При проведенні дослідження в польових умовах необхідно здійснювати корекцію кутів нахилу датчиків так, щоб нормалі до площини їх котушок

розташовувалися вздовж напрямку магнітного поля. Відомі способи, які дозволяють компенсувати деякі відхилення датчиків від попередньо визначеного положення при русі вздовж трубопроводу. Однак при цьому необхідно відповідним чином налагоджувати пару датчиків для належної компенсації відхилень віддалі системи датчиків від осі трубопроводу.

Якщо під час вимірювання обертати датчики у площині, перпендикулярній до осі трубопроводу, навколо свого центра можна, використовуючи один калібрований і один некалібрований датчики, визначити змінну складову струму в трубопроводі. Датчики синхронно повертаються на (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Схема розташування датчиків при їх повороті

При повороті датчиків нормалі до площини котушок в якомусь положенні співпадуть з напрямком вектора напруженості магнітного поля навколо трубопроводу. ЕРС датчика, нормаль якого співпала із напрямком вектора магнітного поля найбільша за весь час обертання. Якщо датчики приєднати до вимірювальних каналів, кожен з яких складатиметься із підсилювача, смугового фільтра, амплітудного детектора, інтегратора, то при повороті датчиків на можна отримати залежність напруги на виході каналів від кута повороту, схожу на ту, що зображено на рисунку 2.4.

Рисунок 2.4- Приклад діаграми ЕРС при повороті датчиків 1 та 2 на

Кут повороту, при якому спостерігається максимум ЕРС для кожного датчика використовуються для розрахунку віддалі від датчика 1 до осі трубопроводу. Кути, при яких спостерігаються максимуми ЕРС датчиків, будуть різні при різній віддалі системи датчиків від осі трубопроводу. Нехай кут, при якому наступає максимум ЕРС датчика 1 буде , а кут при якому наступає максимум датчика 2 буде . Можливі три варіанти розташування системи по відношенню до осі трубопроводу (рисунок 2.5).

а) б) в)

Рисунок 2.5 - Можливі варіанти розташування системи датчиків по відношенню до трубопроводу

Система датчиків може розташовуватися так, що обидва кути і , і будуть гострими (рисунок 2.5.а). В цьому випадку відстань від датчика 1 до осі трубопроводу буде визначатися наступним чином:

. (2.24)

Якщо кут , а кут (рисунок 2.5.б), то віддаль від датчика 1 до осі трубопроводу буде така:

. (2.25)

У випадку, коли обидва кути будуть тупими, віддаль визначатиметься так:

. (2.26)

Знайшовши віддаль від датчика 1 до осі трубопроводу, можна визначити струм в трубопроводі за формулою:

, (2.27)

де - напруга, на виході вимірювального каналу датчика 1 в момент, коли нормаль до площини котушки співпадає з віссю вектора магнітного поля; - коефіцієнт пропорційності, який враховує всі постійні величини вимірювального каналу датчика 1.

Перевагою даного способу паралаксного визначення віддалі від одного із датчиків до осі трубопроводу в тому, що необхідно калібрувати тільки один канал вимірювання. Інший канал потрібний тільки для отримання інформації про напрям на вісь трубопроводу. Напруга з виходу каналу датчика 2 носить якісний характер, тому цей канал калібрування не вимагає.

Для реалізації цього методу вимірювання необхідно створити вимірювальний пристрій.

2.4 Структурна схема вимірювального пристрою

Структурна електрична схема пристрою для вимірювання струму в підземному трубопроводі наведена на рисунку 2.6.

ЕРС котушки подається на вхід диференційного підсилювача де здійснюється головне підсилення сигналу. З виходу цього підсилювача сигнал потрапляє на фільтр низької частоти, який зменшує вплив високочастотних завад і зменшує рівень шумів. Фільтрований сигнал поступає на вхід підсилювача з керованим коефіцієнтом підсилення . Коефіцієнтом підсилення керує контролер системи. Змінюючи коефіцієнт підсилення каналу тим самим розширюється динамічний діапазон вимірюваного сигналу. З виходу підсилювача сигнал потрапляє на основний фільтр, який здійснює виділення сигналу фіксованої частоти для подальшої обробки.

Два канали вимірювання одинакові. З виходу вимірювальних каналів сигнал потрапляє на вхід аналого-цифрового перетворювача, який

дискретизує вхідні дані і передає їх для обробки в контролер системи.

Контролер також за допомогою силового драйвера керує роботою двигуна приводу котушок.

Для нормальної роботи системи і накопичення результатів вимірювання використовується енергонезалежна пам’ять даних. Оператор отримує інформацію через матричний рідкокристалічний індикатор і керує процесом вимірювання за допомогою клавіатури.

Для подальшої обробки результатів досліджень дані за допомогою стандартного інтерфейсу послідовної передачі передаються в системи вищогорівня Рисунок 2.6 - Структурна електрична схема пристрою для вимірювання струму в підземному трубопроводі

Конструкція вимірювального пристрою

Система вимірювання струму містить дві котушки, які на шарнірах повертаються навколо осі, що лежить в площині, перпендикулярній до нормалі котушки.

Котушки повинні здійснювати синхронні рівномірні колові рухи. Враховуючи, що котушки вимірюють малі напруженості змінного магнітного поля, привід винесено за межі вимірювального блоку. Спрощену схему роботи привідного механізму представлено на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 - Спрощена схема роботи привідного механізму

Схема працює наступним чином. Контролер системи керуючи кроковим двигуном приводить його в рух. При цьому двигун намотує

траверсу на свій шків. Траверси приводять в рух шарніри, закріплені на котушках і вони рівномірно і синхронно повертаються. Під час повороту контролер системи фіксує ЕРС на кінцях котушки.

Здійснивши пів оберта, враховуючи діагарму направленості вимірювальних котушок, двигун, керований контролером системи починає зворотній рух. Під дією пружини траверса намотується на шарніри котушок, а самі котушки повертають в початковий стан.

Після цього проходить обробка даних, визначаються кути, при яких ЕРС котушок була максимальна і визначається положення вимірювальної системи по відношенню до трубопроводу.

Загальна конструкція вимірювального пристрою представлена