CN1199056C

CN1199056C - 掩埋体管理***

Info

Publication number: CN1199056C
Application number: CN 01807384
Authority: CN
Inventors: 金平; 石昌星; 徐守正; 金浄杓
Original assignee: EWOOTEC CO Ltd
Current assignee: EWOOTEC CO Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: WO2001075485A1; AU4482501A; CN1427958A

Abstract

本发明公开了一种用于管理诸如管道的掩埋物体的掩埋体管理***，该***通过在地下掩埋体上附着一个永磁体和使用磁力探测器来确定地下掩埋体的存在和所处位置。该***包括：一个设置在掩埋体内、用于产生测量位置用的磁场的磁体；一个用于探测磁场、以便将磁场转换成电信号的电流磁传感器；一个用于处理由所述电流磁传感器转换而成的电信号的信号处理器；和一个用于接收处理过的电信号，以便计算掩埋***置的计算单元。通过该***可以更加准确和有效的获知地下掩埋体的信息。

Description

掩埋体管理***

技术领域

本发明涉及一种用于管理诸如管道等被掩埋物体的掩埋体管理***，该***通过在地下掩埋体上附着一个永磁体和使用磁力探测器来确定地下掩埋体的存在和所处位置。

背景技术

通常，能否获得掩埋在地下的各种各样的管道的正确信息直接关系到管道事故的安全性和构筑及维护的经济性。特别是，在那些大量管线集中掩埋的地区，顶上的社会基础设施相当密集，以至于任何一点信息掌握得不够充分都可能导致事故的发生。即便是这些管线被沿路所建的指示牌说明了，但是，关于它们的位置和深度的确切信息应该是基于在设计和构筑之初的信息。

当过去曾经试图利用如金属探测器这样的设备以获取掩埋在地下的目标的确切信息时，由于现代化城市中各种各样掩埋体错综复杂，要想从类似的设备获得正确信息依然受到限制。

发明内容

因此，本发明为解决上述问题，提出一种地下掩埋体管理***，该***包括：一个设置在掩埋体内、用于产生测量位置用的磁场的磁体；一个用于探测磁场、以便将磁场转换成电信号的电流磁传感器；一个用于处理由所述电流磁传感器转换而成的电信号的信号处理器；和一个用于接收处理过的电信号，以便计算掩埋***置的计算单元。

该***的有益效果是能够更准确和有效的获知地下掩埋体的信息。

另外，本发明还提供了下述几个和本发明的技术主题相关的实施方案：

本发明的第一个实施方案提供了一个掩埋体管理***，该***通过使用一个二进制编码(数字)的磁场阵列来为地下掩埋管道的各种信息编码，它有效地传递几乎没有衰减的信号使得在地面上可以接收各种信息。

本发明的第二个实施方案提供了一种获得有关掩埋体、包括管道的信息的掩埋体管理***，该***通过使用一个感应磁力计来产生电能而无需额外地供应电能以获得掩埋体(包括管道)的信息，并且防止了对地下掩埋体的信号产生电路单元施加过电压所造成的损坏，从而提高了可靠性。

本发明的第三个实施方案提供了一个管理***，该***通过利用由磁物质产生的磁场能够查找被埋管道的位置。

另外，本发明的第四个实施方案提供了一个掩埋体管理***，该***通过利用弹性波能够查找被埋管道的位置。

附图说明

下面，将参照附图以本发明的实施例对本发明进行详细地说明，这些附图是：

图1所示为按照本发明的第一实施例的地下掩埋体管理***的结构图；

图2所示为基于本发明的第一实施例的磁性的排列的管道信息的一个实例；

图3所示为按照本发明的第二实施例的掩埋体管理***的示意性结构图；

图4所示为按照本发明的第三实施例的掩埋***置测量***的概念性结构示意图；和

图5所示为按照本发明的第四实施例的用于定位掩埋管道的一个弹性波振荡和测量***的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为一个掩埋体管理***，它用来存储被掩埋的管道的有关信息，以易于管道的维护。该***包括一个磁阵111，由附着在埋于地下的管道110上的永磁体排列而成，以便将管道的各种信息数字化；一个磁传感器113(下文中亦称为磁天线)，用于将磁阵111产生的磁场转化为电流/电压；一个信号放大器114，用于放大接收到的信号；一个信号显示单元115，它由一个电流/电压表或一个LED组成，当有信号时，用于显示放大信号的大小；一个A/D(模拟/数字)转换器116，用于将放大信号数字化；一个磁阵信息存储单元121，用于存储与磁阵111的排列相一致的信息；一个数据处理单元118，用于将数字化信号和磁阵信息存储单元121中的数据进行比较，并且对数据进行分析；一个显示单元119，用于显示经数据处理单元118处理的信号；一个存储单元120，与数据处理单元118相连接，用于存储掩埋体的各种信息；以及一个电源117，用于为上述部件提供电源电压。

在本发明中，由于磁场具有从N级产生、向S级会聚的方向性，因此当磁场指向地面时，可被认作为的二进制或数字码的“ON”或1，反之为“OFF”或0。基于磁场的这种属性，带有不同磁极指向的永磁体被排列以构成磁阵，用于表示数字化信息，从而使该构成的磁阵具有被本发明的***记录并予识别的管道信息，并且被附着在管道上与管道一起埋于地下。

当磁天线113沿着下面埋有磁阵111的地面匀速移动时，按照磁阵111的磁向，交互的电压/电流被感应到磁天线113上，并且被放大成信号，接着该放大信号被A/D转换器转换，转换成的数字信号被诸如计算机的数据处理单元处理，以采集地下掩埋体的有关信息。

下面，将参照附图1和附图2对本发明的第一实施例进行说明。图1是本发明的掩埋体管理***的示意性结构块状图，图2所示为在磁阵里的信息存储方式的示意图。首先来说明图2中的磁阵111的实例。十二个铁氧体的永磁体，具有3cm的直径和大约2k高斯的磁密度，按2cm的内磁距排列，其中每三个磁体可被作为一个单元。因此，磁体可以存储四种不同类的信息。换句话说，第一组三个磁体123可以表示通知磁阵启始点的信息；第二组三个磁体124可以表示管道的类型，管道的类型可以通过保存的二进制码来识别，举例说，煤气管道用000的二进制码代表NNN磁极或SSS磁极，水管用001代表SSN磁极或NNS磁极；第三组三个磁体125可以表示掩埋管道的深度；以及第四组三个磁体126可以表示掩埋管道的规格。这里，大小、种类、磁体的排列间隔、磁场强度、排列的组数等等并不是严格限定在前述的数值，本领域的技术人员完全可以按照土壤的条件、掩埋管道的深度和信号处理单元诸如磁天线的结构进行改变。这里，全部的十二个磁体的排列可以被作为另外一个二进制文件，它通过数据处理单元118的逻辑被连接到磁阵信息存储单元121内的一个存储地址。存储地址存储着编码信息，例如管道的建造位置和建造的总长度以及施工者，管道的规格，管道拉伸强度，破坏强度值，折弯点等等，并且磁阵的数量可以被增加以扩展记录信息的数量。

当磁天线113沿着地下埋有磁阵的地平面匀速(或者举例说以一个能使具有30Hz频率的电压感应到磁天线上的速度，其中，本领域的技术人员可以按照需要改变该速度)移动时，一个电压或电流感应到磁天线上成为一个信号，该信号施加到信号放大器114，并且也提供给由压力表、电流表或LED组成的信号显示单元115以显示磁阵的磁场的大小和磁阵的位置。经信号放大器114放大的信号被输出到A/D转换器116。在A/D转换器116中数字化后的信号被输出到数据处理单元118，该数据处理单元118将来自磁阵信息存储单元121(该单元按照磁阵码被预先设置)的一个信号和来自A/D转换器116的信号进行比较，以便通过掩埋信息显示单元119显示该被掩埋体的有关信息，同时存储该信息到数据存储单元120。

地下掩埋体的管理者可以通过采集显示在显示单元119中的有关地下掩埋体的信息用于掩埋***的管理，并且还可以将本地信息数据和地下掩埋体信息处理成图形，以便于掩埋体的有效管理。

下面将说明本发明的第二个实施例。

按照本发明第二个实施例的掩埋体管理***包括一个可移动的探测单元210，它包括一个用于供应AC电或供应将DC电转换成的AC电的电源211；一个感应磁场产生单元212，用于从电源211接收电能以产生磁场；一个感应磁场强度调节单元214，它附着在感应磁场产生单元212的前端；一个天线217，用于接收外部信号；一个信号放大单元218，用于放大接收信号；一个模拟/数字转换单元219，用于将放大后的模拟信号转换成数字信号；以及一个数据处理单元213，用于处理数字信号；并且还有一个掩埋芯片模块220，它包括一个感应磁场接收单元221，用于从感应磁场产生器212产生的感应磁场产生AC电压；一个电路保护开关单元222，当电压一旦高到某值时，用于开关AC电压；一个AC/DC转换单元223，用于将AC电压转换成DC电压；一个微处理器224，用于接收一特定DC电压以控制掩埋芯片模块220；一个存储器225，用于存储有关掩埋体的信息，以使有关掩埋体的信息能够按照微处理器224的控制被输出；一个传输单元226，用于从存储器传输信息。

这里，存储器225最好存储档案数据，例如掩埋体的自然属性包括建造者、修建日期、掩埋体种类、掩埋体深度或掩埋体方向，以及管道的属性包括管道的拉伸力、破坏强度值或折弯力。

而且，感应磁场强度调节单元214，用于调节由感应磁场产生单元212产生的磁场强度，被连接在电源211和感应磁场产生单元212之间。

另外，如果交流电高到某个值时，在掩埋芯片模块220中设置的电路保护开关单元222最好能将AC电与感应磁场接收单元221断开，以保护电路。

下面，参照图3对本发明的该优选实施例进行说明。

图3所示为按照本发明的第二个实施方式所做的掩埋体管理***的结构示意图。参照图3，本发明的掩埋体管理***主要由探测器210和掩埋芯片模块220组成。探测器210是可移动的，而掩埋芯片模块220被固定地埋于地下。这里，掩埋芯片模块220被安置在掩埋管道的上部。

探测器210上设置的电源211为***提供了电能。电源211与感应磁场产生器212连接，从电源211向该感应磁场产生器212提供诸如电源电压的60HZ频率的电能，同时，电源211也和处理输入、输出***的数据的数据处理单元213相连。在这里，感应磁场强度调节单元214，用于调节由感应磁场产生单元212产生的感应磁场的强度，被连接在电源211和感应磁场产生单元212之间。

数据处理单元213通过由电源211提供的电能工作，并且与一个接收单元215和一个显示单元216相连接。这里，接收单元215包括用于接收信号的天线217，用于放大信号的信号放大单元218和用于将模拟信号转换为数字信号的模拟/数字转换单元219(下文中将被称为A/D转换单元)。这里众所周知的是，天线217可以按照掩埋深度改变尺寸。并且，电源211具有将DC电转换为AC电的功能，以便使用户在不能够提供AC电的地方可以按照需要转换供应电源。

上文中已经对如图3所示的探测器210的结构进行了说明，同时出现在图3中的被埋于地下的掩埋芯片模块220将在下文中予以说明。

掩埋芯片模块220包括：感应磁场接收单元221，用于通过感应磁场产生单元212产生的磁场产生AC电源；电路保护开关单元222，用于执行断开操作以保护电路，它由过电压电路保护装置诸如阻隔器组成，用于中断可能会损坏被埋芯片里的电路装置的超过某值的AC电压或者由感应磁场接收单元221感应产生的过电压；AC/DC转换单元223，用于将AC电转换成DC电；微处理器224，用于接收DC电以进行数据处理；存储器225，用于输出由微处理器224控制存储的数据，存储器225，用于输出由微处理器224控制的数据；以及传输单元226，用于将存储器中读出的数据传送到地面上。不言而喻、并没有在图3中表示出来的部分是设置在微处理器224和传输单元226之间的部分，包括：一个数字/模拟转换器，用于将数字形式的典型的文件转换成模拟信号；一个信号放大器，用于将转换成的模拟信号放大；以及一个RF调制单元，用于RF调制放大后的信号。

我们将对上述结构的掩埋体管理***的工作方式进行简单的说明。

首先，当探测器的电源211向***提供电源时，感应磁场调节单元214对电源进行控制，接着感应磁场产生单元212按所控电源的比例产生磁场。

然后，该磁场到达感应磁场接收单元221，产生了AC电。按照AC电的强度，电路保护开关单元222为电路提供保护。当电压超过掩埋芯片模块220的工作电压时，执行关闭操作以中断电压。另一种可能性是电压适合掩埋芯片模块，于是电源供应给AC/DC转换单元223，使得DC电压驱动微处理器224工作。微处理器224将存储在存储器225中的关于管道的数据读出。关于管道的数据包括：建造者、修建日期、掩埋体种类、掩埋体深度或掩埋体方向，以及管道的属性包括管道的拉伸力、破坏强度值或折弯力。另外，数据可以使用一个通常的扩充部分，或者目前正在被使用的或者将会被频繁使用的扩充部分来存储。数据最好也能有一个程序的扩充用于管理掩埋体。

同时，从存储器225中读出的数据被传送到传输单元226，它再将有关管道的数据传出。该传输单元226包括：一个数字/模拟转换单元，一个放大单元，一个RF转换单元以及一个天线。

然后，传出的数据被探测器210的天线217接收到，并且经信号放大单元215放大，在A/D转换单元219中转换成数字数据。该数字数据在数据处理单元213中被处理并被显示在显示单元216中。在前的施工计划等将会在显示数据的基础上进行。

现在将对本发明第三实施例进行说明。

本发明的第三实施例被改成由以下几部分组成：一个磁体311，附着在掩埋管道上，用于产生磁场；一个电流磁传感器312，被放置在地面上，用于检测从磁体311发出的磁场和将检测到的磁场转换成一个电信号；一个信号处理器313，用于放大和滤波通过电流磁传感器312的电信号；以及一个计算单元314，用于分析被处理过的信号，以便计算出掩埋体的位置。

由于地磁场的存在无须借助任何特殊的磁性材料，在可被用于本发明第三实施例的磁体内，磁场应该大到足可以将地磁流(0.3到0.6高斯)改变到作为一个单点可以被识别。并且，磁体最好被装盛在一个容器内，该容器不仅可以忍耐周围环境，同时对磁场也不会有影响，或者磁体本身可耐环境产生的腐蚀作用。

下文中，将参照图4对本发明的第三实施例进行详细的说明。

图4所示为按照本发明的第三实施例的掩埋***置测量***的概念性结构示意图。

掩埋体的位置测量***包括：地下的磁体311，附着在被埋管道上，用于在管道周围产生一定强度的磁场；并且，在地面上，设置有电流磁传感器312，用于将磁体311产生的磁场转换成电信号；信号处理器313，用于放大和滤波从电流磁传感器传来的已经转换成电信号的信号；一个作为计算单元314的计算机，用于分析被处理过的信号，以便计算出掩埋管道的位置。

此处所用磁体是一种永磁体。用于磁体的材料可以包括金属或非金属，在某些情况下或者可以是含有磁性物质的合成树脂。磁力计经常被用来作为电流磁传感器。磁力计应用的原理是：一个测量设备如电流表或电压表被连接到一个缠绕着的线圈上，该线圈被旋转或以其他方式移动以改变通过线圈的磁通量。

虽然说磁场越强，检测位置可能会越容易，但同时产生强磁场的耗费也相当巨大，致使通过磁体产生的磁场通常很弱。因此，由磁力计产生的电信号往往很弱。这个微弱的信号需要经信号处理单元放大，使得它在识别时不会受到周围噪音信号的任何影响。信号处理单元主要包括：一个放大电路，用于将微弱信号放大以便于处理；以及一个滤波电路，用于单独选择出所需范围或形状的信号。

按照基于上述结构说明的本发明的第三实施例，在管道被埋的地方，磁体发出一个唯一的、独特的磁场，利用磁性测量电流磁传感器探测磁场，能够定位被埋管道的位置。

下文中将对本发明第四实施例进行说明。

按照本发明的第四实施例的地下掩埋体管理***由一个弹性波产生单元和一个弹性波探测单元组成。弹性波产生单元包括一个振动板414，用于通过振动产生一个弹性波；一个锤413，用于击打振动板414；一个振荡器412，用于产生和改变磁场以引起锤413的振动；以及一个电源，用于为振荡器412提供电流。并且，弹性波产生单元以某种形状安装在管道里。另外，探测单元包括：一个信号处理单元415，当弹性波扩散穿过作为介质的土壤后到达地表时，该信号处理单元用于探测从振动板发出的弹性波并且将探测到的弹性波转换成电信号；一个信号处理单元416，用于处理从弹性波接收器传输过来的电信号；以及一个计算单元417，用于分析处理过的电信号，以便计算出掩埋管道的位置。

在本发明中，信号处理单元通常通过放大和滤波对传输过来的信号进行加工。而且，电源可以是由一个用于提供一定电流的电流供应装置和一个用于产生某频率的交流电并把此交流电传至振荡器的波动产生器组成。此种构造形成的波动导致的弹性波，使得由弹性波产生单元产生的弹性波可以很容易被从噪声中区分出来。

下面将参照图5对本发明进行详细说明。

首先解释本发明的基础性问题。本发明的地下掩埋体管理***的弹性波产生单元必须和管道一起埋于地下。换句话说，在修筑管道的阶段，就应该将弹性波产生单元(至少一个)以一定的间隔粘附在管道的表面。通常，为向弹性波产生单元供电要准备电源线。而且，出于为了确定掩埋管道位置的需要，在适当的区域中，电流被施加到附着在管道上的弹性波产生单元，以便测量管道位置。

通常，弹性波主要是一种声波级的波，它通过引起组成微粒的振动在弹性媒体中传播。弹性波包含了媒体和波源的特性，有关波源的信息可以通过分析接收到的弹性波信号获得，它基于一个关于弹性固体的波的方程式，该方程式以假设媒体为均匀的弹性固体为前提。应用压电现象的超生波探测器通常被用于探测弹性波。然而，机械式冲击或电磁技术同样也可以被使用。

如图5，弹性波产生单元被安装在以地平面为界的下面部分，具有一个用于提供电流的电流供应装置410，和一个用于从供应电流产生带有某种频率形状的交流电的波动产生器411。因此，振荡器412产生一个磁场，它按照产生的交流电频率的某种形状来波动。换言之，当波动产生器提供出带有某种频率的交流电，该带有某种频率形状的交流电流过由线圈制成的振荡器，于是一个磁场被产生并被改变了。

按照磁波的不同的形状，振荡器412产生出的磁场对锤413施加力以击打振动板。换句话说，变化着的磁波吸引锤413以击打振动板，然后再分开。当电流重复供应时，如此的工作就会反复发生。并且，大体上它和典型的电铃有一个相似的结构。

振动板，按照它的材料、形状以及锤击打振动板的模式的不同，产生独特的弹性波。因此，在这种振动板、锤和波动产生器被改变成几种不同的波形的情况下，弹性波形状可以被调整，例如通过调整振动和锤以及依照波动产生器的击打的节奏。为此，弹性波产生单元与被埋的管道安装在一起，同时设置这些部件以适于周围的环境，以使得区别于周围噪音的信号可以被捕获到，以进行掩埋管道的准确位置的测量。

毕竟，波动产生器产生的交流波动要被反映到弹性波。从振动板产生的弹性波通过作为介质的土壤传播直到到达地面。图中并没有明显的表示出的是，因为要被埋于地下，弹性波产生单元需以一容器包裹。该容器存在一个空间，在那里锤413能够产生振动。振动板附着在容器的表面并且容器的表面将弹性波传递给作为介质的土壤。选做该容器的材料要防腐蚀并且要抗氧化，设计时还要考虑周围环境产生的振动和噪声。并且，在设计容器时，应该考虑与电源有关的土壤的接地条件。

在图中，安装在地面以上的部分构成了本发明的探测单元。探测单元包括：一个作为弹性波接收器的传感器，用于探测弹性波。传感器在地面上探测到弹性波并将弹性波声压转换以产生弹性信号。一次用以获得恰当的灵敏度的定时的基础试验可能是必要的。如果使用一个振动级表作为弹性波接收器，一个可测量频率范围在2Hz到1MHz之间的振荡器被用来测量没有振源的振动以及按照有振源的波源的位置和深度的声压级，并且当使用传感器时，处理设备的信号分析和灵敏度可以被先期补偿。

弹性波产生的电信号在信号处理单元416中进行处理。在弹性波接收器中获得的信号非常微弱，以至于很容易被周围环境所影响。通常通过执行放大和滤波操作来完成信号处理。通过信号处理单元处理过的电信号被输出到计算单元。计算单元通常由诸如计算机组成，它通过使用已装入的，能够从输入信号计算出声源位置的程序进行计算。

工业应用

按照本发明所做的地下掩埋体管理***，有关掩埋时间的管道信息能够被记录下来，以便于当需要时可以被使用，还有旧管道的评估以及掩埋管道的管理能够被有效的完成。电能只在需要的时候由感应磁场产生，而无需额外的电源供应。掩埋的电路被保护起来以避免由于施加过电压造成损坏。通过利用与为埋于地下的电路提供稳定的工作电的供应电压具有相同的频率的电源，磁场被产生。因此，可以确保读出信息的稳定性并且可以降低维护费用。

地下掩埋体管理***可以不受环境的大的影响，例如，噪音，震动，湿度等等，在通过稳定的磁场进行测量的过程当中，它们与磁场无关，并且该***能够以简单的方式实现。

通过利用地下产生的一定模式的弹性波，按照振幅和时间的不同，掩埋管道可以被精确定位。

另外，在本发明提供的地下掩埋体管理***中，产生的弹性波可以被调整，方法是通过调整振动板和锤以及调整波动产生器的击打时间间隔来获得区别于周围噪音的信号，以便于掩埋管道可以被可靠的定位并且因此在顾及局部和周围环境时依然可以有效的管理地下掩埋管道。

Claims

1、一种地下掩埋体管理***，包括：

一个设置在掩埋体内、用于产生测量位置用的磁场的磁体；

一个用于探测磁场、以便将磁场转换成电信号的电流磁传感器；

一个用于处理由所述电流磁传感器转换而成的电信号的信号处理器；和

一个用于接收处理过的电信号，以便计算掩埋***置的计算单元。

2、如权利要求1所述的地下掩埋体管理***，其特征是，所述信号处理器具有一个放大电路和一个滤波电路。