專利名稱：具有多重傳感器的紅外線定位設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求10的前序部分所述的用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的紅外線測量設(shè)備、特別是一種手持式測量設(shè)備以及一種基于該測量設(shè)備的方法。這種測量設(shè)備使用紅外線傳感器裝置，其探測由待測試物體發(fā)出的熱輻射。根據(jù)物體與周圍的介質(zhì)的不同的熱特性，探測被包圍在介質(zhì)中的物體并由此進(jìn)行定位。通過在測量設(shè)備中分析探測信號可以獲得關(guān)于被包圍在介質(zhì)中的物體的信息。
背景技術(shù)：
在必需測量溫度或溫差的地方可以有益地使用紅外線傳感器(下面也稱為IR傳感器)。例如在安全技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)是這樣的情況，其中通過人的體熱由IR傳感器檢測靠近的人，并且由此例如打開燈或觸發(fā)報(bào)警器。在現(xiàn)代的臨床溫度計(jì)中插入至少一個(gè)IR傳感器，其通過在耳朵中的測量快速并可靠地測量體溫。
用IR傳感器進(jìn)行溫度測量的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠可靠測量1000度以上的非常高的溫度，因?yàn)檫@種測量是無接觸地、僅僅根據(jù)輻射熱進(jìn)行的。從EP 1 176 407 A2中公開了這樣一種用于無接觸溫度測量的裝置。
在比如地板加熱系統(tǒng)、熱管等的情形中，也就是說測量被包圍在地板、墻壁或蓋板內(nèi)的水管時(shí)使用紅外線測量設(shè)備是吸引人的。在此例如需要了解管所處位置，以便避免在管上鉆孔或者在水管已經(jīng)破裂的情況下準(zhǔn)確定位管的位置。
目前用IR傳感器設(shè)備、熱成像照相機(jī)或熱電薄膜檢測這些問題。以現(xiàn)有技術(shù)的這種IR傳感器設(shè)備緩慢掃描要檢測的區(qū)域并且標(biāo)記局部的最大溫度。在此熱成像照相機(jī)原則上產(chǎn)生在紅外線區(qū)域中的照片，照片能夠使微小的溫差變得清晰可見。熱電薄膜由一種溫度敏感的材料制成，其在較高溫度下褪色。在此薄膜貼在待測的區(qū)域上。在熱成像術(shù)或者熱成像記錄的概念下綜合了這種部分地、也是直接成像的方法。
例如從在斯圖加特的2001年DGZfP的Termographiekolloquiums(熱成像學(xué)術(shù)研討會)發(fā)表的會議文集“Einsatz aktiver Thermo-graphie zur Detektion von Einschluessen in Baukonstruktionenund im Erdreich(使用主動(dòng)的熱成像術(shù)來探測建筑結(jié)構(gòu)中的及土層中的嵌入物)”中公開了用于非破壞地診斷建筑物的被動(dòng)(passive)和主動(dòng)(aktive)的熱成像術(shù)。
在被動(dòng)的熱成像術(shù)中，僅僅使用由一個(gè)被檢測物體輻射的、內(nèi)部熱量來進(jìn)行測量。在主動(dòng)的熱成像術(shù)中在檢測之前主動(dòng)地、也就是說從外部加熱要檢測的物體，在關(guān)閉外部熱源之后探測由物體輻射的熱量。
這些熱成像術(shù)的方法的缺點(diǎn)是，例如要檢測的地板加熱系統(tǒng)在測量之前已經(jīng)關(guān)斷數(shù)小時(shí)，只是在測量之前才重新開啟，由此在有管和無管區(qū)域之間的溫差特別大。此外為了主動(dòng)的熱成像必須產(chǎn)生大量的輻射能并且輻射到物體上。
由于這種設(shè)備僅僅顯示溫度分布，所以這種設(shè)備一般不是非常準(zhǔn)確的。由于外部影響、比如氣流、室溫、或也由于建筑的特色、比如在地板內(nèi)的提高的熱擴(kuò)散、可能會使測量值失真。
此外單純的IR傳感器設(shè)備并且主要是熱成像照相機(jī)是特別昂貴的，因?yàn)槠浔仨毞浅?zhǔn)確，以便至少可以定位例如管在混凝土中的大概位置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的具有光度傳感器、特別是紅外線傳感器(IR傳感器)的測量設(shè)備或者基于此的、用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的方法除了至少一個(gè)光度傳感器的測量信號外還處理至少一個(gè)另外的測量信號。優(yōu)選使用紅外線傳感器作為光度傳感器。根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的紅外線傳感器例如包括一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，其導(dǎo)電率隨著入射的輻射強(qiáng)度變化，其中該光電二極管對于在1微米以上范圍內(nèi)的波長(紅外線輻射)特別敏感。
除了光度傳感器的測量信號外，根據(jù)本發(fā)明的方法此外還分析至少另一個(gè)附加測量信號。借助于該附加的測量信號有益地能夠獲得關(guān)于被包圍的、要檢測的物體的附加信息。
根據(jù)本發(fā)明的方法因此除了單純的物體定位之外有益地也能夠定量地確定深度，物體在介質(zhì)中以該深度被包圍。通過單純的光度傳感器不能得到如此的信息。
此外要求保護(hù)的測量設(shè)備也能夠識別被包圍的物體材料。由此可以簡單地區(qū)分不同的材料。由此例如能夠探測，地板加熱系統(tǒng)的熱管是金屬管還是-比如目前經(jīng)常使用的-塑料管。
如果例如在墻壁或地板中打深孔之前使用根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備，則除了單純的物體定位之外事先也能夠判斷出被包圍在介質(zhì)中的物體的“危險(xiǎn)性”。由此在必要時(shí)能夠區(qū)分導(dǎo)電線路和木橫梁或這類物體。
通過在從屬權(quán)利要求中列舉的特征能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1的、根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選改進(jìn)方案。
在一種根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備或者基于該測量設(shè)備的方法的實(shí)施方式中，由至少另一個(gè)傳感器產(chǎn)生至少另一個(gè)測量信號，其被用于分析和信息采集。通過將分開的傳感器用于不同的探測信號，能夠并行實(shí)施測量，這意味著不是最終降低測量時(shí)間。
通過相應(yīng)的電路，除了測量設(shè)備的優(yōu)選由IR傳感器構(gòu)成的光度傳感器外，在必要時(shí)也可以接入另一個(gè)傳感器、例如雷達(dá)傳感器或電容式傳感器。例如如此改變傳感器的控制，使得交替地、例如快速順序地探測紅外線信號或雷達(dá)信號(“準(zhǔn)并行運(yùn)行”)。
根據(jù)一種特別優(yōu)選的實(shí)施例，以一種相應(yīng)的控制方式，雷達(dá)傳感器的天線板也可以用作測量電容器的電極?？梢匀绱烁淖兝走_(dá)傳感器的天線裝置或者附屬的控制信號，使得在高頻激勵(lì)和低頻運(yùn)行方式之間來回轉(zhuǎn)換所述控制。如此按激勵(lì)信號以一個(gè)附加傳感器的僅僅一個(gè)電極可以制造例如高頻電容式傳感器或也可以制造普通的低頻傳感器，其例如用于板探測器(Studfinder)中。
例如根據(jù)本發(fā)明也可以如此控制雷達(dá)傳感器的天線，使得其以電源電壓探測器的形式工作，該電源電壓探測器可以電容地檢測例如一個(gè)電源線路的交流電壓場。在這種情況下天線無源地工作、也就是說不產(chǎn)生電場，由此能夠指出例如在墻壁內(nèi)電源線路的位置和走向。
以根據(jù)本發(fā)明的方法因此在應(yīng)用紅外線傳感器和僅僅一個(gè)受不同控制的傳附加的感器的情況下能夠產(chǎn)生一組不同的探測信號，通過分析該探測信號使相應(yīng)測量設(shè)備的使用者了解關(guān)于被包圍物體的附加信息。
附加測量信號的應(yīng)用可以更準(zhǔn)確地定位被包圍的物體，因?yàn)楦鶕?jù)第二傳感器的測量結(jié)果優(yōu)化了產(chǎn)生第一測量信號的紅外線傳感器，并且可以適應(yīng)于特殊的測量情況。例如電容式傳感器通過測量介電阻抗識別一個(gè)木樁墻壁。然后可以如此運(yùn)行在設(shè)備內(nèi)集成的雷達(dá)傳感器，使得雖然測量氣阱，但是在設(shè)備的顯示器中不顯示。這例如可以由此實(shí)現(xiàn)，即連接在雷達(dá)傳感器后面的信號處理設(shè)備通過常用的求平均值的方法對氣阱信號求出平均值。通過這種方式能夠最佳化運(yùn)行雷達(dá)傳感器。
如此以一個(gè)電感式傳感器能夠區(qū)分金屬和非金屬的物體，從而例如能夠區(qū)分不同的管材料。如果例如存在的雷達(dá)傳感器識別出在要檢測的物體內(nèi)不存在目標(biāo)，則對此可以取消電感式傳感器的預(yù)校準(zhǔn)，因?yàn)檫@例如可以自動(dòng)實(shí)施。
根據(jù)本發(fā)明的方法有益地也允許有針對性地尋找確定的物體。由此可以通過相應(yīng)電路(其控制預(yù)定義尋找程序(Suchroutine))例如可以特別尋找電纜或金屬。雖然原則上可以單獨(dú)用一個(gè)紅外線傳感器探測有電流流過的電纜，但是用這種系統(tǒng)達(dá)不到要求的準(zhǔn)確度。通過一個(gè)附加傳感器可以簡單并可靠地探測電纜或其它金屬。同樣可以有益地在測量設(shè)備的顯示器上例如使在墻壁內(nèi)存在的空腔或其它與搜索標(biāo)準(zhǔn)不一致的物體隱藏，從而使用者僅僅得到所希望的信息。
由此以根據(jù)本發(fā)明的方法能夠在測量設(shè)備的顯示器上例如依次或同時(shí)顯示出金屬管和塑料管、導(dǎo)電線路、塑料或由木材或空腔形成的目標(biāo)。由此能夠以根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備進(jìn)行材料厚度測量、比如在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土覆蓋厚度或在地板加熱系統(tǒng)中的無縫地面厚度測量。以傳統(tǒng)的紅外線測量設(shè)備不能確定材料覆蓋厚度。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中用一個(gè)完整的傳感器組的探測信號進(jìn)行分析。這些傳感器例如除了紅外線傳感器外涉及雷達(dá)傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器或也涉及超聲波傳感器。這些傳感器單獨(dú)或成組連接。這例如可以人工地或也可以自動(dòng)地、也就是說由相應(yīng)的、在測量設(shè)備的存儲元件中保存的程序控制地實(shí)現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選的分析程序中，分析所有主動(dòng)傳感器的探測信號并且僅僅用一個(gè)具有明確的信號的探測信號單獨(dú)用于后面的數(shù)據(jù)處理。在此忽略其它傳感器的測量結(jié)果。如果在測量地板加熱系統(tǒng)時(shí)除了由紅外線傳感器同樣識別的水管外，電感式傳感器識別在地板中大小偏差的金屬物體，那么可以漸隱較弱的信號，因?yàn)檫@很可能是由在地板中存在的結(jié)構(gòu)鋼墊產(chǎn)生的?？墒侨绻姼惺絺鞲衅鲀H僅識別一種金屬物體并且雷達(dá)傳感器沒有識別另外的物體，則由電感式傳感器探測的信號是地板加熱系統(tǒng)的金屬管?？墒侨绻粋€(gè)附加存在的雷達(dá)傳感器識別另外的物體，則這個(gè)另外的物體是地板加熱系統(tǒng)的塑料管。金屬物體可以再度相應(yīng)地在測量結(jié)果的顯示器中漸隱。通過這種方式能夠僅僅看見重要的信息。
通過分析和識別所述至少另一個(gè)探測信號，有利的是特別能夠優(yōu)化一個(gè)傳感器或一個(gè)傳感器的用于測量的探測信號。由此在根據(jù)本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式中，分別寫入不同的“程序”控制各個(gè)傳感器，例如“金屬程序”、“空心磚程序”、“塑料程序”等等。這些專用的檢索程序歸屬于各個(gè)傳感器，在探測這樣一種物體時(shí)具有特殊的優(yōu)點(diǎn)。如果在由一個(gè)或多個(gè)傳感器測量的情況下識別一個(gè)特殊的、編入程序的情形，也就是說一個(gè)或多個(gè)傳感器提供對于例如一種特殊的材料的指示，由此所有傳感器調(diào)整到該程序，或者對于目前已知的材料的傳感器控制和分析進(jìn)行優(yōu)化。通過這種方式能夠提供更準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)槔绺鱾€(gè)傳感器可以以最佳匹配于識別的物體的靈敏度運(yùn)行。
在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的另一種實(shí)施方式中，將多個(gè)傳感器集成在測量設(shè)備的一個(gè)公共外殼內(nèi)。在此這些傳感器例如布置在一個(gè)公共的印刷線路板上。這些傳感器優(yōu)選例如全部對準(zhǔn)一個(gè)公共軸線，由此相應(yīng)的探測信號都針對一個(gè)并且相同的點(diǎn)。
如果該設(shè)備具有一個(gè)位移傳感器，則不僅可以測量不同傳感器的當(dāng)前信號電平，而且此外也可以檢測并顯示信號曲線。由此也能夠在測量設(shè)備的顯示器上實(shí)現(xiàn)二維顯示，在該顯示器上除了路徑信息外也顯示深度信息。這有益地不同于現(xiàn)有技術(shù)的紅外線定位設(shè)備，在該設(shè)備中大多數(shù)在一個(gè)假彩色顯示設(shè)備上顯示出在測量位置處的當(dāng)前測量結(jié)果。由此以根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備例如在地板加熱系統(tǒng)的情況下除了管的材料種類外，還可以探測并顯示其在地板中的大小和深度，以及通過不同的溫度水平檢測并顯示流動(dòng)方向。
但是在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的一種作為可替代的方案的實(shí)施方式中，傳感器部分集成在一個(gè)公共的板上，并且部分集成在測量設(shè)備外殼中的其它位置上，比如設(shè)備的外殼底部中。
在應(yīng)用外部傳感器的情況下獲得該測量設(shè)備的一種特別優(yōu)選的方案，該外部傳感器借助于一個(gè)插接模塊和一個(gè)相應(yīng)的接口與測量設(shè)備以及在其內(nèi)部存在的傳感器耦合。
例如也可以在制造該設(shè)備時(shí)在測量設(shè)備內(nèi)集成不同傳感器的完整組，這些傳感器單獨(dú)或成組地通過一個(gè)相應(yīng)的軟件觸發(fā)其控制。通過這種方式能夠以系列產(chǎn)品考慮不同用戶的不同要求。
根據(jù)本發(fā)明的紅外線設(shè)備因此是節(jié)省成本的、緊湊的多功能設(shè)備，該多功能設(shè)備有益地能夠簡單手持操作，其方法是用戶例如在要檢驗(yàn)的墻壁上移動(dòng)該測量設(shè)備。測量結(jié)果直接在測量設(shè)備的顯示器上以直觀容易理解的圖形顯示告知用戶，由此其可以直接察看要檢測的墻壁，并由此例如可以判斷，在墻壁的哪個(gè)位置開孔是不危險(xiǎn)的。
在下面的附圖中以及在附屬的描述中公開用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的根據(jù)本發(fā)明方法或者相應(yīng)測量設(shè)備的其它優(yōu)點(diǎn)。


在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的紅外線定位設(shè)備的實(shí)施例或者基于該設(shè)備的、用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的方法的實(shí)施例，二者在下面的描述中應(yīng)當(dāng)詳細(xì)闡述。附圖
以及權(quán)利要求包含很多組合特征。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以單獨(dú)考慮這些特征并歸納出另外的、合理的組合，這些組合在此認(rèn)為同樣是在本文中公開的。
附圖示出圖1根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的圖解結(jié)構(gòu)；圖2根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的第一實(shí)施例的傳感器裝置的截面圖；圖3圖解示出了按照圖2的、根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的實(shí)施例的仰視圖；圖4圖解示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的另一實(shí)施例的仰視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1以一個(gè)示意圖示出了基于本發(fā)明的方法或者根據(jù)本發(fā)明方法的光度測量設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)。除了一個(gè)紅外線傳感器70外，按照圖1實(shí)施例的、根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備62具有一個(gè)電感式傳感器64、一個(gè)電容式傳感器66、一個(gè)電容式高頻傳感器68以及一個(gè)雷達(dá)傳感器60。在此紅外線傳感器70是一種優(yōu)選的光度傳感器92。其它的傳感器可以在相應(yīng)的實(shí)施例中存在。
在測量時(shí)紅外線傳感器可以進(jìn)行粗分類，其例如能夠首先斷定已加熱的、未加熱的或已冷卻的管線，以及可以看見這些管的大致分布，而通過其它的、在測量設(shè)備中存在的傳感器可以更準(zhǔn)確斷定被包圍的物體的準(zhǔn)確位置、深度和大小。在說明書的范圍內(nèi)引用的地板加熱或墻壁加熱系統(tǒng)的管線用作描述根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的工作原理的直觀實(shí)例?？墒巧婕暗墓芫€絕對不是限制，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的測量設(shè)備以及基于該測量設(shè)備的、根據(jù)本發(fā)明的方法有助于定位任意的、被包圍在介質(zhì)中的物體。
通過根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的中央控制單元72控制并分析如在圖1中示出的各個(gè)傳感器。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，傳感器不僅可以單獨(dú)連接，而且也可以連接成組或者將所有傳感器連接在一起。一方面可以通過一個(gè)手動(dòng)的工作選擇開關(guān)74實(shí)現(xiàn)工作方式的選擇、也就是說選擇哪一個(gè)傳感器用于確定的測量，該選擇開關(guān)集成在一個(gè)操作區(qū)域內(nèi)、例如測量設(shè)備的按鈕區(qū)域或程序菜單中，并且使用者可以根據(jù)其選擇進(jìn)行操作。
除了用戶手動(dòng)選擇工作方式外，也可以通過相應(yīng)的控制程序自動(dòng)選擇工作方式(“自動(dòng)運(yùn)行”)，該控制程序可以保存在測量設(shè)備的存儲媒介內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的方法不僅能夠并行、準(zhǔn)并行、而且也能夠串行地使用不同的傳感器。在此在準(zhǔn)并行工作方式下非?？焖俚卦诟鱾€(gè)傳感器之間轉(zhuǎn)換并且產(chǎn)生、測量并分析相應(yīng)的探測信號，或者為了分析在必要時(shí)暫時(shí)存儲該信號。在此同樣在自動(dòng)和由用戶預(yù)先規(guī)定的傳感器選擇之間進(jìn)行選擇。
通過相應(yīng)的分析單元76分析傳感器的各個(gè)測量信號，彼此進(jìn)行比較并且接著根據(jù)其它傳感器的測量結(jié)果優(yōu)化各個(gè)傳感器。如此在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施方式中，將不同的“程序”分別寫入各個(gè)傳感器的控制裝置中，這些程序例如是“金屬程序”、“空心磚程序”、“塑料程序”等。如此的特殊檢索程序可以分配給各個(gè)傳感器。如果在測量時(shí)由一個(gè)或多個(gè)傳感器識別一個(gè)特殊的編入程序的情景，也就是說一些傳感器提供例如一種特殊材料的指示，那么所有傳感器轉(zhuǎn)換到該程序上，因此提供更準(zhǔn)確的、優(yōu)化的測量結(jié)果，因?yàn)槔缒軌蛞愿鱾€(gè)傳感器的最佳協(xié)調(diào)的靈敏度進(jìn)行工作。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選的分析程序中，分析所有主動(dòng)的傳感器的探測信號，并且僅僅將具有一個(gè)明確的信號的信號單獨(dú)用于接在后面的數(shù)據(jù)處理。在此其它傳感器的測量結(jié)果在進(jìn)一步分析時(shí)忽略。
在分析單元76后面連接一個(gè)用于數(shù)據(jù)處理的單元和一個(gè)顯示器78。繼續(xù)處理分析單元76的數(shù)據(jù)，并且轉(zhuǎn)換為對于用戶來說直觀可理解的顯示方式。由此測量結(jié)果例如以當(dāng)前測量情況的圖形顯示的形式進(jìn)行加工。通過一個(gè)在測量設(shè)備內(nèi)集成的顯示器將測量信號特別是實(shí)時(shí)地、例如以被檢查的墻壁的剖視圖的形式傳遞給用戶。
在數(shù)據(jù)處理中例如可以借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主成份分析來分析所有傳感器信號，并通過模式識別通過顯示器輸出最有可能的結(jié)果。也可以設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的程序，其可以使每個(gè)傳感器相應(yīng)于其探測界限加權(quán)地獲得結(jié)果。即使每個(gè)傳感器單獨(dú)具有確定的探測界限，也能夠使總結(jié)果具有“軟”界限。在此例如使用模糊邏輯是有益的。
對于該方法，各個(gè)傳感器可以全部集成在測量設(shè)備的外殼內(nèi)，或者也能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的、特別適配的方案。在此附加探測器、比如電感式傳感器64、可以模塊化地安裝在具有紅外線傳感器70、雷達(dá)傳感器60、電容式高頻傳感器68的測量設(shè)備62上。經(jīng)過一個(gè)公共的接口在原來的測量設(shè)備62上可以實(shí)現(xiàn)電感式傳感器64的控制和分析。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的前面末端、也就是傳感器頭10的截面圖。在圖2的實(shí)施例中僅僅部分示出的測量設(shè)備62具有一個(gè)作為光度傳感器92的紅外線傳感器70以及一個(gè)雷達(dá)傳感器60和一個(gè)線圈形式的電感式傳感器64。
傳感器裝置10具有一個(gè)外殼14，其具有導(dǎo)電表面。外殼14例如由金屬形成為整體壓鑄部件，或也可以通過成型過程由金屬化的塑料實(shí)現(xiàn)。同樣可以實(shí)現(xiàn)傳感器裝置的外殼14的金屬導(dǎo)電涂層。傳感器外殼朝測量物體的方向是單側(cè)開口的，它包圍傳感器裝置的重要元件，并且本身是該傳感器裝置的整體組成部分。
傳感器裝置10基本上具有四個(gè)組件。這些組件中的第一個(gè)組件是用于產(chǎn)生并處理測量信號或者探測信號的電路48。該傳感器裝置的第二個(gè)組件包含一個(gè)雷達(dá)傳感器60、其在根據(jù)本發(fā)明的定位設(shè)備中通過一個(gè)特殊構(gòu)造的天線16實(shí)現(xiàn)。在傳感器裝置的外殼14的周圍設(shè)置了一個(gè)線圈裝置12作為第三個(gè)組件，其與相應(yīng)的電子電路和部件48一起形成一個(gè)電感式傳感器64用于探測尤其是金屬物體。通過一個(gè)紅外線測量頭69與其傳感器70一起形成第四個(gè)組件。
上述四個(gè)不同的組件布置在傳感器頭10的不同的、彼此隔開的局部空間中。電感式傳感器64的線圈裝置12分布在外殼14的外部，而電路48以及雷達(dá)傳感器60的天線布置在外殼內(nèi)部，但是通過印刷電路板18彼此分離。紅外線測量頭69在圖2的實(shí)施例中在外殼14的外部布置在電感式傳感器的附近。紅外線測量頭與功率電子裝置的分離是尤其有益的，因?yàn)殡娮硬块g損耗熱量可能導(dǎo)致測量結(jié)果失真。紅外線傳感器經(jīng)過相應(yīng)的連接機(jī)構(gòu)電耦合在電源和控制電子裝置上。
印刷電路板18在外殼14內(nèi)部以其邊緣與外殼14固定在一起。為此在按照圖2的實(shí)施例中外殼具有一個(gè)獨(dú)特的凸肩42，在其上面安置印刷電路板18。這樣形成的外殼14安裝在測量設(shè)備的另一個(gè)沒有示出的外殼中，使得電子裝置或者雷達(dá)傳感器用的兩個(gè)局部空間相疊布置。局部空間20和22通過印刷線路板18如此相互分離，使得形成敞開的第一局部空間20用于雷達(dá)傳感器，并形成被包圍的第二局部空間22用于電子元件。通過外殼14的穹形隆起28以及通過與外殼固定連接的印刷線路板18形成第二局部空間22。金屬涂層30有益地集成在印刷線路板18上或內(nèi)部，從而外殼14的局部空間22被一導(dǎo)電表面包圍。通過這種方式，局部空間22形成一個(gè)“法拉第籠”23，其能夠使在局部空間22內(nèi)布置的電子部件與電磁干擾隔離。通過這種方式電子部件本身與傳感器去耦合，并且因此與傳感器相互不存在消極影響。
在圖2中可以看出，印刷線路板18在其一個(gè)面上載有用于產(chǎn)生并分析測量信號的電路和部件48。通過相應(yīng)的連接機(jī)構(gòu)將各個(gè)傳感器與在第二局部空間內(nèi)的電子部件48連接。在印刷線路板18的另一個(gè)面上固定天線16的一個(gè)天線板24。
基本上通過印刷線路板18的表面32以及通過外殼14的側(cè)壁34形成傳感器裝置10的外殼14的第一局部空間20，在其內(nèi)部安置了雷達(dá)傳感器60。在側(cè)壁34內(nèi)集成有空隙36，其能夠使傳感器裝置的外殼14錨定在測量設(shè)備的外殼中。
外殼14的第一局部空間20一側(cè)通過孔54敞開，并且基本上支撐雷達(dá)傳感器60的天線16。通過在印刷線路板18上固定的天線板24以及外殼14的局部空間20的內(nèi)表面38形成該天線，該內(nèi)表面形成天線裝置的地電極21。通過這種方式能夠非常緊湊地構(gòu)成天線16。
正如在圖2的實(shí)施例中示出的，可以通過附屬測量設(shè)備62的壁50以氡(Radon)的形式包圍第一局部空間20，這種隔離不能阻礙天線裝置16的電場。由于這個(gè)原因例如通過根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備62的塑料外殼的一個(gè)面實(shí)現(xiàn)該壁50。在必要時(shí)也可以通過測量設(shè)備的這個(gè)外殼壁保護(hù)紅外線傳感器70。除了保護(hù)紅外線測量頭外，該壁50此外有助于機(jī)械保護(hù)雷達(dá)傳感器16的天線板24防止受到損壞。
根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備62在這種情況下以外殼壁50引到要測量的結(jié)構(gòu)、例如蓋板或地板上。為此在測量設(shè)備上可以設(shè)置滾子或另外的滾動(dòng)體，測量設(shè)備可以以該滾子或滾動(dòng)體例如在一個(gè)墻壁上移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具有一個(gè)位移傳感器，從而該位移傳感器測量該測量設(shè)備在墻壁上或類似結(jié)構(gòu)上經(jīng)過的路程。通過這種方式不僅僅能夠測量不同傳感器的當(dāng)前信號電平，而且此外通過給傳感器的每個(gè)測量值分配一個(gè)位置坐標(biāo)也能夠檢測并顯示信號曲線。由此也能夠在測量設(shè)備的顯示器上實(shí)現(xiàn)了二維顯示，其中除了位移信息外也顯示深度信息。這有益地區(qū)別于現(xiàn)技術(shù)的紅外線測量設(shè)備，在這種紅外線測量設(shè)備中大多數(shù)通過一個(gè)或多個(gè)光信號燈僅僅顯示在測量的當(dāng)前位置上的當(dāng)前測量結(jié)果。
在傳感器裝置10的外殼14周圍纏繞根據(jù)本發(fā)明測量設(shè)備中電感式傳感器64的線圈裝置12的線圈部件80。在此線圈部件80例如可以安置在線圈架84上或澆鑄在該線圈架內(nèi)部。通過相應(yīng)的連接機(jī)構(gòu)將線圈部件80與一個(gè)沒有詳細(xì)示出的電源以及用于控制和分析的電子部件48連接。在其它的實(shí)施方式中也可以例如在測量設(shè)備62的塑料底部50中集成電感式傳感器裝置。
紅外線傳感器70也可以處在外殼14的內(nèi)部、例如在傳感器板18上。但是由于傳感器的相互影響，如在圖2中所以將紅外線傳感器安置在外殼的外部更好。
在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案中，以可取下的IR傳感器頭73的形式構(gòu)造紅外線傳感器70，并且其作為相應(yīng)雷達(dá)傳感器測量設(shè)備的附件73。紅外線傳感器70然后通過在定位設(shè)備上的相應(yīng)接口耦合在測量設(shè)備的控制與分析單元上，并且也通過該測量設(shè)備進(jìn)行控制與分析。
在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的一些不同實(shí)施方式中，可以任意實(shí)現(xiàn)所應(yīng)用的傳感器原理的組合形式。不限制傳感器的位置、大小以及數(shù)量。從附加的探測信號中獲得的數(shù)據(jù)可以有益地繼續(xù)進(jìn)行處理，并且得到關(guān)于被包圍物體的附加信息。
圖3示出了在取下保護(hù)壁50的情況下根據(jù)本發(fā)明的、根據(jù)圖2的測量設(shè)備的傳感器頭10的一個(gè)簡化的示意仰視圖。天線16的天線板24安置在傳感器板18的大致中心位置。在外殼14周圍布置根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的電感式傳感器64的線圈部件80。IR傳感器70位于雷達(dá)天線裝置的外殼14的外部。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中通過相應(yīng)的電路來使雷達(dá)傳感器60的天線16也作為普通的、也就是板探測器(Studfinder)形式的低頻電容式傳感器66運(yùn)行。為此例如能夠如此改變天線16的控制，使其在高頻激勵(lì)和低頻工作方式之間來回轉(zhuǎn)換。例如也能夠如此控制根據(jù)圖2或者圖3的根據(jù)本發(fā)明的定位設(shè)備的天線裝置16，使其可以以電源電壓探測器65的形式運(yùn)行，該探測器可以電容檢測例如電源線路的交流電壓場。在這種情況下傳感器無源地工作、也就是說不產(chǎn)生電場，因此能夠指出例如在墻壁內(nèi)電源線路的位置和走向。
通過在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備中設(shè)置的控制電子裝置能夠以僅僅一個(gè)傳感器、在圖2或3的實(shí)施例中以雷達(dá)傳感器60的天線裝置16產(chǎn)生不同的附加測量信號或探測信號。然后可以準(zhǔn)并行地或也可以串行地分析這些測量信號，由此通過分析可以獲得關(guān)于在介質(zhì)中被包圍的、要測量的物體的附加信息。在此雷達(dá)傳感器60可以作為電容式傳感器、特別是作為常規(guī)的、也就是說低頻電容式傳感器66、作為電源電壓探測器65、或也可以作為高頻探測器68進(jìn)行控制。在此，探測信號有益地自動(dòng)對準(zhǔn)在要檢驗(yàn)的面上的同一個(gè)點(diǎn)。因此始終、也就是說即使在探測信號轉(zhuǎn)換時(shí)也檢驗(yàn)同一測量區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的該實(shí)施例中幾乎排除了由于測量不同的空間區(qū)域引起的測量誤差。通過這種方式，根據(jù)本發(fā)明的紅外線測量設(shè)備可以配備多個(gè)附加傳感器，而不必大量增加為此所需的測量設(shè)備結(jié)構(gòu)空間。盡管有多個(gè)不同的探測信號(其可以用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實(shí)現(xiàn))，該設(shè)備也能夠構(gòu)造成緊湊的手持式測量設(shè)備。
在一種作為替代方案的實(shí)施方式中也可以給不同的探測信號分別分配一個(gè)獨(dú)立的傳感器、例如一個(gè)天線和一個(gè)測量電容器，從而為了獲得更多的探測信號附加傳感器的純并行運(yùn)行需要花費(fèi)較大的結(jié)構(gòu)空間。在此紅外線發(fā)射器串行或準(zhǔn)并行于附加傳感器運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的方法有益地也允許有針對性地尋找確定的物體。由此可以通過一個(gè)相應(yīng)的、控制預(yù)定義尋找程序的電路例如專門尋找暖水管或熱水管。同樣在此可以通過附加傳感器、例如雷達(dá)傳感器探測在墻壁內(nèi)存在的空腔、該空腔借助于IR傳感器、如果存在、也很難探測到，并且該空腔自動(dòng)地或由用戶預(yù)先規(guī)定地在測量設(shè)備的顯示器上漸顯或漸隱，從而用戶可以選擇只顯示所希望的信息。
圖4以仰視圖示意示出了一個(gè)傳感器裝置10，其中雷達(dá)傳感器60的天線裝置具有一個(gè)發(fā)射天線86和一個(gè)與發(fā)射天線分離的接收天線88，這兩者都焊接在傳感器板18上。該天線除了借助于相應(yīng)的電接線進(jìn)行雷達(dá)檢測外，也用作高頻電容式傳感器68或者電容式傳感器65、66。為此將一個(gè)智能軟件或相應(yīng)的電子裝置在這些傳感器的各個(gè)運(yùn)行方式之間快速轉(zhuǎn)換。此外在外殼周圍纏繞一個(gè)線圈裝置80用于感應(yīng)探測。也可以有選擇地為線圈設(shè)置一個(gè)鐵氧體鐵芯?？梢蕴厥獾貥?gòu)成線圈繞組的形式、大小和位置。
紅外線傳感器70也可以處在外殼14的內(nèi)部，例如在傳感器板18上?？墒怯捎趥鞲衅鞯南嗷ビ绊懀缫呀?jīng)提到的將紅外線傳感器70安置在外殼的外部更好。在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的一些實(shí)施例中可以任意實(shí)現(xiàn)所應(yīng)用的傳感器原理的集成形式。不限制傳感器的位置、大小以及數(shù)量。從附加的探測信號中獲得的數(shù)據(jù)可以有益地繼續(xù)進(jìn)行處理，并且得到關(guān)于被包圍的物體的附加信息。
通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理(軟件)，各個(gè)傳感器的測量結(jié)果相互補(bǔ)充，由此得到關(guān)于被包圍的物體的盡可能完整的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的紅外線測量設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)的紅外線設(shè)備相比通過多種傳感器原理的組合例如能夠快速、高效地定位并測定墻壁、蓋板或地板內(nèi)熱管或冷管。IR傳感器可以進(jìn)行粗分類、也就是說區(qū)分熱管或冷管、以及定位管的大致位置，而通過其它的、在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備中組合的傳感器原理也可以確定管的準(zhǔn)確位置、深度和大小。
從多個(gè)傳感器的組合中或從同一個(gè)傳感器的不同控制中可以獲得的多個(gè)探測信號進(jìn)行分析，除了被包圍的物體的定位外還有益地也能夠獲得例如材料識別以及在電子傳輸線的情況下例如能夠獲得關(guān)于線路電壓狀態(tài)的信息。由于所述附加傳感器，就明顯擴(kuò)展了紅外線定位設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。
以根據(jù)本發(fā)明的方法能夠使得基于通過其它傳感器獲得的、關(guān)于被包圍的物體的信息來優(yōu)化一個(gè)傳感器。通過這種方式，每個(gè)傳感器單元由于其它傳感器的附加信息能夠更好地單獨(dú)工作?？梢酝ㄟ^軟件或硬件方式綜合這些優(yōu)化的、相互獨(dú)立的結(jié)果，使得根據(jù)本發(fā)明的定位設(shè)備不僅向用戶告知位置、深度、寬度而且例如告知材料種類和溫度，即使在較大的物體深度內(nèi)。
根據(jù)本法明的、具有光度傳感器的測量設(shè)備因此是一種節(jié)省成本的、緊湊的多功能設(shè)備，有利的是其允許方便的手持操作。用戶為此例如在要檢驗(yàn)的墻壁上移動(dòng)該測量設(shè)備。測量結(jié)果以直觀的、容易理解的圖形顯示直接在測量設(shè)備的顯示器上告知用戶，從而通過這種方式使用戶可以“直接察看要檢測的墻壁”。由此例如可以判斷，在墻壁的哪個(gè)位置不能開孔或者在哪個(gè)位置開孔是不危險(xiǎn)的。
根據(jù)本發(fā)明的定位設(shè)備或者基于該設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的、用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的方法不局限于在圖中示出的實(shí)施例。
特別是根據(jù)本發(fā)明的方法不局限于探測在墻壁、地板或蓋板內(nèi)的被包圍的物體。
權(quán)利要求
1.用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的測量設(shè)備、特別是一種手持式測量設(shè)備，其具有至少一個(gè)光度傳感器(92、70)，該設(shè)備借助于所述至少一個(gè)光度傳感器(92、70)獲得要檢驗(yàn)的物體的第一測量信號，從而通過分析該測量信號獲得關(guān)于在該介質(zhì)中被包圍的物體的信息，其特征在于，設(shè)置至少另一個(gè)用于產(chǎn)生至少另一個(gè)第二測量信號的傳感器(64、66、68)，以便獲得關(guān)于在該介質(zhì)內(nèi)被包圍的物體的信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的測量設(shè)備，其特征在于，該至少一個(gè)光度傳感器(92、70)是一種紅外線傳感器(70)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的測量設(shè)備，其特征在于，該至少另一個(gè)傳感器是一種雷達(dá)傳感器(60)。
4.按照權(quán)利要求3所述的測量設(shè)備，其特征在于，所述雷達(dá)傳感器(60)是一種寬帶的脈沖雷達(dá)傳感器。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的測量設(shè)備，其特征在于，該至少另一個(gè)傳感器是一種電感式傳感器(64)。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的測量設(shè)備，其特征在于，該至少另一個(gè)傳感器是一種電容式傳感器(65、66、68)。
7.按照權(quán)利要求6所述的測量設(shè)備，其特征在于，該至少另一個(gè)電容傳感器(65、66、68)是一種高頻電容式傳感器(68)，其通過測量其電極的阻抗獲得關(guān)于被包圍在介質(zhì)中的物體的信息。
8.按照上述權(quán)利要求1至7中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測量設(shè)備，其特征在于，至少兩個(gè)所述傳感器(60、64、66、68、70、92)集成在測量設(shè)備(62)的公共外殼內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求8所述的測量設(shè)備，其特征在于，在一個(gè)公共的印刷線路板(18)上布置至少兩個(gè)所述傳感器(60、64、66、68、70、92)。
10.用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的方法，在該方法中借助于至少一個(gè)光度傳感器(92、70)、特別是一個(gè)紅外線傳感器(70)產(chǎn)生一個(gè)測量信號，從而通過分析該第一測量信號獲得關(guān)于在該介質(zhì)中被包圍的物體的信息，其特征在于，分析至少另一第二測量信號以便獲得關(guān)于在該介質(zhì)內(nèi)被包圍的物體的信息。
11.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少另一個(gè)測量信號由至少另一個(gè)傳感器裝置(64、65、66、68)產(chǎn)生。
12.按照權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，并行地測量所述至少一個(gè)第一測量信號和所述至少一個(gè)第二測量信號。
13.按照權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，準(zhǔn)并行地測量所述至少一個(gè)第一測量信號和所述至少一個(gè)第二測量信號。
14.按照權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，串行地測量所述至少一個(gè)第一測量信號和所述至少一個(gè)第二測量信號。
15.按照上述權(quán)利要求10至14之一、尤其是按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，測量并分析多個(gè)傳感器(64、65、66、68)的測量信號，其中該傳感器來自包含至少電容式傳感器(65、66、68)、電感式傳感器(64)和光度傳感器(70、94)的組。
16.按照上述權(quán)利要求10至15之一所述的方法，其特征在于，通過分析至少另一個(gè)測量信號來優(yōu)化傳感器(64、65、66、68、70、92)的至少一個(gè)測量信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的測量設(shè)備、特別是一個(gè)手持式測量設(shè)備，其具有至少一個(gè)光度傳感器(92、70)，該設(shè)備借助于所述至少一個(gè)光度傳感器(92、70)獲得要檢驗(yàn)的物體的第一測量信號，從而通過分析該測量信號獲得關(guān)于在該介質(zhì)中被包圍的物體的信息。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置至少另一個(gè)用于產(chǎn)生至少另一個(gè)第二測量信號的傳感器(64、66、68)以便獲得關(guān)于在該介質(zhì)內(nèi)被包圍的物體的信息。此外本發(fā)明涉及一種用于借助于一個(gè)光度傳感器對于被包圍在介質(zhì)中的物體進(jìn)行定位的方法。
文檔編號G01S11/12GK1914491SQ200480041645
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月14日
發(fā)明者U·施庫爾特蒂-貝茨, B·哈澤, M·馬勒, U·霍夫曼, R·克拉普夫, C·維蘭德 申請人:羅伯特·博世有限公司