基于畢奧-薩伐爾定律的非接觸式暗線檢測儀

孔德成，冉隆毅

（重慶化工職業(yè)學(xué)院，重慶401228）

1 引言

在需要對墻壁進(jìn)行打孔時，經(jīng)常受到暗線走向的困擾，破壞暗線極易造成線纜短路，用電安全問題突出[1-2]。針對此現(xiàn)象，現(xiàn)有文獻(xiàn)主要利用單片機(jī)為控制部件來輔助檢測[3-4]，由于單片機(jī)及外圍器件的存在，造成檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力滯后且體積龐大，限制了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用[5]。

基于上述研究背景，本文基于畢奧-薩伐爾定律，設(shè)計了一個便攜、有效且無損探測墻體內(nèi)通電線纜走向的檢測儀。該檢測儀工作時，當(dāng)探測到墻內(nèi)暗線發(fā)出的工頻電磁信號，輔助耳機(jī)可清晰辨出交流電的高頻噪音，左右移動探測儀，從而確定暗線位置。

2 工作原理

墻體內(nèi)暗線工作時，其交變電流會產(chǎn)生一個微弱的交變磁場，由電磁感應(yīng)定律[3]，檢測儀中磁頭線圈兩端的感應(yīng)電壓為：

其中，N 為磁頭線圈匝數(shù)；S 為磁頭線圈的有效截面積；r0為磁頭線圈到導(dǎo)線的距離；μ0為電磁常數(shù)；ω 為導(dǎo)線中電流角頻率。

由式（1）可知，當(dāng)線圈和通電線纜中的電流一定時，磁頭線圈兩端的感應(yīng)電壓U 與r0成反比。當(dāng)磁頭線圈距離通電導(dǎo)線越近，感應(yīng)出的電壓就越強(qiáng)，利用此原理，可用來尋找聲音最強(qiáng)點(diǎn)，即找到距離墻內(nèi)暗線的最近點(diǎn)，從而確定暗線位置。

檢測儀電路如圖1 所示，2 個NPN 型三極管組成復(fù)合放大電路，放大倍數(shù)（即零敏度）由式（1）決定。此外，在保證檢測器能正常工作的前提下，為減少設(shè)計成本，經(jīng)分析，省去電源穩(wěn)壓芯片，使用3.7V 鋰電池為電路供能。

圖1 電路原理圖

3 實(shí)驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證檢測儀性能，對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。采用建筑石膏板代替墻體，負(fù)載為白熾燈，暗線測試采用220V 交流電，通過設(shè)置用電器數(shù)量調(diào)整電線功率，硬件電路具體參數(shù)如下：R1=100k，C1=C2=C3=100μF，R2=R3=2k，R4=R5=150Ω。

結(jié)果表明，檢測儀可對連接大于200W 用電器的通電線纜走向進(jìn)行準(zhǔn)確探測，靈敏度較高。電器功率為100W 時，所能測試暗線深度達(dá)40mm，滿足探測需求且使用便捷。

此外，還以60W 白熾燈為負(fù)載，石膏板模擬墻厚度設(shè)置為30mm，手持檢測儀進(jìn)行了四組平穩(wěn)性測試實(shí)驗(yàn)，每組20 次反復(fù)測試。實(shí)驗(yàn)表明，本檢測儀可準(zhǔn)確探測通電線纜的走向，在相應(yīng)狀態(tài)下的準(zhǔn)確率可滿足工業(yè)測試要求。

4 結(jié)論

針對墻內(nèi)通電線纜難以在無損墻面的情況下快速準(zhǔn)確地確定其走向，本文設(shè)計出一種基于三極管放大原理的暗線檢測儀，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①檢測儀可對連接大于200W 用電器的通電線纜走向進(jìn)行準(zhǔn)確探測，靈敏度較高；②電器功率為100W 時，所能測試暗線深度達(dá)40mm，滿足探測需求且使用便捷、平穩(wěn)性較好。