МЕТАЛЛОТРУБОКАБЕЛЕИСКАТЕЛЬ

 

Прибор позволяет отыскивать подземные кабели и металлические трубопроводы всех видов, расположенные на глубине 1,5-2 м, обнаруживать (на тех же глубинах) отдельные металлические предметы (отрезки труб, крышки люков, листы площадью не менее 250 Х 250 мм), а также определять местоположение обнаруженных объектов в плане с ошибкой до 20-30 см.

Конструктивно искатель состоит из двух основных узлов индукционной установки с взаимно ортогональными (разнесенными вдоль оси) возбуждающей и приемной рамочными антеннами и электронного блока, в который входит генератор и приемник. Рамочные антенны размещены в жестком цилиндре диаметром 260 мм и длиной 700 мм, выполненном из стеклопластика. Они имеют электростатический экран в виде слоя меди нанесенного на внешнюю поверхность пластмассового каркаса. Электронный блок и цилиндр установлены на жестком кронштейне, снабжены плечевыми ремнями для переноски. Органы регулировки (переключатели, потенциометры, а также разъемы, визуальный индикатор и телефонные гнезда) вынесены на верхние панели генератора и приемника.

В зарубежных трубокабелеискателях преимущественное распространение получила установка с вертикальной возбуждающей и горизонтальной приемной рамочными антеннами. При перемещении такой установки вдоль профиля, перпендикулярного трассе кабеля или трубопровода, кривая изменения вторичного индуцированного сигнала оказывается несимметричной и имеет два экстремальных значения (максимум и минимум, а при фазочувствительной индикации - два максимума) разной величины в стороне от трассы кабеля (трубопровода). При этом для определения трассы необходимо проходить профиль два раза во взаимно противоположных направлениях и проводить измерения на местности (определять середину расстояния между двумя отметками). Данный прибор свободен от этого недостатка: благодаря расположению рамочных антенн под углом 450 и 1350 к горизонту он позволяет получить максимальные показания непосредственно над трассой объекта, а также разделить объекты, расположенные параллельно друг другу на небольших расстояниях в горизонтальной плоскости (порядка 1-2 м).

 

Принципиальная схема

 

Электронный блок состоит из генератора, нагруженного на возбуждающую рамочную антенну, и усилителя с приемной рамочной антенной. Последний включает также компенсационное устройство, служащее для тонкой (доводочной) компенсации первичного индуцированного сигнала (то есть сигнала, индуцированного непосредственно из возбуждающей антенны в приемную). Вход компенсационного устройства подключен непосредственно к генератору. Питаются оба блока от батарей, размещенных в блоке генератора. Блок генератора (рис 1) состоит из задающего генератора (Т1), согласующего каскада (Т2), двух усилительных каскадов (Т3, Т4, Т5) и оконечного усилителя мощности (Т6, Т7). Задающий генератор, настроенный на частоту 12 кгц собран по трехточечной схеме с емкостной связью. Катушка L1 колебательного контура намотана на сердечнике типа ТЧК-55П и имеет индуктивность около 25 мгн. Число витков обмотки и отвод подбираются при настройке.

Для уменьшения влияния параметров транзистора Т1 на частоту генерации применено частичное включение контура в цепь коллектора. Напряжение питания задающего генератора стабилизировано стабилитроном Д1. Эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе Т2, устраняет влияние изменений нагрузки на задающий генератор. Терморезистор R5 сохраняет необходимую стабильность выходного напряжения в рабочем диапазоне температур. Трансформатор Тр1 – согласующий. Предоконечный и выходной каскады усилителя выполнены на транзисторах Т4-Т7 по двухтактной бестрансформаторной схеме. Возбуждающая рамочная антенна подключена через конденсатор С9 к транзисторам Т6, Т7. Диоды Д2-Д5 служат для предотвращения теплового пробоя транзисторов Т6, Т7 при повышении их температуры; для защиты этих транзисторов в случае короткого замыкания выхода усилителя служит предохранитель Пр1 на номинальный ток 0,15 а. С выхода генератора напряжение подается на вход компенсационного устройства через делитель напряжения и трансформатор Тр2. Для облегчения электрической компенсации в устройство может быть введен переключатель полярности Тр2. Возбуждающая рамочная антенна ВР согласована с выходным сопротивлением генератора с помощью частичного включения. Для увеличения излучаемой мощности и уменьшения нелинейных искажений возбуждающего сигнала антенна ВР настраивается в резонанс на рабочую частоту. Для защиты генератора от неправильного включения батарей установлен диод Д6. В питающей батарее используются элементы типа "Марс" (373), обеспечивающие непрерывную работу искателя в течение примерно 50 час. При работе с перерывами срок службы элементов увеличивается. Прием искателя (см. схему на рис 2) состоит из компенсационного устройства усилителя и блока индикаторов.

Основное ослабление первичного сигнала, индуцированного в приемной рамочной антенне ПР, осуществляется за счет ее расположения ортогонально и симметрично по отношению к возбуждающей рамочной антенне ВР. Компенсационное устройство, подключенное вместе с антенной ПР ко входу усилителя, служит для доведения остаточного первичного сигнала до уровня, сравнимого с вторичным индуцированным сигналом, который появляется, когда искатель приближается к искомым металлическим предметам. Регулировка амплитуды и фазы компенсирующего напряжения осуществляется переменными резисторами R1 и R4 соответственно. Усилитель содержит шесть каскадов: входной на транзисторе Т1, апериодический (Т2) резонансный (Т3), ограничитель (Т4), два апериодических (Т5 и Т6). Связь между транзисторами Т2, Т3 и Т5, Т6 непосредственная. В блоке индикаторов применены два вида индикации: визуальная (по микроамперметру) и акустическая (по звуку в телефонах). Канал визуальной индикации имеет детектор (диод Д1), к которому подключен микроамперметр на 100 мка, канал акустической индикации состоит из усилителя (транзистор Т7), детектора (диод Д2) и мультивибратора (транзисторы Т8, Т9). На базу Т8 подается напряжение, продетектированное диодом Д2. Постоянная составляющая его является напряжением смещения на базе Т8, при изменении которого меняется частота, генерируемая мультивибратором, а следовательно, и высота звука в телефонах.

Чувствительность усилителя можно регулировать грубо переключателем П1 и плавно переменным резистором R37, а чувствительность канала акустической индикации - переменным резистором R26. Каскад на транзисторе Т4 является ограничителем результирующего сигнала (вторичного и нескомпенсированного первичного) по минимуму. Такой ограничитель позволяет использовать нескомпенсированный первичный сигнал, амплитуда которого сравнима с амплитудой вторичного сигнала или превышает ее. В результате будут эффективно подавляться нерегулярные помехи (например, импульсные). Кроме того, при наличии ограничителя могут быть ослаблены требования к глубине компенсации первичного сигнала. Наконец, ограничитель позволяет повысить чувствительность усилителя к малым изменениям вторичного сигнала и облегчить настройку компенсационного устройства.

 

Конструкция

 

Прибор состоит из корпуса, в котором расположены возбуждающая и приемная рамочные антенны под углом 450 к горизонту; кронштейна, на котором размещен корпус с антеннами, а также блоки усилителя и генератора; блока генератора с источником питания, блока усилителя с компенсационным устройством. Корпус, в котором закреплены возбуждающая и приемная рамочные антенны, выполнен из стеклопластика толщиной 4 мм в виде цилиндра с внутренним диаметром 260 мм и длиной 700 мм. Для повышения жесткости внутри корпуса установлены два кольца также из стеклопластика, расположенных перпендикулярно образующей цилиндра. Корпус изготовлен путем склеивания стеклопластика эпоксидной смолой. Вместо стеклопластика могут быть использованы другие пласт массы (например, винипласт).

Внутрь цилиндра вдоль оси его с обоих концов вставляют возбуждающую и приемную рамочные антенны и закрепляют их при помощи скоб. Антенны к скобам и скосы к корпусу прикрепляют винтами; после настройки прибора места крепления, заливают эпоксидной смолой. Разнос антенн вдоль оси цилиндра (расстояние между их центрами) должен составлять примерно 450 мм. Каркасы возбуждающей и приемной антенн цилиндрической формы выточены из текстолита и пропитаны бакелитовым лаком. Средний диаметр намотки антенн 225 мм. Кольцевая проточка для укладки витков антенны имеет размеры (в поперечном сечении) 18 Х 18 мм. На ее внутреннюю поверхность методом электрохимического осаждения наносится слой меди, служащий статическим экраном. Приемная антенна содержит 800 витков провода ПЭЛ 0,1, возбуждающая - 400 витков (отвод от 10-го витка) провода ПЭВ-2 0,6. С наружной стороны витки рамки экранируются медной или латунной лентой. Для уменьшения потерь, вносимых экранами, в 1-2 местах экрана следует оставлять узкие прорези (щели). Кронштейн, на котором расположены узлы прибора, выполнен из толстой фанеры. Его задняя стенка имеет два выступа для закрепления ремней, охватывающих спину оператора. На этой стенке находятся скобы, куда уложен корпус с антеннами, притянутый ремнями. Передняя стенка кронштейна имеет шарнир слева и защелку справа, что позволяет оператору надеть кронштейн, а затем закрыть переднюю стенку. Ремни для переноски прикреплены к кронштейну так, что нагрузка на плечи оператора от блоков, расположенных на передней стенке кронштейна, и корпуса с антеннами, расположенного на задней стенке, распределяется равномерно. На боковых стенках кронштейна закреплены кабели, идущие от возбуждающей к приемной антенне. Генератор прибора собран в металлическом корпусе. В нижнем отсеке этого корпуса помещена батарея из 15 элементов типа 373 («Марс»). Для возможности доступа в батарейный отсек его нижняя крышка сделана съемной. Она имеет резиновое уплотнение. Верхняя крышка (также съемная и с уплотнением) служит лицевой панелью генератора. К ней прикреплена гетинаксовая плата, на которой в основном смонтированы детали генератора. На верхней крышке генератора размещены: выключатель Вк1; гнездовая часть разъема для соединения генератора с возбуждающей рамочной антенной и блоком усилителя; держатель предохранителя Пр1. Усилитель собран в отдельном металлическом корпусе и смонтирован на двух гетинаксовых монтажных платах, расположенных параллельно. Платы прикреплены на стойках к верхней (лицевой) панели. Между ними расположен электростатический экран, выполненный из фольгированного гетинакса. На плате, размещенной ближе к лицевой панели, расположены детали первых четырех каскадов усилителя, а на второй плате - остальных каскадов. Платы можно откидывать на шарнирах, что позволяет получить доступ ко всем деталям. На лицевой панели усилителя размещены: микроамперметр; основание разъема; органы управления усилителем; гнезда для подключения головных телефонов. Намоточные данные трансформаторов и дросселя генератора и усилителя сведены в таблицу. Для защиты монтажа от влаги между передней панелью усилителя и его корпусом помещены резиновые прокладки.

 

Настройка.

 

Прибор настраивают в следующем порядке: сначала рамочные антенны, затем компенсатор и, наконец, генератор и усилитель. Настройка рамочных антенн сводится к регулировке взаимного расположения их до получения минимального первичного сигнала, измеряемого десятками микровольт. Найденное оптимальное положение антенн жестко фиксируют путем заливки крепежных деталей эпоксидной смолой. Для получения необходимой глубины подавления первичного сигнала (порядка 100 000 раз) можно использовав небольшие юстировочные рамки или металлические пластинки, расположенные вблизи приемной рамочной антенны. После настройки их также заливают эпоксидной смолой. Налаживание компенсатора сводится к дальнейшему уменьшению первичного сигнала на входе усилителя с помощью последовательных регулировок переменных резисторов R1 и R4. Настройка генератора и усилителя не имеет каких-либо специфических особенностей и поэтому здесь не описана. При правильной настройке генератор прибора должен иметь следующие параметры: рабочую частоту 12 кгц ± 60 гц; нестабильность в диапазоне температур –200 – +500С – ± 120 гц; добротность возбуждающей рамки – около 30; активную мощность, выделенную в возбуждающей рамке, - не менее 0,8 вт; нестабильность выходного напряжения в диапазоне температур -200 – +500С – не хуже ± 5 %. Параметры усилителя должны быть следующими: частота настройки 12 кгц ± 120 гц; относительная нестабильность частоты настройки в диапазоне температур -200 – +500С – около ± 2 %, а коэффициент усиления – около 2-х раз.

 

 

 

 

 

 

 

Автор: Илюшко.А.В.                                                                                                                                2008 г.