一种基于弱磁信号测量的电缆路径检测方法与流程

本发明涉及电缆路径检测技术领域，特别是涉及一种基于弱磁信号测量的电缆路径检测方法。

背景技术：

随着近年来我国的不断发展和进步，城市地面空间的日益减小，许多城镇的大多数设施都向地下发展，例如地铁、地下管道、地下商城和各种线缆等，这些地下公共设施在地面下形成了一张密集的“地下网络”。但由于时间长远以及以前管理措施不够完善等众多因素的影响，使地下电缆网络的相关资料变得残缺不全，这样给地下管线的管理和维护带来了很大的麻烦。首先由于电缆网络大多直接与人们的生活相关，施工中经常遇到由于不清楚地下的电缆的走向和深度的具体情况而将电缆挖断的情况，这样给生产和生活造成了巨大的损失和不便。另外由于城市现代化建设的需要，对老旧电缆进行维护和更换管理，迫切的需要了解地埋电缆的分布情况。因此，在地下电缆的管理维护、城市的规划改建和工程施工中都要求简单、快速而精确地查明地下电缆的位置、深度和准确位置等信息。地埋电缆路径检测仪正是为满足这样的要求应运而生的。

目前国内外现有的地埋电力电缆路径仪器采用的检测方法大部分是基于电磁感应原理，通过发射机向待测电缆中耦合某一频率的正弦波信号，电缆在空间中耦合产生二次磁场，利用磁传感器对二次场的强弱及方向进行检测判断电缆的路径信息。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于弱磁信号测量的电缆路径检测方法，能够有效采集电缆磁场信号并获取电缆的路径走向信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于弱磁信号测量的电缆路径检测方法，包括：步骤(1)：利用设置有至少三个测磁传感器的弱磁传感器组来采集地表产生的磁场信号；

步骤(2)：将采集到的磁场信号进行模拟/数字转换；

步骤(3)：对模拟/数字转换后的磁场信号进行快速傅里叶变换，使磁场信号从时域变换到频域来获取磁场信号频谱，若所述磁场信号频谱中50hz信号的能量大于预设信号能量阈值，则表示地表中存在电缆；若所述磁场信号频谱中50hz信号的能量小于预设信号能量阈值，则表示地表中不存在电缆；

步骤(4)：根据所述弱磁传感器组检测到的磁场信号强弱不同来指示出电缆位置；

步骤(5)：对磁场信号进行处理分析，来指示当前测量位置和被测电缆的偏向，进而获取电缆的路径走向信息。

所述步骤(5)后还包括利用北斗卫星定位系统对电缆位置进行定位，并根据电缆的经纬度数据实时生成电缆路径地理位置分布图的步骤。

所述步骤(4)具体为：所述弱磁传感器组中不同测磁传感器的磁敏感方向一致且不同测磁传感器和电缆的方位不同，若所述弱磁传感器组中的测磁传感器与电缆距离越近，则检测到的磁场信号越强；若所述弱磁传感器组中的测磁传感器与电缆距离越远，则检测到的磁场信号越弱；通过对比所述弱磁传感器组中不同测磁传感器测得的磁场信号的强弱来判断电缆位置。

所述步骤(5)具体为：将所述测磁传感器测得的电缆所在平面的各个磁敏感方向的磁场信号进行磁场矢量合成，合成后的磁场矢量方向为当前测量位置和被测电缆的偏向，旋转弱磁传感器组使得所述测磁传感器中某一磁敏感方向达到极大值，极大值所对应的磁敏感方向即为电缆的路径走向。

所述测磁传感器等间隔设置，所述测磁传感器为tmr磁传感器。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提供了一种无需额外施加激励的电缆路径检测方法，即无需对电缆外加特定频率的电流信号，直接对电缆工作时50hz的工频信号进行弱磁信号检测，操作简单且抗干扰性强；同时不会受城市错综复杂的地下管线的影响，不会受到地下其他管线的影响而进行误判，适用于城市和野外等室外环境的电缆路径检测。

附图说明

图1是本发明实施方式的装置结构图；

图2是本发明实施方式的电缆检测示意图；

图3是本发明实施方式的电缆位置指示原理图。

图示：1、上位机，2、采集板，3、弱磁传感器组。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于弱磁信号测量的电缆路径检测方法，用于对地表电缆50hz工频信号所产生的磁场信号进行采集，由于该磁场信号幅值较弱，称之为弱磁信号测量。

如图1所示，为本发明实施方式中的装置结构图，包括上位机1、采集板2和弱磁传感器组3，所述上位机1通过usb连接所述采集板2，所述采集板2连接所述弱磁传感器组3；所述弱磁传感器组3包括至少三个测磁传感器；所述上位机1用于对所述弱磁传感器组3进行供电，所述上位机1与所述弱磁传感器组3之间进行数据传输。

本实施方式中，所述弱磁传感器组3设置有三个测磁传感器，弱磁传感器组3将获取到的磁场模拟信号传输至采集板2进行模拟/数字转换，所述采集板2再将转换后的数字信号传输至上位机1进行分析处理，进而对电缆的路径走向信息进行判断。

进一步地，本实施方式中的测磁传感器为tmr磁传感器。

进一步地，本实施方式中的测磁传感器等间隔设置，用于获取电缆不同方向和不同位置的磁场信号。

本实施方式中的弱磁传感器组3采用高精度tmr磁传感器对电缆地表微弱的磁场信号进行采集，所述tmr磁传感器是利用磁性多层膜材料的隧道电阻效应对磁场来进行感应，tmr磁传感器中的铁磁薄片的磁化方向在外磁场的控制下被独立的切换。在磁隧道结(mtjs)中，tmr磁传感器效应的产生机理是自旋相关的隧穿效应，所述mtjs的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层的三明治结构。饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，此时电子穿过绝缘层的可能性更大，宏观表现为电阻小；而通常两铁磁层的矫顽力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁化矢量首先翻转，使得两铁磁层的磁化方向变成反平行，此时电子穿过绝缘层的可能性较小，宏观表现为电阻小。电子从一个磁性层隧穿到另一个磁性层的隧穿几率与两磁性层的磁化方向有关。

本实施方式中，当地表电缆中的电流方向发生改变时，电缆的磁场方向也会随之改变，磁场方向的改变使所述tmr磁传感器的电阻发生改变，电阻的不断变化引起检测电流发生变化，再通过采集板2进行模拟/数字转换，获取到电缆的磁场信号。由于电缆中信号为50hz交流电，因此检测到的磁场信号表现为50hz正弦波信号。通过在地表测量获取电缆不同方向的信号进行分析处理进而获取电缆的路径信息。

本实施方式中的基于弱磁信号测量的电缆路径检测方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用包含至少三个测磁传感器的弱磁传感器组3来采集地表产生的磁场信号，本实施方式中的测磁传感器数量为三个；

步骤(2)：通过所述采集板2将采集到的磁场信号进行模拟/数字转换；

步骤(3)：对模拟/数字转换后的磁场信号进行快速傅里叶变换，使磁场信号从时域变换到频域来获取磁场信号频谱，若所述磁场信号频谱中50hz信号的能量大于预设信号能量阈值，则表示地表中存在电缆；若所述磁场信号频谱中50hz信号的能量小于预设信号能量阈值，则表示地表中不存在电缆；

步骤(4)：根据不同测磁传感器检测到的磁场信号强弱程度不同来指示出电缆位置，由于等间隔放置的测磁传感器与电缆距离不同，与电缆距离近的测磁传感器检测到的磁场信号较强，通过对比不同测磁传感器获得信号的强弱即可判断不同测磁传感器与被测电缆位置的远近不同，进而判断出电缆与弱磁传感器组3的相对位置，检测者可以根据上位机1屏幕上的指示信息快速移动到电缆的位置处。

如图2所示，为本发明实施方式的电缆检测示意图，弱磁传感器组3设置有三个测磁传感器，分别为测磁传感器a、测磁传感器b和测磁传感器c，且每个测磁传感器的磁敏感方向一致；若电缆在测磁传感器a处，则三个测磁传感器的测量值大小为：测磁传感器a>测磁传感器b>测磁传感器c；若电缆在测磁传感器c处，则三个测磁传感器的测量值大小为：测磁传感器a<测磁传感器b<测磁传感器c；若电缆在测磁传感器b处，则三个测磁传感器的测量值大小为：测磁传感器b>测磁传感器a≈测磁传感器c。

步骤(5)：通过所述上位机1对磁场信号进行处理分析，来指示当前测量位置和被测电缆的偏向，进而获取电缆的路径走向信息。

如图3所示，为本发明实施方式的电缆位置指示原理图，所述步骤(5)的检测原理为：所述测磁传感器的两个磁敏感方向相互垂直，若当前测量方向与电缆轴向平行时，则与当前测量方向相同的测磁传感器磁敏感方向上的测量值达到极大值，与当前测量方向垂直的测磁传感器磁敏感方向上的测量值为极小值；若电缆路径发生改变使得当前测量方向与电缆轴向不平行时，则与当前测量方向相同的测磁传感器磁敏感方向上的测量值由极大值开始减小，与当前测量方向垂直的测磁传感器磁敏感方向上的测量值由极小值开始变大。

进一步地，根据所述步骤(5)的检测原理实施以下步骤：将所述测磁传感器测得的电缆所在平面的各个磁敏感方向的磁场信号进行磁场矢量合成，合成后的磁场矢量方向为当前测量位置和被测电缆的偏向，旋转弱磁传感器组使得所述测磁传感器中某一磁敏感方向达到极大值，极大值所对应的磁敏感方向即为电缆的路径走向。

进一步地，本实施方式还包括步骤(6)：利用北斗卫星定位系统对电缆位置进行定位，并根据电缆的经纬度数据实时生成电缆路径地理位置分布图。

由此可见，本发明提供的电缆路径检测方法通过直接检测50hz信号能量大小，来判断周围是否存在电缆，检测过程无需外加激励源，且抗干扰能力强，不受城市复杂的地下管线影响，检测精度高。