專利名稱：地埋鐵磁性管道檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對地埋鐵磁性管道的檢測方法及裝置，尤其涉及一種利用磁檢測方法對地下管線進行檢測和定位的方法及設備。
現代城市地下管線縱橫交錯，每次施工建造新的建筑或當地下管線發生故障需要進行維修時，都必須小心翼翼地確定和尋找它們的準確位置。由于不同的管線歸不同的系統、不同的部門管理，多次施工造成地面標志缺失或移位、年代久遠而造成施工管線原圖紙丟失等因素將給地下管線定位增加難度，影響了工程效率。
中國專利(專利號94191050.4)公開了一種“埋藏管路定位裝置”，該專利產品采用兩個平行放置的感應線圈作傳感器，兩線圈探測信號經移相后進行比較，比較信號再經過放大、濾波后顯示信號波形并判斷有無地埋電纜。但該裝置存在缺點，即只能發現通有交流電的電纜。
本發明的目的是通過如下技術方案實現一種地埋鐵磁性管道檢測方法，其特征是該方法包括如下步驟(1)利用兩個磁敏感方向相同的磁傳感器，分別在平行于地表面的兩個平面內進行對應的采點測量，所述第一測量平面距地表面1～1000mm，第二測量平面與第一平面相距100～500mm，分別得到該測量面上不同測點的兩組對應的磁場強度信號；(2)將兩組磁場強度信號經過放大、差動放大，將各點的磁場強度差值信號經梳狀濾波和A/D轉換后，送入單片機；(3)以單片機為控制器，通過儲存在EPROM中的軟件控制程序順序完成下列操作初始化各控制寄存器及端口、延時、對傳感器復位，復位完畢后啟動A/D轉換、采樣結束后傳感器置位，采樣數據可儲存在SRAM中，分析采樣數據并顯示測量信號的分布情況，從而判斷出地下有無鐵磁性管道。
本發明還提供了一種實施如上述方法的地埋鐵磁性管道檢測儀，該檢測儀包括由兩個距檢測面不同高度的磁傳感器組成的磁探頭，差動放大電路，梳狀濾波和A/D轉換模塊，單片機，與該單片機相連的EPROM、SRAM、功能按鍵、液晶顯示屏以及預先儲存在EPROM內的軟件處理程序；磁傳感器的輸出端經差動放大電路與梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸入端相連，梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸出端與單片機的輸入端連接，單片機控制端與梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸入端相連。
本發明所述的兩個磁傳感器安裝的高度差為100mm～500mm。所述的磁傳感器采用磁阻器件。
本發明還包括兩個前置放大電路和磁阻器件置/復位電路，所述兩個前置放大電路的輸入端分別與兩個磁阻器件連接，其輸出端與差動放大電路的輸入端連接；所述磁阻器件置/復位電路的輸入端與單片機連接，其輸出端分別與磁阻器件連接。
本發明不僅能發現地下通有交流電的電纜，而且能發現地下一定深度范圍內是否埋有鋼管等地下管線，在檢測過程中無需外加激勵電磁場，不需要對被測地表面做任何預處理，儀器的磁探頭幾乎可以任意變換角度和提離值(傳感器與地面之間的距離)，都不會影響到檢測的結果。檢測提離值最大可達1000mm，且檢測速度快、能夠直觀顯示測量信號的分布情況，進而得出地下有無管道及管道準確定位。能發現埋在地下深度小于3米、直徑大于100mm的鋼管；并且能檢測到埋在地下深度小于1米、直徑大于10mm的鋼管；能檢測出埋在地下深度小于5米、通有1A直流電的電纜。
圖2表示由兩個布置在不同高度的磁阻器件組成的磁探頭實施例的結構示意圖。
圖3是本發明實施例總體結構原理框圖。
圖4是本發明實施例軟件程序框圖。
圖5是本發明實施例電路原理圖。
下面結合附圖及實施例進一步說明本發明的具體結構及實施方式。


圖1是本發明檢測方法的原理示意圖。1為地表至地下一定深度的斷面圖，2是磁場強度地第一檢測面，3是第二檢測面，用于補償地磁場和環境電磁干擾用磁場強度檢測面，兩個檢測面提離值分別為h、H，4是地埋管道。
利用兩個磁敏感方向相同的磁傳感器，分別在平行于地表面的兩個平面內進行對應的采點測量，所述第一測量平面2距地表面h＝1～1000mm，第二測量平面3與第一平面相距100～500mm，分別得到該測量面上不同測點的兩組對應的磁場強度信號。
圖2為磁探頭7的一個具體實施例，它由封裝在距檢測面不同高度，且垂直對應的兩個磁敏感方向相同磁阻器件6組成；還可采用磁通門或超導量子干涉器件作為磁敏感元件。
圖3是本發明實施例的總體結構框圖，由兩個磁阻器件6、兩個放大電路8、差動放大電路9、梳狀濾波和A/D轉換模塊10、單片機11、磁阻置/復位電路12、EPROM13、SRAM14和液晶顯示15及功能按鍵16組成。磁探頭7中兩磁阻器件6的測磁信號經過放大電路8、差動放大電路9、濾波和A/D轉換模塊10后達到單片機，并顯示在液晶屏上。軟件處理程序存儲在EPROM13中，SRAM14存儲檢測數據，單片機控制磁阻置/復位電路12向磁阻6發送置/復位信號，并控制濾波和A/D轉換模塊10的數據轉換和采集。
圖4是本發明實施例軟件程序流程框圖。儀器采用菜單操作模式，當用方向鍵選擇“檢測”菜單時，即順序完成下列操作初始化各控制寄存器及端口、延時、對傳感器復位、復位完畢后啟動A/D轉換、采樣結束后傳感器置位、顯示采樣數據并分析數據，然后判斷是否按下退出鍵，如果按下了退出鍵，則退出程序，否則，繼續對傳感器復位并執行其后的步驟；當用方向鍵選擇“檢測結果回放”菜單時，將要求選擇文件名，從文件讀數并分析數據，同時，檢測鍵盤輸入情況，當檢測到按下退出鍵時，將停止從文件繼續讀數，并等待按鍵指令；當用方向鍵選擇“參數設置”菜單時，將根據按鍵操作完成參數設置。
圖5是實施例電路原理圖。包括磁敏感元件I，信號處理電路II，單片機系統III，磁阻器件置復位電路IV四個部分組成，圖中用虛線框分開。其核心部件為AT89C51單片機，其指令系統與51系列完全兼容，內部有2K字節程序存儲器。各電路的組成及工作原理分別詳細說明如下磁阻器件(磁敏元件)I采用Honeywell公司的磁阻器件HMC1001。
信號處理電路II由放大電路芯片AMP04、差動放大電路AD620、具有梳狀陷波功能和A/D轉換的信號處理電路CS5509組成。R1和R2分別調節兩個AMP04的放大倍數；R10調整AD620的放大倍數；Y1、C3、C4為CS5509提供32.768KHz頻率的時鐘，可實現輸出速率為20字/秒的串行通訊，CS5509提供16位的A/D轉換，由第15管腳串行輸出，單片機的T0、T1口控制CS5509的A/D轉換。圖中磁敏元件I由兩個磁阻器件構成差動磁探頭，相應的信號處理電路II采用差動放大的方式將兩個磁阻器件的信號進行處理。
單片機系統III，由AT89C51單片機U8、外圍擴展ROM和RAM、液晶顯示單元接口A2、鍵盤S1～S6組成。AT89C51的P1.1口線提供磁阻元件的原始置復位信號，P1.2口線用來接收磁阻器件經差動放大和A/D轉換后的信號；P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、INT0、INT1用于連接鍵盤，儀器按需要定義了6個鍵盤功能鍵數據采集、↑、↓、WAKE/EXIT、閾值調整、波形顯示；P0口用于低8位地址和數據復用口，P2.0～P2.5為高6位地址，P2.6、P2.7口線用于片選，分別用作選通SRAM和LCD。為實現相應的數據存儲和信號處理功能，需外擴數據存儲區，根據儀器的功能要求，外擴32K字節的SRAM，由62256實現，并且，外擴16K字節的EPROM作程序存儲器，由27128實現。
根據功能要求，儀器的顯示部分需動態顯示采集的數據波形和一些基本的信號說明字符。選用單色點陣液晶，點陣數為128*64。液晶部分采用的是市場上通用的液晶顯示模塊，包括液晶顯示屏和顯示驅動電路，無需再自行開發其顯示驅動電路，可簡化開發難度。模塊的輸入部分與MCU相應的I/O口相接，便可直接驅動液晶顯示。
磁阻器件置復位電路IV，選用IRF7105和電壓變換芯片MAX662A組成。MAX662A及電容C15、C16將5V電源電壓變為12V直流電壓，以滿足IRF7105的電源要求。IRF7105以及外圍電路可以根據單片機P1.1口線的控制信號向磁阻元件提供4A的置復位脈沖電流。在每次測量后IRF7105對磁阻器件置/復位，從而顯著提高了測磁靈敏度。
權利要求
1.一種地埋鐵磁性管道檢測方法，其特征是該方法包括如下步驟(1)用兩個磁敏感方向相同的磁傳感器，分別在平行于地表面的兩個平面內進行對應的采點測量，所述第一測量平面距地表面1～1000mm，第二測量平面與第一平面相距100～500mm，分別得到該測量面上不同測點的兩組對應的磁場強度信號；(2)將兩組磁場強度信號經過放大、差動放大，將各點的磁場強度差值信號經梳狀濾波和A/D轉換后，送入單片機；(3)以單片機為控制器，通過儲存在EPROM中的軟件控制程序順序完成下列操作初始化各控制寄存器及端口、延時、對傳感器復位，復位完畢后啟動A/D轉換、采樣結束后傳感器置位，采樣數據儲存于SRAM中，分析采樣數據并顯示測量信號的分布情況，從而判斷出地下有無鐵磁性管道。
2.實施如權利要求1所述檢測方法的一種地埋鐵磁性管道檢測儀，其特征在于該檢測儀包括由兩個距檢測面不同高度的磁傳感器組成的磁探頭，差動放大電路，梳狀濾波和A/D轉換模塊，單片機，與該單片機相連的EPROM、SRAM、功能按鍵、液晶顯示屏以及預先儲存在EPROM內的軟件處理程序；磁傳感器的輸出端經差動放大電路與梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸入端相連，梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸出端與單片機連接，單片機控制端與梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸入端相連。
3.按照權利要求2所述的地磁埋管檢測儀，其特征在于所述的兩個磁傳感器安裝的高度差為100mm～500mm。
4.按照權利要求2所述的地磁埋管檢測儀，其特征在于所述的磁傳感器采用磁阻器件。
5.按照權利要求4所述的地磁埋管檢測儀，其特征在于該檢測儀還包括兩個前置放大電路和磁阻器件置/復位電路，所述兩個前置放大電路的輸入端分別與兩個磁阻器件連接，其輸出端與差動放大電路的輸入端連接；所述磁阻器件置/復位電路的輸入端與單片機連接，其輸出端分別與兩個磁阻器件連接。
6.按照權利要求2、3、4或5所述的地磁埋管檢測儀，其特征在于所述的磁傳感器采用HMC1001磁阻器件，差動放大電路采用AD620，具有梳狀陷波功能和A/D轉換模塊采用CS5509芯片，所述的單片機采用AT89C51，所述的磁阻器件置/復位電路由IRF7105和電壓變換芯片MAX662A組成。
全文摘要
地埋鐵磁性管道檢測方法及裝置,涉及一種利用磁檢測方法對地下管線進行檢測和定位的方法及設備。該裝置采用磁傳感器作為磁敏感元件,以單片機為控制器,主要包括差動放大電路,梳狀濾波和A/D轉換模塊及預先儲存在EPROM內的軟件處理程序。測磁信號經過差動放大電路、濾波和A/D轉換模塊后經單片機進行處理,并顯示在液晶屏上。本發明不僅能發現地下通有交流電的電纜,而且能發現地下一定深度范圍內是否埋有鋼管等地下管線,在檢測中無需外加激勵電磁場,不需要對被測地表面做任何預處理,儀器的磁探頭幾乎可以任意變換角度和提離值,都不會影響到檢測的結果。檢測提離值可達1000mm,且檢測速度快、能直觀顯示測量信號的分布情況。
文檔編號G01V3/08GK1389744SQ0212344
公開日2003年1月8日 申請日期2002年6月28日 優先權日2002年6月28日
發明者李路明, 黃松嶺, 施克仁 申請人:清華大學