Известно, что переменное низкочастотное магнитное поле слабо экранируется металлическими стенками трубопроводов. Поэтому для решения задач по отслеживанию движения, обнаружению остановившихся внутритрубных устройств (скребков, поршней, диагностических приборов типа «профилемер» и «ультраскан» и пр.) и точного определения их местоположения с поверхности трубопровода широко используются приборы, реализованные по методу низкочастотного электромагнитного поля.

На внутритрубных устройствах устанавливаются передатчики (излучатели) переменного низкочастотного магнитного поля, а с поверхности излучение от этих передатчиков принимается высокочувствительными низкочастотными приемниками.

Надежность приема сигнала передатчика и величина расстояния от трубы, на котором уверенно принимается сигнал, зависит, кроме схемотехнических и конструктивных решений приборов, от толщины стенки трубопровода и от частоты низкочастотного переменного магнитного поля.

Чем тоньше стенка трубопровода и ниже частота переменного магнитного поля, тем меньше требуется мощность передатчика, и, соответственно, увеличивается ресурс работы этого передатчика от внутреннего источника питания, что весьма немаловажно при работе на протяженных участках трубопроводов. Толщину стенки трубопровода выбирать не приходится, а вот частоту переменного магнитного поля разработчик приборов может менять в пределах, определяемых следующими соображениями.

Как уже говорилось, чем ниже частота переменного магнитного поля, тем меньше она экранируется (меньше потери излучаемой энергии) металлическими стенками трубопровода и грунтом. В пределе это нулевая частота, т.е. постоянное магнитное поле. Однако чем ниже частота, тем сложнее (требуется больше времени) выделить полезный сигнал от передатчика на фоне мощных электромагнитных помех от различных промышленных электроустановок, помех от токовой защиты трубопровода и пр.

Для постоянного магнитного поля помехой является намагниченность трубопровода магнитным полем земли или намагниченность отдельных участков трубопровода предварительным пропуском внутритрубного магнитного устройства, например, магнитного скребка или магнитного дефектоскопа.

Поэтому, если внутритрубный низкочастотный передатчик с низкой частотой излучаемого магнитного поля движется относительно приемника с определенной скоростью, то приемник может просто не успеть принять сигнал и произойдет пропуск или не обнаружение внутритрубного устройства с передатчиком.

- С другой стороны, при повышении частоты резко возрастают потери излучаемого сигнала и, кроме того, при повышении частоты излучаемого сигнала до уровня промышленной частоты (50Гц) резко возрастает уровень помех.

Исходя из этих соображений, разработчики выбирают частоту работы приборов в диапазоне от 10 до 30 Гц. Наиболее распространенной является частота 22 Гц.

Выбор этой частоты определяется ещё и тем, что при разработке приборов новой конструкции всегда стоит задача их совместимости с приборами предыдущих модификаций. Например, низкочастотный передатчик, разработанный и выпускаемый какой-либо фирмой, может использоваться в работе с приемником другой фирмы.

Одной из проблем, которая возникает у пользователей приборов сопровождения, реализованных на принципе низкочастотного магнитного поля, является невозможность получить от разработчика этих приборов точной гарантии, что сигнал от установленного на внутритрубном устройстве низкочастотного передатчика может быть обнаружен наземным низкочастотным приемником в какой-то определенной точке трубопровода с большой толщиной стенки трубы, если трубопровод в этой точке находится на большой глубине под землей.

Почему? Да потому, что очень много факторов влияет на обеспечение уверенного приема в сложных условиях. Это и окружающая помеховая обстановка - работающие близко электроустановки, проходящая рядом ЛЭП и т.д., и, что бывает очень часто, ухудшение параметров (ослабление сигнала излучения от передатчика) самими пользователями приборов при неправильной установке ими передатчика на внутритрубное устройство.

Ослабление сигнала излучения низкочастотного передатчика при установке его на внутритрубное устройство (скребок, поршень и пр.) происходит, зачастую, от того, что окружающие передатчик металлические ферромагнитные детали устройства экранируют излучаемый сигнал.

В какой-то степени проблему можно снять, если перед началом работы внутритрубное устройство с установленным передатчиком проверить на уверенный прием низкочастотного сигнала низкочастотным приемником на воздухе.

Определив максимальную дальность приема сигнала по воздуху, можно затем по приведенному ниже графику определить максимальную дальность приема при установке внутритрубного устройства с передатчиком, излучающем на частоте 22Гц, в трубопровод с определенной толщиной стенки трубы.

Рис.1. Номограмма для определения растояния обнаружения передатчика локатором в случае, когда сигнал передатчика ослаблен металлической стенкой трубы.

Расмотрим пример, который показан синими стрелками на рис.1 выше. Предположим, что локатор обнаруживает передатчик, установленный на внутритрубный снаряд, с расстояния 25 м по воздуху (т.е. в отсутствии ослабления сигнала стенкой трубы). Если этот снаряд с передатчиком находится внутри трубопровода с толщиной стенки 15 мм, то максимальное расстояние, с которого локатор сможет обнаружить сигнал от этого передатчика, составит не более 10 м.

Магнитное поле передатчика в первом приближении является полем магнитного диполя. На рис. 2 показаны силовые линии такого поля. Расчеты показывают, что напряжённость поля от передатчика на воздухе падает пропорционально расстоянию в четвертой степени. Это очень быстрое падение.

Современные передатчики в отсутствии экранирующей их трубы обнаруживаются локаторами на расстоянии не более 20-30 метров по воздуху. Теоретически это расстояние можно увеличить за счет уменьшения ширины резонанса, в котором излучает передатчик, и на который, также в резонанс, настроен локатор. Это можно сделать, если увеличить качество колебательного контура и остроту резонансной кривой.

Но при последующей установке такого передатчика с очень узким диапазоном излучения в различные по конструкции внутритрубные снаряды и при их движении внутри трубопроводов с различными диаметрами и толщиной стенок, неизбежно будет происходить "расстройка" резонансной частоты в силу изменения общей индуктивности магнитной системы.

На практике это приводит к тому, что дальность обнаружения локатором передатчика снаружи трубопровода оказывается меньше для передатчиков со слишком узким диапазоном излучения (острая резонансная кривая) по сравнению с предатчиками, у которых резонансная кривая "размыта".

Таким образом, существует определенный оптимум между максимальной дальностью обнаружения "голого" передатчика в воздухе и дальностью обнаружения этого же передатчика, установленного на внутритрубный снаряд и помещенного внутрь трубопровода.

Следующим важным моментом является правильное размещение передатчика внутри металлического корпуса внутритрубного снаряда.

Рис.2. Сигнал от передатчика в воздухе является полем магнитного диполя

Рис.3. Ослабление сигнала стенками трубопровода

Дело в том, что металлические стенки трубопровода замыкают на себя значительную часть магнитного поля передатчика (см. рис.3). На практике сигнал от передатчика, находящегося внутри трубопровода с толщиной стенки 20 мм, обнаруживается на расстоянии не более 8 м (см. рис.1).

Это обстоятельство нужно учитывать при проведении внутритрубных диагностических или очистных работ на глубоко расположенных трубопроводах.

Рис.4. Неправильная установка передатчика целиком внутрь корпуса снаряда сильно ослабляет сигнал

Рис.5. Сигнал от передатчика, выступающего на половину длины из металлического корпуса снаряда не ослабляется

Установка передатчика целиком внутри стального корпуса снаряда приводит к ещё большему экранированию магнитного поля (см. рис. 4). Сигнал от такого передатчика очень сложно обнаружить снаружи трубопровода. Поэтому при установке низкочастотного передатчика во внутритрубный снаряд со стальным корпусом необходимо обеспечить его выступание из корпуса не менее чем на половину длины.

При такой установке стальной корпус снаряда служит удлинителем диполя и увеличивает дальность обнаружения сигнала передатчика (см. рис. 5).