专利名称：智能化地下金属管线探测仪及数据处理程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能智能化地下金属管线探测仪及数据处理程序，属智能型电子测量仪器。
现有地下金属管线探测仪一般仅具有管线定位和探测埋深两个功能，即使是最先进的机型也增加了区分管道和电力电缆一个功能，不能测量管径，不能区分管道和通讯电缆，且空间分辨率不高，常把水平相距较近或上下重叠的多根管线误判为单根管线。另外在设计上，接收机为手提移动测量，在数据测算上也都是人工测量、读数和计算，影响了精度和探测工效。
本发明的目的就是克服现有地下管线探测仪的不足，设计一种除了能够定位和测探之外，还能够测量管径、区分管道与各种电缆、识别水平近距或上下重叠多管线分布情况，并对数据能够实现自动处理、自动判断的新型智能化地下金属管线探测仪。
本发明主要内容包括在现有的地下管线探测仪的接收机上增加了数据处理器、采样车和数据采样板；在数据处理器中采用了计算机程序来处理探测数据。
本发明构造如附
图1、附图2所示。
附图1所示为接收机，其中R为原有构造，包括1为环形天线；2为输入调谐回路；3为阻抗匹配电路；4为载波带通滤波器；5为检波器；6为调制信号带通滤波器；7为低频功率放大器；8为监听喇叭；E为电源；Y为接收机接收到的地下金属管线在发射机的一次场感应下产生的二次场信号；S为本发明新增部分构造，即数据处理器，主要包括9为采样保持电路，用于信号Y的实时采集；10为模数转换电路，用于将模拟信号Y转换为数字信号；11为微机或单板机，用来自动控制采样车的运行和数据处理；12为步进电机驱动电路，在计算机程序指令下启动步进电机；13为步进电机，通过传动装置与采样车相连；14为采样车，下有轮子用来承载接收机在数据采样板上运动；15为显示器，用于输出显示计算机测算结果；16为计算机功能键盘。
数据处理器的核心是计算机11，它通过3个输出端和2个输入端与各部分电路相接。
计算机11的第一个输出端依次与步进电机驱动电路12，步进电机13相串接，步进电机则通过传动齿轮与采样车14的主动轮相接，使当计算机11向步进电机驱动电路12发出移行或停止的指令时，控制采样车的运动或停止。计算机11的第二个输出端并接在模数转换电路10和采样保持电路9上，使其按照指令要求采集数据和转换数据。计算机11的第三个输出端与显示器15相连。计算机11的第一个输入端与键盘16相连，用于接收手控指令；其第二个输入端与模数转换电路10相连，接收并储存转换电路10的信息。整个数据处理器则通过采样保持电路9与功率放大电路7串接在一起。
附图2为数据采样板。其中1为采样车导轨；2为采样板X坐标刻度；3为可调支脚。
探测时，先用传统方法测出地下金属管线的走向，然后将数据采样板放在待测金属管线的上方地面，其X坐标垂直于管线走向，再将接收机放置在采样板上，发射机放在采样板一侧的特定位置并使之处于工作状态。开始工作后，启动键盘功能键，使接收机也处于工作状态。首先由计算机11向步进电机驱动电路12发出指令，让12驱动步进电机13，使采样车14在采样板上移动，采样车的动作时间和步距由程序确定。当采样车停止移动后，计算机11即指令采样保持电路和模数转换电路工作，将地下金属管线的感应信号Y采集并经模数转换后，自动输入计算机储存。信息储存后，计算机再次向步进电机驱动电路12发出指令，使采样车移动，便开始下一轮信息采集储存工作。这样循环下，直至运行到事先规定的总采样时间结束。
采样全部结束后，启动数据处理器功能键16，运行相应的计算机数据处理程序对采集到的数据组{X，Y}进行处理和判断，并将处理判断结果再输出到显示器15上显示出来。
这里X为采样车在采样板上每一次移动后所处的坐标值，Y为与之对应的接收机接收到的地下金属管线的感应信号值。
数据采样车可由塑料或木材制成。
实施例一探测水平近距多管线分布工作状态由图3所示，其中1为发射机，2为接收机，3为数据采样板，4为地面，5、6为地下金属管线，7为采样车。先将数据采样板3水平放在待测管线上方地面，使其X坐标轴与待测管线走向垂直，将接收机放在采样车7上，接收机的天线平面垂直于地面，再把采样车7放在采样板3的导轨上，然后将发射机1放在采样板一侧一定距离之外。开始工作后，接收机便接收到地下金属管线感应信号Y。接收机的计算机11向步进电机驱动电路发出指令，驱动步进电机，使采样车自左向右在采样板上移动。在采样车的每次停止时间，采样保持电路12和模数转换电路13开始工作，将采集到的信号Y经模数转换后自动存入计算机11。这样，当采样车运行到事先规定的总采样时间时，计算机就采集并保存了一组数据{X1，Y1}。
然后将发射机分别放在II和II两个位置，重复上述操作，数据处理器又采集到两组数据{X2，Y2}，{X3，Y3}。
待三次采样结束后，再启动数据处理器的功能键16，使计算机11运行识别水平近距多管线分布的数据处理程序，程序流程如图4所示首先对三组数据{X1，Y1}排序，求出每组数据中极大值Yimax对应的坐标值Ximax，即X1max，X2max和X3max，然后判断X1max－X2max和X3max－X1max是否同时大于预先给定值3cm，若是，则判断为多管分布，若不是则判断为单管分布。处理判断结果在显示器15上输出单管分布时显示N＝1，多管分布时显示N≥2。
实施例二探测管道直径工作状态如图5所示其中1为发射机，2为接收机，3为数据采样板，4为地面，5为金属管道，6为采样车。若已判定地下埋有一根金属管道，在测量管径时，先将数据采样板3水平放置在待测管道的正上方，其X坐标轴与管道走向垂直，然后将发射机放在采样板一侧一定距离之外的该管道正上方。
先将接收机放置在采样板的左端，使其天线平面垂直于地面，按照实施例一中采集数据的操作方法，让接收机自左向右移动中采集一组数据{X1，Y1}。再将接收机放置在采样板的左半边，让其天线平面右倾至与地面夹角为45°，然后在计算机指令下使接收机向左侧移动，采集到第二组数据{X2，Y2}。最后将接收机放置在采样板的右半边，让其天线平面左倾至与地面夹角为45°，然后以同样方法右移并采集到第三组数据{X3，Y3}。
待三次采样结束后，启动数据处理器功能键，使计算机运行探测管径的数据处理程序。程序流程图如图6所示首先将待测管道正上方采集到的第1组数据{X1，Y2}进行平滑处理，求出接收机位于管道正上方X位置时感应信号值Y的分布曲线的半宽度Г(即待测金属管道感应信号Y的最大值一半处所对应的X坐标的全宽度)，并暂时存储；再将接收机分别处于右倾45°或左倾45°时采集到的数据组{X2，Y2}或{X3，Y3}接Y值进行排序，分别求出{Yi}的最小值Y2min所对应的坐标值X2min和Y3min所对应的坐标值X3min；然后用方程式(X3min－X2min)/2求出管线的埋深H；再根据经验关系式D＝cГ2/H计算出管道直径D，并将D值在显示器上输出。c为仪器常数，是对不同管径、不同埋深的现场条件进行多次实测和开挖验证求得的，约为0.08～0.2。
实施例三区分管道与电缆工作状态如附图5所示，数据的采集与探测管径方法相同。数据处理程序流程图如附图7所示，其前半部分程序与探测管径D相同。在求出管径D之后，将D值与给定经验数值5cm相比较，若D≥5cm，则判断为管道；若D＜5cm，则进一步将接收机位于管线正上方时所测管线感应信号值Y0与仪器常数V0相比较，若Y0≤V0，判断为管道；若Y0＞V0，则判断为电缆。判断结果在显示器上输出。仪器常数V0是用管径为5cm的管道，在不同埋深的情况下，发射机与接收机相距30m时，事先测定的。
实施例四判断上下重叠多管线分布工作状态如附图8所示，其中1为发射机，2为接收机，3为数据采样板，4为地面，5、6为上下重叠的两根管道，7为采样车。先将采样板水平放置在地下管道的上方，发射机放在采样车一侧地下管道的正上方。再将接收机左倾或右倾45°角放置在采样车上管道的正上方，向右侧或向左侧移动至Y值最小并不再变化时，获取一组数据{X，Y}。
数据处理流程图如附图9所示启动计算机功能键，运行识别上下重叠多管线分布程序将接收机采集到的一组数据{X，Y}进行排序，判断数据组y(1)，y(2)，…y(n)中是有一个极小值还是有n个(n≥2)极小值，若只有1个极小值则为单管线分布；若有n(n≥2)个极小值时，则判断为上下重叠的多管分布。判断结果在显示器上输出。
本发明一机多用，功能齐全，数据处理智能化，可使人们方便地探测出地下金属管线的位置、管径和分布情况，且制造工艺简单，有较好的性能价格比，实为更新换代新产品。
权利要求
1.一种由发射机和接收机组成的地下金属管线探测仪，接收机主要由环形天线、输入调谐回路、阻抗匹配电路、载波带通滤波器、检波器、调制信号带通滤波器、低频功率放大器和监听喇叭、电源组成，其特征在于接收机还由数据处理器和数据采样板构成。数据处理器包括采样保持电路、模数转换电路，计算机、功能键盘、显示器、步进电机驱动电路、步进电机及采样车。计算机通过3个输出端和2个输入端与数据处理器的各部分相连接。步进电机和步进电机驱动电路依次串联在计算机的1个输出端，步进电机又通过传动装置与采样车相接，使当计算机向步进电机驱动电路发出移动或停止的指令时，驱动步进电机，控制采样车的动作；计算机的另1个输出端并接在模数转换电路和采样保持电路上，以输出指令控制采样保持电路和模数转换电路按要求采集和转换数据；计算机的1个输入端与模数转换电路相接，将经过模数转换的数据自动输入并存储起来；功能键盘和显示器则分别并接在计算机的另一个输入端和第3个输出端，以便输入指令和输出探测结果。数据采样板主要由带有采样车导轨、X坐标刻度的长形板和可调支脚构成，4个可调支脚分别位于长形板4个角部的下方。
2.一种由发射机和接收机组成的地下金属管线探测仪，其特征在于所有的数据采集与处理都是由计算机程序来完成的，主要包括步进电机驱动程序、探测管径程序、判断水平近距多管分布程序、区分管道与电缆程序，判断上下重叠多管线分布程序。且这些程序均固化在计算机芯片上。
3.依照权利要求2所述的地下金属管线探测仪，其特征在于判断水平近距多管分布的数据处理程序为将发射机在三个不同位置时，由接收机采集到的三组数据{Xi，Yi}(i＝1，2，3)分别按地下金属管线的感应信号值大小进行排序，求出{Xi，Yi}中的最大值Yimax所对应的坐标值X1max，X2max和X3max，然后计算X1max－X2max和X3max－X1max的值，并分别与预先给定值3cm相比较，若X1max－X2max和X3max－X1max同时＞3cm，则为多管分布；若≤3cm，则为单管。判断结果在显示器上输出。
5.依照权利要求2所述的地下金属管线探测仪，其特征在于测量管径的数据处理程序为将接收机在地下金属管线正上方采集到的一组数据{X1，Y1}进行平滑处理，然后求出分布曲线的半宽度Г，并存储备用；再将接收机天线平面处于右倾斜45°状态下左移动至y最小值时采集的一组数据{X2，Y2}，接Y2值进行排序，求出Y2的最小值Y2min所对应的坐标值X2min；同样方法求出接收机左倾斜45°右移动时Y3min所对应的坐标值X3min；然后用(X3min－X2min)/2求出管线埋深H，再根据关系式D＝cГ2/H计算出管线直径D，在显示器上输出D。
6.依照权利要求2所述的地下金属管线探测仪，其特征在于区分地下金属管道与电缆的数据处理程序为在测量管径D程序的基础上，将计算出的D值与给定经验数值5cm相比较，若D≥5cm，则判断为管道；若D＜5cm，则进一步判断接收机位于管线正上方，且其天线平面与地面垂直时的地下金属管线感应信号Y0是否大于仪器常数V0。若Y0≤V0，则为管道；若Y0＞V0，则为电缆。判断结果在显示器上输出。
7.依照权利要求2所述的地下金属管线探测仪，其特征在于识别上下重叠多管线分布的数据处理程序为对接收机倾斜45°，由管线正上方移动至感应信号Y最小并不再变化时获得的一组数据{X，Y}进行比较判断，当感应信号Y(1)，Y(2)，…，Y(n)中有n(n≥2)个极小值时，为上下重叠多管分布；否则为单管线分布。
全文摘要
一种多功能智能化地下金属管线探测仪，是在现有地下管线探测仪的接收机上增加了数据处理器和数据采样板，数据处理器主要包括采样保持电路，模数转换电路，计算机，步进电机驱动电路、步进电机、采样车和显示器，采用了计算机程序来处理探测数据。具有探测地下金属管线走向、埋深、管径、区分管道与各种电缆及识别水平近距或上下重叠多管线分布等多种功能。本发明有较好的性能价格比，实为更新换代之产品。
文档编号G01V3/11GK1119280SQ93103040
公开日1996年3月27日 申请日期1993年3月19日 优先权日1993年3月19日
发明者徐振业, 王明星, 时万钟, 张兵临, 徐保民, 谢建忠, 杨德林, 王士智, 何金田, 李学珍, 翁永刚 申请人:郑州大学, 河南省基础及应用科学研究所