一种基于PCM的埋地管道检测装置及检测方法与流程

本发明涉及管道检测，特别涉及一种基于pcm的埋地管道检测装置及检测方法。

背景技术：

1、随着我国城市化进程的加快，城市地下工程的建设与发展突飞猛进，天然气管道、污水管道、饮用水管道等遍布城市的每一个角落，这些城市地下管线构成了一个个纵横交错、错综复杂的地下管线网络。城市地下管线作为城市公共安全的重要组成部分，担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废弃物排弃的功能，宛如城市“生命线”保障城市平稳安全运行。准确可靠的掌握和摸清城市地下管线的现状是城市自身经济社会发展的需要，是城市规划建设的需要，是防灾和应付突发性重大事故的需要，对维护城市“生命线”的正常运行、保证城市人民的正常生产生活和社会发展都具有重大的现实意义和深远的历史意义。

2、针对上述现有技术中的问题，本发明旨在提供一种基于pcm的埋地管道检测方法及装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种根据现场检测道的管道磁场信号，快速计算出管道埋深和位置，对目标管道进行快速精准的埋深和定位检测的基于pcm的埋地管道检测装置及检测方法。

2、本发明是通过如下措施实现的：一种基于pcm的埋地管道检测装置，其特征在于，包括接收器，所述接收器包括两个轴线平行且两端对齐设置的水平探头一和水平探头二、竖直探头以及设置在所述水平探头一下方的x轴探头；

3、所述水平探头一、水平探头二和竖直探头呈工字型分布且三者轴线处于同一平面内且所述竖直探头的轴线垂直与两个水平探头的轴线；

4、所述x轴探头的轴线垂直与所述平面。

5、所述水平探头一、水平探头二、竖直探头和x轴探头安装在非铁磁性材质制成的外壳内。一般选用铝合金、木头、塑料等非铁磁性材料。

6、还包括向被检埋地管道发射与所述接收器匹配的交流信号的发射器。发射器一般为大功率恒流源发射器，向管道发射多频的交流信号。

7、还包括用于人机交互、信号处理和存储的上位机；

8、所述上位机与用于显示管道方位和管道深度的显示器连接。

9、还包括与上位机进行数据通信的下位机，所述下位机包括数据拾取模块，用于信号放大滤波的前置放大模块、程控放大模块、信号调理模块，以及用于模数转换的ad转换模块。

10、所有探头的磁芯均为坡莫合金，所有线圈的匝数为1000-2000匝。

11、一种埋地管道检测装置的检测方法，具体步骤为：

12、s1、保持竖直探头垂直于面使接收器旋转360°采集四个线圈传感器所在检测位置点的磁场；

13、s2、依据x轴探头、竖直探头和水平探头一磁场强度确定埋地管道的位置；

14、根据x轴探头的磁场强度确定管道方向，当磁场强度最低点时，x轴探头的方向为管道方向，即为x轴方向；

15、接收器以固定速度往x轴方向的左右两侧移动，即沿y轴方向移动，采集水平探头一和竖直探头所在检测位置点的磁场；依据水平探头一和竖直探头的磁场确定埋地管道的位置。

16、其检测原理为谷值法定位：

17、由于一般情况下，管线长度远大于管线埋深，因而可以忽略管道直径将其视为无限长直导线，另外假设土壤的介质电磁特性分布均匀，设土壤磁导率为μ。设水平地面下有一根埋深为h的无限长管线。用发射器向管道上发射幅值为i的交流电流信号。根据毕奥-萨伐尔定律，可以得知地面任意点p的磁场为

18、

19、其中x为点p距管道中心的水平距离，设点p处水平方向的磁场强度为hx，竖直方向为hz，则：

20、

21、由公式(1-2)可知hx在x＝0时得到最大值，即水平磁场信号在管线正上方时强度最大，随着位置的偏移，信号逐渐减小；hz在x＝0时得到最小值0，即竖直磁场信号在管线正上方最小，理想条件下应该为零。

22、谷值法是根据管道上方磁场强度的垂直分量|hz|的强度变化规律来确定管线位置的。当竖直探头位于管线正上方且与管线垂直时，穿过竖直探头的线圈的磁力线最少，即当竖直探头位于管线的正上方时有极小值，信号最弱点所在位置就是管线所处位置。

23、另外由公式(1-2)可得hx恒大于0，hz在x>0时为正值，在x<0时为负值，水平探头一和竖直探头所在检测位置点的磁场hx和hz，令h＝hx×hz，若h>0，则表示被检管道位于接收器的右下方，本发明自带的显示屏上显示一个向左的箭头；若h<0，则表示被检管道位于仪器的左下方，显示屏上显示一个向右的箭头；当被检管道位于仪器的正下方时，显示屏不显示箭头。

24、s3、在确定管道位置后，接收器在管道正上方即z轴方向移动，采集水平探头一和水平探头二所在位置的磁场；依据水平探头一和水平探头二的磁场确定埋地管道的深度。

25、所述步骤s3具体为：采集水平探头一和水平探头二所在位置的磁场，对磁信号利用数字正交锁相放大算法进行处理，分别与线圈采集到的信号进行相乘，经过低通滤波器，得到同相谐波幅值和正交谐波幅值，再由这两个幅值计算得到线圈采集到的信号的幅值；

26、计算得知水平探头一和水平探头二的电动势e1和e2后，即可计算得到管道埋深。具体处理原理为，以频率为128hz的正弦和余弦信号作为参考信号。

27、被测信号s(t)＝asin(ω1t+φ1)+n(t)，参考信号r//(t)＝bsin(ω2t+φ2)，参考信号r⊥(t)＝bcos(ω2t+φ2)＝bsin(90°+ω2t+φ2)，r//(t)是r⊥(t)移相90°后得到。被测信号分别与参考信号r//(t)和参考信号r⊥(t)进行乘法运算，得到两个乘积信号，如式(1-3)和(1-4)所示：

28、

29、

30、当被测信号与参考信号同频，即ω1＝ω2时，得u//(t)和u⊥(t)如公式(1-5)所示：

31、

32、

33、经过低通滤波器后，得到同相谐波幅值如式(1-6)所示：

34、

35、正交谐波幅值如式(1-7)所示。

36、

37、所以当参考信号幅值已知时，可得被测信号幅值为被测信号与参考信号间的相位差为

38、计算得知水平线圈1和水平线圈2的电动势e1和e2后，带入公式即可计算得到埋深h，其原理为：

39、在x＝0即管道正上方分别采集两线圈的电动势e1、e2，设两线圈之间距离为d，土壤磁导率为μ，交流电流信号的幅值为i、角频率为ω，两个线圈的匝数均为n，线圈面积均为s。由于

40、

41、则可得埋深为

42、水平探头一和水平探头二之间的间距可通过测量得到，记为d，该距离是测量计算的基准长度之一。

43、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明采取数字正交锁相放大算法对数据进行处理，检测速度快，实时性强，有效解决现有电磁法使用条件局限、干扰误差大等缺点；本发明装置精简，可连续测量管道埋地深度和记录管道位置，可实现长距离管道埋深检测。