Вивчення принципу дії І будови геодезичної радіоелектронної трасопошукової апаратури

Мета роботи: ознайомитись з функціональним призна­ченням і будовою геодезичної радіоелектронної трасопошу­кової апаратури. Набути практичних навичок, щодо визначен­ня основних технічних характеристик геодезичної радіоелек­тронної трасопошукової апаратури.

Обладнання і матеріали: макет трасошукача, макет під­земної комунікації, пошуковий генератор звукової частоти, цифровий вольтметр, блок живлення, з’єднувальні провід­ники.

Місце проведення роботи: робота проводиться в лабо­раторії кафедри технічної діагностики і моніторингу.

Тривалість: 2 год.

Основні теоретичні ПОЛОЖЕННЯ

Однією з складних інженерно-геодезичних завдань є складання планів інженерних підземних комунікацій, в основ­ному дане завдання вирішується із застосуванням геодезичної радіоелектронної трасопошукової апаратури.

До інженерних підземних комунікацій (ІПК) відносять­ся: кабелі електро- і телефонних ліній, трубопроводи для транспортування води, горючих рідин, газу, повітря і т. п. Зйомка ІПК виконується в плані і по висоті. Зйомці підля­гають усі наземні споруди - колодязі, камери, підстанції, водокачки та інші підземні прокладення.

Особливість будівництва ІПК – нерівномірність просу­вання цього виду робіт, обумовлена складністю їх організації, можливістю виконання частинами в незручний для топо­гра­фічних зйомок час, наприклад взимку, в темний час доби і т. д. Внаслідок цього виконавча топографічна зйомка без­по­середньо укладених труб або кабелів не завжди можлива і виконується часто після засипання траншей. Звичайні методи зйомки передбачають в цих випадках риття шурфів на харак­терних точках ІПК з наступними інструментальними замірами підземного об'єкту. Такі роботи дуже трудомісткі, особливо в умовах заводських територій або міста, коли вони часто пов'язані з розкриттям дорожнього покриття.

Під час зйомок і інвентаризації ІПК застосовують індук­ційні методи винесення на поверхню і визначення глибини залягання об'єкту приладами, що дістали загальну назву трасошукачів, без розкриття траншей. Винесена на поверхню і відмічена на ній ІПК надалі знімається топогеодезичними методами.

Якщо по досить довгому провіднику пропустити змінний струм, то навколо нього утворюється змінне електромагнітне поле, силові лінії якого мають в першому наближенні вигляд концентричних кіл. У антені, внесеній в електромагнітне поле, наводиться ЕРС, пропорційна ефективності антени і інтенсив­ності поля.

На практиці найчастіше застосовують активні – контакт­ні методи зйомки ІПК: енергія вводиться в провідник від спеціального генератора і створюється штучне електромаг­нітне поле. Роль провідника грає металевий трубопровід, ка­бель або його захисна свинцева оболонка. У керамічних тру­бопроводах, а також металевих, але таких, що не мають між собою електричного контакту, провідником може служити рідина, якщо вона заповнює їх без розриву і є електропро­відною. Часто електропровідність води посилюють штучно, підсипаючи в неї сіль. Контактні методи зйомки ІПК дають найбільшу точність визначення координат об'єкту.

Застосування пасивних (безконтактних) методів може бути в двох випадках: виявлення кабелів, що перебувають під напругою, шляхом створення силового електро­магнітного по­ля струмом, що проходить, і виявлення електро­провідних предметів завдяки полю, що наводиться блукаю­чими струма­ми. У останньому випадку метод менш ефектив­ний через слабкість сигналів і у зв'язку з цим нижчої точності визначен­ня координат предмета.

Схема активного методу пошуку траси пролягання і гли­бини залягання ІПК зображена на рис. 4.1. Генератор звукової частоти 2 підключається своїми до ІПК 1 і заземлювача 3, що забивається в землю на відстані 5-20 м від осі ІПК. Приймач 4 із направленою магнітною антеною (рамковою, кільцевою, стержневою) і телефонами переноситься по напряму осі ІПК.

 

 

1 – інженерна підземна комунікація; 2 – пошуковий генератор звукової частоти; 3 – заземлювач; 4 – приймач (трасошукач);

5 –магнітна антена; 6 – схематичне зображення електромагнітних хвиль

Рисунок 4.1 – Активний метод пошуку траси пролягання і глибини залягання інженерної підземної комунікації

Для реєстрації магнітної компоненти електромагнітного поля над ІПК як первинний вимірювальний перетво­рювач у трасошукачах використовують магнітні антени. Маг­нітні ан­тени (індукційні перетворювачі) – це котушки індук­тив­ності, у яких під впливом індукції магнітного поля виникає ЕРС, яка є пропорційною напруженості цього поля. Перева­гами коту­шок індуктивності у порівнянні з магніточутливими перетво­рювачами є їхня простота, низька вартість, висока лінійність та мінімальний вплив температури і вологості на результати вимірювань.

Як магнітну антену у трасошукачах використо­вують ба­гатошарові циліндричні котушки з мінімальною дов­жиною намотки. ЕРС у цих котушках буде тим вищою, чим більшим буде їхній діаметр та кількість витків. Завадозахище­ність маг­нітної антени, виконаної у вигляді багатошарової котушки, підвищується шляхом побудови на базі даної прий­мальної котушки коливального контуру, що налаштований на частоту робочого струму.

На рис. 4.2 - зображено взаємне розміщення одиночного ІПК і магнітної антени, що сприймає напруженість змінного магнітного поля.

 

Рисунок 4.2 – Взаємне розміщення інженерної підземної

комунікації 1 із струмом і магнітної антени 2

 

Для концентричного поля прямолінійного провідника із струмом величина вихідного сигналу магнітної антени залежить від сили струму в одиночному трубопроводі, кута місця і кута повороту магнітної антени відносно гори­зонталі . Величину визначають за такою формулою:

, (4.1)

 

де - постійний коефіцієнт, що пов’язує напруженість змінного магнітного поля з напругою на виході маг­нітної антени і який залежить тільки від конструкції маг­нітної антени, Ом^.м;

- мінімальна відстань від ІПК до горизонталі, на якій розміщена магнітна антена, м.

Під час переміщення перпендикулярно трасі ІПК гори­зонтально орієнтованої магнітної антени () напруженості магнітного поля визначаться з такого виразу:

. (4.2)

 

де -відповідно кординати точки положення відносно осі ІПК.

Для вертикально орієнтованої магнітної антени ():

. (4.3)

 

Для магнітної антени, орієнтованої під кутом ():

. (4.4)

 

Орієнтація магнітних антен під час кута повороту і використовується для пошуку траси ІПК відповідно за методом «максимум» і «мінімум». Під час пошуку траси за методом «максимум» використовується горизонтально орієн­тована антена (рис. 4.3).

У такому випадку силові лінії магнітного поля, що ви­никає внаслідок протікання шуканого струму в стінках тру­би 1, є концентричними колами і під час розміщення гори­зонтальної антени точно над віссю ІПК силові лінії входять в магнітну антену 2 паралельно до її осі. Відповідно під час такого просторового розміщеня магнітної антени 2 відносно ІПК 1 сигнал на виході антени буде максимальний над віссю труби і буде спадати під час переміщення приймача вправо чи вліво від шуканої осі.

 

 

Рисунок 4.3 – Пошук траси інженерної підземної