管線探測儀主要技術(shù)指標(biāo)的解析

郝 毅

（中國腐蝕控制技術(shù)協(xié)會，北京 100101）

0 引言

目前在國內(nèi)市場上銷售的管線探測儀型號繁多，市場常見品牌仍以進(jìn)口品牌為主，如：英國RD、美國麥測、美國3M、日本富吉探等。雖然不同品牌的設(shè)備其應(yīng)用物理技術(shù)都是電磁感應(yīng)原理，且基本構(gòu)成是相似的，但是性能及使用效果卻相差甚遠(yuǎn)。在地下管線分布日趨密集復(fù)雜的背景下，實施高精度探測所面臨的難度越來越大，這不僅要求檢測人員要過硬的技術(shù)基本功，還需要檢測人員深入了解探測設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)所代表的含義及影響。不同設(shè)備的性能差異主要體現(xiàn)在功率、抗干擾能力、管線識別技術(shù)、天線布置等方面。掌握設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的含義，可以在選擇探測設(shè)備時更有針對性，并且在探測過程中做到有的放矢，運(yùn)用合理的操作和分析來提高探測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

1 發(fā)射機(jī)

發(fā)射機(jī)的輸出功率

發(fā)射機(jī)的輸出功率大小將在一定程度上決定了接收機(jī)的性能發(fā)揮。如表1所示發(fā)射機(jī)的輸出功率越大，施加在管道上的電流信號也就越大，使接收機(jī)在相同的背景噪聲下接收能力更強(qiáng)，探測深度更深，探測的有效距離越遠(yuǎn)，定位準(zhǔn)確性更高。

表1 發(fā)射功率大小與管線探測性能的關(guān)系

表2對比分析了幾種管線探測儀發(fā)射機(jī)在最大功率時輸出的電流值。從中我們可以看到：

1#管線探測儀在中、低頻率工作時輸出的電流值均為500mA，相當(dāng)于負(fù)載下5W的輸出功率，而在高頻率時輸出電流值為200mA，相當(dāng)于負(fù)載下3W的輸出功率。

2#管線探測儀在中、低頻率工作時輸出的電流值均為1000mA，相當(dāng)于負(fù)載下10W的輸出功率。而在高頻率時輸出電流值為95mA，相當(dāng)于負(fù)載下1W輸出功率。

3#管線探測儀在低、中頻率工作時輸出的電流值均為1000mA，相當(dāng)于負(fù)載下10W的輸出功率。而在高頻率時輸出電流值為447mA相當(dāng)于負(fù)載下5W輸出功率。

發(fā)射機(jī)輸出電流的大小，是影響設(shè)備使用效果的關(guān)鍵。從表2可得，2#管線探測儀與3#管線探測儀在中、低頻率工作時電流輸出值同為1A，但是在高頻率工作時，3#管線探測儀的電流輸出值是2#管線探測儀的4.7倍；1#管線探測儀在低、中頻率工作時的電流輸出值是三款設(shè)備中最低的，但是在高頻工作時的電流輸出值仍然是2#管線探測儀的2倍。

2 接收機(jī)

接收機(jī)是探測過程中采集埋地管線信息的工具，其性能取決于操作的方便性，輕巧性，探測時對環(huán)境背景噪音的抗干擾能力、數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、顯示屏的設(shè)計、數(shù)據(jù)的軟件處理等參數(shù)，歸納起來主要有以下幾方面：

2.1 接收機(jī)頻率信號的濾波技術(shù)

接收機(jī)接收信號的頻寬（濾波技術(shù)實現(xiàn)），直接影響到接收機(jī)的抗干擾能力。接收的頻幅越寬，其接收探測的信號受環(huán)境背景噪音和地面金屬物體的干擾就越大。當(dāng)前最好的濾波技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)5～10Hz的濾波帶寬。早期的接收機(jī)帶寬可能達(dá)到100Hz，使得接收機(jī)的信號響應(yīng)受環(huán)境影響程度很大。

從表3數(shù)據(jù)的對比分析：2#管線探測儀、3#管線探測儀其接收機(jī)接收信號頻帶寬度在5～10Hz間，實踐證明這兩款管線探測儀在探測時抗干擾能力強(qiáng)；1#管線探測儀其接收機(jī)接收信號的頻帶寬度處在10～100Hz間，抗干擾能力為一般。

2.2 接收機(jī)屏幕顯示

全屏顯示就是所有的采集參數(shù)均在同屏顯示，無需切換，使操作者一目了然，直觀方便。峰谷值同屏顯示，自動糾偏，一般的管線探測儀峰谷值測試需切換屏幕，并且峰谷值的定位往往誤差較大，最大誤差可達(dá)50cm～1m。

只有少數(shù)管線探測儀具有峰谷值同屏顯示，自動糾偏功能。

2.3 目標(biāo)管線的識別

目標(biāo)管線的識別是管線探測者最為頭疼的問題，尤其在復(fù)雜管線區(qū)域或多條平行管線同時探測時。一般管線探測儀只有一種方法來判別，而好的管線探測儀有多種識別方法，識別更準(zhǔn)確。下面介紹幾種識別方法。

2.3.1 絕對信號強(qiáng)度（dB）

絕對信號強(qiáng)度是管線探測時識別目標(biāo)管線的重要參數(shù)，是對目標(biāo)管線初始真實信號強(qiáng)度的默認(rèn)，絕對信號強(qiáng)度值一般不受條形信號的變化而變化，而受管線埋置深度的變化而變化。因此在管線探測中，常常以絕對信號強(qiáng)度的dB值變化來判別目標(biāo)管線。

目前市場上的一般管線探測儀，其信號響應(yīng)值（%）均受接收機(jī)增益的調(diào)整而變化，從而在探測時均不易被重視。但也有部分管線探測儀系列，其絕對信號強(qiáng)度不受接收機(jī)的增益變化而變化，可作為目標(biāo)管線識別的主要參數(shù)來廣泛應(yīng)用。

2.3.2 電流方向功能

電流方向功能是目標(biāo)管線識別的另一方法。其顯示方法是，目標(biāo)管線電流方向為正流向，感應(yīng)管線為負(fù)流向。但這種方法僅局限于直連模式的低頻有效，在實際的管線探測中意義并不大，因為在管線探測中低頻使用率非常低。

而部分管線探測儀，電流方向功能不但能在低、中、高頻率下均能顯示，同時顯示方法除了方向箭頭外，還有正、負(fù)號顯示SS識別功能，方便且直觀。

2.3.3 電流值顯示功能

電流值在管線探測中同是目標(biāo)管線識別的參考值之一。但目前在市場上的管線探測儀都是在恒定功率模式輸出的電流值，而該模式下輸出的電流值受環(huán)境影響較大，電流值并不穩(wěn)定，如單以電流值來判斷目標(biāo)管線，誤判率很高。只有在恒定電流模式下輸出的電流值才具有真正的參考價值。

2.3.4 磁場畸變警示功能

該功能在管線探測時用于判斷接收機(jī)所測數(shù)據(jù)的可靠程度。根據(jù)地球物探原理，凡是在多條管線疊加或密集并行分布的環(huán)境下，此時的磁場是個畸變的磁場，接收機(jī)所探測的數(shù)據(jù)是異常數(shù)據(jù)，不可利用。但探測人員在探測時是無法知道地下管線的分布情況，也就無法判斷所測的數(shù)據(jù)是否可靠。目前該功能只有個別管線探測儀具備。

3 深度測量

深度測量關(guān)鍵指標(biāo)主要為：有效探測深度、深度測量數(shù)據(jù)的精度

3.1 發(fā)射機(jī)的輸出的功率與輸出電流值

接收機(jī)在管線探測點處所接收的電流信號越穩(wěn)定越大，探測的有效深度就越大，而電流輸出的大小又取決于發(fā)射機(jī)輸出的功率大小，輸出功率越大，輸出的電流信號就越強(qiáng)。

3.2 接收機(jī)的天線結(jié)構(gòu)

管線探測儀的探測精度受控于探測環(huán)境的物理場變化影響，故深度測量精度是受環(huán)境中物理場的分布所決定的。但隨著探測技術(shù)的發(fā)展，人們在儀器天線的數(shù)量及類型上進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，從早期的單鐵心天線結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在的空心天線＋三軸空心天線結(jié)構(gòu)?？招奶炀€的靈敏度高，對信號的還原能力強(qiáng)，相較于鐵心天線，受環(huán)境背景噪聲的影響?。蝗S天線結(jié)構(gòu)，可以減少因操作不當(dāng)造成設(shè)備沒有擺放正確位置時造成的測量結(jié)果失真。近幾年新出的管線探測儀在測深精度上比早期的管線探測儀高得多。

線圈結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

配置為多天線結(jié)構(gòu)線圈的管線探測儀通過B+E和F+ C進(jìn)行峰值定位，通過A、D進(jìn)行谷值定位，通過B-E 和 F-C兩次差分計算得到直讀深度；配置位水平雙天線結(jié)構(gòu)的管線探測儀1和3進(jìn)行峰值定位，通過2進(jìn)行谷值定位，通過1和3的一次差值計算得到直讀深度。顯然，配置為多天線結(jié)構(gòu)線圈的管線探測儀精準(zhǔn)度要更高。

4 結(jié)語

以上分析表明，不同型號的管線探測設(shè)備，其性能可存在有較大的差異，性能的優(yōu)劣，取決于某幾項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和設(shè)備的構(gòu)造。管線探測設(shè)備的性能往往是決定現(xiàn)場檢測工程是否正常實施的重要因素。工程人員需要對設(shè)備有充分的了解，在選擇及應(yīng)用設(shè)備過程中，事半功倍。