1.6 Основы теории

Элементарная теория локации подземных кабелей и труб

Материалы этого раздела, где изложены основные принципы электромагнитной локации, предназначены для использования неспециалистами при решении насущных проблем локации подземных труб и кабелей.

1.6.1 Электромагнитная индукция
1.6.2 Активные и пассивные сигналы
1.6.3 Ввод активного сигнала
1.6.4 Пассивные сигналы
1.6.5 Антенны для локации сигнала в линии
1.6.6 Оценка глубины залегания линии
1.6.7 Локация неметаллических линий
1.6.8 Локация с использованием зондов

1.6.1 Электромагнитная индукция

Локаторы труб и кабелей определяют не положение кабелей и труб, а детектируют магнитное поле вокруг линии, созданное переменным током, который протекает по линии. Наличие магнитного поля вокруг линии с током и позволяет определять ее положение.

В то время как возможна изоляция от электрического тока, невозможно изолироваться от магнитного поля. Изоляция кабеля или присутствие различных типов грунта не изменяет вида поля.

Переменный ток создает детектируемое магнитное поле или "сигнал", так как он не только вызывает появление поля, но также и приводит к его реверсивным изменениям с осциллирующей частотой, что и обеспечивает возможность эффективной локации, используя электромагнитную индукцию.

Принцип электромагнитной индукции может быть проиллюстрирован на примере введения полоски магнита в катушку. При этом, показания вольтметра будут изменяться, но только тогда, когда магнит двигается.

Как только движение магнита прекратится, показания прибора станут равными нулю. Если магнит быстро извлекается из катушки, то отклонение стрелки прибора будет происходить в противоположенном направлении — но только до тех пор, пока движение не будет прекращено. Чем быстрее перемещение, тем больше отклонение стрелки.

Скорость изменения переменного напряжения — это его частота, число положительных и отрицательных пульсаций, циклов в секунду, и известна во всем мире как Герц или Гц. Как быстрое перемещение магнита приводит к более высоким показаниям, так и переменное поле высокой частоты вызывает более высокое напряжение при той же самой напряженности поля.

Приборы для локации подземных кабелей и труб реализуют принципы электромагнитной индукции, используя два способа:

  Локация сигнала переменного тока в линии с помощью приемника;

  Удаленный ввод в линию сигнала переменного тока от генератора с последующим его детектированием.

Электрическая цепь должна быть замкнута для обеспечения прохождения тока. Итак, каким образом источник маломощного сигнала, находящийся на поверхности, может вызвать протекание тока в хорошо изолированном проводнике, расположенном под землей? Очевидно, что величина используемых напряжений не позволяет "пробить" изоляцию. Ответ связан с емкостными эффектами в цепях переменного тока.

Наличие емкости позволяет сигналам пройти через изоляцию. Масса окружающего грунта действует именно таким образом, если имеется проводящий слой вокруг проводника.

Частота сигнала:

Основное правило, касающееся выбора частоты сигнала, может быть сформулировано следующим образом:

"Выше частота сигнала, больше напряжение переменного тока и сигнал индуцируемый в проводнике, а также больше емкостной ток."

Таким образом получается, что использование высокочастотных сигналов более эффективно, чем низких. Однако, высокочастотный сигнал более легко уходит на землю через емкость, и поэтому будет распространяться по линии на меньшее расстояние, чем низкочастотный сигнал такой же мощности.

Другой недостаток высоких частот заключается в легкости, с которой сигналы, наведенные в определенную линию, могут взаимодействовать с сигналами других близлежащих линий за счет индуктивной связи. Это зачастую затрудняет трассировку данного трубопровода или кабеля в зонах с большим количеством коммуникаций.

В трубах или кабелях большого диаметра значительно возрастает поверхность контакта линии с грунтом и, таким образом, величина утечки сигнала на землю. При одной и той же мощности сигнала его утечка на землю в больших трубах происходит на существенно более коротком расстоянии, чем в малых трубах.

Возможность грунта проводить ток изменяется в зависимости от конкретных условий. Очевидно, что влажный грунт является лучшим проводником, чем сухой песок, а результирующие емкостные эффекты будут зависеть от проводимости проводника. Высокая проводимость грунта обеспечивает более легкое наведение тока и поэтому хорошее прохождение сигнала в проводнике, находящемся под землей. При этом, и потеря сигнала происходит на существенно более коротком расстоянии. И наоборот, низкая проводимость грунта или земли требует больших затрат энергии для индуцирования сигнала в линии, но, при этом, он может быть определен на значительно большей длине проводника (линии).

Оптимальная частота для эффективной локации и трассировки зависит от типа трубы или кабеля.