Описание схемы трассоискателя. На рис. 1 схема тонального генератора. RC-генератор собран на транзисторе Т1 и работает в диапазоне 959 – 1100 Гц. Плавная регулировка частоты осуществляется переменным резистором R 5. В коллекторную цепь транзистора Т 2, который служит для согласования генератора Т1 с фазоинвертором Т3 с помощью выключателя Вк1 могут подключаться контакты реле Р1 предназначенного для манипуляции колебаниями генератора Т1 с частотой 2-3 Гц. Такая манипуляция необходима для четкого выделения сигналов в приемном устройстве при наличии помех и наводок от подземных кабелей и воздушных цепей переменного тока. Частота манипуляции определяется ёмкостью конденсатора С7. Предоконечный и оконечный каскады выполнены по двухтактной схеме. Вторичная обмотка выходного трансформатора Тр3 имеет несколько выходов. Это позволяет подключать к выходу различную нагрузку, которая может встретится на практике. При работе с кабельными линиями требуется подключение более высокого напряжения 120-250 Вольт. На Рис.2 изображена схема сетевого блока питания со стабилизацией выходного напряжения 12В.
Принципиальная схема приемного устройства с магнитной антенной - Рис 3. Оно содержит колебательный контур L1 C1. Напряжение звуковой частоты, наведенное в контуре L1 C1 через конденсатор С2 поступает на базу транзистора Т1 и далее усиливается последующими каскадами на транзисторах Т2 и Т3. Транзистор Т3 нагружен на головные телефоны. Не смотря на простоту схемы, приемник обладает достаточно большой чувствительностью. Конструкция и детали трассоискателя. Генератор собран в корпусе и из деталей имеющегося усилителя низкой частоты, переделанного по схеме рис.1,2 . На переднюю панель выведены ручки регулятора частоты R5, и регулятора выходного напряжения R10. Выключатели Вк1 и Вк2 – обычные тумблеры. В качестве трансформатора Тр1 можно использовать межкаскадный трансформатор от старых транзисторных приемников "Атмосфера”, "Спидола” и пр. Он собран из пластин Ш12, толщина пакета 25мм, первичная обмотка 550 витков провода ПЭЛ 0.23, вторичная – 2 х100 витков провода ПЭЛ 0.74. Трансформатор Тр2 собран на таком же сердечнике. Его первичная обмотка содержит 2 х110 витков провода ПЭЛ 0.74, - вторичная 2 х 19 витков провода ПЭЛ 0.8. Трансформатор Тр3 собран на сердечнике Ш-32, толщина пакета 40 мм; первичная обмотка содержит 2 х 36 витков провода ПЭЛ 0.84; вторичная обмотка 0-30 содержит 80 витков; 30-120 - 240 витков; 120-250 – 245 витков провода 0.8. Иногда в качестве Т3 мной использовался силовой трансформатор 220 х 12+12 В. При этом вторичная обмотка 12+12 В включалась как первичная, а первичная как выходная 0 – 127 - 220. Транзисторы Т4-Т7 и Т8, должны быть установлены на радиаторы. Реле Р1 типа РСМ3.
Монтаж усилителя приемного устройства трассоискателя сделан на печатной плате которая вместе с элементами питания А4 и выключателем Вк1 закреплена в коробке из пластика. В качестве штанги приемного устройства мной приспособлена лыжная палка нижняя часть которой обрезана по росту для удобства пользования. В верхней части ниже ручки крепится коробка с усилителем. В нижней части перпендикулярно штанге крепится пластиковая трубка с ферритовой антенной. Ферритовая антенна состоит из ферритового сердечника Ф-600 размером 140х8 мм. Антенная катушка разбита на 9 секций по 200 витков в каждой провода ПЭШО 0.17 индуктивность ее 165 мГн
Налаживание генератора удобно производить с помощью осциллографа. Перед включением нагрузить выходную обмотку Тр3 на лампочку 220 В х 40 Вт. Проверить осциллографом или головными телефонами через конденсатор 0.5 прохождение звукового сигнала от первого до выходного каскада. Резистором Р5 установить по частотомеру частоту 1000 Гц. Вращая резистор Р10 проверить по свечению лампочки регулировку уровня выходного сигнала. Настройку приемника следует начинать с настройки контура L1C1 на заданную резонансную частоту. Проще всего это сделать с помощью звукового генератора и указателя уровня. Подстройку контура можно производить изменением емкости конденсатора С1 или перемещением секций обмоток Катушки L1.
Исходным пунктом для начала поиска трассы должно быть место, где возможно соединение генератора с трубопроводом или кабелем. Провод, соединяющий генератор с трубопроводом должен быть как можно короче и имел сечение не менее 1,5-2 мм. Заземляющий штырь вбивается в землю в непосредственной близости от генератора на глубину не менее 30-50 см. Место, где вбит штырь, должно быть в стороне от пролегающей трассы на 5-10 м. С помощью приемника, обнаружив зону наибольшей слышимости сигнала, уточняют зону направления трассы, поворачивая магнитную антенну в горизонтальной плоскости. При этом следует сохранять постоянную высоту антенны над уровнем почвы. Наибольшая громкость сигнала получается, когда ось антенны направлена перпендикулярно направлению трассы. Четкий максимум сигнала получается, если антенна направлена точно над линией трассы. Если трасса имеет обрыв, то в этом месте и далее сигнал будет отсутствовать. Подземные силовые кабели, находящиеся под напряжением, могут быть обнаружены с помощью одного только приемного устройства, так как вокруг них имеется значительное электромагнитное переменное поле. При поиске трасс обесточенных подземных кабелей, генератор трассоискателя подключается к одной из жил кабеля. В этом случае обмотка выходного трансформатора подключается полностью, чтобы получить максимальный уровень сигнала. Место заземления или обрыва кабеля обнаруживается по пропаданию сигнала в телефонах приемного устройства, когда оператор будет находиться над точкой повреждения кабеля. Мной было изготовлено 6 подобных устройств. Все они показали отличные результаты при эксплуатации, в некоторых случаях, даже не производилась настройка трассоискателя.
Чтобы поиск проводов, спрятанных под слоем штукатурки, не стал настоящей проблемой при ремонте квартиры, достаточно иметь в своем арсенале домашнего мастера индикатор скрытой проводки.
Поиск проводки
Существует множество разнообразных вариантов этих приборов заводского изготовления (например, популярный детектор «Дятел»), но можно собрать его и собственными руками. Для этого рассмотрим варианты конструкторских решений подобной задачи.
Виды конструкций искателя скрытой проводки
В зависимости от принципов работы, такие детекторы принято разделять по физическим характеристикам электропроводки:
- электростатические – осуществляющие свою функции по определению электрического поля, образуемого напряжением при подключении электричества. Это самая простая конструкция, которую легче всего изготовить своими руками;
- электромагнитные – работающие за счет обнаружения электромагнитного поля, создаваемого электрическим током в проводах;
- индуктивные детекторы металла – работающие подобно металлоискателю. Обнаружение металла проводников обесточенной проводки происходит за счет появления изменений в электромагнитном поле, создаваемом самим детектором;
- комбинированные приборы заводского изготовления, имеющие повышенную точность и чувствительность, но более дорогие по сравнению с остальными. Используются профессиональными строителями для работы в больших масштабах, где необходима высокая точность и производительность.
Также существуют искатели, которые входят в конструкцию многофункциональных устройств (например, детектор скрытой проводки входит в схему конструкции многофункционального устройства обслуживания электросетей «Дятел»).
Сигнализатор скрытой проводки Е121 Дятел
Такие устройства как «Дятел», позволяют соединить в одном приборе сразу несколько полезных девайсов.
Использование индикатора напряжения в качестве детектора скрытой проводки
Наиболее простым способом найти скрытую электропроводку, будет применение усовершенствованного индикатора напряжения, имеющего автономное питание, усилитель и звуковое оповещение (так называемая звуковая отвертка).
Индикатор напряжения с усилителем
В данном случае не нужно ничего мастерить своими руками и не требуется никаких модификаций в самом инструменте, а лишь только использовать его возможности с другой целью. Касаясь рукой жала отвертки, проводя ей по стене, можно обнаружить скрытую электропроводку, находящуюся под напряжением.
Использование индикатора для поиска проводки
Электрическая схема в данном случае будет реагировать на электромагнитные наводки, исходящие от проводки.
Сооружение детектора скрытой проводки своими руками по схеме с полевым транзистором
Наиболее простым по конструкции и легким в изготовлении индикатором скрытой проводки, является детектор, работающий по принципу регистрации электрического поля.
Именно его рекомендуется сделать своими руками, если отсутствуют продвинутые навыки в электротехнике.
Для изготовления простейшего детектора срытой проводки, схема которого основана на использовании полевого транзистора, понадобятся такие детали и инструменты:
- паяльник, канифоль, припой;
- канцелярский нож, пинцет, кусачки;
- собственно сам полевой транзистор (любой из КП303 или КП103);
- динамик (можно от стационарного телефона) с сопротивлением от 1600 до 2200 Ом;
- элемент питания (батарейка от 1,5 до 9 В);
- выключатель;
- небольшая пластиковая емкость для монтажа в ней деталей;
- провода.
Монтаж самодельного искателя
При работе с полевым транзистором, уязвимым к электростатическому пробою, необходимо заземлить паяльник и пинцет, и не касаться выводов пальцами.
Принцип действия прибора простой – электрическое поле изменяет толщину n-p перехода исток-сток, вследствие чего изменяется его проводимость.
Поскольку электрическое поле изменяется с частотой сети, то в динамике будет слышен характерный гул, (50Гц), усиливающийся по мере приближения к электропроводке. Здесь важно не перепутать выводы транзистора, поэтому нужно свериться с маркировкой выводов.
Маркировка выводов КП103
Поскольку управляющим выводом, реагирующим на изменения электрического поля, в данной конструкции является затвор, то полевой транзистор лучше выбрать в металлическом корпусе, который соединен с затвором.
Полевой транзистор в металлическом корпусе
Таким образом, корпус транзистора будет служить приемной антенной сигнала электропроводки. Сборка данного искателя напоминает составление простейшей электрической цепи в школе, поэтому не должен вызвать трудностей даже у начинающего мастера.
Наглядный опыт с полевым транзистором
Для визуализации процесса обнаружения электропроводки, параллельно цепи исток-сток можно подключить миллиамперметр или стрелочный индикатор от старого магнитофона с балластным резистором, номиналом 1-10 кОм (подобрать опытным путем).
Индикатор от магнитофона
При закрывании транзистора (приближении к проводке) показания индикатора будут увеличиваться, указывая на присутствие электрического поля и напряжения в скрытой электропроводке. Ввиду простоты конструкции монтаж навесной, на одножильных проводах, обладающих необходимой упругостью.
Поиск электромагнитного излучения проводки
Ещё одним вариантом самодельного детектора скрытой проводки является применение миллиамперметра, подключённого к высокоомной катушке индуктивности.
Самодельные искатели проводки
Катушка может быть самодельной, выполненной в виде дуги, или можно применить первичную обмотку от трансформатора, удалив часть магнитопровода.
Трансформатор в качестве приемной антенны
Данный детектор не требует питания – благодаря индуктивности, приемная катушка будет действовать как обмотка трансформатора тока, в которой будет индуцироваться переменный ток, на который будет реагировать миллиамперметр.
Многие мастера применяют головку от старого магнитофона или плеера в качестве приемной антенны. В этом случае, если сохранился в работающем состоянии усилительный тракт, то его используют целиком, вынимая головку, подключая ее экранированным кабелем для удобства поиска.
Аудиоплеер с головкой на конце кабеля
Как и в первом случае, в динамике будет слышно гудение 50Гц, а его интенсивность будет зависеть не только от расстояния, но и силы тока, протекающего в проводах.
Усовершенствованные самодельные детекторы проводки
Большую чувствительность, избирательность и дальность обнаружения дают детекторы скрытой электропроводки, изготовленные с несколькими усилительными каскадами на базе биполярных транзисторов или операционных усилителей с элементами логических микросхем.
Схема и внешний вид искателя на операционном усилителе
Для самостоятельного изготовления прибора по данным схемам необходим хотя бы минимальный опыт в радиоделе с пониманием принципов взаимодействий применяемых радиодеталей. Не вдаваясь в принципы работы, можно выделить два существенно различающихся направления:
- усиление сигнала с последующим его отображением в виде отклонения стрелки индикатора или увеличения интенсивности звучания. Здесь усовершенствуются схемы на базе полевого транзистора или приемной антенны в виде катушки индуктивности с добавлением усилительных каскадов;
Простая схема детектора проводки с усилителем на биполярных транзисторах
- использование интенсивности издаваемого электропроводкой электромагнитного поля для изменения частоты визуальных сигналов и тона звучания звукового оповещения. Тут приемный элемент (полевой транзистор или антенна) включается в схему управления частотой генератора импульсов (одновибратора, мультивибратора) на базе биполярных транзисторов, логической или операционной микросхемы.
Данные детекторы, хотя и наиболее просты в изготовлении, имеют существенные недостатки. Это небольшой диапазон обнаружения, а также необходимость наличия напряжения в скрытой электропроводке.
Поиск металла электропроводки
Чтобы обнаружить проводку в железобетонных конструкциях или под значительной толщиной, без возможности подачи на провода напряжения, необходимо использовать более сложные и точные конструкции детекторов, работающих подобно металлоискателям.
Работа с профессиональным прибором
Самостоятельное изготовление таких приборов экономически неоправданно, а также требует достаточно глубоких познаний в радиотехнике, наличия элементной базы и измерительного оборудования. Но опытный мастер, для пробы своих сил и собственного удовольствия может использовать имеющиеся в сети схемы металлоискателей, и своими руками изготовить подобные устройства.
Схема металлоискателя с описанием его работы
Для менее опытных мастеров, в случае необходимости обнаружения скрытой проводки без наличия напряжения, будет проще и выгодней приобрести один из таких инструментов как BOSCH, SKIL «Дятел», Mastech и другие.
Универсальный детектор проводки BOSCH
Универсальный детектор Mastech
Искатель проводки на Android
У владельцев планшетных компьютеров и некоторых смартфонов на базе Android, есть возможность использовать свои девайсы в качестве детекторов скрытой проводки.
Смартфон в роли детектора проводки
Для этого необходимо скачать соответствующее программное обеспечение в GooglePlay. Принцип действия состоит в том, что в данных мобильных устройствах имеется модуль, выполняющий функции компаса для осуществления навигации.
При использовании соответственных программ, данный модуль используется в качестве металлоискателя.
Программа Metal Sniffer, добавляющая устройствам Android функцию металлоискателя
Чувствительности данного металлодетектора на хватит для поиска кладов под землёй, но для обнаружения металла проводов на расстоянии в несколько сантиметров под слоем штукатурки его должно хватить.
Но следует помнить, что без применения специализированных приборов, или использования профессионального металлоискателя, способного различать металлы, обнаружить скрытую в железобетонных панелях электропроводку с помощью импровизированного детектора на базе Android будет невозможно.
Значимость точной информации.
Информация о местоположении и фактическом состоянии подземных трубопроводов и кабельных линий является самым важным результатом обследования этих коммуникаций.
Достоверность и точность результатов обследования являются единственными характеристиками, которые могут представлять реальную ценность. Неточная или искаженная информация может стать причиной ошибок в интерпретации полученных данных и явиться поводом для ненужных затрат. Еще хуже, если в результате неполных или неточных данных обследования подвергаются опасности жизнь и здоровье людей.
Окончательное заключение о состоянии объекта или его отдельного элемента может быть сделано на основании его визуального обследования, однако, это представляется невозможным для подземных кабелей и труб. Опыт, знание обследуемой рабочей зоны, использование чертежей или схем, а также эффективное использование трассоискателей могут обеспечить получение такой информации, которая позволит дать практически точное заключение о состоянии элементов объекта. В некоторых случаях, могут быть участки, на которых невозможно точно установить состояние коммуникаций. Эти зоны всегда должны быть локализованы для обеспечения возможности проведения дальнейшего обследования.
Локация подземных трубопроводов и кабелей является очень ответственным видом деятельности: все операции должны проводиться методично, аккуратно и с большим вниманием. В данном цикле статей я постараюсь дать структурированную и, по возможности, полную информация о методах использования трассоискателей для получения точных и достоверных данных.
Методы локации подземных кабелей и труб
В настоящее время наибольшее распространение получили следующие методы обнаружения и трассировки подземных кабелей и трубопроводов:
1 Доступная документация
Схемы и чертежи, имеющиеся в коммунальных службах или городской администрации, содержат огромное количество информации о наличии и положении подземных труб и кабелей. При проведении обследования местности в первую очередь важно получить любую доступную информацию и имеющуюся документацию. Информация может быть (и, как правило, является) неточной или неполной, однако эта информация будет являться той самой отправной точкой для оператора при выполнении обследования местности. Кроме того, намного проще подтвердить или дополнить имеющуюся информацию, чем начинать обследование местности «вслепую». До начала проведения работ на объекте очень полезной может оказаться любая информация, даже если она только позволяет приблизительно узнать, чего можно ожидать на объекте.
2 Георадары
Георадар — радиолокатор, который в отличие от классического, используется для зондирования исследуемой среды, а не воздушного пространства. Исследуемой средой может быть земля (отсюда наиболее распространенное название — георадар), вода, стены зданий и т. п.
Современный георадар представляет собой сложный геофизический прибор, создаваемый при соблюдении определенных технологий. Основной блок состоит из электронных компонентов, выполняющих следующие функции: формирование импульсов, излучаемых передающей антенной, обработка сигналов, поступающих с приемной антенны, синхронизация работы всей системы. Таким образом, георадар состоит из трех основных частей: антенной части, блока регистрации и блока управления. Антенная часть включает передающую и приемную антенны. Под блоком регистрации понимается ноутбук или другое записывающее устройство, а роль блока управления выполняет система кабелей и оптико-электрических преобразователей (по материалам Wikipedia).
 |
| Георадар |
Методы поиска подземных коммуникаций, основанные на использовании электромагнитных волн, были разработаны для точного обнаружения, определения габаритов и расстояния (глубины залегания) до подземных объектов. Локация подземных коммуникаций, в частности пластиковых трубопроводов или волоконно-оптических кабелей связи стала разумным и естественным развитием этого метода. Очевидно, что с помощью радара достаточно трудно (в большинстве случаев, практически невозможно) отличить пластиковые трубы с водой от плотного грунта (например, влажная глина и земля). Однако георадары позволяют получить приблизительную картину расположения подземных кабелей и труб в различных типах грунтов. При этом, даже в благоприятных условиях применения радаров необходимо иметь соответствующее представление о том, что находиться или должно находиться под землей.
Высокая проводимость мелкозернистых осадочных пород – глин и наносов – резко снижают возможности прибора, а скальные и разнородные осадочные породы рассеивают его сигнал. Высокий уровень грунтовых вод также может отрицательно повлиять на результаты обследования. Также стоит отметить, что информация, получаемая по результатам работы георадара, очень сложна и требует интерпретации специалистом высокой квалификации и с большим опытом. Сложность, высокая стоимость и зависимость от условий применения приводят к нецелесообразности использования этого метода для ежедневной работы. Однако, вполне вероятно, что в самом ближайшем будущем этот метод станет полезным при составлении схем подземных коммунальных коммуникаций.
3 Акустическая локация
Акустические методы получили наибольшее распространение при поиске утечек воды в подземных трубопроводах. Однако, разновидность этого метода получила достаточно широкое распространение для трассировки подземных водопроводов, в особенности пластиковых трубопроводов. Сейчас применение этого метода ограничено обнаружением и локацией водопроводов, тем не менее дальнейшее развитие подобных методов может расширить сферу их применения, в частности, для использования при трассировке подземных пластиковых газовых труб.
4 Инфракрасная термография
Температура подземных кабелей и труб может быть отличной от температуры окружающего грунта. Определение этой разности температур может быть достаточно эффективным методом локации подземных труб и кабелей. Однако, эффективность этого метода сильно зависит от окружающих условий и значительно снижается в результате воздействия таких факторов, как солнечный свет или ветер. На практике эти методы имеют узкоспециальное применение - поиск пустот в канализационных коллекторах, а также - локация разрывов, трещин и мест повреждений изоляционного покрытия на отдельных участках теплотрасс.
5 Лозоискательство
Это самый старый способ поиска воды и подземных трубопроводов. Для поиска лозоискателями используется ветка дерева или лоза, а также ее многочисленные варианты в виде сварочных электродов и т.п. Этот интересный способ требует специфических навыков и интуиции. Я лично неоднократно наблюдал работу таких «умельцев» и могу сказать, что результаты их работы меня впечатлили. Однажды специалист одного из Водоканалов прошел по трассе силового кабеля с двумя электродами, показав направление кабеля и муфты. Длина трассы была порядка 130 метров, кабель часто менял свое направление, параллельное обследование с помощью электромагнитного трассоискателя полностью подтвердило результаты, полученные с помощью электродов. Конечно, трудно ожидать широкого использования этого метода, а к достоинствам следует отнести низкую стоимость и небольшой вес оборудования;-)
6 Электромагнитная локация
Это универсальный и самый распространенный метод локации и трассировки подземных коммуникаций. Достоинством этого метода является возможность получения "из под земли" большого объема информации, которая не может быть получена при использовании любой другой технологии. Этот метод имеет следующие отличительные черты:
Поиск с поверхности земли границ зон залегания подземных кабелей и труб;
- Трассировка и идентификация определенных линий;
- Трассировка и идентификация канализационных коллекторов или других неметаллических каналов и труб, к которым есть доступ; локализация закупорки и повреждений (с использованием миниатюрного проталкиваемого передатчика-«зонда»;
- Измерение глубины залегания (расстояния от поверхности грунта до центра электромагнитного поля вокруг коммуникации) непосредственно с поверхности земли;
- Портативность и небольшой вес оборудования (легко удерживается в руках) и возможность эффективного использования даже неопытными операторами;
- Возможность использования трассоискателей с любыми типами грунта и даже под водой;
Прибор предназначен для поиска электросетей переменного тока под землёй и в каналах бетонных и кирпичных зданий, их местоположение и глубину залегания.
В отключенные кабельные линии перед поиском трассы следует подать напряжение звуковой частоты достаточной мощности, а конец линии временно замкнуть, также следует поступить при возможном механическом повреждении, электромагнитное поле в поврежденном месте всегда в несколько раз выше, чем в исправном участке линии.
Принцип действия прибора основан на преобразовании электромагнитного поля электросети частотой 50 Гц в электрический сигнал, уровень которого зависит от напряжения и тока в проводнике, а также от расстояния до источника излучения и экранирующих факторов грунта или бетона.
Схема прибора состоит из датчика электромагнитного поля BF1, предварительного усилителя на транзисторе VT1, усилителя мощности DA1 и выходного контрольного устройства состоящего из звукового анализатора на наушниках ВA1 , светового пикового индикатора HL1 и гальванического прибора индикации мощности - PA1. Для снижения искажений сигнала электромагнитного поля в схемы усилителей введены цепи отрицательной обратной связи. Использование на выходе мощного усилителя низкой частоты позволяет подключать нагрузку любого сопротивления и мощности.
В схему введены установочные резисторы и регуляторы, позволяющие оптимизировать режим работы схемы устройства. Прибором можно оценить глубину залегания электросети от поверхности земли.
Для электропитания схемы прибора достаточно источника тока типа «Крона» на 9 вольт или КБС на напряжение 2 * 4,5 вольта.
Для устранения случайной разрядки элементов питания в схеме используется двойное выключение: размыканием плюсовой шины питания шины питания при отключении наушников BA1.
Электромагнитный датчик BF1 используется от высокоомных телефонных наушников типа ТОН -1 со снятой металлической мембраной. Он подключен к предварительному усилителю на транзисторе VT1 через разделительный конденсатор C2. Конденсатор С3 снижает уровень высокочастотных помех, особенно радио- помехи. Усилитель на транзисторе VT1 имеет обратную связь по напряжению с коллектора на базу через резистор R1, при повышении напряжения на коллекторе повышается напряжение на базе, транзистор открывается и напряжение коллектора снижается. Питание на усилитель подается через резистор R2 нагрузки с фильтра C1, R4. Резистор R3 в цепи эммитера транзистора VT1 смешает характеристику транзистора и за счёт отрицательного уровня напряжения несколько снижает усиление при пиках сигнала. Предварительно усиленный сигнал электромагнитного поля через конденсатор С4 гальванической развязки поступает на регулятор усиления R5 и далее через резистор R6 и конденсатор С6 на вход (1) аналоговой микросхемы усилителя мощности DA1. Конденсатор С5 снижают частоты более 8000 Гц для лучшего восприятия сигнала.
Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме DA1 с внутренним устройством защиты от коротких замыканий в нагрузке и перегрузки позволяет с хорошими параметрами усилить входной сигнал до величины достаточной для работы нагрузки мощностью до 1 ватта.
Искажения в сигнале вносимые усилителем в процессе работы зависят от значения отрицательной обратной связи. Цепь ОС состоит из резисторов R7,R8 и конденсатора C7. Резистором R7 возможно подстроить коэффициент обратной связи исходя из качественных показателей сигнала.
Конденсатор С9 и резистор R8 устраняют самовозбуждение микросхемы на низких частотах.
Через разделительный конденсатор С10 усиленный сигнал поступает на нагрузку ВА1 , индикатор уровня РА1 и светодиодный индикатор HL1.
Электродинамические наушники подключаются к выходу усилителя через разъём XS1 и XS2 , перемычка в XS1 замыкает цепь подачи напряжения питания с батареи GB1 на схему. Световой индикатор HL1 контролирует наличие перегрузки выходного сигнала.
Гальванический прибор РА1 указывает на уровень сигнала в зависимости от глубины залегания электросети и подключен к выходу усилителя через разделительный конденсатор С11 и умножитель напряжения на диодах VD1-VD2.
В приборе поиска электросетей нет дефицитных радиодеталей: приемник электромагнитного поля BF1 можно выполнить из малогабаритного согласующего трансформатора или электромагнитной катушки.
Резисторы типа С1-4 или МЛТ 0,12 , конденсаторы типа КМ, К53.
Транзистор обратной проводимости КТ 315 или КТ312Б. Диоды импульсные на ток до 300 мА.
Иностранный аналог микросхемы DA1 - TDA2003.
Прибор уровня РА1 использован от индикатора уровня записи магнитофонов на ток до 100мкА.
Светодиод HL1 любого типа. Наушники ВА1 - ТОН-2 или малогабаритные от плееров.
Правильно собранное устройство начинает работать сразу, положив датчик электромагнитного поля на сетевой шнур включенного паяльника установить резистором R7 максимальную громкость сигнала в наушниках, при
среднем положении регулятора R5 «Усиление».
Все радиодетали схемы расположены на печатной плате кроме датчика BF1 , он установлен в отдельной металлической коробочке. Батарея питания - КБС закреплена снаружи корпуса на скобку. Все корпуса с радиокомпонентами закреплены на алюминиевой тросточке.
Испытание прибора поиска электросетей можно начать не выходя из дома, достаточно включить свет одной из ламп и уточнить трассу в стене и потолке от выключателя до лампы, а затем перейти на поиск трасс под землёй во дворе дома.
Литература:
1. И.Семёнов Измерение больших токов. «Радиомир» №7 /2006 год стр.32
2. Ю.А.Мячин 180 аналоговых микросхем. 1993г.
3. В.В.Мукосеев и И.Н. Сидоров Маркировка и обозначение радиоэлементов. Справочник. 2001г.
4. В.Коновалов. Прибор поиска электропроводов - Радио,2007,№5 ,С41.
5. В.Коновалов. А. Вантеев Поиск подземных электросетей, Радиомир №11, 2010, С16.
Третий глаз (Часть 3)
Приборы для поиска и диагностики подземных инженерных коммуникаций
Благодаря многонаправленным антеннам повышается чувствительность приборов и уменьшается вероятность ошибок. Оператору больше нет необходимости ходить зигзагами по исследуемой территории – стоит только нажать на кнопку питания и выбрать тип нужной трассы, и прибор сам найдет ее и отобразит на экране. Такой подход позволяет пользоваться локатором даже работникам с невысокой квалификацией и практически без специального обучения.
Акустические течеискатели (локаторы)
Достаточно широко применяется ряд методов нахождения подземных коммуникаций, основанных на акустической локации. Часто такие методы используются для поиска утечек воды и газа в трубопроводах из любых металлических и неметаллических материалов. Поэтому приборы для поиска утечек так и называются – течеискатели.
Акустический неактивный метод
Вытекая из трубы, жидкость или газ издает шум, который может уловить акустический течеискатель с функцией пассивного обнаружения, иначе говоря – неактивный акустический детектор. Акустические датчики-микрофоны, которые могут быть контактными, прикладываемыми непосредственно к грунту, или бесконтактными, улавливают звуковые волны, распространяющиеся по грунту. Когда оператор подходит к месту утечки, шум становится сильнее. Определив точку, где звук самый сильный, можно установить местонахождение утечки. Этот метод работает при залегании трубопровода на глубине примерно до 10 м.
Если имеется доступ к трубе через смотровые колодцы, можно прослушивать шум, прикрепив микрофон к трубе или рукоятке вентиля, так как звуковые волны лучше распространяются по материалу трубопровода. Этим способом можно выявить участок трубы между двумя колодцами, на котором есть протечка, а далее, по силе звука, к какому из колодцев она ближе. Точность метода невелика, зато им можно выявить утечку на намного большей глубине, чем при прослушивании с поверхности. Если у прибора имеется функция псевдокорреляции, он может по разности силы звука рассчитывать расстояние до места утечки и уточнять результат поиска.
В комплект прибора обычно входят наушники, мощный усилитель звука (усиление до 5000–12 000 раз), фильтр помех, пропускающий звуки только той частоты, которые заложены в его «память», а также электронный блок, который обрабатывает и записывает результаты и может составлять отчеты. Некоторые приборы совместимы с компьютером.
Считается, что использование течеискателей позволяет сократить расходы на устранение аварий на коммунальных трубопроводах до 40–45%.
Однако у акустических течеискателей есть ряд недостатков. Результаты исследований сильно зависят от наличия шумовых помех, поэтому лучше всего они работают в условиях тишины при исследовании трубопроводов неглубокого заложения – до 1,5 м. Впрочем, современные приборы оснащены микропроцессорами цифровой обработки сигнала и фильтрами, отсеивающими шумовые помехи. Необходимо точно знать маршрут прокладки исследуемого трубопровода, чтобы пройти точно над ним и прослушать шум от утечки в разных точках.
Акустический активный метод – по генератору ударов
В ситуации, когда необходимо отыскать неметаллическую трубу и поэтому нельзя использовать электромагнитный трассоискатель, а к какой-то части трубы имеется доступ, одной из альтернатив является звуковой активный метод. В этом случае применяют генератор звуковых импульсов (ударник), который устанавливается в доступном месте на трубе и методом ударного воздействия создает акустические волны в материале трубы, которые затем улавливаются с поверхности земли акустическим датчиком прибора (микрофоном). Таким образом можно определить местоположение трубопровода. Конечно, этот метод можно использовать и на металлических трубах. Дальность действия прибора зависит от разных факторов, таких как глубина заложения и материал трубы, а также вид грунта. Сила и частота ударов могут регулироваться.
Акустический электрический – по звуку электрического разряда
Если в месте повреждения кабеля можно создать искровой разряд с помощью генератора импульсов, то звук от этого разряда можно прослушивать с поверхности грунта микрофоном. Для возникновения устойчивого искрового разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения кабеля превышала 40 Ом. В состав генератора импульсов входят высоковольтный конденсатор и разрядник. Напряжение с заряженного конденсатора через разрядник мгновенно передается на кабель, возникшая электромагнитная волна вызывает пробой в месте повреждения кабеля, и раздается щелчок. Обычно генерируется по одному импульсу через несколько секунд.
Этот метод применяют для локации кабелей всех видов с глубиной залегания до 5 м. Применять этот метод для поиска повреждений у кабелей в металлическом рукаве, проложенных открыто, не рекомендуется, так как звук хорошо распространяется по металлической оболочке и точность локализации места будет невысокой.
Ультразвуковой метод
В основе данного метода лежит регистрация ультразвуковых волн, не слышных человеческому уху. При выходе находящихся под высоким давлением (или наоборот – подсосе при высоком разрежении) жидкости или газа из трубопровода через трещины в сварных швах, неплотности в запорной арматуре и уплотнениях возникает трение между молекулами вытекающего вещества и молекулами среды, в результате генерируются волны ультразвуковой частоты. Благодаря коротковолновой природе ультразвука оператор может точно определять местоположение утечки даже при сильном шумовом фоне, в наземных газопроводах и подземных трубопроводах. Также с помощью ультразвуковых приборов обнаруживают неисправности в электрооборудовании – дуговые и коронные разряды в трансформаторах и распределительных шкафах.
В состав ультразвукового течеискателя входят датчик-микрофон, усилитель, фильтр, преобразователь ультразвука в слышимый звук, который транслируется наушниками. Чем ближе микрофон к месту утечки, тем сильнее звук в наушниках. Чувствительность прибора регулируется. На ЖК-экране результаты сканирования отображаются в цифровом виде. В комплект может входить контактный щуп, с помощью которого также можно прослушивать колебания. Для активного выявления мест негерметичности в состав прибора включают генератор (передатчик) ультразвуковых колебаний, который можно поместить в исследуемый объект (например, емкость или трубопровод), излучаемый им ультразвук будет выходить наружу через неплотности и трещины.
Преимущества. Метод простой, для поиска утечек не требуется сложной процедуры, обучение работе с прибором занимает около 1 часа и при этом метод весьма точный: позволяет обнаруживать утечки через мельчайшие отверстия на расстоянии 10 м и более на фоне сильных посторонних шумов.
Корреляционный метод
В данном случае на трубу по обе стороны от места утечки (например, в двух колодцах или на запорной арматуре на поверхности земли) устанавливают два (или больше) датчиков виброакустических сигналов (пьезодатчиков). От датчиков сигнал передается в прибор по кабелям или по радиоканалу. Поскольку расстояние от датчиков до места утечки разное, звук от утечки будет приходить к ним в разное время. По разнице во времени поступления сигнала на датчики электронный блок-коррелятор рассчитывает функцию кросс-корреляции и место нахождения повреждения между датчиками.
Данный метод применяется на сложных для акустического сканирования зашумленных участках, таких как городские и заводские территории.
Точность расчета зависит от точности измерения времени прохождения сигналов прибором, точности измерения расстояния между датчиками и точности значения скорости распространения звука по трубе. Как утверждают специалисты, при правильном проведении данных измерений надежность, чувствительность и точность корреляционного метода значительно превышают результаты других акустических методов: отклонение не более 0,4 м и вероятность обнаружения утечек составляет 50–90%. Точность результата не зависит от глубины залегания трубопровода. Метод очень устойчив к помехам.
Недостаток корреляционного метода состоит в том, что результаты искажаются при наличии неоднородностей в трубах: засоров, изгибов, ответвлений, деформаций, резких изменений диаметра. Корреляционные течеискатели – дорогостоящие и сложные приборы, работать на которых могут только специально подготовленные специалисты.
Газоискатели
Для выявления утечек газов из трубопроводов используются газоискатели. Микронасос, который входит в состав прибора, закачивает пробу воздуха с проверяемого места. Отобранная проба сравнивается с эталонным воздухом (например, методом нагревания спиралью: при нагревании пробы с газом и воздуха температура спирали будет разная), и прибор фиксирует наличие в пробе газа. Также имеются газоискатели (сравнивающие пробу и эталонный воздух) на основе других принципов. Такое оборудование способно уловить газ или другое опасное летучее вещество даже в том случае, если его в воздухе содержится всего 0,002%!
Газоискатель – легкий и компактный, удобный и простой в эксплуатации прибор. Однако он весьма чувствителен к температуре окружающего воздуха: при слишком высокой или низкой температуре его работоспособность снижается и даже может стать нулевой, например при температуре ниже –15 и выше +45 °С.
Комплексные приборы
Как мы видим, у локаторов каждого типа имеются определенные ограничения и недостатки. Поэтому для служб, эксплуатирующих подземные коммуникации, современные трассопоисковые приборы часто выполняются комплексными, состоящими из аппаратуры разных типов, например, в них вместе с электромагнитным трассоискателем могут входить акустический локатор, георадар и пирометр, а акустический приемник может иметь еще и канал приема электромагнитных сигналов. Поиск может проводиться одновременно на частотах электромагнитных и радиоволн, либо прибор может переключаться в режимы приема магнитных, радио- или акустических волн. Причем модульная конструкция приборов позволяет комплектовать комплексы индивидуально для каждой компании-клиента в зависимости от его конкретных задач. Использование комплексных приборов повышает вероятность точного нахождения местоположения объекта, облегчает и ускоряет проведение работ по обслуживанию подземных коммуникаций.
Инновации в отрасли оборудования для поиска подземных коммуникаций
Запись координат объектов поиска в GPS/ ГЛОНАСС
У некоторых современных трассопоисковых приборов есть возможность определять координаты обнаруженного объекта по GPS/ ГЛОНАСС и записывать их (даже онлайн) в базу данных цифрового плана участка, созданного методом автоматизированного проектирования CAD, обозначив там выявленные инженерные коммуникации. Параллельно данные поступают на компьютер в головной офис компании. Информация может быть представлена в виде простых меток, которые помогут оператору экскаватора визуально ориентироваться на схеме, показанной на дисплее машины. Еще проще будет работать оператору, если управление экскаватором частично автоматизировано и связано с GPS/ ГЛОНАСС – автоматика поможет избежать повреждения коммуникаций.
Новинки трассопоискового оборудования
Ведущие разработчики данного оборудования предлагают сканеры, которые сканируют стройплощадку и на основе анализа характеристик местного грунта и прочих условий на строительном объекте автоматически указывают оптимальную величину частоты, на которой рекомендуется вести локацию подземных коммуникаций. Для достижения наилучшей чувствительности некоторые трассоискатели оснащаются функцией автоматического подбора оптимальной частоты сигнала – это удобно в условиях «грязного» эфира и когда под землей проходит сразу несколько трасс.
Появились приборы с двумя выходами, которые могут теперь подсоединяться и вести исследования одновременно двух инженерных коммуникаций.
Приборы оснащаются высококонтрастным жидкокристаллическим дисплеем, изображение на котором видно даже при освещении прямыми солнечными лучами, информативность дисплеев повышается: в режиме реального времени отображаются все необходимые параметры: глубина коммуникации, направление движения к ней, интенсивность сигнала и т. п. На экране прибора даже может формироваться наглядная схема расположения коммуникаций, трассоискатель способен одновременно «видеть» до трех подземных коммуникаций, «рисуя» на большом дисплее карту их расположения и пересечений.
Георадары (Подробнее о георадарах см. Часть 1)
Работа георадара основана на излучении электромагнитного импульса в грунт и регистрации отраженного сигнала от подземных объектов и границ среды с разными электрофизическими свойствами.
Области применения георадара огромны: он позволяет определять глубину залегания коммуникаций, местоположение пустот и трещин, зоны переувлажнения и уровень грунтовых вод, характер залегания геологических границ, зоны разуплотнения, незаконные врезки, дефекты земляного полотна, наличие арматуры, мин и снарядов, а также другие объекты.
Основное распространение георадиолокация получила в области поиска подземных коммуникаций, во многом благодаря тому, что этот метод обнаруживает коммуникации из любого материала, в том числе неметаллические.
Для поиска подземных коммуникаций подбирают георадар с антеннами, имеющими среднюю центральную частоту (200–700 МГц). Поиск на таких частотах обеспечивает глубину зондирования до 5 м, а также позволяет находить кабели и трубы малого диаметра.
При необходимости обследования больших территорий используются георадарные системы с массивом антенн, устанавливаемые на транспортное средство. Такие системы сканируют до нескольких гектаров в день.
Современные георадары могут находить подземные коммуникации в режиме реального времени и имеют возможность совместного использования с GPS-оборудованием, что позволяет привязываться к местности и, используя полученные координаты, переносить георадарные данные в CAD-системы, а также наносить обнаруженные коммуникации на имеющиеся схемы.
Долгое время считалось, что георадар – это сложная в понимании и управлении техника, однако с появлением современных технологий и продвинутого программного обеспечения ситуация в корне изменилась. Георадары лидирующих производителей имеют максимальную автоматизацию получения и интерпретации данных, что исключает ошибки, связанные с человеческим фактором. Таким образом, на сегодняшний день георадар является незаменимым помощником в поиске подземных коммуникаций и по праву может считаться «третьим глазом» инженера-изыскателя.
