地下金屬管線探測論文

PAGE30PAGE1PAGE24論文題目：地下金屬管線探測作者：專業(yè)：班級：指導(dǎo)教師：

摘要近年來，各地城市建設(shè)迅猛發(fā)展，但在建設(shè)過程中，尤其是在舊城改造過程中，因地下管線位置不明，經(jīng)常出現(xiàn)打斷、挖斷地下管線的現(xiàn)象，給國家財(cái)產(chǎn)造成損失，給人民生活帶來不便。為了給城建管理部門提供準(zhǔn)確地地下管線分布資料，減少城市地下管線受損帶來的經(jīng)濟(jì)損失，就迫切需要地下管線探測技術(shù)的應(yīng)用。這正是本設(shè)計(jì)要解決的問題，同時(shí)也希望能解決國內(nèi)外探測儀器的性價(jià)矛盾。通過分析國內(nèi)外地下管線探測的發(fā)展與現(xiàn)狀，對比設(shè)計(jì)一種適應(yīng)我國現(xiàn)狀的探測方法，希望在建設(shè)損失的同時(shí)節(jié)省成本，簡化、優(yōu)化操作，確定管線的走向及深度。關(guān)鍵詞:地下金屬管線；探測；走向；深度。

ABSTRACInrecentyears,therapiddevelopmentofcityconstruction,butintheprocessofconstruction,especiallyintheprocessoftransformationoftheoldcity,theundergroundpipelinelocationunknown,ofteninterruptedundergroundpipelinephenomenon,thiscausinglossestothestateproperty,bringmuchinconveniencetopeople.Inordertourbanmanagementdepartmentstoprovideaccuratedataofundergroundpipelinedistribution,reducethecityundergroundpipelinedamagecausedeconomiclosses,itneedsthedetectiontechnologyforundergroundpipeline.Thisisthedesigntosolvetheproblem,alsohopetobeabletosolvethecontradictionbetweenthedomesticandforeignpricedetectinginstrument.Throughtheanalysisofthedomesticandforeigndevelopmentandpresentsituationofundergroundpipelinedetection,anadaptationofthepresentsituationofourcountry'sdetectionmethodcomparisonofdesign,inthehopethattheconstructionoflossesandsavecost,simplify,optimizeoperation,todeterminethedirectionanddepthofpipeline.Keywords:undergroundmetalpipeline;detection;trend;depth.

TOC\o"1-3"\h\u23488摘要 210452第一章緒論 5310741.1研究背景及意義 5261891.2地下金屬管線探測的發(fā)展現(xiàn)狀 5127941.3國內(nèi)外地下金屬管線探測器對比 619735第二章地下金屬管線探測現(xiàn)有的方法 784512.1、地下管線探測的技術(shù)前提 757322.2探測方法 702.3地下管線探測的工作原則 820064第三章方案選擇與設(shè)備選型 10185233.1方案選擇 10222823.2設(shè)備選型 10290003.2.1性能介紹 10233233.3.2開發(fā)方法 114526第四章方案設(shè)計(jì) 12309104.1定位與定深 12118764.1.1定位 12274914.1.2定深的基本方法 12325774.1.3定位定深應(yīng)注意的問題 13299554.2發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì) 1325194.2.1技術(shù)方案 1426884.2.2方案說明 1799304.3接收機(jī)設(shè)計(jì) 1892254.3.1整體方案設(shè)計(jì) 18284554.3.2功能模塊設(shè)計(jì) 19229584.3.3軟件設(shè)計(jì) 20146294.4管線探測實(shí)現(xiàn) 2130089結(jié)論 2218483致謝 2312320參考文獻(xiàn) 2412872附錄 26

第一章緒論1.1研究背景及意義地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，它擔(dān)負(fù)著傳輸信息、輸出能量及排放廢液等工作，其分布狀況是城市規(guī)劃的重要基礎(chǔ)信息。隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展，地下管線己由單一、簡單的形式，發(fā)展到包括給排水、電力、電信、燃?xì)?、熱力、工業(yè)等多類別布局復(fù)雜的管線網(wǎng)，加強(qiáng)地下空間規(guī)劃管理己顯得越來越重要。但由于歷史及現(xiàn)實(shí)的原因，我國許多城市地下管線分布不清，其混亂狀況給施工建設(shè)帶來了瓶頸效應(yīng)，造成生命財(cái)產(chǎn)的損失和不良的政治影響。因此，全面系統(tǒng)地勘察和測繪地下管網(wǎng)的分布，建立城市和廠礦企業(yè)地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，對城市的政策運(yùn)營及改造擴(kuò)建都有十分重要的意義。1.2地下金屬管線探測的發(fā)展現(xiàn)狀地下管線探測技術(shù)在我國已經(jīng)發(fā)展了整整十五年了。到目前為止，地下管線探測的核心技術(shù)仍然以電磁法探測為主。這主要是由于兩個(gè)方面的原因：一方面是我國早期地下管線除排水外絕大多數(shù)是金屬材質(zhì)的；另一方面是由于電磁法探測原理最好地適應(yīng)了當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展條件，較其它種種方法率先實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用儀器的輕便化、探測結(jié)果的靈敏化和精確化、以及設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)化，從而使得效率高、經(jīng)濟(jì)性好的探測服務(wù)行業(yè)得以生存和發(fā)展。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，新材料技術(shù)迅猛發(fā)展，在供水管道發(fā)面，除了傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、石棉水泥管以外，玻璃鋼管以及如PVC管、PE管、PP-R管等高分子聚合物管材紛紛大行其道，目前大有勢不可擋的勢頭。在地下管線探測中，地下非金屬管線探測這一軟肋越來越成為制約整個(gè)行業(yè)發(fā)展的瓶頸。發(fā)展地下非金屬管道探測技術(shù)、并使其探測儀器靈敏精確、輕便高效和價(jià)格合理化，已經(jīng)成為迫待解決的技術(shù)問題以及整個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向。由于地質(zhì)雷達(dá)法不僅可以準(zhǔn)確確定地下非金屬管道的平面位置，而且可以測定埋深，甚至還可以確定其規(guī)格大小，具有精度高、功能全的優(yōu)勢，今后只要提高其在數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和顯示速度方面、儀器輕便化方面、以及降低制造成本方面等三個(gè)重要環(huán)節(jié)取得突破，地質(zhì)雷達(dá)法將是解決地下非金屬管道探測問題的最佳選擇。此外，由于聲波法只需要開發(fā)出一種可以簡單方便地固定在管道附屬設(shè)施上的聲源發(fā)生器，就可以通過地面拾音實(shí)現(xiàn)管道的平面位置探測，因此也是一種十分有吸引力的選擇。由于聲源發(fā)生器單調(diào)變化的指示音可以和持續(xù)的漏水噪音區(qū)分開來，它還可以在要求精確的漏水聽音中發(fā)揮重要作用。其它如紅外輻射檢測法在查找熱力管道泄漏方面具有特殊優(yōu)勢，因而具有一定的發(fā)展?jié)摿?。此外，另外一個(gè)可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)力的技術(shù)進(jìn)步應(yīng)該是在與探測同步的全球衛(wèi)星定位方面，粗略的估算可以節(jié)約外業(yè)勞動(dòng)力或勞動(dòng)時(shí)間在百分之三十以上。1.3國內(nèi)外地下金屬管線探測器對比從國內(nèi)外地下金屬管線探測儀器的發(fā)展來看:國外儀器起步早、水平高，種類較多，己有較成熟的產(chǎn)品，適用于不同的測量領(lǐng)域。知名品牌有英國RAD工0DETECT工ON公司的雷迪系列(RS400/600/4000)、美國CHARLESMACH工NE公司的Subsite系列(Subsite300/950/970),Metrotech系列(Metrotech810/850)、德國豎威系列等。比較而言，國內(nèi)儀器起步較晚，種類較少，市面上的產(chǎn)品主要有西安華傲公司的GXY-2000型地下金屬管線探測儀、BK-6A型地下金屬管線探測儀、DGC-3A型地下金屬管線探測儀等。另外機(jī)械電子工業(yè)部第50研究所、北京郵電學(xué)校實(shí)驗(yàn)工廠和吉林大學(xué)(原長春地質(zhì)學(xué)院)等教學(xué)科研單位也研制了一些探測儀器。但這些儀器或者發(fā)射頻率單一，或者發(fā)射功率較小，或者接收模式固定，適用條件苛刻，使用不夠靈活。總之，國內(nèi)地下金屬管線探測類儀器的整體性能仍不高，雖有部分儀器的某些指標(biāo)可以達(dá)到世界先進(jìn)水平，但行業(yè)的整體發(fā)展仍遠(yuǎn)落后于國外同行。然而國外儀器巨大的購置金額和維護(hù)代價(jià)也給使用單位帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在這種背景下，我們開始研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)、工作頻率和功率可選、接收線圈具有多種組合方式的新型地下金屬管線探測儀，以期解決此類儀器的性價(jià)矛盾，緩解國外儀器大量占領(lǐng)國內(nèi)市場的不良現(xiàn)狀。

第二章地下金屬管線探測現(xiàn)有的方法2.1、地下管線探測的技術(shù)前提地下管線可以被探測到是由于它與其周圍土壤介質(zhì)之間存在有明顯的物性差異。一切地下管線與其周圍介質(zhì)之間最明顯的物性差異就是其空間上的線性延續(xù)特征。地下管線在空間上的線性延續(xù)特征是幾乎所有探測方法能夠區(qū)分地下管線和其它介質(zhì)的最基本的物性前提。也就是說，我們只有在追蹤信號具有明確的線性延續(xù)特征時(shí)，才能說它有可能是一個(gè)地下管線信號。不同的探測方法可以依據(jù)不同的物性差異方面對這個(gè)線性特征加以檢測。比如：地下金屬管道的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù)等與大地土壤之間存在著較大的差異，于是我們可以應(yīng)用電磁法針對其線性特征進(jìn)行探測；地下管線的波阻抗與其周圍大地土壤之間存在著較大的差異，而且管線頂部一般具有弧形的空間形態(tài)，于是我們可以應(yīng)用電磁波的折射和反射原理來對其進(jìn)行探測。我們還可以利用地下非金屬管道的中空結(jié)構(gòu)，應(yīng)用電磁示蹤法對其進(jìn)行探測等等。物性差異是探測可以實(shí)現(xiàn)的前提，但是要獲得明顯的探測成果還取決于差異的強(qiáng)度與技術(shù)手段之間的適應(yīng)程度、以及人們對成果期望值的水平。地下管線按其物理性質(zhì)大致可分為三類:1、由鑄鐵、鋼材質(zhì)組成的金屬管道(上水、煤氣、熱力、工業(yè)管道等)2、由銅、鋁材質(zhì)組成的電纜(動(dòng)力、通訊、有線電視電纜等)。3、由水泥、陶瓷和塑料材質(zhì)組成的非金屬管道(下水、工業(yè)管道、上水等)。2.2探測方法在工程實(shí)際中發(fā)展起來的物探方法主要有:電法探測、磁法探測、地震波法探測等。其中尤以電法探測中的電磁法適用范圍最廣，發(fā)展也最成熟。目前國內(nèi)外地下金屬管線探測儀絕大部分是基于電磁法工作。其他較為常用的和較為有發(fā)展前景的探測方法包括電磁波（地質(zhì)雷達(dá)）法、磁梯度法、釬探法、綜合分析法、聲波法、紅外輻射法等等。1、電磁法是探查地下管線的主要方法，是以地下管線與周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異為主要物性基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測和研究電磁場空間與時(shí)間分布規(guī)律，從而達(dá)到尋找地下金屬管線或解決其它地質(zhì)問題的目的。電磁法是探查地下管線的主要方法，是以地下管線與周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異為主要物性基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測和研究電磁場空間與時(shí)間分布規(guī)律，從而達(dá)到尋找地下金屬管線或解決其它地質(zhì)問題的目的。

電磁法可分為頻率域電磁法和時(shí)間域電磁法，前者是利用多種頻率的諧變電磁場，后者是利用不同形式的周期性脈沖電磁場，由于這兩種方法產(chǎn)生異常的原理均遵循電磁感應(yīng)規(guī)律，故基礎(chǔ)理論和工作方法基本相同。在目前地下管線探測中主要以頻率域電磁法為主，以下主要介紹頻率域電磁法。

工作原理：各種金屬管道或電纜與其周圍的介質(zhì)在導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率、介電常數(shù)有較明顯的差異，這為用電磁法探測地下管線提供了有利的地球物理前提。由電磁學(xué)知識可知無限長載流導(dǎo)體在其周圍空間存在磁場，而且這磁場在一定空間范圍內(nèi)可被探測到，因此如果能使地下管線帶上電流，并且把它理想化為一無限長載流導(dǎo)線，便可以間接地測定地下管線的空間狀態(tài)。在探查工作中通過發(fā)射裝置對金屬管道或電纜施加一次交變場源，對其激發(fā)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，在周圍產(chǎn)生二次磁場，通過接收裝置在地面測定二次磁場及其空間分布，然后根據(jù)這種磁場的分布特征來判斷地下管線所在位置(水平、垂直)。工作原理示意圖2、電磁波（地質(zhì)雷達(dá)）法：將寬頻帶高頻短脈沖電磁波通過發(fā)射天線向地下發(fā)射，由于地下不同的介質(zhì)往往具有不同的物理特性（介電性、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性等等差異），其對電磁波具有不同的波阻抗，進(jìn)入地下的電磁波在穿過地下各地層或某一目標(biāo)體時(shí)，由于界面兩側(cè)的波阻抗不同，電磁波在介質(zhì)的界面上會發(fā)生反射和折射，反射回地面的電磁波脈沖，其傳播路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨著所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，因此，從接收到的雷達(dá)反射回波走時(shí)、幅度及波形資料可以推斷地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。用地質(zhì)雷達(dá)探測地下管線應(yīng)用的是電磁波的反射和折射原理，適用于地下金屬和非金屬管道及電纜的探測。它不僅可以探測位置和埋深，甚至可以探測地下管線的規(guī)格。我個(gè)人認(rèn)為由于可以廣泛適用于地下金屬和非金屬管道的探測，地質(zhì)雷達(dá)法是目前最需要通過技術(shù)提升以適應(yīng)未來廣泛的地下非金屬管線探測的技術(shù)方法。3、磁梯度法：通過測量單位距離內(nèi)地磁場強(qiáng)度的變化，可以發(fā)現(xiàn)近地表的金屬物體。主要用于探測被掩埋的金屬井蓋，缺點(diǎn)是易磁性體干擾。4、釬探法：沿管道可能的走向上垂直布設(shè)釬探點(diǎn)，在各個(gè)釬探點(diǎn)上先用沖擊鉆鉆透堅(jiān)硬路面，再將鋼釬逐漸打下，直到超過管道可能的深度再換下一點(diǎn)重新開始，一直到打到管道為止。釬探需要避開地下電纜和其它地下重要設(shè)施，具有一定的危險(xiǎn)性和破壞性，要求具有釬探經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員現(xiàn)場指揮操作。當(dāng)其它方法均不奏效時(shí)，釬探法往往是最后的選項(xiàng)。它也被事實(shí)證明是一種非常有效的探測方法，對解決難點(diǎn)幫助巨大。2.3地下管線探測的工作原則工作原則是由技術(shù)特點(diǎn)所決定的。進(jìn)行地下管線探測，應(yīng)該遵循以下四項(xiàng)基本原則：1、從已知到未知，從未知到已知；2、從簡單到復(fù)雜；3、優(yōu)先選擇簡單、快速、有效的方法；4、通過方法試驗(yàn)及信息綜合來解決探測疑難點(diǎn)。從已知到未知，從未知到已知：由于探測信號為我們提供的是地下管線位置的間接證據(jù)，它需要和直接證據(jù)發(fā)生明確的因果關(guān)系才能夠作為判斷的依據(jù)來使用，這就需要我們從已知出發(fā)、根據(jù)已知和未知的關(guān)系對未知做出判斷。而當(dāng)我們得到一個(gè)探測信號的時(shí)候，也需要追索到已知來判斷它所代表的具體情況。從簡單到復(fù)雜：從復(fù)雜開始的探測往往交織著技術(shù)本身固有的局限性和模糊性以及探測信號的復(fù)雜性，常常會使探測變得了無頭緒。而從簡單開始的探測則降低了模糊性和復(fù)雜性的干擾，使推理判斷變得簡單易行，同時(shí)也提高了判斷的準(zhǔn)確性。隨著探測由簡單向復(fù)雜的深入，復(fù)雜的問題也就迎刃而解了。優(yōu)先選擇簡單、快速、有效的方法：這是由技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)所決定的。因?yàn)椴痪邆浣?jīng)濟(jì)性的工作是無法長久持續(xù)下去的。通過方法試驗(yàn)及信息綜合來解決探測疑難點(diǎn)：這是由技術(shù)的局限性和模糊性特點(diǎn)所決定的。由于地下管線探測方法往往都或多或少帶有局限性，探測的過程又帶有一定的模糊性，而探測疑難點(diǎn)往往或者具有信息復(fù)雜的特點(diǎn)、或者具有信息缺失的特點(diǎn)，多種情況的交織往往使得我們無法直接準(zhǔn)確判斷應(yīng)該采用那種方法最為有效。在這種情況下，進(jìn)行各種各樣的現(xiàn)場方法試驗(yàn)和信息綜合就成了我們無奈之下的理想選擇。實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)證明，通過現(xiàn)場方法試驗(yàn)和信息綜合方法解決疑難點(diǎn)的原則是行之有效的。

第三章方案選擇與設(shè)備選型3.1方案選擇對比各種方案，本設(shè)計(jì)決定選用電磁法來進(jìn)行探測設(shè)計(jì)，因?yàn)榇朔òl(fā)展較為成熟，有很多實(shí)例可以借鑒。另外電磁法中使用的設(shè)備較為容易獲取且價(jià)格便宜，可以降低成本。3.2設(shè)備選型SPCE061A是繼μ’nSP?（MicrocontrollerandSignalProcessor）系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽點(diǎn)擊此處添加圖片說明科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。3.2.1性能介紹16位µ’nSP?微處理器；工作電壓(CPU)VDD為2.4~3.6V(I/O)VDDH為2.4~5.5VCPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz；內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32KFLASH；可編程音頻處理；晶體振蕩器;系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2µA@3.6V；2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；32位通用可編程輸入/輸出端口；14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A/B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能；具備串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路ICE（In-CircuitEmulator）接口；具有保密能力；具有WatchDog功能。3.3.2開發(fā)方法SPCE061A的開發(fā)是通過在線調(diào)試器PROBE實(shí)現(xiàn)的。它既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具——硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫器。它利用了SPCE061A片內(nèi)置的在線仿真電路ICE（In-CircuitEmulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。PROBE工作于凌陽IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其5芯的仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板上SPCE061A相應(yīng)管腳，直接在目標(biāo)電路板上的CPUSPCE061A調(diào)試、運(yùn)行用戶編制的程序。PROBE的另一頭是標(biāo)準(zhǔn)25針打印機(jī)接口，直接連接到計(jì)算機(jī)打印口與上位機(jī)通訊，在計(jì)算機(jī)IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能。

第四章方案設(shè)計(jì)4.1定位與定深4.1.1定位峰值法（極大值法）在垂直管線走向的方向上，用垂直線圈接收二次場水平分量，該分量極大值點(diǎn)出對應(yīng)的管線的平面投影位置。谷值法（極小值法）在垂直管線走向的方向上，用水平線圈接收二次場水平分量，該分量極小值點(diǎn)出對應(yīng)的管線的平面投影位置。圖2.17峰值法示意圖圖2.18谷值法示意圖4.1.2定深的基本方法1、三種定深方法(1)極大值法用水平線圈接收二次場的垂直分量，使用極小值法定位后，保持接收線圈狀態(tài)不變，沿垂直管線方向移動(dòng)，尋找極大值點(diǎn)位置，該極小值點(diǎn)和極大值點(diǎn)之間的距離即為地下金屬管線的中心埋深。見圖2.180(2)半極值(50%)法用垂直線圈接收二次場的水平分量，在管線正上方得到極大值。然后沿垂直管線方向向兩側(cè)移動(dòng)，讀數(shù)減小到50%極大值的兩點(diǎn)間距離為管線埋深的2倍。(3)梯度法利用上下兩垂直線圈分別接收二次場的水平分量，并在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，經(jīng)數(shù)據(jù)采樣和處理，求得管線埋深。見圖2.19。設(shè)上下兩垂直線圈相距為D，在地下管線正上方，即x=0處測定兩者的感應(yīng)電動(dòng)勢、，利用深度計(jì)算公式可直讀埋深:圖2.19梯度法示意圖4.1.3定位定深應(yīng)注意的問題1、在管線復(fù)雜地段應(yīng)采用多種激發(fā)方式施加信號對比驗(yàn)證。定位時(shí)，可采用極大值法定位，用零值法加以驗(yàn)證。2、定位時(shí)應(yīng)觀察測點(diǎn)兩側(cè)信號是否對稱，只有信號對稱時(shí)，才能定位準(zhǔn)確，必要時(shí)應(yīng)做剖面測量。3、定位時(shí)應(yīng)注意儀器的轉(zhuǎn)向差，當(dāng)轉(zhuǎn)向差較大時(shí)，應(yīng)調(diào)整信號的施加點(diǎn)，消除轉(zhuǎn)向差影響，減少定位誤差。4、定深應(yīng)于精確定位之后進(jìn)行，管線各變化方向均應(yīng)測定埋深，測深點(diǎn)的位置應(yīng)選擇在距特征點(diǎn)至少1m外的直線段上，不可在特征點(diǎn)處定深(直線點(diǎn)除外)。5、應(yīng)盡可能在沒有干擾或干擾較小的地段進(jìn)行測深。如無法避開干擾，須采用消除干擾的有效方法。6、在復(fù)雜地段或存在明顯干擾時(shí)，應(yīng)采用特征點(diǎn)法測深，而不宜采用直讀法測深：管線埋深較大、傳導(dǎo)信號不好時(shí)，應(yīng)采用特征點(diǎn)法測深。7、采用特征點(diǎn)法測深，應(yīng)觀察測點(diǎn)兩側(cè)信號是否對稱，正常情況下測點(diǎn)兩側(cè)信號應(yīng)基本對稱，當(dāng)存在旁側(cè)干擾時(shí)，出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)分析原因，用影響小的半邊異常定深，并采用其他方法驗(yàn)證。4.2發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為一種發(fā)射信號的頻率可變，發(fā)射功率八級可調(diào)且最大發(fā)射功率大于10W的地下金屬管線探測儀發(fā)射機(jī)。4.2.1技術(shù)方案穩(wěn)壓電路2的3腳與單片機(jī)4的電源端相連，單片機(jī)4產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)IOB9與功率放大電路5的信號輸入端相連，且單片機(jī)4的IOA0-3與頻率選擇電路6的開關(guān)的一端相連，頻率選擇電路6的開關(guān)的另一端與穩(wěn)壓電路2的3腳相連，IOA8-9與功率控制開關(guān)相連，單片機(jī)4的控制信號經(jīng)IOA12-15與頻率選擇電路6中驅(qū)動(dòng)電路中三極管的基極相連，配諧電容與線圈串聯(lián)諧振電路的一端接功率放大電路5中H橋組件的10腳，另一端與頻率選擇電路6中繼電器的常開端而H橋組件的9腳與單片機(jī)4的一個(gè)中斷輸入口相連，單片機(jī)4的IOA5腳與采樣電壓的輸入腳相連，單片機(jī)的IOB0-7接顯示和報(bào)警電路3中的液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)端口D0-D7，IOB13、14、15分別接液晶顯示模塊的控制端口RS、RW、E。頻率選擇電路6是由三極管驅(qū)動(dòng)電路和繼電器及續(xù)流電路組成的，驅(qū)動(dòng)信號由前面板開關(guān)控制單片機(jī)給出，開關(guān)與單片機(jī)的IOA0-3口連接，來控制單片機(jī)產(chǎn)生的頻率及選通相應(yīng)的繼電器。單片機(jī)編程產(chǎn)生不同頻率且占空比可調(diào)的矩形波作為輸入信號，接到功率放大電路的信號輸入端，經(jīng)功率放大電路進(jìn)行功率放大后，通過繼電器選通相應(yīng)的配諧電容，使該頻率的信號在LC串聯(lián)諧振的情況下以最大效率發(fā)射。有益效果是：多種可選的發(fā)射頻率，可滿足探測不同埋設(shè)環(huán)境下管道的需求。具有過熱和過流保護(hù)功能使儀器系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。具有電源電壓監(jiān)測功能，當(dāng)電源電壓低于一定值時(shí)提示充電。效率高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安全穩(wěn)定，可實(shí)時(shí)顯示發(fā)射信號的頻率和發(fā)射功率的新型地下金屬管線探測儀發(fā)射機(jī)。圖1儀器的電路框圖圖2功率及頻率選擇電路圖圖3功率放大電路圖圖4穩(wěn)壓電路圖圖5開關(guān)與單片機(jī)接口電路圖4.2.2方案說明本設(shè)計(jì)采用+12V電壓輸出的蓄電池1供電，功率放大電路中的LMD18200的6腳與蓄電池的正極相連，4腳與7腳與蓄電池的負(fù)極相連，蓄電池的正、負(fù)極分別連到7805的1、2腳，經(jīng)7805穩(wěn)壓模塊組成的穩(wěn)壓電路2后，由3腳輸出一個(gè)+5V電壓，與單片機(jī)4和顯示及報(bào)警電路3的電源端相連。單片機(jī)4通過編程產(chǎn)生不同頻率且占空比可調(diào)的矩形波作為輸入信號，使輸入信號占空比在1/16到8/16間遞增或遞減，發(fā)射功率八級可調(diào)，該信號通過單片機(jī)4的IOB9腳連到功率放大電路5中功率芯片LMD18200得3腳。同時(shí)單片機(jī)4的IOA12-15腳與頻率選擇電路6的驅(qū)動(dòng)電路中三極管的基極相連，電容和電感串聯(lián)電路的一端與功率放大電路5中功率芯片LMD18200的10腳相連，另一端與頻率選擇電路6中繼電器的常開端相連。前面板的開關(guān)1、2的一端分別與單片機(jī)的IOA8和IOA9腳相連，開關(guān)3、4、5、6的一端分別與單片機(jī)4的IOA0-3腳相連，它們的另一端與穩(wěn)壓電路2中7805穩(wěn)壓模塊的3腳相連。頻率選擇電路6中，繼電器的一個(gè)控制端接+12V，另一個(gè)與三極管的集電極相連，續(xù)流電路就由一個(gè)續(xù)流二極管組成，其負(fù)極與繼電器的連接+12V的控制端相連，正極與繼電器的另一個(gè)控制端連接，三極管的基極和地之間接一個(gè)電阻。儀器工作時(shí)，蓄電池1經(jīng)7805穩(wěn)壓模塊輸出一個(gè)+5V電壓輸出，用以給單片機(jī)4和顯示報(bào)警電路3供電。單片機(jī)4經(jīng)編程產(chǎn)生4種頻率且占空比可從1/16到8/16步進(jìn)可調(diào)的矩形波，該信號連接到功率放大電路5中H橋組件LMD18200的3腳，且經(jīng)前面板的開關(guān)1、2控制該矩形波的占空比，從而控制地下金屬管線探測儀發(fā)射機(jī)的發(fā)射的功率。單片機(jī)4的IOA12-15與頻率選擇電路6中三極管8050的基極端，三極管8050以共射極方式連接組成頻率選擇電路6中繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，繼電器的常閉端與配諧電容與線圈串聯(lián)電路中配諧電容的一端相連。開關(guān)3、4、5、6與單片機(jī)4的IOA3-IOA0相連。工作時(shí)，按下開關(guān)3、4、5、6的任意一個(gè)，則單片機(jī)4中IOA0-3四個(gè)腳中與按下的那個(gè)開關(guān)相對應(yīng)的管腳輸出一個(gè)高電平，使頻率選擇電路6中對應(yīng)的繼電器導(dǎo)通，使配諧電容與線圈串聯(lián)電路7中對應(yīng)的配諧電容和線圈組成串聯(lián)電路，同時(shí)使單片機(jī)4的IOB9腳輸出相應(yīng)頻率的信號到功率放大電路5中LMD18200的3腳，從而使諧電容和線圈組成串聯(lián)電路在該頻率下諧振，使地下金屬管線探測儀發(fā)射機(jī)在諧振狀態(tài)下發(fā)射。當(dāng)繼電器在關(guān)斷地過程中產(chǎn)生大電流，則并聯(lián)在繼電器兩端的續(xù)流二極管會和繼電器里面的線圈構(gòu)成回路，保護(hù)繼電器不被燒壞。功率放大電路5中，功率放大芯片LMD18200的3腳為單片機(jī)4產(chǎn)生的PWM信號的輸入端，LMD18200的5、6腳接蓄電池1的+12V端，1、2腳和11、12腳間接外部10nF自舉電容，可提供上升時(shí)間達(dá)100ns的驅(qū)動(dòng)電壓，從而保證開關(guān)頻率達(dá)到500KHZ。9腳為溫度報(bào)警標(biāo)志端接到系統(tǒng)控制器的中斷輸入，當(dāng)系統(tǒng)溫度過熱時(shí)，由系統(tǒng)控制器在接收到中斷信號后將系統(tǒng)關(guān)斷。當(dāng)工作時(shí)，發(fā)生短路故障時(shí)，限流保護(hù)電路檢測器件中的浪涌電流，該電流接近10A時(shí)，迅速關(guān)斷功率器件，器件關(guān)斷后，保護(hù)電路周期性的重新試圖開通功率器件，一旦外界短路故障消失，器件就能夠恢復(fù)正常運(yùn)行。由液晶顯示發(fā)射信號的頻率和發(fā)射功率。單片機(jī)的IOA11接低電壓指示燈，當(dāng)工作時(shí)電壓低于工作電壓的最低值，該指示燈會亮，提示用戶對本儀器充電。本設(shè)計(jì)中，使用凌陽SPCE061A單片機(jī)做為主控制器，其IOB0-7接顯示和報(bào)警電路3中的1602液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)端口D0-D7，IOB13、14、15分別接1602液晶顯示模塊的控制端口RS、RW、E。RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。4.3接收機(jī)設(shè)計(jì)4.3.1整體方案設(shè)計(jì)考慮到儀器的智能化、便攜性，與低成本、低功耗要求，選用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心；使用高性能的集成芯片對模擬信號進(jìn)行調(diào)理；設(shè)置2×4鍵盤方便人機(jī)對話；選用低功耗型液晶模塊1602作為顯示器件。接收機(jī)的原理框圖如圖2。圖2接收機(jī)的原理框圖4.3.2功能模塊設(shè)計(jì)1傳感器模塊采用高磁導(dǎo)率的非晶合金作為接收線圈磁芯材料，極大地提高了接收靈敏度[9]；采用傳統(tǒng)的配諧電容技術(shù)，形成LC選頻電路，提取有用信號,其中心頻率為,其中L為線圈的電感，C為線圈兩端的電容。由于線圈本身的電容可以忽略，故C的大小可以約等于配諧電容大小。當(dāng)接收機(jī)工作在不同頻率時(shí)，通過繼電器切換配諧電容。為使傳感器能夠配合不同的定位、定深方法，即能夠工作在單線圈、雙線圈、水平線圈和垂直線圈等幾種單一或組合方式，將傳感器設(shè)計(jì)為三個(gè)獨(dú)立線圈組成的“工”字形線圈組，單片機(jī)控制繼電器在不同的線圈組合間進(jìn)行切換。2模擬信號調(diào)理模塊（1）前置放大部分采用低噪聲儀用放大器AD620，放大經(jīng)過LC選頻后的信號，增益為20dB。經(jīng)前置放大后的信號中仍不可避免地存在干擾信號。為進(jìn)一步濾除干擾，在后級級聯(lián)二階壓控電壓源高通濾波電路和二階壓控電壓源低通濾波電路，實(shí)現(xiàn)帶通濾波的效果[10]。其下限截止頻率為2.4kHz，上限截止頻率為26.2kHz，保證了頻帶在6.51kHz～11.82kHz間的有用信號能夠通過。（2）程控放大部分為在整個(gè)測量范圍內(nèi)獲得合適的分辨率，增大系統(tǒng)的測量范圍，系統(tǒng)采用程控放大器對信號進(jìn)行進(jìn)一步放大處理。器件選用低噪聲壓控放大器AD603和12位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLV5618，利用后者的輸出電壓控制前者的增益。該部分的增益為0dB——40dB。（3）選頻濾波部分為了進(jìn)一步濾除干擾，提取有用頻率信號，設(shè)計(jì)了開關(guān)選頻濾波部分[11]。與RC濾波器相比較，易于控制，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉；與數(shù)字濾波器比較，具有處理速度快，整體結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。集成開關(guān)濾波器MF10作為這部分的核心。開關(guān)電容濾波器MF10工作在模式1，連接成四階帶通濾波器形式，實(shí)現(xiàn)高Q值的帶通濾波。該模式下濾波器的中心頻率僅由外部時(shí)鐘頻率決定。為保證外部時(shí)鐘源的穩(wěn)定，采用DDFS芯片AD9850提供外部時(shí)鐘信號。（4）真有效值轉(zhuǎn)換部分選頻濾波后的信號為交流信號，為便于單片機(jī)采樣處理，需將此交流信號轉(zhuǎn)換成反映其有效值大小的直流信號。本機(jī)選用真有效值轉(zhuǎn)換芯片