Кабелеискатель

 

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано при отыскании проложенных в земле кабелей связи. Основными составными частями кабелеискателя являются приемная магнитная антенна, узкополосный избирательный усилитель, детектор, генератор, стрелочный прибор и акустическое устройство. К отличительным признакам заявляемого объекта относятся следующие. Первый узкополосный фильтр включен на входе первой ступени усиления усилителя прямого усиления, между первой и второй ступенями усиления включен регулятор усиления, между второй и третьей ступенями усиления включен второй узкополосный фильтр, на выходе третьей ступени усиления включен пиковый детектор, выход которого через резистор соединен с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей точкой схемы, а база через параллельно соединенные резистор и конденсатор соединена с выходом операционного усилителя ( транзистора), на котором реализован генератор, рабочая частота которого отличается от рабочей частоты первого и второго узкополосных фильтров. Коллектор упомянутого транзистора также через разделительный конденсатор соединен с высокоомным входом усилителя, к выходу которого подключено акустическое устройство. Кабелеискатель позволяет определить глубину залегания кабеля при помощи поворота магнитной антенны по отношению к горизонтальной плоскости на угол 63,435^o. Благодаря предлагаемому техническому решению повышены чувствительность и, помехозащищенность кабелеискателя, в 4 раза снижен его вес и существенно упрощены поиск кабеля и определение глубины его залегания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и связи может быть использовано при отыскании трасс (местоположения) проложенных в земле кабелей связи.

Отыскание трассы кабеля производится при подключении к нему генератора переменного тока, в результате чего вокруг кабеля образуется электромагнитное поле, которое улавливается антенной кабелеискателя на поверхности земли.

Недостатками известных технических решений являются либо сложность построения схемы прибора, либо слабая помехозащищенность от токов промышленной частоты 50 Гц и гармоник этих токов, если трасса кабеля проходит вблизи от линий электропередач, электрофицированных железных дорог или других источников электромагнитных помех.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является кабелеискатель КИ-4П (помехозащищенный) Кабелеискатель КИ-4П состоит из штанги, на одном из концов которой укреплена магнитная антенна, шнура, с помощью которого магнитная антенна подключается к входу усилителя кабелеискателя и корпуса, в котором размещаются усилитель, стрелочный прибор, автономный источник питания и ручки управления.

Недостатком данного кабелеискателя является сложность конструкции, большие габариты, значительный для переносного прибора вес (около 4 кг) и неудобство работы с ним, так как в процессе поиска трассы кабеля 4-килограммовый кабелеискатель должен быть закреплен на груди оператора, а штанга должна находиться в руке.

Большие габариты кабелеискателя КИ-4П в значительной степени определяются сложной супергетеродинной схемой усилителя, содержащей большое число моточных узлов: четыре катушки индуктивности L₁ - L₄ и четыре резонансных трансформатора T_p1 - T_p4 [1]. Из восьми резонансных элементов только три (L₂-L₄) используются для получения узкой (20 Гц) полосы пропускания усилителя, а остальные используются для построения супергетеродинной схемы усилителя кабелеискателя.

Другой недостаток этого кабелеискателя состоит в том, что глубина залегания кабеля определяется достаточно сложно и трудоемко, а при относительно слабых сигналах, когда стрелку прибора нельзя установить на максимальную отметку шкалы, глубину залегания кабеля определить нельзя, так как в этом случае необходима дополнительная градуировка шкалы прибора. Кроме того, из-за необходимости при определении глубины залегания удалять антенну на значительное расстояние от оси кабеля ухудшается помехазащищенность.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого кабелеикателя, состоит в значительном уменьшении габаритов и веса (в 4 раза) кабелеискателя, а также в возможности создания единой моноконструкции, легко переносимой в руке. При этом повышены чувствительность, избирательность и помехозащищенность кабелеискателя. Кроме того, предложено поворачивать магнитную антенну на угол 63,4^o, при котором определение глубины залегания осуществляется при минимальном удалении антенны от кабеля.

С целью получения технического решения, позволяющего значительно уменьшить габариты и вес прибора, создать единую, переносимую в руке конструкцию, повысить чувствительность и избирательность, а также повысить точность определения глубины залегания кабеля, в кабелеискатель, содержащий приемную магнитную антенну, усилитель, детектор, стрелочный прибор, акустическое устройство, введены первый узкополосный фильтр, включенный на входе первой ступени усиления усилителя прямого усиления, между первой и второй ступенями усиления включен регулятор усиления, между второй и третьей ступенями усиления включен второй узкополосный фильтр, на выходе третьей ступени усиления включен пиковый детектор, выход которого через резистор соединен с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей точкой схемы, а база через параллельно соединенные резистор и конденсатор соединена с выходом операционного усилителя (или транзистора), на котором собран генератор; рабочая частота этого генератора выше или ниже рабочей частоты первого и второго фильтров; коллектор упомянутого транзистора также через разделительный конденсатор соединен с входом усилителя, к выходу которого подключено акустическое устройство.

В кабелеискателе по п. 1 при определении глубины залегания кабеля в земле магнитная антенна повернута по отношению к горизонтальной плоскости на угол 63,4^o.

Функциональная схема предлагаемого кабелеискателя изображена на фиг. 1 Магнитная антенна 1, настроенная в резонанс на частоту принимаемого от искомого кабеля сигнала 1071 Гц, подключена к входу узкополосного LC-фильтра 2, имеющего полосу пропускания 107115 Гц. Этот фильтр защищает от перегрузки подключенную к его выходу первую ступень усиления 3 от наведенных на магнитную антенну 1 помех от токов промышленной частоты 50 Гц, если поиск кабеля проводится вблизи от линии электропередач, вблизи от электрофицированных железных дорог, вблизи от мощных радиотрансляционных линий и других объектов. Без фильтра 2 первая ступень усиления 3 перегружается наведенными в антенне помехами и перестает усиливать принимаемый от искомого кабеля сигнал.

Выход первой ступени усиления 3 подключен к переменному резистору 4, работающему в режиме делителя напряжения и обеспечивающему большой динамический диапазон регулировки усиления. К выходу переменного резистора 4 подключен вход второй ступени усиления 5, выход которой подключен к второму узкополосному фильтру 6, имеющему такие же параметры, как и узкополосный фильтр 2.

Первый 2 и второй 6 фильтры обеспечивают эффективную защиту кабелеискателя не только от помехонесущего тока частотой 50 Гц, но и от гармоник этого тока: ток на частотах 21-ой и 22-ой гармоник - соответственно 1050 и 1100 Гц, подавление помех составляет величину около 30 дБ.

Выход фильтра 6 подключен к входу третьей ступени усиления 7. Таким образом, все три ступени усиления 3, 5 и 7 работают по схеме прямого усиления и обеспечивают усиление по напряжению около 600000, что больше чем у усилителя прототипа (300000), выполненного по супергетеродинной схеме.

С целью повышения устойчивости такого усилителя прямого усиления выход третьей ступени усиления 7 нагружен на пиковый детектор 8, выход которого подключен к стрелочному прибору 9 и через резистор 12 - к коллектору транзистора 13, эмиттер которого соединен с общей точкой схемы 14. В схему усилителя кабелеискателя также введен собранный на операционном усилителе или транзисторе RC-генератор синусоидального сигнала 17, рабочая частота которого выше или ниже рабочей частоты кабелеискателя 1071 Гц. В заявленном устройстве эта частота принята равной 1350 Гц. Выход этого генератора через параллельно соединенные резистор 10 и конденсатор 11 соединен с базой транзистора 13, коллектор которого также соединен с входом усилителя 15, нагруженного на акустическое устройство 16. В результате этого обеспечивается высокая устойчивость работы усилителя с прямым усилением 600000, так как его рабочая частота 1071 Гц отличается от рабочей частоты 1350 Гц выходного усилителя и акустического устройства.

На фиг. 2 изображены различные рабочие положения кабелеискателя, а также показан вертикальный разрез земли 1, выполненный перпендикулярно направлению залегания кабеля, поэтому кабель изображен в виде точки 2. Кабелеискатель состоит из магнитной антенны 4, шарнирно связанной с одним из концов штанги 5, и корпуса 6, жестко соединенного с другим концом штанги 5. В корпусе 6 расположены усилитель, автономный источник питания, стрелочный прибор, акустическое устройство и органы управления. К корпусу прикреплена ручка для переноски прибора. Обозначения "4-4в", "5-5в" и "6-6в" соответствуют различным положениям корпуса кабелеискателя, штанги и его магнитной антенны. Горизонтально расположенной над поверхностью земли 3 магнитной антенной 4 кабелеискателя определяют по максимуму сигнала местоположение находящегося в земле 1 кабеля 2. Поворачивая антенну в горизонтальной плоскости на угол 90^o (положение антенны "4а"), добиваются минимума приема сигнала. При этом направления магнитной антенны и проложенного в земле кабеля совпадают. Затем магнитную антенну поворачивают на угол 63,4^o по отношению к горизонтальной плоскости (поверхности земли) 3 и перемещают ее сначала вправо, а затем влево в направлении, перпендикулярном к направлению залегания кабеля. Расстояние между точками минимума приема сигнала в положениях антенны "4б" и "4а" равно глубине залегания кабеля, а середина соответствует точке, расположенной над местом залегания кабеля в земле.

Рассмотренное выше определение глубины залегания кабеля при повернутой на угол 63,4^o антенне выгодно отличается тем, что антенна находится максимально близко к кабелю. В положении "4" (фиг. 2) антенна находится на минимальном расстоянии от кабеля, а в положениях "4б" и "4в" расстояние до кабеля увеличивается всего на 12% по сравнению с положением "4". В прототипе антенна удаляется от кабеля на расстояние, более чем в два раза превышающее глубину залегания, а при определении глубины залегания поворотом магнитной антенны на угол 45^o расстояние до кабеля увеличивается на 41%.

Кроме того, в предлагаемом определении глубины залегания кабеля требуется минимум операций. Горизонтально расположенной антенной, как в режиме поиска трассы кабеля, достаточно приближенно определить место залегания кабеля, затем антенну поворачивают на угол 63,4^o и находят на поверхности земли с обеих сторон от кабеля по минимуму принимаемого сигнала две точки, расстояние между которыми и равно глубине залегания кабеля, а середина между двумя этими точками точно соответствует точке залегания кабеля. При поиске кабеля кабелеискателем КИ-4П антенну необходимо поворачивать два раза: сначала на угол 90^o для точного определения места залегания кабеля, а затем на угол 45^o для определения второй точки, то есть количество операций увеличивается в два раза. При определении глубины залегания кабеля при помощи прототипа требуется еще большее число операций: определяют по максимуму принимаемого сигнала точное местоположение кабеля, что более трудоемко, затем с помощью двух ручек регулировки усиления выставляют стрелку прибора на максимальную отметку шкалы, затем переворачивают штангу на 180^o, устанавливая другой конец штанги в точку, где находилась антенна, и соблюдая вертикальное положение штанги, производят отсчет и только после этого по таблице определяют глубину залегания кабеля. Другим недостатком такого определения глубины залегания является возможность повреждения провода, соединяющего антенну с приемным устройством, из-за частых переворачиваний штанги антенны на 180^o. В заявленном кабелеискателе штанга жестко соединена с корпусом прибора.

Заявленный кабелеискатель также позволяет в процессе раскопки кабеля контролировать оставшееся до него расстояние, так как при приближении к кабелю расстояние между двумя минимумами приема сигнала повернутой на угол 63,4^o антенной существенно уменьшается. Получающиеся при раскопке размеры ямы обеспечивают возможность проведения таких измерений.

В результате использования предлагаемого технического решения уменьшается в два раза количество дорогостоящих моточных элементов при обеспечении более высокой избирательности. За счет использования четырех катушек индуктивности в фильтрах вместо трех (L₂-L₄) в прототипе в несколько раз сокращается расход материалов. Уменьшается количество операций при настройке усилителя прямого усиления. Супергетеродинная схема прототипа требует контроля большего числа точек при настройке усилителя кабелеискателя. Поэтому экономический эффект от использования предлагаемого технического решения заключается в уменьшении стоимости кабелеискателя на величину 15-20% стоимости прототипа.

Благодаря существенному уменьшению общего веса кабелеискателя с 4-5 до 1-1,1 кг значительно облегчается труд работающего на линии оператора.

Формула изобретения

1. Кабелеискатель, содержащий приемную магнитную антенну, узкополосные фильтры, ступени усиления, детектор, стрелочный прибор, акустическое устройство и генератор, отличающийся тем, что магнитная антенна, настроенная в резонанс на частоту принимаемого от кабеля сигнала, подключена к входу первого узкополосного фильтра, выход которого соединен с входом первой ступени усиления, соединенной с входом второй ступени усиления через переменный резистор, на выходе второй ступени усиления включен второй узкополосный фильтр, выход которого подключен к третьей ступени усиления, нагруженный на детектор, выполненный в виде пикового детектора, выход пикового детектора через первый резистор подключен к стрелочному прибору и через второй резистор - к коллектору транзистора и к входу усилителя, нагруженного на акустическое устройство, эмиттер этого транзистора соединен с общей точкой, а база через параллельно соединенные резистор и конденсатор подключена к выходу генератора, рабочая частота которого выше или ниже рабочих частот полосы пропускания первого и второго узкополосных фильтров.

2. Кабелеискатель по п.1, отличающийся тем, что приемная магнитная антенна, шарнирно связанная со штангой, повернута по отношению к горизонтальной плоскости на угол 63,435^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2