一种配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别系统的制作方法

本实用新型属于金属探测领域，更具体地，涉及一种配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别系统。

背景技术：

在配电网输电线路建设中，为防止杆塔倒伏和下沉，通常采用底盘、拉盘、卡盘对杆塔进行固定。底盘位于杆坑底部，防止泥土过松导致杆塔下沉；卡盘安装在杆塔根部，增加周围泥土对杆塔的挤压面积，保证杆塔垂直；拉盘与拉线棒配合使用，主要承受杆塔拉力作用防止其倒伏。底盘、拉盘、卡盘作为配电网杆塔的基础部件，起着至关重要的作用。

对底盘、拉盘、卡盘的施工质量进行安全检测，检验杆塔地下部件埋设是否合乎规范，是电力线路勘测的过程中的关键工作之一。较于开挖式检测，非开挖式的无损检测技术具有施工难度小、易于实施等特点。其主要原理为：发射线圈与接收线圈位于地表上方，用以获取地下底盘、拉盘、卡盘的相关位置信息。首先将脉冲电流通入发射线圈，由于底盘、拉盘、卡盘为金属材质，发射线圈所产生的时变磁场在金属中感应出涡流与第一感应电场，同时，底盘、拉盘、卡盘的在接收线圈中产生二次感应电场。根据接收线圈中感应电场的变化规律与大小从而判断其位置、大小等具体参数。

然而，当脉冲电流通入发射线圈时，不仅会在地下导体中感应出第一感应电场，在接收线圈中也会产生相应的第一感应电场。因此，现有无损检测技术存在以下问题：(1)接收线圈中的感应电场实际应包括金属导体产生的二次感应电场与发射线圈直接产生的第一感应电场。实际上，由于发射线圈与接收线圈均位于地表，接收线圈中的第一感应电场幅值远大于地下底盘、拉盘、卡盘产生的二次感应电场，反应底盘、拉盘、卡盘的感应电场变化规律微乎其微，难以直接辨别与提取；(2)配电网杆塔的金属拉线与内部钢筋结构也会与发射线圈、接收线圈产生耦合作用，并对接收线圈中感应电场信号产生影响，难以直接从接收线圈中直接提取地下底盘、拉盘、卡盘的相关信息。因此，如何筛选并准确提取接收线圈中感应电场的信号，对精确实现配电网杆塔底盘、拉盘、卡盘相关信息探测具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别系统，旨在解决现有的对配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的无损检测方法因无法直接提取配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘在接收线圈中产生的感应电场，导致无法直接明确地获取底盘、拉盘和卡盘的相关信息的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别系统，包括：发射线圈、发射模块、接收线圈、接收模块、第一信号采集处理模块、第二信号采集处理模块和数据处理模块；

发射模块与发射线圈串联，接收线圈与接收模块串联，发射线圈与接收线圈在预设距离内放置；

第一信号采集处理模块的输入端与接收模块的第一输出端连接，其输出端与第二信号采集处理模块的第一输入端连接；

第二信号采集处理模块的第二输入端与接收模块的第二输出端连接，其输出端与数据处理模块的输入端连接；

发射模块用于在发射线圈中产生脉冲电流；发射线圈用于根据电磁感应定律，产生空间电磁场；

接收线圈用于接收发射线圈产生的空间电磁场，并产生第一感应电场；同时利用配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘中产生的感应电场，在电磁感应下，形成第二感应电场；接收模块利用接收线圈产生的第一感应电场和第三感应电场形成测量回路，用于测量第一感应电场和第三感应电场；

第三感应电场是第一感应电场和第二感应电场的叠加；

第一信号采集处理模块用于将第一感应电场由模拟信号转换为数字信号，并存储第一感应电场的数字信号；

第二信号采集处理模块用于输出只携带配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场；

数据处理模块用于根据第二感应电场，获取配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的信息。

优选地，第一信号采集处理模块包括：信号调理单元、第一模拟/数字转换单元和数字信号存储单元；

信号调理单元的输入端与接收模块的第一输出端连接；信号调理单元、第一模拟/数字转换单元和数字信号存储单元依次连接；

信号调理单元用于将接收的第一感应电场调制为第一模拟/数字转换单元兼容的形式；

第一模拟/数字转换单元用于将接收的第一感应电场从模拟信号转换为数字信号；

数字信号存储单元用于存储第一感应电场的数字信号。

优选地，第二信号采集处理模块包括：信号预处理单元、同步单元、模拟减法电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第二模拟/数字转换单元和数字/模拟转换模块；

信号预处理单元的输入端与接收模块的第二输出端连接；信号预处理单元的第一输出端与同步单元的第一输出端连接，其第二输出端与模拟减法电路的第一输入端连接；同步单元的第二输出端与第一信号放大电路的第一输入端连接，其第三输出端与数字/模拟转换单元的第一输入端连接；第一信号放大电路的输出端与模拟减法电路的第二输入端连接，其第二输入端与数字/模拟转换单元的输出端连接；数字/模拟转换单元的第二输入端与第一信号采集处理模块的输出端连接；模拟减法电路的输出端与第二信号放大电路的输入端连接；第二信号放大线路的输出端与第二模拟/数字转换单元的输入端连接；第二模拟/数字转换单元的输出端与数据处理模块的输入端连接；

信号预处理单元用于将接收模块的第三感应电场调制为模拟减法电路兼容的形式；

同步单元用于使信号预处理单元输出的第三感应电场的模拟信号与经过信号放大的第一感应电场的模拟信号同步；

模拟减法电路用于将第三感应电场的模拟信号与第一感应电场的模拟信号做差，输出只携带配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场的模拟信号；

第二信号放大电路用于对第二感应电场的模拟信号进行放大；

第二模拟/数字转换单元用于将第二感应电场的模拟信号转换为数字信号；

第一数字/模拟转换单元用于将第一感应电场的数字信号转换为模拟信号。

优选地，模拟减法电路采用含增益缓冲放大器的缓冲减法器电路，或含输入缓冲的减法器电路，或差分式电路；

优选地，发射模块包括：第二蓄电池、带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管、电容器、第二电阻器和二极管；第二蓄电池与带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管串联；第二电阻器与二极管串联后与电容器并联；

第二蓄电池用于提供电源能量；带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管用于控制施加脉冲激励的时间；电容器、第二电阻器和二极管用于在带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管关断后提供续流通路；

优选地，接收模块包括：电位器，电位器与接收线圈串联，用于调节接收电路的阻尼系数，减小感应电动势波形振荡；

优选地，数字/模拟转换单元包括：数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、运算放大器和恒流源。

数字寄存器用于存储数字量的各位数码；模拟开关用于完成信号切换功能；位权网络用于将数码为1的位产生与其位权成正比的电流值；运算放大器用于对各电流求和，并转换成电压值；恒流源用于产生恒定电流；

优选地，模拟/数字转换单元采用间接模数转换器(adc)或直接模数转换器(adc)。

对应配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别方法，包括：

(1)当无配电网杆塔时，通过接收脉冲电流，基于电磁感应定律，产生第第一感应电场；

(2)当有配电网杆塔时，通过接收脉冲电流，基于电磁感应定律，产生第三感应电场；第三感应电场为第一感应电场与第二感应电场的叠加；

(3)将第三感应电场与第一感应电场做差，获取只携带配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘信息的第二感应电场；

(4)根据第二感应电场，获取配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的信息。

优选地，步骤(3)具体包括：

(3.1)将第三感应电场的模拟信号与经信号放大的第一感应电场的模拟信号同步；

(3.2)将第三感应电场的模拟信号与第一感应电场的模拟信号做差，获取只携带配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场的模拟信号；

(3.3)对第二感应电场的模拟信号放大，并将其转换为数字信号。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)本实用新型设置两个信号采集处理模块，第一信号采集处理模块用于采集无配电网杆塔时，发射模块向发射线圈发射脉冲电流，基于电磁感应定律，接收线圈产生第一感应电场，经接收模块存储至第一信号采集处理模块；第二信号采集处理模块用于采集有配电网杆塔时，由于底盘、卡盘和拉盘的存在，发射线圈产生的脉冲磁场将在接收线圈产生第一感应电场，以及在地下底盘、卡盘和拉盘中产生第一感应电场，底盘、卡盘和拉盘在接收线圈中产生第二感应电场，因此，第二信号采集处理模块接收的第三感应电场(第一感应电场与第二感应电场的叠加)与第一信号采集处理模块接收的第一感应电场做差，可以消除无配电网杆塔时接收线圈中的第一感应电场，获知仅包含底盘、拉盘和卡盘信息的第二感应电场，可清晰明了地获取底盘、卡盘和拉盘的位置、深度等相关信息。

(2)本实用新型采用模拟减法电路对有配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘时接收线圈的第三感应电场进行筛选，避免了数字减法电路精确度不够，忽略波形变化信息的缺点，能够使检测信号结果更为精准。

(3)本实用新型基于电磁感应定律对配电网杆塔的底盘、卡盘和拉盘进行无损检测，避免了开挖式检测的二次施工。

附图说明

图1是本实用新型提供的无配电网杆塔时的识别系统原理图；

图2是本实用新型提供的第一信号采集处理模块的具体结构图；

图3是本实用新型提供的有配电网杆塔时的识别系统原理图；

图4是本实用新型提供的第二信号采集处理模块的具体结构图；

图5是本实用新型提供的模拟减法电路的主要原理图；

本实用新型中各模块各单元对应的编号适用于全部说明书附图，具体编号含义如下：

1-发射模块；2-发射线圈；3-接收线圈；4-接收模块；5-第一信号采集处理模块；6-第二信号采集处理模块；7-数据处理模块；8-土壤层；9-底盘；10-拉盘；11-卡盘；51-信号调理单元；52-第一模拟/数字转换单元；53-数字信号存储单元；61-信号预处理单元；62-同步单元；63-模拟减法电路；64-第一信号放大电路；65-第二信号放大电路；66-第二模拟/数字转换单元；67-数字/模拟转换单元。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的核心原理为：发射线圈2与发射模块1产生电路连接作为配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘识别系统的输入，接收线圈3、接收模块4、第一信号采集处理5用以处理无配电网杆塔时接收线圈3产生的第一感应电场；配合无配电网杆塔时接收线圈3产生的第一感应电场，接收线圈3、接收模块4、第二信号采集处理模块6和数据处理模块7用于处理有配电网杆塔时接收线圈3产生的第三感应电场；第一信号采集处理模块存储第一感应电场，第二信号采集处理模块用于将第三感应电场与第一感应电场做差，获取只含有配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场；

其中，无配电网杆塔时，发射模块1中产生的脉冲磁场将在接收线圈3产生第一感应电场；

有配电网杆塔时，发射模块1中产生的脉冲磁场将在接收线圈3产生第一感应电场；

同时由于地下底盘、卡盘和拉盘的存在，根据电磁感应定律，地下底盘、拉盘和卡盘产生第一感应电场，进而在接收线圈3中产生第二感应电场；

有配电网杆塔时，第一感应电场和第二感应电场叠加获取第三感应电场，将传递至第二信号采集处理模块6中。

图1为本实用新型提供的无配电网杆塔时的识别系统原理图，如图1所示，在无配电网杆塔的情况下，配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别系统包括：发射模块1、发射线圈2、接收线圈3、接收模块4和第一信号采集处理模块5；8为土壤层；

发射模块1与发射线圈2串联；接收线圈3与接收模块4串联；发射线圈2与接收线圈3平行放置；第一信号采集处理模块5的输入端与接收线圈3的输出端连接；

发射模块1用于在发射线圈2中产生脉冲电流；发射线圈2用于根据电磁感应定律，产生空间电磁场；接收线圈3用于根据所述空间电磁场产生第一感应电场；接收模块4用于测量第一感应电场；第一信号采集处理模块5用于存储第一感应电场的数字信号；

如图2所示为本实用新型提供的第一信息采集处理模块的具体结构图，如图2所示，第一信号采集处理模块5包括：信号调理单元51、第一模拟/数字转换单元52和数字信号存储单元53；

信号调理单元51的输入端与接收模块4的第一输出端连接；信号调理单元51、第一模拟/数字转换单元52和数字信号存储单元53依次连接；

信号调理单元51用于将接收的第一感应电场调制为第一模拟/数字转换单元52兼容的形式；第一模拟/数字转换单元52用于将第一感应电场从模拟信号转换为数字信号；数字信号存储单元53用于存储所述第一感应电场的数字信号。

图3为本实用新型提供的有配电网杆塔的识别系统原理图。如图3所示，在有配电网杆塔的情况下，配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别系统包括：发射模块1、发射线圈2、接收线圈3、接收模块4、第一信号采集处理模块5、第二信号采集处理模块6和数据处理模块7；8为土壤层；9为底盘；10为拉盘；11为卡盘；

发射模块1与发射线圈2串联；接收线圈3与接收模块4串联；发射线圈2与接收线圈3在预设距离内放置；第一信号采集处理模块5的输入端与接收线圈3的第一输出端连接，其输出端与第二信号采集处理模块6的第一输入端连接；第二信号采集处理模块6的第二输入端与接收线圈3的第二输出端连接，其输出端与数据处理模块7的输入端连接；

发射模块1用于在发射线圈2中产生脉冲电流；发射线圈2用于根据电磁感应定律，产生空间电磁场；接收线圈3用于根据空间电磁场产生第一感应电场；同时利用配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘中产生的感应电场，在电磁感应下形成第二感应电场；接收模块4用于测量第一感应电场和第三感应电场；第三感应电场是第一感应电场和第二感应电场的叠加；第一信号采集处理模块5用于存储第一感应电场的数字信号；第二信号采集处理模块6用于输出只携带配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场；数据处理模块7用于获取配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的信息。

需指出，信号调理单元51将接收模块4接收的第一感应电场，调理成第一模拟/数字转换单元52可兼容的信号，这是因为第一模拟/数字转换单元52所能兼容的信号有大小范围，但接收模块4的第一感应电场的大小并不是确定的，或许将超出第一模拟/数字转换单元52可兼容的信号范围，因此，信号调理单元是必不可少的一部分。

图4为本实用新型提供的第二信号采集处理模块6的具体结构图。如图4所示，第二信号采集处理模块6包括：信号预处理单元61、同步单元62、模拟减法电路63、第一信号放大电路64、第二信号放大电路65、第二模拟/数字转换单元66和数字/模拟转换单元67；

信号预处理单元61的输入端与接收模块4的第二输出端连接，其第一输出端与同步单元62的第一输出端连接，其第二输出端与模拟减法电路63的第一输入端连接；同步单元62的第二输出端与第一信号放大电路64的第一输入端连接，其第三输出端与数字/模拟转换单元67的第一输入端连接；第一信号放大电路64的输出端与模拟减法电路63的第二输入端连接，其第二输入端与数字/模拟转换单元67的输出端；数字/模拟转换单元67的第二输入端与第一信号采集处理模块5的输出端连接；模拟减法电路63的输出端与所述第二信号放大电路65的输入端连接；第二信号放大电路65的输出端与第二模拟/数字转换单元66的输入端连接；第二模拟/数字转换单元66的输出端与数据处理模块7的输入端连接；

信号预处理单元61用于将接收模块4的第三感应电场调制为模拟减法电路63兼容的形式；同步单元62用于使信号预处理单元61输出的第三感应电场的模拟信号与经过信号放大的第一感应电场的模拟信号同步；模拟减法电路63用于将第三感应电场的模拟信号与第一感应电场的模拟信号做差，输出第二感应电场的模拟信号；第二信号放大电路65用于对第二感应电场的模拟信号进行放大；第二模拟/数字转换单元66用于将第二感应电场的模拟信号转换为数字信号；数字/模拟转换单元67用于将第一感应电场的数字信号转换为模拟信号。

图5为本实用新型提供的模拟减法电路63的主要原理图。如图5所示，将经同步单元62校正过的有配电网杆塔时接收线圈3的第三感应电场信号波形与无配电网杆塔时接收线圈3的第一感应电场信号波形在模拟减法电路63中相减，能够获取包含底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场的模拟信号波形。由于第二感应电场的模拟信号幅值远小于第第一感应电场的幅值，波形变化及其细微，需经过第二信号放大电路65进行放大处理，从而得到更加清晰易辨识的包含底盘、卡盘和拉盘信息的信号波形。

优选地，模拟减法电路采用含增益缓冲放大器的缓冲减法器电路，或含输入缓冲的减法器电路，或差分式电路；

优选地，发射模块包括：第二蓄电池、带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管、电容器、第二电阻器和二极管；第二蓄电池与带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管串联；第二电阻器与二极管串联后与电容器并联；

第二蓄电池用于提供电源能量；带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管用于控制施加脉冲激励的时间；电容器、第二电阻器和二极管用于在带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管关断后提供续流通路；

优选地，接收模块包括：电位器，电位器与接收线圈串联，用于调节接收电路的阻尼系数，减小感应电动势波形振荡。

优选地，数字/模拟转换单元包括：数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、运算放大器和恒流源。

数字寄存器用于存储数字量的各位数码；模拟开关用于完成信号切换功能；位权网络用于将数码为1的位产生与其位权成正比的电流值；运算放大器用于对各电流求和，并转换成电压值；恒流源用于产生恒定电流。

优选地，模拟/数字转换单元采用间接模数转换器或直接模数转换器。

对应配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的识别方法，包括：

(1)当无配电网杆塔时，通过接收脉冲电流，基于电磁感应定律，产生第第一感应电场；

(2)当有配电网杆塔时，通过接收脉冲电流，基于电磁感应定律，产生第三感应电场；第三感应电场为第一感应电场与第二感应电场的叠加；

(3)将第三感应电场与第一感应电场做差，获取只携带配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘信息的第二感应电场；

(4)根据第二感应电场，获取配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘的信息。

优选地，步骤(3)具体包括：

(3.1)将第三感应电场的模拟信号与经信号放大的第一感应电场的模拟信号同步；

(3.2)将第三感应电场的模拟信号与第一感应电场的模拟信号做差，获取只携带配电网杆塔底盘、卡盘和拉盘信息的第二感应电场的模拟信号；

(3.3)将第二感应电场的模拟信号放大，并将其转换为数字信号。

综上所述，本实用新型设置两个信号采集处理模块，第一信号采集处理模块用于采集无配电网杆塔时，发射模块向发射线圈发射脉冲电流，基于电磁感应定律，接收线圈产生第一感应电场，经接收模块存储至第一信号采集处理模块；第二信号采集处理模块用于采集有配电网杆塔时，由于底盘、卡盘和拉盘的存在，发射线圈产生的脉冲磁场将在接收线圈产生第一感应电场，以及在地下底盘、卡盘和拉盘中产生第一感应电场，底盘、卡盘和拉盘在接收线圈中产生第二感应电场，因此，第二信号采集处理模块接收的第三感应电场(第一感应电场与第二感应电场的叠加)与第一信号采集处理模块接收的第一感应电场做差，可以消除无配电网杆塔时接收线圈中的第一感应电场，获知仅包含底盘、拉盘和卡盘信息的第二感应电场，可清晰明了地获取底盘、卡盘和拉盘的位置、深度等相关信息。

本实用新型采用模拟减法电路对有配电网杆塔底盘、拉盘和卡盘时接收线圈的第三感应电场进行筛选，避免了数字减法电路精确度不够，忽略波形变化信息的缺点，能够使检测信号结果更为精准。

本实用新型基于电磁感应定律对配电网杆塔的底盘、卡盘和拉盘进行无损检测，避免了开挖式检测的二次施工。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。