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電磁接近檢測(cè)方法和單元的制作方法

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專(zhuān)利名稱(chēng):電磁接近檢測(cè)方法和單元的制作方法
電磁接近檢測(cè)方法和單元本發(fā)明一般地涉及根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于檢測(cè)諸如施工エ地處的地下管道或布線(xiàn)系統(tǒng)之類(lèi)的掩埋結(jié)構(gòu)的電磁接近檢測(cè)方法以及根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于這種結(jié)構(gòu)的掩埋結(jié)構(gòu)檢測(cè)單元。在施工エ地上在挖掘之前或挖掘同時(shí)經(jīng)常使用用于檢測(cè)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)通常以用于提供電力、燃?xì)狻⑷剂?、水或通信?shù)據(jù)的服務(wù)和其它傳導(dǎo)地下結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)。盡管大多數(shù)這些服務(wù)的位置已經(jīng)從エ地檢查員的設(shè)計(jì)圖已知,但是其位置可能是不確定的或可能存在其中沒(méi)有提及的另外的服務(wù)。通常,這些地下結(jié)構(gòu)僅被運(yùn)土機(jī)的操作員在工作中簡(jiǎn)單地忽視。在被開(kāi)鑿的溝槽或區(qū)域中進(jìn)行挖掘的同時(shí)避免對(duì)地下結(jié)構(gòu)的損壞是ー項(xiàng)重要任務(wù)。因?yàn)閷?duì)于服務(wù)的損壞可能導(dǎo)致嚴(yán)重影響和費(fèi)用,在挖土之前或挖土同時(shí),需要采取附加措施以能夠檢測(cè)エ地上這種服務(wù)的接近,具體地作為深度信息。用于該目的的設(shè)備已知為 線(xiàn)纜避開(kāi)工具,也稱(chēng)為CAT。定位地下服務(wù)的ー種方式是檢測(cè)服務(wù)本身發(fā)出的電磁場(chǎng)。為達(dá)此目的,服務(wù)需要具有發(fā)射可以在地面上方被檢測(cè)的電磁場(chǎng)的自然出現(xiàn)的電信號(hào)。這對(duì)于開(kāi)啟的電カ線(xiàn)或使用中的通信線(xiàn)纜工作良好,但是以這種方式幾乎不能檢測(cè)例如關(guān)閉的街燈的布線(xiàn)系統(tǒng)、未使用或低壓通信線(xiàn)纜、燃?xì)饣蛩艿?。已?jīng)發(fā)展了很多不同的技術(shù)來(lái)檢測(cè)如上所述的這些非信號(hào)承載類(lèi)型的服務(wù)。如果服務(wù)本身是導(dǎo)電的,則如US 4,438,401所述,可以人工引入電磁場(chǎng),該專(zhuān)利公開(kāi)了ー種系統(tǒng),其中沒(méi)有自然出現(xiàn)信號(hào)的金屬性服務(wù)被直接連接到電信號(hào)發(fā)生器。這樣,電信號(hào)可以耦合到服務(wù),且因此也可以通過(guò)電磁場(chǎng)檢測(cè)它。如果因?yàn)榉?wù)是非傳導(dǎo)性的而不能實(shí)現(xiàn)這點(diǎn),US 5,194,812示出通過(guò)向比如燃?xì)饣蚍墙饘偎艿乐?lèi)的空心管道引入導(dǎo)體或通過(guò)在掩埋這些管道時(shí)在該服務(wù)附近鋪設(shè)將用作電磁場(chǎng)發(fā)射器的導(dǎo)體使得這些管道可檢測(cè)的解決方案。這樣,通過(guò)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部或附近的導(dǎo)體應(yīng)用可檢測(cè)信號(hào),類(lèi)似于傳導(dǎo)服務(wù),本身不具有自然出現(xiàn)的場(chǎng)的管道也可以被檢測(cè)。如申請(qǐng)EP 09166139所示,通過(guò)土釘或其它地面連接裝置從AC電流源向土壤引入電流,也可以將場(chǎng)發(fā)射信號(hào)耦合到傳導(dǎo)的地下結(jié)構(gòu)。因?yàn)殡娏骺偸遣捎猛ㄟ^(guò)土壤的最小電阻路徑,所以它最有可能沿著傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)流動(dòng),因?yàn)槠潆娮璞韧翂床牧系碾娮璧汀_@樣,盡管傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)并不自然地發(fā)射這種電磁場(chǎng),也不能直接向其傳導(dǎo)信號(hào),不過(guò)這種傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)其電磁場(chǎng)檢測(cè)。用于向地下服務(wù)應(yīng)用信號(hào)的另ー可能性是通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)向地面發(fā)射電磁場(chǎng)。檢測(cè)設(shè)備中的接收天線(xiàn)或傳感器然后可以拾取由地下結(jié)構(gòu)反射回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào),且可以基于該信息確定服務(wù)的接近。文檔US 4,600,356、US 5,592,092和US 6,437,726示出例如安裝在反鏟挖土機(jī)的鏟斗上的這種設(shè)備。所有上述檢測(cè)系統(tǒng)的共同點(diǎn)在于地下結(jié)構(gòu)需要發(fā)射足夠強(qiáng)以在表面上方可檢測(cè)的電磁場(chǎng);尤其是考慮來(lái)自其它源的各種其它電磁場(chǎng)的背景噪聲總是存在,該電磁場(chǎng)必須可以被不含糊地檢測(cè)。
根據(jù)服務(wù)上存在的信號(hào),不同服務(wù)發(fā)射的電磁場(chǎng)存在于不同頻率范圍中。根據(jù)國(guó)家,電カ線(xiàn)通常提供具有50Hz或60Hz的基頻的電流,且因此發(fā)射具有相同基頻的場(chǎng)。與之對(duì)照,人工應(yīng)用到結(jié)構(gòu)(直接或通過(guò)土壤連接)的信號(hào)在頻率方面通過(guò)國(guó)家相關(guān)的無(wú)線(xiàn)電通信規(guī)則限制和給出,例如以避免與無(wú)線(xiàn)電通信服務(wù)的干擾。在這種情況中,結(jié)構(gòu)發(fā)射的場(chǎng)具有通過(guò)人工引入到結(jié)構(gòu)的已知信號(hào)規(guī)定的頻率。對(duì)于諸如線(xiàn)纜檢測(cè)這樣的一般地理監(jiān)管用途,在UK允許的頻率的具體示例是被ー些CAT設(shè)備使用的8kHz或33kHz的頻率。從通信線(xiàn)發(fā)射的頻譜是另一重要檢測(cè)目標(biāo)??梢云谕从谶@種服務(wù)的場(chǎng)在一定范圍內(nèi)出現(xiàn),由此對(duì)于這些服務(wù),并不能期望特殊的單個(gè)頻率,而是必須考慮頻率范圍。尤其是,對(duì)于地理物理學(xué)推薦一萬(wàn)米范圍中的低波長(zhǎng),因?yàn)樗鼈兒芎玫卮┩竿翂床牧锨乙虼艘部梢杂糜诰€(xiàn)纜檢測(cè)目的。為了覆蓋上述所有這些頻率范圍,已知設(shè)備提供以下能夠排他性選擇的不同操作模式〇電カ操作模式,目標(biāo)是來(lái)自具有50Hz或60Hz的基頻的流經(jīng)電カ線(xiàn)的交流電流的電磁場(chǎng)。〇無(wú)線(xiàn)電操作模式,目標(biāo)是通過(guò)通信線(xiàn)或類(lèi)似服務(wù)發(fā)射的VLF (Very LowFrequency (極低頻率))無(wú)線(xiàn)電頻帶范圍(=例如約15kHz至60kHz的范圍中的極低頻率無(wú)線(xiàn)電波)中的電磁場(chǎng)。〇主動(dòng)操作模式,目標(biāo)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電、土壌或直接傳導(dǎo)或通過(guò)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部引入發(fā)射導(dǎo)體(例如通過(guò)電流源應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的8kHz或33kHz電流)主動(dòng)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的信號(hào)規(guī)定的已知頻率的電磁場(chǎng)。文檔US 4,085,360提及連續(xù)或同時(shí)監(jiān)聽(tīng)不同頻帶的接收器儀器,所述頻帶中的一個(gè)是用于干線(xiàn)的50/60HZ,一個(gè)是從IkHz至IOMHz的寬帶。US 2004/0189322公開(kāi)了ー種具有梳狀濾波器的線(xiàn)纜檢測(cè)設(shè)備,該梳狀濾波器發(fā)射待檢測(cè)信號(hào)的第一頻率的奇數(shù)次諧波且抑制其偶數(shù)次諧波。通過(guò)分析所需頻率的基頻和諧波,SNR被改善。使用不同操作模式的原因在于這一事實(shí)接近檢測(cè)的精度非常依賴(lài)于被評(píng)估的信號(hào)的信噪比。如GB 2 427 473所述,噪聲隨著帶寬的平方縮放且當(dāng)使用除了用于測(cè)量的感興趣頻率(例如,電カ模式中的干線(xiàn)的50Hz或60Hz或者主動(dòng)模式中的8kHz或33kHz)之外抑制所有頻率的窄帶通濾波器時(shí)可以實(shí)現(xiàn)好的檢測(cè)結(jié)果。濾波可以模擬或數(shù)字地完成,通常使用兩種類(lèi)型的濾波的組合。在這種情況中,窄帶通濾波器被定義為帶寬低于中心頻率值的10%、尤其低于約30Hz的濾波器。另ー方面,窄帶濾波的缺點(diǎn)在于感興趣的區(qū)域必須被掃描多于一次,對(duì)于不同操作模式其中之一都執(zhí)行一次,以用于檢測(cè)小頻率帶寬中所有類(lèi)型的服務(wù)。尤其當(dāng)通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的技工完成時(shí),這可能是耗時(shí)且昂貴的處理。為了克服該缺點(diǎn),存在諸如在US 7,403,012中公開(kāi)的已知設(shè)備,其在單個(gè)設(shè)備中包含3個(gè)并行的不同檢測(cè)路徑。該方法是相當(dāng)復(fù)雜的、高耗能的且構(gòu)建起來(lái)十分昂貴,因?yàn)?除了可以共享天線(xiàn)之外,整個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)和評(píng)估路徑必須存在3次。
因此本發(fā)明的ー個(gè)目的是改善地下結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。本發(fā)明的另一目的是在ー個(gè)檢測(cè)步驟中檢測(cè)不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)而不需要以不同操作模式多次折回感興趣的區(qū)域。本發(fā)明的又一目的是減小檢測(cè)方法或用于該方法的設(shè)備的復(fù)雜度、尺寸、努力和功耗。本發(fā)明的特定目的是提供針對(duì)所有類(lèi)型服務(wù)具有高檢測(cè)精度的接近檢測(cè)方法。這些目的通過(guò)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求的特征獲得。以可選或有利方式進(jìn)ー步發(fā)展的本發(fā)明的特征將在從屬專(zhuān)利權(quán)利要求中描述。使用移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備通過(guò)以下步驟執(zhí)行用于施工エ地處諸如地下管道或布線(xiàn)這樣的掩埋結(jié)構(gòu)的電磁接近檢測(cè)方法感測(cè)從結(jié)構(gòu)發(fā)射的電磁場(chǎng)作為諸如天線(xiàn)或傳感器這樣的 檢測(cè)裝置的模擬電信號(hào);以及將模擬電信號(hào)數(shù)字化為采樣形式的數(shù)字信號(hào),作為實(shí)時(shí)地使用確定采樣速率獲取的模擬電信號(hào)的強(qiáng)度的數(shù)字值。在通過(guò)計(jì)算裝置根據(jù)分析算法分析數(shù)字信號(hào)而確定掩埋結(jié)構(gòu)的接近之前或期間,將執(zhí)行對(duì)模擬和/或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波的步驟??梢砸韵旅婢唧w的交替可選的檢測(cè)模式中的至少兩種交替地執(zhí)行檢測(cè)方法 電カ檢測(cè)模式其中具有供電干線(xiàn)的基頻的電磁場(chǎng)、尤其是來(lái)自具有50Hz、60Hz或16. 66Hz的基頻的電カ線(xiàn)的電磁場(chǎng)被檢測(cè),或 無(wú)線(xiàn)電檢測(cè)模式其中無(wú)線(xiàn)電頻率范圍中的電磁場(chǎng)、尤其是來(lái)自發(fā)射在15kHz至60khz范圍中的VLF頻帶中的無(wú)線(xiàn)電頻率的通信線(xiàn)的電磁場(chǎng)被檢測(cè),或 主動(dòng)檢測(cè)模式其中具有被人工引入到結(jié)構(gòu)的已知信號(hào)規(guī)定的頻率的電磁場(chǎng)、尤其是約SkHz或33kHz的特定頻率的人工引入電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)被檢測(cè),其中,引入另外的切換操作模式(或交替檢測(cè)模式),其特征在于,在上述檢測(cè)模式中的至少兩個(gè)檢測(cè)模式中的重復(fù)順序檢測(cè)。其中,電カ檢測(cè)模式僅基于供電干線(xiàn)的基頻的更高次諧波來(lái)檢測(cè)結(jié)構(gòu)(5,10)。這通過(guò)使用這種最小速率的交替來(lái)自動(dòng)順序交替檢測(cè)模式而完成,使得在方法的單次執(zhí)行中,檢測(cè)區(qū)域可以被至少兩個(gè)檢測(cè)模式覆蓋,該方法包含在檢測(cè)區(qū)域上移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備且由此掃描檢測(cè)區(qū)域以發(fā)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)。具體而言,檢測(cè)模式毎秒切換至少一次,優(yōu)選地更快,通過(guò)控制器単元管理,由此使得通過(guò)在其中結(jié)構(gòu)必須被檢測(cè)且尤其還測(cè)量深度的檢測(cè)區(qū)域上僅移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備一次就可以準(zhǔn)確地檢測(cè)發(fā)射不同頻率的電磁場(chǎng)的多個(gè)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的接近檢測(cè)方法基于也被稱(chēng)為切換操作模式的新操作模式,其中檢測(cè)模式以這種速度在至少兩種檢測(cè)模式之間自動(dòng)且重復(fù)地交替檢測(cè)被用戶(hù)體驗(yàn)為同時(shí)發(fā)生,允許在單次掃描中“一次”以多種檢測(cè)模式掃描感興趣的區(qū)域,這意味著設(shè)備的操作員僅需在感興趣的區(qū)域上移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備一次且由此即使在場(chǎng)具有不同基頻的情況下也能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)發(fā)射電磁場(chǎng)的多種類(lèi)型的服務(wù)。使用“切換模式”,其中不同檢測(cè)模式的數(shù)據(jù)處理是順序的但是仍足夠快以使得檢測(cè)結(jié)果被用戶(hù)體驗(yàn)為“同吋”,這意味著用戶(hù)并不一定像僅能夠選擇ー種單獨(dú)的檢測(cè)模式那樣必須在興趣的檢測(cè)區(qū)域上行走很多次。而且不需要在該應(yīng)用領(lǐng)域中不常見(jiàn)的并行處理硬件,因?yàn)橐话愣允褂玫腄SP或μ P不包含并行架構(gòu)。使用順序方法,不需要復(fù)雜和昂貴的并行處理并且可以減小整體計(jì)算努力,不僅導(dǎo)致較低的成本而且導(dǎo)致減小的功耗,這對(duì)于移動(dòng)電池供電的設(shè)備是ー個(gè)重要因素。在切換模式中,使用諸如帶寬等優(yōu)化的檢測(cè)參數(shù)完成每個(gè)不同頻率的檢測(cè),尤其在可實(shí)現(xiàn)的SNR方面,導(dǎo)致比當(dāng)一次分析所有模式的全頻譜范圍時(shí)能夠獲得檢測(cè)精度更高的檢測(cè)精度,且這樣還可以降低功耗。當(dāng)改變檢測(cè)模式時(shí)評(píng)估單元使用的檢測(cè)算法和/或參數(shù)的更換通過(guò)控制單元管理。算法和參數(shù)包含在存儲(chǔ)在設(shè)備內(nèi)部或外部的軟件產(chǎn)品內(nèi)。由此出現(xiàn)的不希望的影響是對(duì)于諸如具有50Hz或60Hz的基頻的電力線(xiàn)這樣的低頻信號(hào)的檢測(cè)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。在將檢測(cè)模式切換至電カ模式(這包括DSP程序中的變化且可以是天線(xiàn)的調(diào)諧或 下述其它選項(xiàng))之后,必須等待穩(wěn)定時(shí)間,直到信號(hào)上的切換瞬時(shí)現(xiàn)象消失。50Hz的信號(hào)具有20ms的信號(hào)周期。如果例如需要4個(gè)循環(huán)用于穩(wěn)定且需要另外4個(gè)循環(huán)用于檢測(cè)且切換本身需要一定時(shí)間,則對(duì)于整個(gè)切換和檢測(cè)步驟,可能需要約200ms的總時(shí)間。在具有125 μ s的周期時(shí)間的主動(dòng)檢測(cè)模式中,按照8kHz的頻率,對(duì)于該步驟僅需要在電カ模式中花費(fèi)的時(shí)間的一部分。所以,在這兩個(gè)模式之間切換的示例中,每秒約2次或3次的最大更新速率是合理的,這對(duì)于用戶(hù)體驗(yàn)為同時(shí)而言是相當(dāng)?shù)偷?。因此,檢測(cè)所需時(shí)間的減小將帶來(lái)進(jìn)一歩的正面影響且實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的ー種方式是在慢且最耗時(shí)的電カ檢測(cè)模式中使用基頻的諧波。對(duì)于該特定應(yīng)用,由于下面詳細(xì)解釋的原因,干線(xiàn)的基頻的9次諧波具有特殊正面特性且因此被量化,但是其它諧波也可以這樣,不過(guò)該特定諧波是優(yōu)選實(shí)施方式之由于電カ線(xiàn)上非線(xiàn)性負(fù)載的存在,確定9次諧波的存在。因?yàn)榇嬖谙旅嬖敿?xì)討論的相長(zhǎng)的零序列諧波,還確定3次和9次諧波的存在。在該申請(qǐng)中,9次諧波的采樣將在電カ檢測(cè)模式中針對(duì)檢測(cè)采樣合理數(shù)目的信號(hào)周期所花費(fèi)的時(shí)間減小到l/9(reduce by 9 fold)。這進(jìn)而允許使用改進(jìn)的切換速率以多于ー個(gè)的檢測(cè)模式的順序采樣,允許向用戶(hù)呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果,使得檢測(cè)看上去同時(shí)即“并行”發(fā)生,盡管在硬件和軟件級(jí)并不是并行的。術(shù)語(yǔ)“切換模式”被選擇用于這種情況例如電カ模式和無(wú)線(xiàn)電模式的多種模式被順序地執(zhí)行且信息在基本相同的時(shí)間呈現(xiàn)給用戶(hù)。通過(guò)檢測(cè)器的接收特性的另ー(可能可選地)實(shí)施的天線(xiàn)的“調(diào)諧”,可以獲得檢測(cè)靈敏度的改善。通過(guò)在天線(xiàn)使用簡(jiǎn)單電容器和/或電阻器電路,可以獲得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的附加濾波和調(diào)諧。當(dāng)根據(jù)實(shí)際選擇的檢測(cè)模式改變模式以?xún)?yōu)化天線(xiàn)且由此例如在電カ檢測(cè)模式中將天線(xiàn)調(diào)諧到9次諧波處的窄頻帶或在無(wú)線(xiàn)電檢測(cè)模式中將天線(xiàn)調(diào)諧到整個(gè)檢測(cè)帶寬上幾乎平坦的頻率響應(yīng)時(shí),這些電容器和/或電阻器可以快速切進(jìn)或切出電路。而且,根據(jù)實(shí)際使用的檢測(cè)模式,通過(guò)改變ADC的采樣速率和/或DSP的時(shí)鐘速率,可以可選地完成多速率處理,且由此其針對(duì)完成實(shí)際任務(wù)實(shí)際所需的資源優(yōu)化系統(tǒng),且由此可以減小功耗和增加電池壽命,因?yàn)槔珉姤珯z測(cè)模式中的采樣和/或數(shù)據(jù)處理的速率可以選擇為比無(wú)線(xiàn)電模式中的速率低。該方法的改進(jìn)在于盡管檢測(cè)模式被“組合”,但仍將使用與靈敏度、功耗、檢測(cè)速度等相關(guān)的優(yōu)化參數(shù)執(zhí)行每ー種檢測(cè)模式。很明顯,本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到可以實(shí)現(xiàn)使用這種諧波采樣技術(shù)的其它應(yīng)用。結(jié)構(gòu)中的電流發(fā)射的電磁場(chǎng)被地面上方的檢測(cè)單元感測(cè)。檢測(cè)單元不需要到土壤的傳導(dǎo)連接且因此可以無(wú)電性地面接觸的情況下移動(dòng)。如前所述,檢測(cè)単元包含用于感測(cè)電磁場(chǎng)的某ー種類(lèi)的檢測(cè)器,諸如像線(xiàn)圈、磁通計(jì)、霍爾/MR/GMR效應(yīng)傳感器之類(lèi)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電磁場(chǎng)的電輸出信號(hào)的用于電磁場(chǎng)的天線(xiàn)或其它傳感器。在輸出信號(hào)的一定濾波和放大以及數(shù)字化之后,計(jì)算單元分析電磁場(chǎng)的數(shù)字表示的特征(signature)且將掩埋結(jié)構(gòu)的接近檢測(cè)為距離信息且向用戶(hù)提供該距離信息。檢測(cè)單元是可移動(dòng)的,這意味著它可以構(gòu)建為可以用于在挖掘前或挖掘的同時(shí)掃描服務(wù)的移動(dòng)手持式設(shè)備。在待觀察區(qū)域(該區(qū)域是其中結(jié)構(gòu)必須被檢測(cè)的檢測(cè)區(qū)域)上方移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的同時(shí)執(zhí)行實(shí)際檢測(cè)方法,且如果結(jié)構(gòu)存在,則設(shè)備告知用戶(hù)實(shí)際接近。用戶(hù)由此可以例如通過(guò)地面上的涂料、粉筆、帶子或樁定位且標(biāo)記其中地下服務(wù)被檢測(cè)的位置且可選地還可以標(biāo)記深度,幫助在后續(xù)挖土處理中避開(kāi)這些結(jié)構(gòu)。作為另ー選項(xiàng),檢測(cè)結(jié)果還可以尤其與諸如GPS位置數(shù)據(jù)之類(lèi)的某種位置信息組合地存儲(chǔ)在某一存儲(chǔ)介質(zhì)上,允許數(shù)據(jù)的進(jìn)ー步處理以及例如可以被引入到或匹配工作設(shè)計(jì)圖或檢查員地圖的地下結(jié)構(gòu)的地圖的產(chǎn)生。這也可以以其它方式完成,其中已知服務(wù)的地圖被加載到設(shè)備中且根據(jù)諸如GPS數(shù)據(jù)這樣的位置信息,操作員被設(shè)備從地圖引導(dǎo)到期望的服務(wù)位置。另ー有用的效果可以歸結(jié)為確保了感興趣的地區(qū)的完全覆蓋,因?yàn)槔缤ㄟ^(guò)在顯示器上指示已經(jīng)掃描的區(qū)域,可以基于位置信息識(shí)別掃描時(shí)被忽略的區(qū)域的一部分。設(shè)備的使用和活動(dòng)數(shù)據(jù)可以被記錄且存儲(chǔ)在設(shè)備上或通過(guò)例如藍(lán)牙的通信鏈接從設(shè)備加載到計(jì)算機(jī)。使用數(shù)據(jù)然后例如可以用于確認(rèn)儀器是否被實(shí)際使用,且與上述GPS映射組合,還可以驗(yàn)證使用區(qū)域和時(shí)間。使用數(shù)據(jù)作為エ地掩埋服務(wù)位置活動(dòng)的數(shù)據(jù)日志,例如對(duì)于在事故情況中主張保險(xiǎn)是有價(jià)值的。而且,可以分析用戶(hù)行為以確定是否需要對(duì)于產(chǎn)品使用進(jìn)行進(jìn)一歩的訓(xùn)練。用于位置信息收集的系統(tǒng)部件可以直接集成到檢測(cè)設(shè)備或是可以附連到檢測(cè)設(shè)備的可選的分離添加的部件,且該可選的分離添加的部件通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)連接建立與檢測(cè)設(shè)備的控制器単元的通信鏈路。手持式設(shè)備可以可選地在設(shè)備的底部附近裝配自動(dòng)電磁致動(dòng)或手動(dòng)致動(dòng)的標(biāo)記系統(tǒng)。它可以包含例如涂料噴漆機(jī)罐或用于ー些粉末狀標(biāo)記材料(粉筆等)的釋放機(jī)制,以用于在檢測(cè)到結(jié)構(gòu)時(shí)標(biāo)記設(shè)備下方的表面。它可以在檢測(cè)到結(jié)構(gòu)時(shí)通過(guò)檢測(cè)単元的電子設(shè)備自動(dòng)觸發(fā)。如果還通過(guò)考慮將(例如來(lái)自加速器或傾斜傳感器的)一些傾斜傳感器數(shù)據(jù)與接近檢測(cè)結(jié)果組合地評(píng)估觸發(fā)信號(hào),例如通過(guò)僅當(dāng)結(jié)構(gòu)至少很接近地垂直位于檢測(cè)設(shè)備下方時(shí)觸發(fā)標(biāo)記系統(tǒng),可以獲得益處。標(biāo)記系統(tǒng)還可以通過(guò)用戶(hù)按壓設(shè)備手柄的范圍中的某ー按鈕手動(dòng)觸發(fā)。而且,在靠近檢測(cè)中心軸的設(shè)備底部,在靠近機(jī)械致動(dòng)標(biāo)記機(jī)制的設(shè)備手柄附近某處,可以使用例如某種閥門(mén)形式的按鈕。在切換檢測(cè)模式中,還可以在例如標(biāo)記的顔色或形狀方面不同地 標(biāo)記檢測(cè)的不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)。標(biāo)記系統(tǒng)可以直接集成到檢測(cè)設(shè)備或可以由用戶(hù)作為可選的附件附連。
通過(guò)移動(dòng)設(shè)備,不僅可人為操作,而且構(gòu)建為直接附連到諸如挖掘機(jī)、推土機(jī)、反鏟挖土機(jī)或挖泥機(jī)之類(lèi)的開(kāi)鑿機(jī)或其它運(yùn)土機(jī)器的鐵鏟的檢測(cè)設(shè)備允許在勞動(dòng)中針對(duì)地下結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作區(qū)域的在線(xiàn)觀察。因?yàn)槠渲薪Y(jié)構(gòu)可被檢測(cè)的設(shè)備檢測(cè)范圍隨著工具一同移動(dòng),可以在工作時(shí)有效地避免對(duì)于地下結(jié)構(gòu)的損壞,而不需要在工作著手之前的在先的探査步驟。通過(guò)諸如車(chē)架或自動(dòng)機(jī)器人之類(lèi)的ー些專(zhuān)用裝置運(yùn)用檢測(cè)設(shè)備是另ー選項(xiàng)。在ー種可能的實(shí)施方式中,電磁場(chǎng)通過(guò)布置在彼此相距已知距離的兩個(gè)天線(xiàn)或傳感器檢測(cè)??梢愿鶕?jù)兩個(gè)天線(xiàn)拾取的信號(hào)的強(qiáng)度差異確定到作為電磁場(chǎng)的源的結(jié)構(gòu)的距離。由此,結(jié)構(gòu)的存在及其接近可以被確定且例如通過(guò)光學(xué)、聲學(xué)或觸覺(jué)裝置呈現(xiàn)給設(shè)備的用戶(hù)或以某一長(zhǎng)度單位的值顯示為距離(或深度)信息。如上所述,可以根據(jù)在底部天線(xiàn)和頂部天線(xiàn)處的信號(hào)強(qiáng)度的差異和天線(xiàn)間的分隔
距離評(píng)估距離值。在用于計(jì)算距離值(Depth)的公式(A)中,“Aerial_Seperation”是兩個(gè) 天線(xiàn)之間的間隔且變量“Bottom”和“Top”分別代表通過(guò)相應(yīng)頂部天線(xiàn)和底部天線(xiàn)拾取的
電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種使用移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(1,22)通過(guò)以下步驟執(zhí)行的針對(duì)掩埋結(jié)構(gòu)(5,10)、特別是在施工工地處的地下管道或布線(xiàn)的電磁接近檢測(cè)方法 將從所述結(jié)構(gòu)發(fā)射的電磁場(chǎng)(7,12)感測(cè)為模擬電信號(hào)(401), 將所述模擬電信號(hào)(401)數(shù)字化為數(shù)字信號(hào)(402 ), 對(duì)所述模擬信號(hào)(401)和/或所述數(shù)字信號(hào)(402)進(jìn)行濾波, 通過(guò)分析所述數(shù)字信號(hào)(402)確定所述掩埋結(jié)構(gòu)的接近, 其中,可以按照下面的、特別是可替換選擇的檢測(cè)模式中的至少兩種檢測(cè)模式交替地執(zhí)行所述檢測(cè)方法 電力檢測(cè)模式 其中,檢測(cè)具有供電干線(xiàn)的基頻的電磁場(chǎng)(7,12 ),特別是來(lái)自具有50Hz或60Hz的基頻的電力線(xiàn)的電磁場(chǎng)(7,12 ),或 無(wú)線(xiàn)電檢測(cè)模式 其中,檢測(cè)無(wú)線(xiàn)電頻率范圍中的電磁場(chǎng)(7,12 ),特別是來(lái)自發(fā)射在15kHz至60kHz的范圍中的VLF帶中的無(wú)線(xiàn)電頻率的通信線(xiàn)的電磁場(chǎng)(7,12 ),或 主動(dòng)檢測(cè)模式 其中,檢測(cè)具有通過(guò)人工引入到所述結(jié)構(gòu)(5,10)的已知信號(hào)(31)規(guī)定的頻率的電磁場(chǎng)(7,12),特別是通過(guò)具有大約8kHz或33kHz的規(guī)定頻率的人工引入電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng),其特征在于 另外的切換操作模式,其中,通過(guò)上述檢測(cè)模式的自動(dòng)連續(xù)交替而完成按照上述檢測(cè)模式中的至少兩種檢測(cè)模式的重復(fù)順序檢測(cè), 其中,所述電力檢測(cè)模式僅基于供電干線(xiàn)的基頻的更高次諧波檢測(cè)所述結(jié)構(gòu)(5,10),并且使用如下的最小交替速率完成所述檢測(cè)模式的交替,即,通過(guò)所述最小交替速率,特別是每秒至少一次或十次的速率,在所述方法的單次執(zhí)行中,檢測(cè)區(qū)域(2)可以被所述至少兩種檢測(cè)模式覆蓋, 并且由此使得通過(guò)在所述檢測(cè)區(qū)域(2)上移動(dòng)所述檢測(cè)設(shè)備(1,22)僅一次就可以準(zhǔn)確地檢測(cè)發(fā)射不同頻率的電磁場(chǎng)(7,12 )的多個(gè)結(jié)構(gòu)(5,IO )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 通過(guò)以下任何一種方式在所述主動(dòng)模式中人工引入所述已知信號(hào)(31): 電接觸所述結(jié)構(gòu),或 通過(guò)土壤(4)傳導(dǎo),或 向所述結(jié)構(gòu)引入信號(hào)承載導(dǎo)體,或 向所述結(jié)構(gòu)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào),特別是經(jīng)調(diào)制的無(wú)線(xiàn)電信號(hào), 上述方式的任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 所述諧波是供電干線(xiàn)頻率的基模的零序列諧波,特別地,由此所述諧波是所述供電干線(xiàn)的基頻的9次諧波。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 所述檢測(cè)模式的交替包括根據(jù)實(shí)際有效的檢測(cè)模式通過(guò)感測(cè)電路中電子組件(43)的切換來(lái)調(diào)諧所述感測(cè)電路,所述感測(cè)電路特別地包括天線(xiàn)或磁傳感器(41,42 )。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 在所述電力檢測(cè)模式和所述主動(dòng)檢測(cè)模式中,通過(guò)特別地具有小于其中心頻率的10%的帶寬的窄帶濾波器來(lái)完成對(duì)所述電磁場(chǎng),即,所述模擬信號(hào)(401)和/或所述數(shù)字信號(hào)(402)的濾波,并且濾波特性根據(jù)實(shí)際有效的檢測(cè)模式改變。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 接近被確定為到地下結(jié)構(gòu)的距離信息,特別地,其中,如果確定的距離信息低于特定閾值,則發(fā)出淺檢測(cè)警報(bào),特別地,其中,通過(guò)光學(xué)、聲學(xué)、觸覺(jué)或電學(xué)裝置發(fā)出所述警報(bào)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 使用彼此以已知距離布置的至少兩個(gè)傳感器或天線(xiàn)(41,42)完成所述感測(cè),并且特別地根據(jù)來(lái)自所述傳感器或天線(xiàn)(41、42)的信號(hào)(401)之間的能量的差異將所述結(jié)構(gòu)的接近確定為距離信息。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 在頻域中完成確定接近,這涉及所述數(shù)字信號(hào)(402)的從時(shí)域到頻域的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 根據(jù)檢測(cè)所述結(jié)構(gòu)的實(shí)際有效的檢測(cè)模式完成一定類(lèi)型的地下結(jié)構(gòu)的指示。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 根據(jù)實(shí)際有效的檢測(cè)模式調(diào)節(jié)每秒數(shù)字化的速率。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 根據(jù)實(shí)際有效的檢測(cè)模式調(diào)節(jié)計(jì)算裝置(46)的計(jì)算速度,和/或 根據(jù)實(shí)際有效的檢測(cè)模式調(diào)節(jié)用于確定接近的在所述計(jì)算裝置(46)上的算法。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 將檢測(cè)結(jié)果映射到定位系統(tǒng)、特別是GPS設(shè)備和/或速度或加速度傳感器的位置坐標(biāo),優(yōu)選地用于在介質(zhì)上存儲(chǔ)所述映射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接近檢測(cè)方法,其特征在于 根據(jù)由所述定位系統(tǒng)確定的移動(dòng)速度和/或在確定距離時(shí)考慮所述設(shè)備的感測(cè)傾斜而調(diào)節(jié)檢測(cè)模式的交替速率。
14.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至13中的一項(xiàng)所述的方法的掩埋結(jié)構(gòu)檢測(cè)單元(1,22),由此,根據(jù)從結(jié)構(gòu)(5,10)發(fā)射的電磁場(chǎng)(7,12),結(jié)構(gòu)的接近可以確定為距離信息,特別地,其中,所述結(jié)構(gòu)(5,10)是施工工地(2)處的地下管道或布線(xiàn)系統(tǒng), 所述檢測(cè)單元(1,22)可在地面上方移動(dòng)且包括 用于感測(cè)電磁場(chǎng)(7,12)且提供相應(yīng)的模擬信號(hào)(401)的至少兩個(gè)天線(xiàn)或傳感器(41,42), 將所述模擬信號(hào)(401)表示為數(shù)字信號(hào)(402)的數(shù)字化裝置(45), 以通過(guò)分析所述數(shù)字信號(hào)(402)而確定所述結(jié)構(gòu)的接近的方式構(gòu)建的評(píng)估單元(46),以及 控制器單元(48), 所述檢測(cè)單元(I,22)可以交替地按照以下檢測(cè)模式中的至少兩個(gè)檢測(cè)模式中的一個(gè)檢測(cè)模式操作 電力檢測(cè)模式其中,檢測(cè)具有供電干線(xiàn)的基頻的電磁場(chǎng)(7,12 ),特別是來(lái)自具有50Hz或60Hz的基頻的電力線(xiàn)的電磁場(chǎng)(7,12 ),或 無(wú)線(xiàn)電檢測(cè)模式 其中,檢測(cè)無(wú)線(xiàn)電頻率范圍中的電磁場(chǎng)(7,12),特別是來(lái)自發(fā)射在15kHz至60kHz的范圍中的VLF帶中的無(wú)線(xiàn)電頻率的通信線(xiàn)的電磁場(chǎng)(7,12 ),或 主動(dòng)檢測(cè)模式 其中,檢測(cè)具有通過(guò)人工引入到所述結(jié)構(gòu)(5,10)的已知信號(hào)(31)規(guī)定的頻率的電磁場(chǎng)(7,12),特別是通過(guò)具有大約8kHz或33kHz的規(guī)定頻率的人工引入電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng),其特征在于 所述控制器單元(48)以這種方式構(gòu)建在切換操作模式中,在上述檢測(cè)模式中的至少兩種檢測(cè)模式之間自動(dòng)順序地交替, 其中,在所述電力檢測(cè)模式中,僅基于供電干線(xiàn)的基頻的更高次諧波檢測(cè)所述結(jié)構(gòu)(5,10),并且 所述切換操作模式使用如下的最小交替速率交替,即,通過(guò)所述最小交替速率,特別是每秒至少一次或十次的速率,在所述檢測(cè)單元(1,22)在檢測(cè)區(qū)域(2)上的單次移動(dòng)中,所述檢測(cè)區(qū)域(2)可以被所述至少兩種檢測(cè)模式覆蓋。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的掩埋結(jié)構(gòu)檢測(cè)單元(1,22),其特征在于 所述檢測(cè)單元(1,22)包括具有通過(guò)所述控制器單元(48)控制的可變特性的天線(xiàn)或傳感器調(diào)諧電路(43)。
全文摘要
提出一種使用移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(1)通過(guò)以下步驟執(zhí)行的針對(duì)掩埋結(jié)構(gòu)(5/10)的電磁接近檢測(cè)方法將從結(jié)構(gòu)(5/10)發(fā)射的電磁場(chǎng)(7/12)感測(cè)為模擬電信號(hào);以及將該模擬電信號(hào)數(shù)字化為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)分析數(shù)字信號(hào)執(zhí)行掩埋結(jié)構(gòu)的接近,其中該檢測(cè)方法可以按照以下可選檢測(cè)模式中的至少兩種交替地執(zhí)行電力檢測(cè)模式、無(wú)線(xiàn)電檢測(cè)模式或主動(dòng)檢測(cè)模式。該方法的特征在于另外的切換操作模式,其中通過(guò)檢測(cè)模式的如下最小交替速率的自動(dòng)連續(xù)交替而完成按照上述檢測(cè)模式中的至少兩種檢測(cè)模式的重復(fù)順序檢測(cè),即,通過(guò)上述最小交替速率,在檢測(cè)方法的單次執(zhí)行中,檢測(cè)區(qū)域(2)可以被所述至少兩種檢測(cè)模式覆蓋。
文檔編號(hào)G01V3/15GK102782525SQ201180011116
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者王萍, 西蒙·布蘭松 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司
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