专利名称：埋地管道埋深及杂散电流大小方向和地磁方位角的测量方法
埋地管道埋深及杂散电流大小方向和地磁方位角的测量方
法技术领域：
本发明涉及埋地管道内杂散电流的检测实现方法，属于腐蚀探测、杂散电流检测的应用技术领域。集磁测量方法、信号调理方法、相敏检波信号拾取、数学计算方法、嵌入式系统等技术为一体。背景技术：
在城市地铁、城际高速铁路等轨道交通运输系统中，一般采用高压直流、交流电源牵引，走行轨回流的驱动方式。一旦回流通路与大地的绝缘存在问题，巨大的驱动电流会流入大地，对埋地管道等地下金属构筑物形成剧烈的电性干扰，导致金属构筑物受到强烈的腐蚀，使得地下构筑物在短时间内发生泄漏或损伤。电性干扰的存在严重地威胁着地下管道等构筑物的运行安全。特别是城市中的埋地燃气管道在城市中分布广泛， 铺设密度大。一旦发生煤气管道的腐蚀穿孔事故，往往会造成灾难性的后果。此外，轨道交通系统的电流泄露，会在大地中形成杂散电流，杂散电流对城市中各种建筑物结构中钢筋的腐蚀，会破坏混凝土的整体性，降低其强度和耐久性，给城市居民的生命财产的安全带来严重威胁。所谓的杂散电流是指在规定的电路或意图电路之外流动的电流。在规定的电路中流动的电流，其中因回路故障一部分自回路中流出，流入大地、水等环境中，形成了在大地中流动的干扰电流。金属电性腐蚀的原理与电解的情况基本相同，即阳极进行氧化反应，阴极为还原反应。杂散电流从土壤进入金属管道的区域带有负电，为阴极区，处在阴极区的管道一般不受什么影响；当杂散电流由某一点流出时管体带正电，这一区域称为阳极区，阳极区的管体以铁离子的形式溶入周围介质中，阳极区的管道受到剧烈的电解腐蚀。杂散电流腐蚀的破坏特征是阳极区段的局部腐蚀。经验表明，1安培直流杂散电流在钢体上流出，一年内将导致大约9Kg的金属蚀失。而在杂散电流严重的区域，腐蚀电流可达几十安培或几百安培，造成的腐蚀是相当剧烈的。对于长距离带有防腐层的埋地金属管道，流入管道的杂散电流很大，而且电流只能从防腐层的破损处流出，因而更容易集中在管道的局部，腐蚀将是惊人的。在干扰的阴极区也可能对管道有危害，当电位过负，如超过-1. 7V时，管体表面会析出大量氢，造成浙青类防腐绝缘层剥离破坏，脱落，从而使阴极区的管道也发生腐蚀破坏。杂散电流干扰的检测轨道交通产生的杂散电流大多属于动态杂散电流，传统的测量方法很难进行有效地检测。由于轨道交通设施设计和施工等环节存在的缺陷，导致驱动电流产生泄漏到大地形成杂散电流。当机车运行到此处的附近，这种杂散电留会急剧增大；当机车逐渐远离后，杂散电流会逐渐减小。这种干扰的程度会在每天的不同时段，因轨道交通的繁忙程度不同而不同。因而，对于动态杂散电流的检测仅仅应用简单的地面电压梯度法往往不能有效地检测出动态杂散电流的存在规律以及对某一区域内地下构筑物的危害程度、危害方式。当前国内外应用于杂散电流检测的主流设备是英国雷迪公司的杂散电流检测仪 SCM，国内生产的设备没有电流测量功能，不能满足复杂环境下检测的需求。而应用的SCM 检测仪采用的是上世纪90年代初的测磁技术，应用的是5个双分量的磁力仪探头，由于探头精度低，只能通过复杂测量结构来满足电流测量的基本需求。由此组成的检测系统结构复杂，数据处理算法复杂，测量结果精度低，造价高昂。
背景技术：
发明内容本发明目的是解决目前仅仅应用简单的地面电压梯度法往往不能有效地检测出埋地管道内的动态杂散电流的问题，提供一种埋地管道的埋深及管道内杂散电流的大小、 方向和地磁方位角的检测方法。本发明的管内电流测量方法应用于，具有数据存储功能的杂散电流检测设备中， 管内电流大小、方向和方位角的测量。杂散电流检测设备用于完成在可能存在干扰的管道上，检测出管道中杂散电流的方向和强度。通过将多台检测设备在一个检测区段内的多点布置，连续M小时测量，将记录下长时段的检测数据，应用数据分析软件对不同时段，不同地点的检测数据进行对比分析、相关分析，得出干扰电流的相互关系，确定杂散电流的流动方向和大小，在管道上流入流出点，从而探清杂散电流的干扰模式。通过检测数据的分析还可以确定出同一管道不同位置上电流大小和方向的分布规律，确定在管道存在的杂散电流干扰的区段，配合现场调查就可以确定出杂散电流的确切来源，进而对应杂散电流的干扰规律制定出杂散电流的治理方案。本发明提供的埋地管道埋深及杂散电流大小、方向和地磁方位角的检测方法，包括第1、将两个用于管道电流I产生磁场的垂直分量测量的磁力仪探头(以下简称探头)沿与管道轴向垂直方向垂直于地面放置，分别称为第三探头和第四探头，探头之间的
间距为1，靠近管道一侧的探头即第三探头到经过管道的竖直平面的距离为；第2、分别测量出管道电流I在第1步所述两个探头所在位置产生磁场的垂直分量
H3垂、H4垂；第3、采用如下公式计算管道埋深d，
权利要求
1. 一种埋地管道埋深及杂散电流大小、方向和地磁方位角的测量方法，其特征在于，该方法包括第1、将两个用于管道电流/产生磁场的垂直分量测量的磁力仪探头以下简称探头、沿与管道轴向垂直方向垂直于地面放置，分别称为第三探头和第四探头，之间的间距为I,靠近管道一侧的探头即第三探头到经过管道的竖直平面的距离为
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于埋地管道所在地磁方位角的检测方法是 在第1步所述的两个探头沿线上另外放置两个探头，一个探头称为第一探头，用于管道电流/产生磁场和地磁的水平分量的测量，另一个探头称为第二探头，用于大地磁场在管道轴向平行方向的地磁分量的测量，相邻探头之间的间距均为I，埋地管道位于中间两个探头即第二探头和第三探头中央的正下方；通过第一探头测量出管道电流/在第一探头位置产生的磁场在垂直管道轴向的水平分量iiWC ；通过第二探头测量出大地磁场在与管道轴向平行方向的水平分量Hft ； 应用如下公式计算出管道电流/在第四探头位置产生磁场的水平分量Αλ
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的每个探头的分辨率为1ηΤ，量程为10万ηΤ ；每个探头采用方波激励，激励电压为2. 0 3. 2V，频率为1. OK 10. OKHz ； 测量输出的相敏检波频率为激励信号的2倍，测量结果为22位数据长度，50mS的信号检测间隔。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，四个探头在同一轴线上呈直线方式排列，安装在一个铝制或塑料制的长方形箱中，箱中内置各个探头的激励信号产生电路、相敏检波电路、积分滤波和信号处理板。
全文摘要
一种埋地管道埋深及杂散电流大小方向和地磁方位角的测量方法。应用四个沿与管道轴向垂直方向布置的磁力仪探头组成探头阵列，探头间距均为，埋地管道位于中间第二探头和第三探头中央的正下方；第一探头测量管道电流产生磁场在垂直管道轴向的水平分量，第二探头测量大地磁场在与管道轴向平行方向的水平分量，第三探头和第四探头测量管道电流产生磁场的垂直分量，然后通过公式实现管道埋深、管中电流大小和地磁场方位角等参数的测量。本发明方法简单，具有测量精度高、抗干扰能力强、测量参数多等优点。可以用于构成受大地中杂散电流干扰的埋地管道电流的检测系统，可广泛应用于轨道交通、高速铁路形成的杂散电流对埋地管道产生干扰的检测和评价。
文档编号G01R19/14GK102262173SQ20111009751
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者林守江 申请人:天津市嘉信技术工程公司