一种基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法及装置，通过三轴磁强计测量交流电缆产生的磁场范围内任意两点的电压信号，通过锁相放大器进行放大后输入计算机中；由计算机得到两测量点三个方向的磁感应强度；随后得到两个测量点的磁场矢量；随后过两测量点做垂直于测量点磁感应强度的平面，分别得到两个平面方程；最终联立两平面方程得到的直线方程即为交流电缆所在位置；本发明专利技术方法通过电磁感应原理，实现了将磁信息转化为电信息，通过数据采样与计算，解决了快速对电缆进行定位的问题；且利用放大信号和滤波去噪技术，提高了定位的灵敏度和精确度。本发明专利技术装置，无源、简单、快速，可操作性强。

Underground cable positioning method and device based on vector magnetic field detection

The invention discloses a method and apparatus for locating underground cables based on vector magnetic field detection, voltage signal range of the magnetic field generated by the three axis magnetometer to measure AC cable in any two points, amplified and input to the computer through the lock-in amplifier; the magnetic induction intensity of two measuring points in three directions by the computer; then the magnetic vector two a measurement point; then two measuring point plane perpendicular to the measuring point of the magnetic induction, two plane equations were obtained; linear equation to obtain the final two simultaneous equation of a plane is AC cable location; the method of the invention through the principle of electromagnetic induction, the magnetic information into electrical information through data the sampling and calculation, solves the problem of rapid positioning of the cable; and the use of signal amplification and filtering technology, improves the positioning Sensitivity and accuracy. The device of the invention is passive, simple, fast and operable.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁探测领域，具体来说，是一种基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，可以在海洋工程、光缆探测、磁道导航等领域得到一定的应用和延伸。
技术介绍
国外的电缆定位项目比较多。文献《Detectionandlocationofundergroundcablesusingmagneticfieldmeasurements》，Goddard,K.F.,Wang,P.,Lewin,P.L.andSwingler,S.G.,2012.4中记载一种建立一个数值模型的测量系统，使用一组探测线圈去测量工频磁场域的分布。通过比较调整模型的参数，以最小二乘的方法，使总均方误差最小化。噪声水平的估计值表明，该系统测量50HZ工频磁场的分辨率优于1nT。但其不足之处在于：在七个线圈组的测量条件下不能同时对多条电缆进行定位。进一步的改进可分为两个方向：一是继续MTU视觉的多传感器系统的研究工作，二是解决地下环境的复杂性问题。目前国内市面上的电缆探测仪的基本原理是由振荡器产生一个音频信号电流，流经被测电缆（金属管线）通过大地构成回路。此电流在被测系统周围产生磁场，磁力线透过大地传到地面，在地面上用一探测线圈拾取磁场信号，经电缆探测仪选频放大以后用耳机监听，因此检验这一磁场的变化就可以判断地下金属管线的位置。同样原理可以在电缆铅皮外检验内部芯线的障碍部位。也就是主要通过LC振荡电路，利用线圈附近有金属可以改变电感的原理来进行探测的。在进行电缆定位时，主要通过电磁感应类管线仪进行定位，通常情况下，所用到的方法主要有两种：一种是极小值法，一种是极大值法。在实际应用的过程中，主要是将这两种办法进行综合应用，通过分析对比，从而将管线的位置进行准确的定位。参考：《供电生产管理中地下电缆探测技术的运用》，赵长亮,王宇,2012.10。在市区探测时，需先对工区及附近的场地进行勘查，看是否有军用通信电缆的维护井。如有维护井，可使用夹钳法。该方法是利用夹钳内的环形磁芯，把管线夹在中间，信号发生器输出的交流信号通过磁芯的一次侧、绕组使磁环形成磁场，并有效地耦合到管线上，在管线中产生感生电流。该方法对地下管线众多、需进行逐条分辨时，效果明显。参考：《城市军用通信电缆探测方法和工程实例》杨振涛,2010.6。综上所述，现有的电缆探测装置普遍存在着有功率损耗、操作复杂、设计繁琐等问题。随着电磁探测、磁力导航、磁传感系统研究更加深入，开发新型探测技术有着重要的指导意义。
技术实现思路
基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，其特征在于：通过下述步骤实现：步骤1：在交流电缆产生的磁场范围内选取一测量点a，并以测量点a点为原点建立空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)，作为基坐标系；并测量得到测量点a处三个方向xa、ya、za的磁感应强度Bax、Bay、Baz。步骤2：对各测量点a进行下述步骤：Ⅰ、得到测量点a处的磁场矢量Ⅱ、过测量点a做垂直于测量点a的磁感应强度的平面Sa，得到Sa的平面方程。步骤3：在交流电缆产生的磁场范围内选取测量点b，则测量点b在测量点a的空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)中三轴坐标为xb、yb、zb；返回进行步骤1得到测量点b处三个方向xb、yb、zb的磁感应强度Bbx、Bby、Bbz；随后通过步骤2得到平面方程Sb。步骤4：联立平面方程Sa、Sb，得到直线方程。本专利技术的优点在于：1、本专利技术基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，通过电磁感应原理，实现了将磁信息转化为电信息，通过数据采样与计算，解决了快速对电缆进行定位的问题；2、本专利技术基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置，利用放大信号和滤波去噪技术，提高了定位的灵敏度和精确度；3、本专利技术基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置，无源、简单、快速，可操作性强；4、本专利技术基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置，避免了发射功率所需信号源，大大减小了装备的重量与设计难度；且显示只需用普通计算机即可，不必安装任何软件就可实时显示；5、本专利技术基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置，可以用于地下电缆的位置定位和建设基于跟踪电缆方式的新型城市交通方向。附图说明图1为本专利技术地下电缆定位方法流程图；图2为本专利技术地下电缆定位装置整体结构示意图。图3为本专利技术地下电缆定位装置中三轴磁强计结构示意图。图中：1-三轴磁强计部分2-安装架3-锁相放大器4-计算机101-骨架102-铜线103-外壳104-同轴电缆接头201-支座201a-底板A201b-底板B202-纵梁具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，通过下述步骤实现：步骤1：在交流电缆产生的磁场范围内任意选取一测量点a，并以a点为原点建立空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)，作为基坐标系。通过三轴磁强计对测量点a的电压信号进行测量，进而通过法拉第电磁感应定律公式推导可得到测量点a处三个方向xa、ya、za的磁感应强度Bax、Bay、Baz；步骤2：根据通电导线产生磁场的性质，采用两点采样算法对测量点a进行下述步骤：Ⅰ、得到测量点a处的磁场矢量B→a=Baxi→+Bayj→+Bazk→---(1)]]>其中，为x方向的单位向量；为y方向的单位向量；为z方向的单位向量。Ⅱ、过测量点a做垂直于测量点a的磁感应强度的平面Sa，得到Sa的平面方程:Baxx+Bayy+Bazz＝0（2）步骤3：在交流电缆产生的磁场范围内选取测量点b，则测量点b在测量点a的空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)中三轴坐标为xb、yb、zb；返回进行步骤1得到测量点b处三个方向xb、yb、zb的磁感应强度Bbx、Bby、Bbz；随后通过步骤2得到平面方程Sb:Bbx(x-xb)+Bby(y-yb)+Bbz(z-zb)＝0（3）将测量点a平移后得测量点b，得b的坐标为（Δx,Δy,Δz)。步骤4：联立平面方程Sa、Sb，得到直线的一般方程：Baxx+Bayy+Bazz=0Bbxx+Bbyy+Bbzz=Bbxxb+Bbyyb+Bbzzb---(4)]]>上述直线方程即为交流电缆所在位置的直线方程，从而确定交流电缆在地下平面上的位置，且通过直线方程在基坐标系中Z轴的坐标信息可得到交流电缆在地下的深度，由此实现交流电缆的定位。在上述步骤3中，测量点b的位置可将三轴磁强计沿测量点a的xa、ya、za方向平移传感器得到，可使测量点b在基坐标系Oa(xa,ya,za)中的za为0，进而可大幅简化式（4）的直线方程。上述测量点a与测量点b作为一组测量点，由此可在交流电缆产生的磁场范围内任意选取多组测量点进行上述方法，得到多个直线方程，因此结合相近的直线方程，可得到更加精确的交流电缆位置。选取两个测量点a与测量点b间连线与电缆垂直进行本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，其特征在于：通过下述步骤实现：步骤1：在交流电缆产生的磁场范围内选取一测量点a，并以测量点a点为原点建立空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)，作为基坐标系；并测量得到测量点a处三个方向xa、ya、za的磁感应强度Bax、Bay、Baz；步骤2：对各测量点a进行下述步骤：Ⅰ、得到测量点a处的磁场矢量Ⅱ、过测量点a做垂直于测量点a的磁感应强度的平面Sa，得到Sa的平面方程；步骤3：在交流电缆产生的磁场范围内选取测量点b，则测量点b在测量点a的空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)中三轴坐标为xb、yb、zb；返回进行步骤1得到测量点b处三个方向xb、yb、zb的磁感应强度Bbx、Bby、Bbz；随后通过步骤2得到平面方程Sb；步骤4：联立平面方程Sa、Sb，得到直线方程。

【技术特征摘要】
1.基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，其特征在于：通过下述步骤实
现：
步骤1：在交流电缆产生的磁场范围内选取一测量点a，并以测量点a点为
原点建立空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)，作为基坐标系；并测量得到测量点a处
三个方向xa、ya、za的磁感应强度Bax、Bay、Baz；
步骤2：对各测量点a进行下述步骤：
Ⅰ、得到测量点a处的磁场矢量Ⅱ、过测量点a做垂直于测量点a的磁感应强度的平面Sa，得到Sa的平
面方程；
步骤3：在交流电缆产生的磁场范围内选取测量点b，则测量点b在测量点
a的空间直角坐标系Oa(xa,ya,za)中三轴坐标为xb、yb、zb；返回进行步骤1得
到测量点b处三个方向xb、yb、zb的磁感应强度Bbx、Bby、Bbz；随后通过步骤
2得到平面方程Sb；
步骤4：联立平面方程Sa、Sb，得到直线方程。
2.如权利要求1所述基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，其特征在于：
所述步骤3中，测量点b的位置为将三轴磁强计沿测量点a的xa、ya、za方向
平移得到。
3.如权利要求1所述基于矢量磁场探测的地下电缆定位方法，其特征在于：
令测量点a与测量点b作为一组测量点，在交流电缆产生的磁场范围内选取多
组测量点，得到多个直线方程，结合相近的直线方程，确定交流电缆位置。
4.基于权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王三胜，费捷，张明吉，
申请(专利权)人：北京鼎臣超导科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11