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暗埋电线与管道定位理论
自从迈克尔·法拉第在十九世纪初发现电磁感应原理以来，人们就已经理解了电磁感应原理。这张照片所显示的，正是在世纪之交不久时电磁感应被用来定位地下电缆。因为没有便捷的信号放大方法，人们只能把天线绕在屋架上。天线的线圈在桁架的前角上可以看到。这张照片是1910年左右在德国拍摄的。
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以下内容是给日常参与电缆与管道定位问题的工作者，对于电磁探测是基于什么原则的理解。使用电磁探测检测设备不需要理论资格或技能，但补充理解在电磁场这个无形的世界里到底在发生什么，有助于增加用户的信心。它也将解释一些技术限制以及这项重要技术的应用。
暗埋电线
1.不同定位技术 1
2.电磁定位的优点 2
电磁定位理论
3.基本电磁理论 4
4.接地电流、交流信号和电容 5
5.主动和被动信号 7
6.被动信号 7
7.主动信号应用 8
8.追查非金属管 8
9.信号源的检测与定位 10
10.双天线天线和深度估计 13
11.CM电流测量 15
12.CD 电流方向 16
两个最常见的问题
13.发射机信号能跟踪多远 18
14.电磁定位技术的精度和雷迪定位器 20
15.电缆故障查找 22
1.不同定位技术与电磁定位的优点
在所有工程中，信息是最重要的组成部分。信息能让人在一个下午完成计划的工作或策划数百万美元的企业。获取暗埋电线信息难在不可见。本应已知的图纸、计划或信息可能有缺陷或不完整。因此必须使用适当的技术，从地下获取信息。可用的方法有：
探地雷达
在某些地面条件下，探地雷达具有一定的优势。优于其他替代技术之处在于它有“看”的能力，能区分非金属物体和金属物体。然而,探地雷达产品往往更大、更昂贵，而且最大程度地利用设备需要提高工人的训练水平。探地雷达获取结果也需要更长的时间，这使许多用户不考虑使用它。
声速测量
把声音或超音波沿着线路注入地面，是一种追踪塑料水管的技术。但不适合定位其他地下设施。注：线路是连续的金属管，电缆或其他能够传导电流的导体。
探寻
技术当然有新旧之分，但科技没有。尽管工人仍把榛子枝及其变种用作不同用途，它唯一确定的特征之一仍是易于操作。
电磁定位
这种针对埋设地下管道、电缆和下水道的方法现已十分普及。它的主要缺点是它不能定位非金属管道，如塑料管。然而,实际操作中用少量的成本来铺设带有示踪电线的塑料管就能避免这个缺点。这项技术有很多优点，因此雷迪公司专注于开发和利用电磁定位技术。
2.电磁定位的优点
电磁定位结合了许多优点和装置来获取地下信息，这些装置不适用于其他技术或组合技术。
l可从表面搜索一个区域来定位直埋线路。
l可跟踪和识别目标线。
l可追踪或识别下水道或其他非金属管道，同时定位堵塞和塌陷。
l可测量表面的深度。
l可监控“禁止挖掘”工具和仪器的进度。
l该技术可用于为地下地上或海床上的设备或工具提供数据指导。
l能准确定位铁气管道中的接头位置。
l该设备是便携式的。
l设备操作简单，工人能正常操作。
l这种技术适用于所有土壤条件，甚至水下。
l该技术的组成部分成本较低。小承包商乃至大规模地区国家组织都能承受。
l技术在当今成熟。
多种多样的功能和应用只需要三个基本构建块：
l信号发生器或发送器将信号传送到埋地信号暗线中
l小型独立发送器嵌入于管道中
l手持接收器来定位发送机信号或定位“自然”地出现在暗线上的故障信号
3.基本电磁理论
3.1.信号是直流还是交流？
沿着导体流动的电流产生磁场。这种磁场在导体周围形成圆柱状，称为“信号”。请注意，此磁场是由当前电流产生的，而不是由电压产生的。
虽然导体能与电流绝缘，但不可能与磁场隔绝，而且电场的形状不会因电缆绝缘或不同类型的土壤而改变。
随着直流电流沿着导体流动，磁场具有恒定的大小和方向，就像地球一样具有恒定磁场。
我们需要一种能测量直流电场大小和极性的仪器。但在地球磁场的影响下很难测量一个静态磁场，所以很难得到这种仪器。
但是交流电不仅产生了一个磁场，而且还产生了一个反转的振荡频率，让线路定位可以利用电磁感应原理实现。
3.2.电磁装置
如果将磁铁插入电线线圈，只有当磁铁移动时灵敏电压表会显示偏转。运动一旦停止，读数就为零。如果磁铁迅速抽出，仪表将在相反的方向偏转——但仅维持到运动停止为止。
动作越快，读数越高
这说明电磁感应的基本原理：磁通量的变化会使导体产生电压。
交变磁通是不断变化的，因此会产生相应的交流电压。我们用两种方法利用这个原则：
A．将信号置于附近的交流信号发射器建立的磁场中，将信号施加到掩埋导体上，第7节。
B．为了探测埋导体中的信号，在接收器的天线上放大其电场引起的微小电压，第9节。
交流电压的变化率即是它的频率，即正、负脉动的次数，每秒钟的周期，用赫兹单位表示。正如移动磁铁的速度越快，读数越高，在较高频率下交变磁场就可获得同样较高的电压。
4.接地电流、交流信号和电容
4.1.电容影响
大多数人都知道电路必须构成回路才能使电流流动。那么，在地面的低功率信号源如何在一个绝缘埋地导体里形成一个可检测的电流？正常范围的电压显然无法穿透绝缘。答案在于电容对交流电路的影响。
典型电容器需要两根导体，但实际只有一个导体，即管或电缆。另一个在哪里？它是地面。虽然土壤、沙子或岩石的每一个颗粒都具有很高的电阻，但它们数量众多，使得地面就像导体周围的一层导电层。所以导体相对于地面充电。
由于需要大面积的地面来产生这种效应，埋地导体使得沿着导体存在一系列小电容器。因此，如果交流电在一点施加到导体上，电流就会从两个方向流出来，电流泄露越多，电流值越小。
因为电容器的电抗下降，频率越高，电流越大。当电容沿电缆长度有效分布时，信号强度沿长度电缆耗散。
电容随导体面积的增加而增大，因此导体表面积和管道大小会影响信号传输的距离。同样的信号强度会从一个大管道中泄漏到一个较小的管道上。
另一方面，小直径电缆的电容可能很低，以至于很少或根本没有电流会流动，导致信号太小而无法检测。
电容的作用解释了为什么在没有接地的绝缘导体里，信号通常会在（如电缆末端）前一定距离衰减并最终消失。
4.2.大地电导率
地面通过电流的能力在不同地方会有所不同。显然，潮湿的土壤比干沙是更好的导体，由此产生的电容效应会改变导体的视在电导率。由于有更好的返回路径，高效的接地导电效果更容易感应电流和埋地导体的信号。同时，容易返回意味着信号易沿着导体短距离内丢失。
相反地，低地电导率需要更多的能量来感应信号，但可以沿着更长的导体长度检测感应。
如果埋地导体与地面直接接触，例如管道包裹被穿透，则信号电流将直接在传导过程中泄漏。
4.3.交流电频率的影响
在第3.2节中，我们看到频率越高，导体中的交流电压和信号越大。在第4.1节中，我们看到频率越高，电容电流和信号越大。因此高频似乎有利于信号的应用。
示波器上演示了四种不同频率在相同振幅（即电流或磁场强度）下的比较。在相同的0.5毫秒周期内发生的变化清楚地显示出来，感应效应将随频率的变化而变化。
另一方面，由于信号电流更容易通过电容流过地面，随着频率的增加，给定的信号强度将在管道或电缆内运行更短的距离里丢失。
高频的另一个缺点是，目标导体的信号也可以通过相互感应耦合到附近的其他导体上。这常常使得在一个拥挤的地区追踪目标导体更加困难。
4.4.电容的实际意义，大地电导率与交流频率
只要线路和地面之间有直接的电接触，就会有信号耦合；如果地面传导率低，两种耦合形式都会减少，例如干砂土。这不仅是因为更高的电阻减小电流流过的电接触；它也降低了电容效应，因为电容器的一端（线缆）是很好的导体，而周围接触面呈现为不良导体，因此比起等体积湿土，在任何时刻能被存储的#39;充电#39;#39;效应存在更少。
而线路与地面有一个点的接触，导电性不受频率影响。事实上，线路对信号阻抗是一个组合的电阻和电容（还有一个小电感，此时可忽略），这意味着高频率信号比低频信号更容易耦合到给定线路上。
5.主动和被动信号
埋地导体的信号分为两种，我们称之为“主动”和“被动”信号
5.1.被动信号
被动信号在许多导体中是自然存在的，而无需人工操作。明显的例子是电力电缆，运输电流是其正常职责的一部分，但不太明显的是，地球上充满了电力系统的回流电流，而这些电流往往沿着金属管道和电缆护套提供的较低电阻的便捷路径流动。更不明显的是，无线电电流频率产生的原因是无线电通过长波传输，穿透地面，再沿着无论是否带电的埋地管道和电缆流动。因此被动信号可以定位导体，但不能识别导体，因为同一信号可能出现在任何导体上。
但有三点值得注意，特别是关于被动信号的问题，这些信号可能不会立即显现出来。
第一点关于线路上的电压，信号强度与电压无关。参考3.1，电流产生磁场，然后由定位器检测磁场。如果线路处于高压状态，但负载断开，则没有电流可流，因此没有可检测的功率信号，但仍有潜在的危险。
第二点是，负载电流和信号强度之间的关系不是直接的：所有精密设计的电缆都试图将核心紧密缠绕大幅度地抵消“流出”和“返回”电流场，从而尽量减小辐射电磁场的强度。
第三点是，所有被动信号都有可能在不被察觉的情况下发生变化，因此它们不能像深度测量那样具有较高的精度。他们的最大优点在于只用一个简单的接收仪器就能检测和避开埋设线路。
5.2.主动信号
主动信号是人为操作的结果，用来从信号发射器到目标线路上连接或感应已知的交流信号。主动信号不仅能定位埋地线路，而且还能在如城市街道下方典型的拥挤情况下主动识别和跟踪。
信号源在操作者的控制下，可以进行更精确的工作，如进行深度测量和信号强度比较。此外，可以选择频率来适合不同的工作情况，尤其是在使用多频信号发射机时。
5.3.主动和被动定位
被动定位只需要一个接收仪器。所需仪器简单并不意味着操作简单。挖掘人员手持一个简单易用的定位器，就够避开埋在地下的线路，从而能够避免与带电电缆的意外接触，并避免线路中断造成的停电和损失。
主动定位意味着两部分的定位器，一个发射器和一个接收器。如果要精确识别和跟踪目标线，主动定位是必不可少的。
5.4.结合主动和被动定位器的优点
雷迪定位器是结合定位主动和被动形式的装置；切换主被动通过简单的开关设置实现，并且使用一个单独的发射机主动工作。
将两种模式组合在一组设备中给用户很多用途。例如，在被动扫描过程中，每一行都可以用一个主动信号跟踪到一个可以识别的点。当计划挖掘一条已经被定位并被主动定位器识别的线路时，这个区域可以被被动扫描，以检查其他附近的线路在挖掘过程中被损坏的危险。
6.被动信号
6.1.电力频率
通交流电的电缆自身产生50-60HZ的频率信号，同时产生的高次谐波提供被动定位搜索和定位的基础。
然而，地面上充满了电力系统接地点和电缆之间的工频电流。这些电流自动地流向阻力最小的路径，当然，所有这些路径都是埋在地下的金属线和导体。它们也将通过电容和感应耦合在一起。因此结果，会出现50-60HZ信号及其频率高达3kHz的谐波，谐波不仅出现在绝大部分的埋地电缆中，也大量出现在附近的管道或其他导体里。这意味着，我们可以定位带工频信号的导体，但不能通过被动信号定位来识别它们。信号可能来自带电的电缆、管道或混凝土中的钢筋，但你只知到那里有导体。单相电力电缆一般有清晰的辐射信号，但三相电缆的信号主要是由于负载之间的不平衡产生，因为平衡电流往往抵消他们的信号。
平衡性越好，检测就越困难。高压电缆负荷一般有很好的平衡，在主动模式可以容易地检测到路灯电缆而错过一个11千伏主电缆附近的没有电流因此不存在功率信号的电网内电缆。这就是为什么无线电模式（6.2）是对功率模式的一个有价值的补充。
6.2.无线电频率
世界各地的大气中存在着来自远距离发射机的非常低频（长波）无线电能量。
地面提供了这种辐射的返回路径，埋地金属线成了首选路径。然后它们像天线一样重新发出这些信号。信号强度会随着对地耦合，电缆型号和土壤电导率的大小而改变，具有良好两端
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