有π/2相滞后的特征，所以探头周围介质电导率的变化就会由实际接收信号中的相位移变化体现出来。

接收电路中模拟开关的主要功能是用来检测接收信号的相位移。来自发射电路的同频率的参考信号作为模拟开关的触发控制，通过模拟开关的接收信号部分后再经过低通滤波器滤去交流分量，得到的电压信号就是一个和输入信号相角相关的量，实际上也是一个与介质导电率σ相关的量。适当调节参考信号的相位，可以得到较高的检测灵敏度。

2.3 地上部分

检测信号通过信号电缆到达地面后，首先需要滤掉传输过程中所带来的噪音。检测信号输入通道的增益和零点可以分别进行连续调节，以便适应不同的地下管道及环境。
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距离测量装置由装有霍尔传感器的滑轮组及其相应的辅助电路组成。在一个塑料滑轮上装有四个小磁铁，测试电缆通过该滑轮放入井下。所以当滑轮旋转时，可通过安装在滑轮旁的霍尔传感器的脉冲个数换算出电缆长度值，作为距离信号送入计算机。

将一台带有PCMCIA A/D插卡的便携计算机作为系统的主机[5]。应用软件中首先用中值滤波法将地下传来的检测信号进行数字滤波，再将按时间采样得到的检测信号与距离信号相对应。结果可存为文件，同时也可以进行实时的图形显示。当采样数据发生满足事先设定要求的突变时，将会有相应的数据显示在界面上。

3 实验结果

3.1 实验室实验结果

实验表明，系统分辨率随线圈距离D1的增加而下降，综合考虑系统的检测灵敏度和信噪比等因素，实验样机的Dl确定为0.5m。在室内环境下，样机的相位分辨率为1。，幅值分辨率为0.5%。

由于直耦电动势的值正比于ω，而涡流产生的二次电动势正比于ω2，因此当ω减小时，即使是在周围介质不变的情况下，检测信号中的相位变化也会减小，因此会降低信号的信噪比。

用不同介质对样机进行测试，实验表明，当频率低于5kHz时，信号输出对空气、干沙、湿沙等不同介质响应的区别已经很不明显。实验也表明在频率降低时，可以通过增加发射电路输出功率的方法来改善测量结果。所以在确保灵敏度、同时使系统适应大多数检测环境的情况下，实验样机发射电路输出信号的频率取为20kHz，电流幅值取为lA。

3.2 现场实验结果

现场实验在某街道中的一段长约150m、直径约8英寸的水泥下水管道中进行。管道在150m距离起始和结束处各有一处检查孔A、C。已知在二者之间还有一处检查孔B存在，但其准确位置已经被街道覆盖，无法确定。

在定位检测前，先将一带有挂钩的高压喷嘴由A孔打到C孔，同时也对管道进行了一次冲洗操作。由挂钩拖拽探头沿管道前进以进行检测。由于距离检测的方式特殊，探头前进的速度不要求恒定。

现场实验的结果如图3所示。图中曲线起始端和结束端的两处低电平为两已知检查孔A和C。63m处的低电平则是需要被定位的检查孔B的具体位置。另外，两处的高电平表明该处有某种较高导电率的介质存在。后来发现：在36m处有一段多年前因管道维修所更换的PVC管道，而52.5m处则是另一段因同样原因所更换的钢管。
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因为前进中的地下设备在钢管接头处受到了严重碰撞，由图3可以看出此后的输出信号略有漂移。这应该是由碰撞导致的内部器件相互位置的微小变化所引起的，但是并没有对检测结果造成实际影响。