专利名称：地埋铁磁性管道检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对地埋铁磁性管道的检测方法及装置，尤其涉及一种利用磁检测方法对地下管线进行检测和定位的方法及设备。
现代城市地下管线纵横交错，每次施工建造新的建筑或当地下管线发生故障需要进行维修时，都必须小心翼翼地确定和寻找它们的准确位置。由于不同的管线归不同的系统、不同的部门管理，多次施工造成地面标志缺失或移位、年代久远而造成施工管线原图纸丢失等因素将给地下管线定位增加难度，影响了工程效率。
中国专利(专利号94191050.4)公开了一种“埋藏管路定位装置”，该专利产品采用两个平行放置的感应线圈作传感器，两线圈探测信号经移相后进行比较，比较信号再经过放大、滤波后显示信号波形并判断有无地埋电缆。但该装置存在缺点，即只能发现通有交流电的电缆。
本发明的目的是通过如下技术方案实现一种地埋铁磁性管道检测方法，其特征是该方法包括如下步骤(1)利用两个磁敏感方向相同的磁传感器，分别在平行于地表面的两个平面内进行对应的采点测量，所述第一测量平面距地表面1～1000mm，第二测量平面与第一平面相距100～500mm，分别得到该测量面上不同测点的两组对应的磁场强度信号；(2)将两组磁场强度信号经过放大、差动放大，将各点的磁场强度差值信号经梳状滤波和A/D转换后，送入单片机；(3)以单片机为控制器，通过储存在EPROM中的软件控制程序顺序完成下列操作初始化各控制寄存器及端口、延时、对传感器复位，复位完毕后启动A/D转换、采样结束后传感器置位，采样数据可储存在SRAM中，分析采样数据并显示测量信号的分布情况，从而判断出地下有无铁磁性管道。
本发明还提供了一种实施如上述方法的地埋铁磁性管道检测仪，该检测仪包括由两个距检测面不同高度的磁传感器组成的磁探头，差动放大电路，梳状滤波和A/D转换模块，单片机，与该单片机相连的EPROM、SRAM、功能按键、液晶显示屏以及预先储存在EPROM内的软件处理程序；磁传感器的输出端经差动放大电路与梳状滤波和A/D转换模块的输入端相连，梳状滤波和A/D转换模块的输出端与单片机的输入端连接，单片机控制端与梳状滤波和A/D转换模块的输入端相连。
本发明所述的两个磁传感器安装的高度差为100mm～500mm。所述的磁传感器采用磁阻器件。
本发明还包括两个前置放大电路和磁阻器件置/复位电路，所述两个前置放大电路的输入端分别与两个磁阻器件连接，其输出端与差动放大电路的输入端连接；所述磁阻器件置/复位电路的输入端与单片机连接，其输出端分别与磁阻器件连接。
本发明不仅能发现地下通有交流电的电缆，而且能发现地下一定深度范围内是否埋有钢管等地下管线，在检测过程中无需外加激励电磁场，不需要对被测地表面做任何预处理，仪器的磁探头几乎可以任意变换角度和提离值(传感器与地面之间的距离)，都不会影响到检测的结果。检测提离值最大可达1000mm，且检测速度快、能够直观显示测量信号的分布情况，进而得出地下有无管道及管道准确定位。能发现埋在地下深度小于3米、直径大于100mm的钢管；并且能检测到埋在地下深度小于1米、直径大于10mm的钢管；能检测出埋在地下深度小于5米、通有1A直流电的电缆。
图2表示由两个布置在不同高度的磁阻器件组成的磁探头实施例的结构示意图。
图3是本发明实施例总体结构原理框图。
图4是本发明实施例软件程序框图。
图5是本发明实施例电路原理图。
下面结合附图及实施例进一步说明本发明的具体结构及实施方式。


图1是本发明检测方法的原理示意图。1为地表至地下一定深度的断面图，2是磁场强度地第一检测面，3是第二检测面，用于补偿地磁场和环境电磁干扰用磁场强度检测面，两个检测面提离值分别为h、H，4是地埋管道。
利用两个磁敏感方向相同的磁传感器，分别在平行于地表面的两个平面内进行对应的采点测量，所述第一测量平面2距地表面h＝1～1000mm，第二测量平面3与第一平面相距100～500mm，分别得到该测量面上不同测点的两组对应的磁场强度信号。
图2为磁探头7的一个具体实施例，它由封装在距检测面不同高度，且垂直对应的两个磁敏感方向相同磁阻器件6组成；还可采用磁通门或超导量子干涉器件作为磁敏感元件。
图3是本发明实施例的总体结构框图，由两个磁阻器件6、两个放大电路8、差动放大电路9、梳状滤波和A/D转换模块10、单片机11、磁阻置/复位电路12、EPROM13、SRAM14和液晶显示15及功能按键16组成。磁探头7中两磁阻器件6的测磁信号经过放大电路8、差动放大电路9、滤波和A/D转换模块10后达到单片机，并显示在液晶屏上。软件处理程序存储在EPROM13中，SRAM14存储检测数据，单片机控制磁阻置/复位电路12向磁阻6发送置/复位信号，并控制滤波和A/D转换模块10的数据转换和采集。
图4是本发明实施例软件程序流程框图。仪器采用菜单操作模式，当用方向键选择“检测”菜单时，即顺序完成下列操作初始化各控制寄存器及端口、延时、对传感器复位、复位完毕后启动A/D转换、采样结束后传感器置位、显示采样数据并分析数据，然后判断是否按下退出键，如果按下了退出键，则退出程序，否则，继续对传感器复位并执行其后的步骤；当用方向键选择“检测结果回放”菜单时，将要求选择文件名，从文件读数并分析数据，同时，检测键盘输入情况，当检测到按下退出键时，将停止从文件继续读数，并等待按键指令；当用方向键选择“参数设置”菜单时，将根据按键操作完成参数设置。
图5是实施例电路原理图。包括磁敏感元件I，信号处理电路II，单片机系统III，磁阻器件置复位电路IV四个部分组成，图中用虚线框分开。其核心部件为AT89C51单片机，其指令系统与51系列完全兼容，内部有2K字节程序存储器。各电路的组成及工作原理分别详细说明如下磁阻器件(磁敏元件)I采用Honeywell公司的磁阻器件HMC1001。
信号处理电路II由放大电路芯片AMP04、差动放大电路AD620、具有梳状陷波功能和A/D转换的信号处理电路CS5509组成。R1和R2分别调节两个AMP04的放大倍数；R10调整AD620的放大倍数；Y1、C3、C4为CS5509提供32.768KHz频率的时钟，可实现输出速率为20字/秒的串行通讯，CS5509提供16位的A/D转换，由第15管脚串行输出，单片机的T0、T1口控制CS5509的A/D转换。图中磁敏元件I由两个磁阻器件构成差动磁探头，相应的信号处理电路II采用差动放大的方式将两个磁阻器件的信号进行处理。
单片机系统III，由AT89C51单片机U8、外围扩展ROM和RAM、液晶显示单元接口A2、键盘S1～S6组成。AT89C51的P1.1口线提供磁阻元件的原始置复位信号，P1.2口线用来接收磁阻器件经差动放大和A/D转换后的信号；P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、INT0、INT1用于连接键盘，仪器按需要定义了6个键盘功能键数据采集、↑、↓、WAKE/EXIT、阈值调整、波形显示；P0口用于低8位地址和数据复用口，P2.0～P2.5为高6位地址，P2.6、P2.7口线用于片选，分别用作选通SRAM和LCD。为实现相应的数据存储和信号处理功能，需外扩数据存储区，根据仪器的功能要求，外扩32K字节的SRAM，由62256实现，并且，外扩16K字节的EPROM作程序存储器，由27128实现。
根据功能要求，仪器的显示部分需动态显示采集的数据波形和一些基本的信号说明字符。选用单色点阵液晶，点阵数为128*64。液晶部分采用的是市场上通用的液晶显示模块，包括液晶显示屏和显示驱动电路，无需再自行开发其显示驱动电路，可简化开发难度。模块的输入部分与MCU相应的I/O口相接，便可直接驱动液晶显示。
磁阻器件置复位电路IV，选用IRF7105和电压变换芯片MAX662A组成。MAX662A及电容C15、C16将5V电源电压变为12V直流电压，以满足IRF7105的电源要求。IRF7105以及外围电路可以根据单片机P1.1口线的控制信号向磁阻元件提供4A的置复位脉冲电流。在每次测量后IRF7105对磁阻器件置/复位，从而显著提高了测磁灵敏度。
权利要求
1.一种地埋铁磁性管道检测方法，其特征是该方法包括如下步骤(1)用两个磁敏感方向相同的磁传感器，分别在平行于地表面的两个平面内进行对应的采点测量，所述第一测量平面距地表面1～1000mm，第二测量平面与第一平面相距100～500mm，分别得到该测量面上不同测点的两组对应的磁场强度信号；(2)将两组磁场强度信号经过放大、差动放大，将各点的磁场强度差值信号经梳状滤波和A/D转换后，送入单片机；(3)以单片机为控制器，通过储存在EPROM中的软件控制程序顺序完成下列操作初始化各控制寄存器及端口、延时、对传感器复位，复位完毕后启动A/D转换、采样结束后传感器置位，采样数据储存于SRAM中，分析采样数据并显示测量信号的分布情况，从而判断出地下有无铁磁性管道。
2.实施如权利要求1所述检测方法的一种地埋铁磁性管道检测仪，其特征在于该检测仪包括由两个距检测面不同高度的磁传感器组成的磁探头，差动放大电路，梳状滤波和A/D转换模块，单片机，与该单片机相连的EPROM、SRAM、功能按键、液晶显示屏以及预先储存在EPROM内的软件处理程序；磁传感器的输出端经差动放大电路与梳状滤波和A/D转换模块的输入端相连，梳状滤波和A/D转换模块的输出端与单片机连接，单片机控制端与梳状滤波和A/D转换模块的输入端相连。
3.按照权利要求2所述的地磁埋管检测仪，其特征在于所述的两个磁传感器安装的高度差为100mm～500mm。
4.按照权利要求2所述的地磁埋管检测仪，其特征在于所述的磁传感器采用磁阻器件。
5.按照权利要求4所述的地磁埋管检测仪，其特征在于该检测仪还包括两个前置放大电路和磁阻器件置/复位电路，所述两个前置放大电路的输入端分别与两个磁阻器件连接，其输出端与差动放大电路的输入端连接；所述磁阻器件置/复位电路的输入端与单片机连接，其输出端分别与两个磁阻器件连接。
6.按照权利要求2、3、4或5所述的地磁埋管检测仪，其特征在于所述的磁传感器采用HMC1001磁阻器件，差动放大电路采用AD620，具有梳状陷波功能和A/D转换模块采用CS5509芯片，所述的单片机采用AT89C51，所述的磁阻器件置/复位电路由IRF7105和电压变换芯片MAX662A组成。
全文摘要
地埋铁磁性管道检测方法及装置,涉及一种利用磁检测方法对地下管线进行检测和定位的方法及设备。该装置采用磁传感器作为磁敏感元件,以单片机为控制器,主要包括差动放大电路,梳状滤波和A/D转换模块及预先储存在EPROM内的软件处理程序。测磁信号经过差动放大电路、滤波和A/D转换模块后经单片机进行处理,并显示在液晶屏上。本发明不仅能发现地下通有交流电的电缆,而且能发现地下一定深度范围内是否埋有钢管等地下管线,在检测中无需外加激励电磁场,不需要对被测地表面做任何预处理,仪器的磁探头几乎可以任意变换角度和提离值,都不会影响到检测的结果。检测提离值可达1000mm,且检测速度快、能直观显示测量信号的分布情况。
文档编号G01V3/08GK1389744SQ0212344
公开日2003年1月8日 申请日期2002年6月28日 优先权日2002年6月28日
发明者李路明, 黄松岭, 施克仁 申请人:清华大学