金属管道内移动载体全程示踪定位装置
专利汇可以提供金属管道内移动载体全程示踪定位装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且金属管道内移动载体全程示踪 定位 装置，它涉及一种定位装置，它为了解决 现有技术 存在的因金属管道 信号 屏蔽及电磁信号传播距离受限而无法实现长距离管外全程示踪定位的缺点而提出的，它包括移动载体，装设在金属管道内运行的移动载体上甚低频功率电磁脉冲信号发射器，装设在移动装载装置上移动天线阵系统，装设在地下或 水 中的各检测基站中的信号识别与GPS通讯模 块 接收甚低频功率电磁脉冲信号发射器发射的信号来识别移动载体通过与否并把信号发给通讯卫星。移动天线阵系统通过接收甚低频功率电磁脉冲信号发射器发射的信号来精确定位移动载体在金属管道内的 位置 ，本 发明 的有益效果在于实现了管外人员对移动载体进行远、近距离管外全程示踪定位。，下面是金属管道内移动载体全程示踪定位装置专利的具体信息内容。
1、金属管道内移动载体全程示踪定位装置，它包括移动载体(2)，其特征 在于它还包括以下几部分：
甚低频功率电磁脉冲信号发射器(3)，它装设在金属管道(1)内运行的移动 载体(2)上，用于发射甚低频功率电磁脉冲信号；
移动天线阵系统(4)，它装设在移动装载装置(4-1)上，用于接收甚低频功 率电磁脉冲信号发射器(3)发射的甚低频功率电磁脉冲信号，通过计算机(4-2) 的软件系统来精确定位移动载体(2)在金属管道(1)内的位置；
信号识别与GPS通讯模块(5)，它装设在地下或水中的各个检测基站中， 用于接收甚低频功率电磁脉冲信号发射器(3)发射的甚低频功率电磁脉冲信 号，并通过信号识别算法确定移动载体(2)相对于检测基站的通过与否并把信 号发送给通讯卫星(7)。
2、根据权利要求1所述的金属管道内移动载体全程示踪定位装置，其特 征在于移动天线阵系统(4)采用基于CAN总线结构的集散五天线阵系统。
3、根据权利要求2所述的金属管道内移动载体全程示踪定位装置，其特 征在于移动天线阵系统(4)包括以下几个部分：
移动装载装置(4-1)，用于装载移动天线阵系统(4)；
计算机(4-2)，用于接收CAN总线接口卡(4-3)传输的数字量电压信号，并 通过示踪定位软件计算管内移动载体(2)的二维平面位置；
CAN总线接口卡(4-3)，用于接收五天线阵(4-4)传输的数字量电压信号， 并把信号传输到计算机(4-2)；
五天线阵(4-4)，用于接收金属管道(1)内的甚低频功率电磁脉冲信号发射 器(3)发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并把电磁信号转换成数字量电压信号 传输给CAN总线接口卡(4-3)；
UPS电源(4-5)，用于为移动天线阵系统(4)提供电能；
开关电源(4-6)，用于为五天线阵(4-4)提供电能。
4、根据权利要求3所述的金属管道内移动载体全程示踪定位装置，其特 征在于五天线阵(4-4)包括五个单独的结构相同功能相同的天线单元(4-9)，天线 单元(4-9)包括以下几个部分：
第一接收天线(4-9-1)，用于接收金属管道(1)内的甚低频功率电磁脉冲信号 发射器(3)发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并将磁信号转换成电压信号传输 给第一运算放大器(4-9-3)；
电压转换模块(4-9-2)，用于把开关电源(4-6)提供的高值直流电压转换成低 值直流电压为天线单元(4-9)提供电能；
第一运算放大器(4-9-3)，用于接收第一接收天线(4-9-1)输出的电压信号， 并进行幅值放大和低通滤波后传输给第一集成滤波器(4-9-4)；
第一集成滤波器(4-9-4)，用于把第一运算放大器(4-9-3)输出的电压信号和 第一嵌入式微控制器(4-9-6)提供的与发射信号频率成50倍或100倍的数字脉 冲信号利用带通滤波识别出金属管道(1)内的甚低频功率电磁脉冲信号发射器 (3)发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并传输给第一AD转换模块(4-9-5)；
第一AD转换模块(4-9-5)，用于把接收第一集成滤波器(4-9-4)输出的模拟 量信号转换成数字量信号，通过I/O端口输出到第一嵌入式微控制器(4-9-6)；
第一嵌入式微控制器(4-9-6)，用于为第一集成滤波器(4-9-4)提供与发射信 号频率成50倍或100倍的数字信号，并把第一AD转换模块(4-9-5)输入的数 字量信号传输给CAN控制器(4-9-7)；
CAN控制器(4-9-7)，用于把第一嵌入式微控制器(4-9-6)输入的电压幅值信 号通过CAN总线传输到CAN总线接口卡(4-3)。
5、根据权利要求3所述的金属管道内移动载体全程示踪定位装置，其特 征在于移动装载装置(4-1)采用车辆或船舶。
6、根据权利要求1所述的金属管道内移动载体全程示踪定位装置，其特 征在于信号识别与GPS通讯模块(5)由以下几个部分组成：
第二接收天线(5-1)，用于接收金属管道(1)内的甚低频功率电磁脉冲信号 发射器(3)发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并将磁信号转换成电压信号传输 给第二运算放大器(5-3)；
大容量锂电池(5-2)，用于为信号识别与GPS通讯模块(5)提供电能；
第二运算放大器(5-3)，用于接收第二接收天线(5-1)输出的电压信号，并进 行幅值放大和低通滤波后传输给第二集成滤波器(5-4)；
第二集成滤波器(5-4)，用于把第二运算放大器(5-3)输出的电压信号和第二 嵌入式微控制器(5-6)提供的与发射信号频率成50倍或100倍的数字脉冲信号 利用带通滤波识别出金属管道(1)内的甚低频功率电磁脉冲信号发射器(3)发射 的甚低频功率电磁脉冲信号，并传输给第二AD转换模块(5-5)；
第二AD转换模块(5-5)，用于把接收第二集成滤波器(5-4)输出的模拟量信 号转换成数字量信号，通过I/O端口输入到第二嵌入式微控制器(5-6)；
第二嵌入式微控制器(5-6)，用于为第二集成滤波器(5-4)提供与发射信号频 率成50倍或100倍的数字信号，并通过信号阈值检测软件判断接收到第二AD 转换模块(5-5)输出的数字量信号是否有效并通过I/O端口输出电平信号；
GPS通讯模块(5-7)，用于接收第二嵌入式微控制器(5-6)输出的电平信号， 接收到第二嵌入式微控制器(5-6)输出的高电平信号，向通讯卫星(7)发射信号； 接收到第二嵌入式微控制器(5-6)输出的低电平信号，不发射信号。
技术领域
本发明涉及一种定位装置，具体涉及一种金属管道内移动载体的全程示踪 定位装置。
背景技术
发明内容
金属管道内移动载体全程示踪定位装置，它包括移动载体2，它还包括：
甚低频功率电磁脉冲信号发射器3，它装设在金属管道1内运行的移动载 体2上，用于发射甚低频功率电磁脉冲信号；
移动天线阵系统4，它装设在移动装载装置4-1上，用于接收甚低频功率 电磁脉冲信号发射器3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，通过计算来精确定位 移动载体2在金属管道1内的位置；
信号识别与GPS通讯模块5，它装设在地下或水中的各个检测基站中，用 于接收甚低频功率电磁脉冲信号发射器3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并 通过信号识别算法确定移动载体2相对于检测基站的通过与否并把信号发送 给通讯卫星7。
本发明的有益效果在于金属管外工作人员实现了对移动载体2进行远、近 距离管外全程示踪定位。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；图2为具体实施方式三的结构示意图；图3 为具体实施方式四的结构示意图；图4为具体实施方式六的结构示意图；图5 为移动载体通过基站时检测到的信号波形示意图。
具体实施方式
移动天线阵系统4，它装设在移动装载装置4-1上，用于接收甚低频功率 电磁脉冲信号发射器3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，通过计算来精确定位 移动载体2在金属管道1内的位置；
信号识别与GPS通讯模块5，它装设在地下或水中的各个检测基站中，用 于接收甚低频功率电磁脉冲信号发射器3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并 通过信号识别算法确定移动载体2相对于检测基站的通过与否并把信号发送 给通讯卫星7。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于移动天线阵 系统4采用基于CAN总线结构的集散五天线阵系统。其它组成与具体实施方 式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式二不同点在于移动天线阵系统4包括以下几个部分：
移动装载装置4-1，用于装载移动天线阵系统4；
计算机4-2，用于接收CAN总线接口卡4-3传输的数字量电压信号，并通 过示踪定位软件计算管内移动载体2的二维平面位置；
CAN总线接口卡4-3，用于接收五天线阵4-4传输的数字量电压信号，并 把信号传输到计算机4-2；
五天线阵4-4，用于接收金属管道1内的甚低频功率电磁脉冲信号发射器 3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并把电磁信号转换成数字量电压信号传输 给CAN总线接口卡4-3；
UPS电源4-5，用于为移动天线阵系统4提供电能；
开关电源4-6，用于为五天线阵4-4提供电能。
其它组成具体实施方式二相同。CAN总线接口卡4-3的型号为USB-CAN II。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式三不同点在于五天线阵4-4包括五个单独的结构相同、功能相同的天线单元 4-9，天线单元4-9包括以下几个部分：
第一接收天线4-9-1，用于接收金属管道1内的甚低频功率电磁脉冲信号 发射器3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并将磁信号转换成电压信号传输给 第一运算放大器4-9-3；
电压转换模块4-9-2，用于把开关电源4-6提供的高值直流电压转换成低 值直流电压为天线单元4-9提供电能；
第一运算放大器4-9-3，用于接收第一接收天线4-9-1输出的电压信号，并 进行幅值放大和低通滤波后传输给第一集成滤波器4-9-4；
第一集成滤波器4-9-4，用于把第一运算放大器4-9-3输出的电压信号和第 一嵌入式微控制器4-9-6提供的与发射信号频率成50倍或100倍的数字脉冲 信号利用带通滤波识别出金属管道1内的甚低频功率电磁脉冲信号发射器3 发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并传输给第一AD转换模块4-9-5；
第一AD转换模块4-9-5，用于把接收第一集成滤波器4-9-4输出的模拟量 信号转换成数字量信号，通过I/O端口输出到第一嵌入式微控制器4-9-6；
第一嵌入式微控制器4-9-6，用于为第一集成滤波器4-9-4提供与发射信号 频率成50倍或100倍的数字信号，并把第一AD转换模块4-9-5输入的数字量 信号传输给CAN控制器4-9-7；
CAN控制器4-9-7，用于把第一嵌入式微控制器4-9-6输入的电压幅值信 号通过CAN总线传输到CAN总线接口卡4-3。
其它组成与具体实施方式三相同。电压转换模块4-9-2的型号为 HZD05-24S05；第一运算放大器4-9-3的型号为TI-OP07；第一集成滤波器4-9-4 的型号为MF10；第一AD转换模块4-9-5的型号为TLC2543；第一嵌入式微 控制器4-9-6的型号为ARM2119；CAN控制器4-9-7的型号为SJA1000。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同点在于移动装载装 置4-1采用车辆或船舶。其它组成与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图4，图5说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于信号识别与GPS通讯模块5由以下几个部分组成：
第二接收天线5-1，用于接收金属管道1内的甚低频功率电磁脉冲信号发 射器3发射的甚低频功率电磁脉冲信号，并将磁信号转换成电压信号传输给第 二运算放大器5-3；
大容量锂电池5-2，用于为信号识别与GPS通讯模块5提供电能；
第二运算放大器5-3，用于接收第二接收天线5-1输出的电压信号，并进 行幅值放大和低通滤波后传输给第二集成滤波器5-4；
第二集成滤波器5-4，用于把第二运算放大器5-3输出的电压信号和第二 嵌入式微控制器5-6提供的与发射信号频率成50倍或100倍的数字脉冲信号 利用带通滤波识别出金属管道1内的甚低频功率电磁脉冲信号发射器3发射的 甚低频功率电磁脉冲信号，并传输给第二AD转换模块5-5；
第二AD转换模块5-5，用于把接收第二集成滤波器5-4输出的模拟量信 号转换成数字量信号，通过I/O端口输入到第二嵌入式微控制器5-6；
第二嵌入式微控制器5-6，用于为第二集成滤波器5-4提供与发射信号频 率成50倍或100倍的数字信号，并通过信号阈值检测软件判断接收到第二AD 转换模块5-5输出的数字量信号是否有效并通过I/O端口输出电平信号；
GPS通讯模块5-7，用于接收第二嵌入式微控制器5-6输出的电平信号， 接收到第二嵌入式微控制器5-6输出的高电平信号，向通讯卫星7发射信号； 接收到第二嵌入式微控制器5-6输出的低电平信号，不发射信号。其它组成与 具体实施方式一相同。通过理论分析与实验验证，甚低频功率电磁脉冲信号发 射器3与信号识别与GPS通讯模块5的相对位置发生变化时，检测到的信号 幅值随位置呈双峰变化趋势，见图5。当甚低频功率电磁脉冲信号发射器3与 信号识别与GPS通讯模块5的相对位置重合时，信号幅值最小，这也是信号 阈值检测软件判断的依据，当信号识别与GPS通讯模块5接收到的电磁信号 呈现如图5所示的变化规律时，说明金属管道1内的移动载体2通过此基站位 置。甚低频功率电磁脉冲信号的传播距离很远，因而信号识别与GPS通讯模 块5能提前发现移动载体2，有效检测到信号的时间比较长，提高了对移动载 体2通过信息监测的精确性，避免了因非周期性噪声导致的误报事件的发生。 其它组成与具体实施方式一相同。第二运算放大器5-3的型号为TI-OP07；第 二集成滤波器5-4的型号为MF10；第二AD转换模块5-5的型号为TLC2543； 第二嵌入式微控制器5-6的型号为ARM2119；GPS通讯模块5-7的型号为 SiemensXT55。
工作原理：甚低频功率电磁脉冲信号发射器3与在金属管道1内运行的移 动载体2相互连接，甚低频功率电磁脉冲信号发射器3发出具有较强穿透特性 的甚低频功率电磁脉冲信号，穿透金属管壁及多相介质层。当移动载体2通过 某一基站位置时，通过安装在基站内部的信号识别与GPS通讯模块5有效检 测出特定频率的发射信号，由于每个GPS通讯模块都有唯一的通讯ID，通过 GPS通讯卫星7可以准确确定出移动载体2正在运行的管段，当移动载体2 运行出现故障或检测装置发现管壁缺陷时，通讯卫星7提供移动载体2当前正 在运行的管段，移动载体2停在管段内某位置处。工作人员通过移动天线阵系 统4，根据接收到的甚低频功率电磁脉冲信号发射器3发出具有较强穿透特性 的甚低频功率电磁脉冲信号来标定管段内移动载体的精确位置，实现精确示踪 定位。
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