專利名稱：信號(hào)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于探測(cè)載流導(dǎo)體的信號(hào)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
在埋藏了電纜、光纜或其他公用設(shè)施管道或?qū)Ч芴庨_始挖掘或其他施工之前，確定這些埋藏電纜或?qū)Ч艿奈恢茫源_保其在施工過程中不被損壞是很重要的。能夠追蹤埋地電纜或?qū)Ч艿穆窂揭彩呛苡杏玫?。載流導(dǎo)體發(fā)射可以由電磁天線探測(cè)到的電磁輻射。如果光纜或非金屬公用設(shè)施管道或?qū)Ч苎b配有小型電子追蹤線，則在追蹤線中可以耦合交流電流，進(jìn)而輻射電磁輻射。使用探測(cè)器來探測(cè)由承載交流電流的導(dǎo)體發(fā)射的電磁場(chǎng)是已知的。一種類型的這種探測(cè)器以三種模式中的一種進(jìn)行工作。這些模式分類為無源模式或者有源模式，無源模式為“電源”模式和“無線電”模式，它們使用已存在主電源信號(hào)和水下VLF(超低頻)信號(hào)進(jìn)行通信。每種模式具有自己的探測(cè)頻帶。該公開的主題的各個(gè)方面都涉及有源模式。在有源模式下，信號(hào)發(fā)射器與在埋藏導(dǎo)體內(nèi)的已知頻率和調(diào)制的交變磁場(chǎng)相耦合。信號(hào)發(fā)射器可以直接連接至所述導(dǎo)體。在不能直接接入的地方，將信號(hào)發(fā)射器放置在埋藏導(dǎo)體的附近，則可以通過信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中感應(yīng)交變電流信號(hào)。埋藏導(dǎo)體發(fā)射與信號(hào)發(fā)射器所產(chǎn)生的信號(hào)相應(yīng)的交變磁場(chǎng)。對(duì)于有效跟蹤和識(shí)別埋地線路來說，信號(hào)頻率的選擇是一個(gè)重要的因素，沒有一種可以覆蓋所有條件的單個(gè)頻率。 對(duì)于由相對(duì)非技術(shù)人員使用的單個(gè)器械來說，沒有選擇只能折衷，并選擇足夠高的單個(gè)頻率從而在感應(yīng)模式下提供良好的性能，但又不能高到不能傳送足夠遠(yuǎn)。介于SKHz與33KHz之間的有源信號(hào)通常用于這些應(yīng)用中。33kHz被認(rèn)為是良好的通用信號(hào)頻率，適用于尋找許多埋藏電纜和金屬導(dǎo)管。對(duì)于短距離的電纜，例如電信穿過用戶的家中，33kHz的信號(hào)頻率并不能提供足夠的信號(hào)以給出優(yōu)質(zhì)的定位。這是因?yàn)橹饕娙菪缘男盘?hào)返回路徑阻抗很高；電纜越短，對(duì)地電容就越低，并且因此一個(gè)特定頻率處的阻抗就越高。高阻抗導(dǎo)致所述電纜中的電流很小。在這種情況下，可以使用更高的信號(hào)頻率以獲得更好的定位信號(hào)質(zhì)量?？衫枚囝l定位器和發(fā)射器，其具有合適的高頻率操作模式，例如，66kHz、83kHz以及131kHz。這些產(chǎn)品要求操作者選擇合適的信號(hào)頻率，操作人員需要更高級(jí)的培訓(xùn)和具有較一般用戶更強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)。已存在有優(yōu)化的專用單頻定位器，用于尋找電信電纜，但這些都不太適合于一般的電纜和管道定位，因?yàn)楦哳l信號(hào)會(huì)沿著一般的電纜或管道的距離迅速耗散。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種信號(hào)發(fā)生器，用于與隱蔽導(dǎo)體相耦合。所述信號(hào)發(fā)生器包括:第一振蕩器，其被配置為生成具有第一頻率的第一波形；第一端子，其通過第一濾波器連接到所述第一振蕩器，所述第一濾波器被配置為使第一頻率的信號(hào)通過；第二振蕩器，其被配置為生成具有第二頻率的第二波形；以及第二端子，其通過第二濾波器耦合到第二振蕩器，所述第二濾波器被配置為使第二頻率的信號(hào)通過。根據(jù)本申請(qǐng)的信號(hào)發(fā)生器允許在隱蔽導(dǎo)體中感應(yīng)的具有兩個(gè)頻率的交流電流。例如這兩個(gè)頻率可以是33kHz和66kHz。這些頻率可彼此同時(shí)檢測(cè)到。因此,用于定位隱蔽導(dǎo)體的設(shè)備可以大約同時(shí)地使用這兩個(gè)頻率來定位導(dǎo)體。因此，本申請(qǐng)的實(shí)施例提供了電纜或?qū)Ч茉诟鞣N情況下的定位，而不需要使用者調(diào)整所述信號(hào)發(fā)生器或所述定位器。為此，本申請(qǐng)的實(shí)施例提供了一種穩(wěn)健的、精確的系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)管和電纜進(jìn)行定位，其不需要用戶具有知識(shí)或培訓(xùn)。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，第二頻率是第一頻率的諧波。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第
二頻率是第一頻率的兩倍。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，選擇第一波形以用于抑制第一頻率的三次諧波頻率。因?yàn)樯傻牟ㄐ问瞧婧瘮?shù)，所以它一般在三次諧波中具有較大的分量。因?yàn)樵摲至孔罱咏康闹C波分量(即，第3、5、7次諧波)，因此它將允許通過所述第一濾波器的最大部分。通過抑制三次諧波分量，所生成的信號(hào)可以用來作為在期望的頻率上包含單分量的信號(hào)的很好的近似值。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，電源為所述第一和第二振蕩器提供電源電壓和接地參考電壓。所述第一和/或第二振蕩器可以包括電流傳感器，且如果電流傳感器檢測(cè)到的電流超過預(yù)定值，所述電源被配置用于降低所述電源電壓。如果當(dāng)流過施加到所述電路的負(fù)載的電流被調(diào)節(jié)到維持該電流在或低于最大值時(shí)，通過外部電路的端子之間的阻抗很低，則這種配置將節(jié)省電池電源。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生器還包括:第一放大器，其被配置為放大第一波形，以及第二放大器，其被配置為放大第二波形。所述第一放大器和/或所述第二放大器可以包括以半橋式布置的兩個(gè)開關(guān)元件。所述開關(guān)元件可以是MOSFET器件。所述第一波形和第二波形可以由控制器提供，所述控制器被配置為生成所述第一波形和所述第二波形。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一濾波器被配置用于為第二頻率的信號(hào)提供從所述第一端子到所述接地參考的路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二濾波器被配置用于為第一頻率的信號(hào)提供從所述第二端子接地的路徑。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一濾波器和/或所述第二濾波器為帶通濾波器。通過將所述第一和第二端子中的一個(gè)連接到埋藏導(dǎo)體，信號(hào)發(fā)生器可以連接到隱蔽導(dǎo)體，并用于將所述第一和第二端子中的另一個(gè)接地?？蛇x地，所述第一和第二端子可以是電感耦合器，用于耦合至所述隱蔽導(dǎo)體。信號(hào)發(fā)生器還可以包括:感應(yīng)線圈，其與埋藏導(dǎo)體電感耦合；以及開關(guān)電路，其被配置為根據(jù)開關(guān)波形改變所述感應(yīng)線圈中的電流，所述開關(guān)波形具有在所述第一頻率上的第一分量以及所述第二頻率上的第二分量。這樣的配置允許信號(hào)發(fā)生器電感耦合到隱蔽導(dǎo)體，而不需要暴露隱蔽導(dǎo)體。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包含以H橋式布置的四個(gè)開關(guān)裝置。由此已經(jīng)相當(dāng)寬泛地勾勒出本申請(qǐng)的某些實(shí)施例，以便這里可以更好地理解本發(fā)明的詳細(xì)說明，并且從而可以更好地理解對(duì)于該技術(shù)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，下文將描述本發(fā)明的附加實(shí)施例，其將構(gòu)成所附隨的權(quán)利要求的主題。在這方面，在詳細(xì)解釋本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)并不僅限于下面說明書中敘述的或者附圖中示出的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和部件布置。本發(fā)明能夠應(yīng)用于上述以外的實(shí)施例中，并且能夠以各種方法進(jìn)行和實(shí)施。而且，應(yīng)當(dāng)理解，此處所用的語句和術(shù)語、以及摘要是為了描述的目的，不應(yīng)當(dāng)被理解為限制性的。這樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請(qǐng)所基于的構(gòu)思可以易于用作實(shí)施本申請(qǐng)的幾個(gè)目的的其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求被看作是包括了這樣的等同的結(jié)構(gòu)，只要它們不超出本申請(qǐng)的宗旨和范圍。


參照附圖，舉例說明本申請(qǐng)的實(shí)施例，其中:圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生器的示意圖；圖2示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生器的示意圖；圖3A示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生器的示意圖；圖3B示出了用于根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生器的電源電路；圖4A示出了本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中使用的驅(qū)動(dòng)波形；圖4B示出了本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例中使用的驅(qū)動(dòng)波形；圖4C示出了本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中使用的驅(qū)動(dòng)波形；圖5示出了本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的定位器；圖6A示出了本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的定位器的示意圖；以及圖6B示出了本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的定位器的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了信號(hào)發(fā)生器100，其生成交流信號(hào)用于耦合至埋藏導(dǎo)體。由信號(hào)發(fā)生器100生成的信號(hào)具有兩個(gè)頻率，即33kHz的第一頻率和66kHz的第二頻率。信號(hào)發(fā)生器具有第一振蕩器102，所述第一振蕩器102生成頻率為33kHz的交流信號(hào)。所述第一振蕩器連接到第一濾波器104，所述第一濾波器104被配置成允許具有33KHz頻率的信號(hào)通過，并衰減由所述第一振蕩器生成的任何諧波。第一端子106連接到所述第一濾波器104。信號(hào)發(fā)生器100具有第二振蕩器108，所述第二振蕩器108生成具有第二頻率的信號(hào)。在這個(gè)例子中，第二頻率是66kHz。所述第二振蕩器連接到第二濾波器110。所述第二濾波器110允許具有頻率約為66kHz的信號(hào)通過，并且衰減諧波。所述第二濾波器110連接到信號(hào)發(fā)生器100的第二端子112。例如，所述第一和第二濾波器可以是低通濾波器或帶通濾波器。在使用中，信號(hào)發(fā)生器100通過第一端子106和第二端子112耦合到埋藏導(dǎo)體。信號(hào)發(fā)生器100的輸出可直接連接到埋藏導(dǎo)體。在這種情況下，所述端子其中之一在接入點(diǎn)如閥門、儀表或?qū)w的端部處直接地連接到導(dǎo)管或電纜，并且所述電路借助另一端子與接地棒或其他接地連接點(diǎn)之間的連接而完成。信號(hào)發(fā)生器100也可以電感耦合到導(dǎo)體。這是通過使用感應(yīng)夾具而實(shí)現(xiàn)。所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接到纏繞磁芯的繞組，并且磁芯放置在導(dǎo)體周圍。因此，信號(hào)發(fā)生器100提供了一種在埋藏導(dǎo)體中生成具有兩個(gè)頻率的信號(hào)的方法。圖2示出了用于生成具有兩個(gè)頻率的信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器200的示意圖。在該實(shí)施例中，控制器202提供了具有第一頻率的第一波形和具有第二頻率的第二波形?？刂破?02是一個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。所述第一波形通過放大器204饋送，并通過第一濾波器206到達(dá)第一端子208?？刂破?02還生成具有第二頻率的第二波形，其通過第二放大器210饋送，并通過第二濾波器212到達(dá)第二端子214。所述放大器204和210都是由驅(qū)動(dòng)器216構(gòu)成，所述驅(qū)動(dòng)器216驅(qū)動(dòng)兩個(gè)開關(guān)裝置218和220。開關(guān)裝置218和220被布置為半橋的形式。在使用中，控制器202生成具有33kHz的第一頻率和66kHz的第二頻率的波形。選擇這些波形中的每一個(gè)，以抑制它們基準(zhǔn)頻率的三次諧波頻率的信號(hào)分量。然后，通過驅(qū)動(dòng)器216使用該波形，以使得由所述開關(guān)裝置218和220在接地參考和電源電壓之間切換濾波器的輸入。所述濾波器衰減波形中存在的諧波。例如，因此該第一濾波器206阻斷除了33kHz以外的頻率。因?yàn)橛糜谒龅谝环糯笃?04的驅(qū)動(dòng)波形被選擇用來抑制三次諧波頻率，所以，第一濾波器206不得不阻斷的最大成分是33kHz的五次諧波頻率。當(dāng)將負(fù)載連接在端子208和214之間時(shí)，電流通過相反的濾波器返回到接地參考。選擇所述濾波器元件的阻抗，使得至用于33kHz的頻率(從第一端子208發(fā)射的頻率)的第二濾波器212的接地參考的阻抗很低，同時(shí)至用于66kHz的頻率的第一濾波器206的接地參考的阻抗很低。在上述實(shí)施例中，這些半橋通過CPLD進(jìn)行控制。數(shù)字邏輯(例如CMOS)、微控制器、FPGA或其他數(shù)字處理器可以用來代替CPLD。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制這些半橋的振蕩器可以由彼此獨(dú)立運(yùn)行的晶體振蕩器電路對(duì)提供。圖3A示出了用于耦合到導(dǎo)體、并在導(dǎo)體中生成具有兩個(gè)頻率的交流電流的信號(hào)發(fā)生器300的實(shí)施例。信號(hào)發(fā)生器300具有控制兩個(gè)信號(hào)發(fā)生元件的控制器302。用于直接連接的信號(hào)發(fā)生元件304類似于圖2中所描述的電路。信號(hào)發(fā)生器300還具有感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器306。所述感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器包括感應(yīng)線圈308，感應(yīng)線圈308由以H橋式布置的四個(gè)開關(guān)元件所驅(qū)動(dòng)。為了生成具有第一頻率和第二頻率的信號(hào)，所述控制器生成驅(qū)動(dòng)波形，該驅(qū)動(dòng)波形具有第一和第二頻率。該驅(qū)動(dòng)波形用于驅(qū)動(dòng)感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器306中的開關(guān)元件，并致使通過所述感應(yīng)線圈308的電流根據(jù)驅(qū)動(dòng)波形的時(shí)間積分發(fā)生變化。每個(gè)半橋上的電流感測(cè)點(diǎn)310都被連接到信號(hào)發(fā)生器的電源，以用于在端子之間的電流變得高于閾值時(shí)，調(diào)節(jié)電源電壓。電源350如圖3B中所示。該電源包括電池352。電池352連接到控制開關(guān)354。所述電池提供6V的電壓給升壓變換器(boost converter) 356。該升壓變換器356為圖3A所示的半橋和H-橋提供電源電壓。電流感測(cè)點(diǎn)352連接到所述升壓變換器356的輸入端和低通濾波器360。當(dāng)在電流感測(cè)點(diǎn)310處檢測(cè)到的電流超過閾值時(shí)，所述升壓變換器降低電源電壓，從而來調(diào)節(jié)通過負(fù)載的電流幅值。圖4A示出了用來驅(qū)動(dòng)感應(yīng)線圈308的波形402的示例。波形402是含有持續(xù)時(shí)間為9:23的脈沖的矩形波形。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種波形用來產(chǎn)生第一和第二頻率分量，其中一個(gè)頻率是另一個(gè)頻率的兩倍。圖4B示出了用于驅(qū)動(dòng)直接連接電路304的33kHz部分的波形404的示例。該波形404具有F = 33kHz的高分量以及處于三次諧波頻率3F的低分量。圖4C示出了用于驅(qū)動(dòng)直接連接電路304的66kHz部分的波形406的示例。該波形406具有2F = 66kHz的高分量以及處于三次諧波頻率6F的低分量。在此說明，感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器306是非諧振的。這意味著其可以有效地生成兩種不同頻率的信號(hào)。用于感應(yīng)地在導(dǎo)體中產(chǎn)生信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器通常包括諧振電路。這樣的諧振電路能有效地生成頻率接近諧振電路的諧振頻率的交流電流。然而，在生成位于諧振電路的諧振頻率帶寬之外的頻率方面，所述諧振電路并不是有效的。這意味著要產(chǎn)生具有兩個(gè)頻率的交流電流(例如33kHz和66kHz)，不得不使用具有寬的諧振頻率帶寬(即低Q因數(shù))的諧振電路，或所述諧振電路必須由遠(yuǎn)離其諧振的頻率來驅(qū)動(dòng)。任何一種情況都會(huì)造成無效率的能量轉(zhuǎn)移。對(duì)于所述信號(hào)發(fā)生器，上述直接連接輸出系統(tǒng)提供了最佳功率效率，且同時(shí)在從O歐姆到無限大的整個(gè)負(fù)載阻抗范圍內(nèi)具有最佳信號(hào)質(zhì)量(最低諧波含量)。最佳功率效率是通過使用D類開關(guān)放大器來獲得的。當(dāng)放大正弦波形時(shí)，B類放大器具有理論上最佳的78% ( = 高于4)的最大功率效率。D類放大器將其提高至理論功率效率極限100%。D類的缺陷主要是由于切換損耗，隨著切換頻率增加，所述切換損耗越大，由于重復(fù)地對(duì)開關(guān)組件中的電容充電和放電，導(dǎo)致實(shí)際功率效率小于100%。過濾所述開關(guān)級(jí)的輸出，以防止不需要的開關(guān)噪聲耦合到負(fù)載，這進(jìn)一步造成了由于不理想的電感器和電容器中的電阻損耗導(dǎo)致的功率效率的減小。使用均勻采樣的D類PWM需要至少10倍、以及優(yōu)選地至少20倍的最高信號(hào)頻率的開關(guān)頻率。在本申請(qǐng)中，66kHz的最高信號(hào)頻率需要至少660kHz的開關(guān)頻率，更優(yōu)選地至少為1.32MHz。這將導(dǎo)致D類放大器中的相當(dāng)高的切換損失。這樣的放大器幾乎不會(huì)優(yōu)于B類放大器。通過如上所述的信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了更高的功率效率。在半電橋中，通過在信號(hào)頻率上切換半橋使開關(guān)損耗減至最小。因?yàn)樾枰p的最低諧波頻率是五次諧波，所以使用消除了半橋切換頻率基頻的三次諧波的開關(guān)波形可簡(jiǎn)化輸出濾波器設(shè)計(jì)。結(jié)合兩個(gè)這樣的半橋電路，第一個(gè)工作于第一頻率(33kHz)而第二個(gè)工作于第二頻率(66kHz)，得到具有最小功率損耗的系統(tǒng)，從而使由便攜式電池供電的信號(hào)發(fā)生器中的電池壽命最大化。且信號(hào)純度也是堪稱典范的，沒有不期望的諧波和噪聲?，F(xiàn)在將描述用于定位攜帶兩個(gè)或多個(gè)頻率的交流電流的導(dǎo)體的定位器或探測(cè)器。參照?qǐng)D5，探測(cè)器I具有兩個(gè)垂直間隔開的天線，即底部天線3和頂部天線5，裝在細(xì)長(zhǎng)的垂直支承的外殼(未示出)內(nèi)，操作員使用手柄可手動(dòng)地移動(dòng)該外殼。天線3、5被布置為它們的軸平行且間隔開，以使在使用中，底部天線3在頂部天線5的正下方，它們的軸均為水平。各天線3、5生成的電信號(hào)被饋送至兩個(gè)放大器7中相應(yīng)的一個(gè)。放大器輸出場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)9，場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)9被饋送至編解碼器(CODEC) 11。天線3、5中的每一個(gè)都具有本底噪聲。來自天線3、5的每一電信號(hào)都被饋送至其相應(yīng)的放大器7，以將磁性傳感器的本底噪聲提高至CODEC 11的固有量化本底噪聲之上。每一放大器7的輸出被饋送至CODEC 11。使用的天線3、5是高靈敏度的盤繞鐵氧體磁棒(wound ferrite rod)。也可以使用其他的磁性傳感器，諸如霍爾效應(yīng)傳感器，磁門磁強(qiáng)計(jì)(flux gatemagnetometer),或巨磁阻傳感器。CODEC 11是24位立體聲Λ - Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。這是相對(duì)便宜的設(shè)備，常用于音頻工業(yè)。在用“RD4000 (RTM) ”商標(biāo)標(biāo)記的Radiodetection Limited (雷迪有限公司)的產(chǎn)品中，在天線和ADC之間使用預(yù)選式濾波、多級(jí)切換增益級(jí)和相敏外差電路。因?yàn)檠b置測(cè)量的絕對(duì)準(zhǔn)確度是很重要的，所以，在其他的現(xiàn)有技術(shù)的電纜探測(cè)器中使用更精密的、因而更貴的ADC。本實(shí)施方式中使用的CODEC 11具有±5%的絕對(duì)準(zhǔn)確度，然而CODEC 11的使用方式使其成為用于本應(yīng)用的理想的ADC。高動(dòng)態(tài)范圍消除了對(duì)多級(jí)增益級(jí)的需求。通過對(duì)探測(cè)帶寬進(jìn)行大量過采樣來獲得高動(dòng)態(tài)范圍一為該原理，音頻CODEC 11的噪聲整形方面為理想應(yīng)用。盡管該音頻級(jí)立體聲ADC的絕對(duì)準(zhǔn)確性差，但是通過處理和比較從兩個(gè)天線3、5接收的信號(hào)，探測(cè)器I對(duì)埋藏導(dǎo)體的深度進(jìn)行了計(jì)算，從而本實(shí)施方式還是從中受益。因而，通過比較兩個(gè)處理信號(hào)，克服了 CODEC 11采樣中的任何絕對(duì)不準(zhǔn)確性。將CODEC 11用作比例計(jì)裝置顯著地降低了成本，而沒有損害探測(cè)器I的總體性能。CODEC 11以高達(dá)96KHz對(duì)場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)9進(jìn)行過采樣。CODEC 11的輸出13被饋送至數(shù)字信號(hào)處理模塊15，該數(shù)字信號(hào)處理模塊由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 16組成。DSP 16主要有三個(gè)任務(wù):首先，其負(fù)責(zé)確定探測(cè)頻帶的選擇性；其次，其控制探測(cè)器的音頻和視覺輸出；第三，其為探測(cè)器I的其他元件提供一般控制功能。DSP任務(wù)的更多操作細(xì)節(jié)由雷迪有限公司公開的申請(qǐng)WO 03/071311、W003/069598.W0 03/069769，GB 2400994，和 GB2400674 提供，這些申請(qǐng)中的每一個(gè)都通過引用而整體結(jié)合到本申請(qǐng)中。顯著的益處源自于超窄帶處理，噪聲通常與帶寬的平方成比例。探測(cè)器I同時(shí)在幾個(gè)頻帶中進(jìn)行處理，使得沖擊響應(yīng)函數(shù)(諸如一般定位任務(wù))能夠與窄帶函數(shù)(諸如深度計(jì)算)共存。深度計(jì)算任務(wù)以高達(dá)44kHz的任一頻率對(duì)IHz帶寬進(jìn)行計(jì)算，帶外抑制約為-120dB。當(dāng)發(fā)射器和接收器時(shí)鐘之間的潛在頻率誤差超過信號(hào)帶寬時(shí)，相位跟蹤允許窄帶任務(wù)鎖定在載波頻率。在有源模式的情況下，發(fā)射的信號(hào)可以被100%幅度調(diào)制，深度計(jì)算任務(wù)必須將其自身精確地定位在載波上而不與邊帶(位于32，768取±6取載波處)串?dāng)_。相位跟蹤算法是雷迪有限公司在申請(qǐng)?zhí)枮?407372.2的英國(guó)申請(qǐng)中描述的處理的自然發(fā)展。信噪比(SNR)測(cè)量是在載波和邊帶上進(jìn)行的，并且為確保跟蹤算法而執(zhí)行的檢查不因電力線傳輸而在任何高次諧波上偏移。SNR是從量級(jí)和二階導(dǎo)數(shù)相位信息兩者來量化得到的；所有結(jié)果都與天線3、5兩者相關(guān)。在SNR小于IOdB的情況下，深度計(jì)算任務(wù)失效，因而確保只有準(zhǔn)確的信息呈現(xiàn)給用戶。當(dāng)在脈沖模式操作中時(shí)，將頻譜識(shí)別概念應(yīng)用于有源信號(hào)。該想法是雷迪有限公司在申請(qǐng)?zhí)枮?407372.2的英國(guó)申請(qǐng)中描述的算法的簡(jiǎn)單應(yīng)用，且包括載波和AM邊帶的頻譜估算。該估算是SNR的離散傅立葉變換(DFT)卷積和測(cè)量。DFT隨著跟蹤算法而移動(dòng)，且鎖定在載波頻率上。這些方法的結(jié)合確保探測(cè)器I獲得最佳可能的信號(hào)完整性和深度準(zhǔn)確度。
用戶通過靈敏度控制17和開關(guān)19來控制探測(cè)器I。開關(guān)19用于設(shè)置探測(cè)器I的操作模式?？梢詫⑻綔y(cè)器I設(shè)置為在無線電、電源或有源模式下工作。當(dāng)使用專用的信號(hào)發(fā)生器接近待被探測(cè)的電纜時(shí)選擇有源模式，信號(hào)發(fā)生器在再輻射磁信號(hào)的導(dǎo)體中感應(yīng)交流電流。該信號(hào)發(fā)生器以預(yù)設(shè)頻率和由探測(cè)器I確定的預(yù)設(shè)調(diào)制運(yùn)行。開關(guān)19的另一位置是“回避(avoidance) ”模式，下面將說明其操作。靈敏度控制17用于改變天線3、5的梯度靈敏度。高靈敏度最初用于探測(cè)由載流導(dǎo)體產(chǎn)生的弱信號(hào)的存在。一旦確定導(dǎo)體的存在，就改變靈敏度控制17以減小探測(cè)器I的靈敏度，而用探測(cè)器I來更準(zhǔn)確地確定隱蔽載流導(dǎo)體的位置。公布為US 6，777，923的雷迪有限公司的申請(qǐng)引用在此作為參考，其中描述了一種方法，該方法說明了作為靈敏度函數(shù)的定位窗。液晶顯示器(IXD) 21設(shè)置在外殼表面以顯示例如探測(cè)器的操作模式、電池狀態(tài)、導(dǎo)體深度和/或探測(cè)到的信號(hào)的強(qiáng)度的信息。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以使用其他的用戶顯示裝置。探測(cè)器I還包括:存儲(chǔ)軟件的快閃只讀存儲(chǔ)器23、以及電源單元(PSU) 25。探測(cè)器I的關(guān)鍵要求在于其必須是便攜式的。因此電池26用于為探測(cè)器I供電，這種情況下為兩個(gè)“D”型電池，各提供額定1.5V。在使用過程中，所述探測(cè)器I被上電，且所述軟件從快閃只讀存儲(chǔ)器23被加載到數(shù)字信號(hào)處理模塊15。使用者調(diào)整開關(guān)19以選擇操作模式。該選擇可以是無線電模式、電源模式、有源模式、或回避模式。在電源模式、有源模式和回避模式中，深度閾值報(bào)警功能是激活狀態(tài)。在回避模式中深度閾值報(bào)警功能僅在電源模式和有源模式的頻帶中的頻率上起作用。下文詳細(xì)說明深度閾值報(bào)警功能。當(dāng)探測(cè)器I接近載流導(dǎo)體時(shí)，在底部天線3和頂部天線5中感應(yīng)電流。每一個(gè)天線3、5中感應(yīng)的電流被相應(yīng)的放大器7放大。放大器7的輸出9是兩個(gè)天線3、5的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)。將這些信號(hào)輸入至CODEC 11, CODEC 11將這些信號(hào)采樣，達(dá)到每秒采樣96千采樣。數(shù)字化信號(hào)13被饋送至數(shù)字信號(hào)處理模塊15。數(shù)字信號(hào)處理模塊15的DSP 16根據(jù)操作模式離析目標(biāo)頻帶的信號(hào)。如果DSP探測(cè)到載流導(dǎo)體的存在，則在揚(yáng)聲器22和/或指示器21上觸發(fā)音頻和/或視覺報(bào)警。圖6A和圖6B表示探測(cè)器I的更詳細(xì)的框圖，示出了在探測(cè)器I中實(shí)施的雙頻模式系統(tǒng)。如上所述，在檢測(cè)到的導(dǎo)體中感應(yīng)了 33kHz和66kHz兩個(gè)頻率。本實(shí)施例的探測(cè)器I同時(shí)處理兩個(gè)頻率33kHz和66kHz。該對(duì)天線3，5接收兩個(gè)頻率的信號(hào)分量。所述系統(tǒng)還具有常規(guī)的探測(cè)指示器21和揚(yáng)聲器22，能夠指示由兩個(gè)頻率分量計(jì)算出的埋藏導(dǎo)體的深度。通常將探測(cè)靈敏度30設(shè)為最大，但也可以設(shè)于較低級(jí)。多個(gè)立體聲CODEC 11在73.242kHz計(jì)時(shí)。為了處理66kHz信號(hào)，使用這種CODEC、外差式振蕩器的外差系統(tǒng)31以及兩個(gè)外差混頻器，用于將66kHz信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻6kHz信號(hào)。如圖6A所示，使用頻率約為60kHz的振蕩器，所述外差混頻器拒絕由60KHz振蕩器的信號(hào)以及66kHz的信號(hào)的加和產(chǎn)生的信號(hào)，僅通過頻率大約為6kHz的所述差值信號(hào)。這在ADC的奈奎斯特頻率范圍內(nèi)。DSP 16處理所述天線3、5生成的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)，并在兩個(gè)模式選擇功能43、45中，同時(shí)隔離兩個(gè)頻帶中每一個(gè)的信號(hào)。在另一實(shí)施例中，省略所述外差系統(tǒng)31，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有將所述奈奎斯特頻率設(shè)置為高于66kHz的更高的采樣速率。對(duì)應(yīng)于不同的頻率的來自DSP 16的信號(hào)輸出被饋送到自動(dòng)增益控制器(AGC)，諸如在雷迪有限公司的美國(guó)專利6，777，923號(hào)描述的所述AGC，在此引入作為參考。每一個(gè)AGC 47的輸出轉(zhuǎn)換成在比較器49中的檢測(cè)信號(hào)。所述檢測(cè)信號(hào)被結(jié)合并用于提供來自揚(yáng)聲器22的音頻輸出和/或指示器21上的可視信號(hào)，例如在IXD上。所述探測(cè)器I不斷地計(jì)算埋藏導(dǎo)體的估計(jì)深度。如果計(jì)算所述埋藏導(dǎo)體的深度小于例如30cm的預(yù)設(shè)閾值，則可以觸發(fā)音頻和/或視覺報(bào)警以警告淺埋導(dǎo)體的操作者。這種淺埋導(dǎo)體應(yīng)特別受關(guān)注，因?yàn)楫?dāng)挖掘地面時(shí)，存在的觸碰淺埋導(dǎo)體的風(fēng)險(xiǎn)增加。當(dāng)計(jì)算所述導(dǎo)體的深度時(shí)，為了優(yōu)化所述探測(cè)器的用戶界面，所述DSP 16同時(shí)處理兩個(gè)頻帶中的信號(hào)，以調(diào)整信息呈現(xiàn)給用戶的方式。在IHz帶寬中計(jì)算所述導(dǎo)體的深度；在IOHz帶寬內(nèi)處理可視顯示器，使得顯示器的閃爍在可接受的水平；在35取下進(jìn)行所述音頻報(bào)警的處理，以確保所述脈沖音調(diào)清晰可聞。本申請(qǐng)的實(shí)施例可以結(jié)合深度閾值報(bào)警而實(shí)施，和/或與‘回避模式’ 一起實(shí)施，所述‘回避模式’描述在英國(guó)專利申請(qǐng)2427473號(hào)中，其內(nèi)容以全文引用的方式并入本申請(qǐng)。盡管在以上描述的實(shí)施例中，由單個(gè)信號(hào)發(fā)生器在一個(gè)導(dǎo)體中感應(yīng)出了兩個(gè)頻率，可設(shè)想本申請(qǐng)的實(shí)施例中這兩個(gè)信號(hào)可由不同的信號(hào)發(fā)生器生成。實(shí)際上可設(shè)想在定位器的實(shí)施例中不同導(dǎo)體中感應(yīng)出不同的頻率，例如不同類型的公共設(shè)施感應(yīng)出不同的頻率。在這樣的實(shí)施例中，所述定位器可以指示哪些頻率是主導(dǎo)，由此對(duì)存在的公共設(shè)施給出指示。所述數(shù)字域信號(hào)處理可以在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、DSP或微控制器裝置中實(shí)現(xiàn)，或者分到上述設(shè)備的某種組合上。本申請(qǐng)的各個(gè)方面可以以任何方便的形式實(shí)現(xiàn)，例如使用專用硬件，或信號(hào)處理的專用硬件和軟件組合。所述處理裝置可以包括任何適當(dāng)?shù)木幊淘O(shè)備，例如通用計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、移動(dòng)電話(例如WAP或3G標(biāo)準(zhǔn)手機(jī))等等。由于本申請(qǐng)的處理可以如軟件一樣執(zhí)行，因此，本申請(qǐng)的每個(gè)方面都包括在可編程裝置上實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)軟件。因此，本申請(qǐng)的各個(gè)方面可以在可編程機(jī)器上執(zhí)行，例如，但不限于，微控制器或計(jì)算機(jī)處理器。所述技術(shù)的程序方面可以被認(rèn)為是“產(chǎn)品”或“制品”，這些通常為可執(zhí)行碼和/或相關(guān)數(shù)據(jù)的形式，所述數(shù)據(jù)運(yùn)送或收錄在一種機(jī)器可讀介質(zhì)中?！按鎯?chǔ)”類型的介質(zhì)包括任何或所有移動(dòng)臺(tái)、計(jì)算機(jī)、處理器或類似物，或其相關(guān)聯(lián)的模塊的存儲(chǔ)器，例如各種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，磁帶驅(qū)動(dòng)器、磁盤驅(qū)動(dòng)器等，其可以在任意時(shí)刻提供用于所述軟件編程的存儲(chǔ)。全部或部分軟件有時(shí)可能通過因特網(wǎng)或各種其他電信網(wǎng)絡(luò)傳送。例如，這樣的通信能夠使得從一個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)或處理器裝載軟件。例如，軟件和/或指令可以從服務(wù)器傳送向客戶端。因此，可以承受軟件元件的另一種類型的媒介包括光、電和電磁波，諸如通過有線和光陸線網(wǎng)絡(luò)和各種空中鏈路，在本地設(shè)備之間的物理接口上使用。所述攜帶有這種波的物理元件，諸如有線或無線鏈路，光鏈路等，也都可以認(rèn)為是承載該軟件的介質(zhì)。如在此使用的，除非限于有形“存儲(chǔ)”介質(zhì)，術(shù)語如計(jì)算機(jī)或機(jī)器“可讀介質(zhì)”指任何參與提供指令給處理器用于執(zhí)行的介質(zhì)。因此，機(jī)器可讀介質(zhì)可以采用許多形式，包括但不限于，有形存儲(chǔ)介質(zhì)、載波介質(zhì)或物理傳輸介質(zhì)。非易失存儲(chǔ)介質(zhì)包括，例如，光盤或磁盤，諸如任何計(jì)算機(jī)或此類中的任何存儲(chǔ)設(shè)備，例如可以用來實(shí)施在本申請(qǐng)中描述的所述主題。易失性存儲(chǔ)介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，諸如計(jì)算機(jī)平臺(tái)的主存儲(chǔ)器。有形傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、銅線和光纖，包括電線，該電線包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的總線。載波傳輸介質(zhì)可以采取電信號(hào)或電磁信號(hào)的形式，例如那些射頻(RF)和紅外(IR)數(shù)據(jù)通信過程中產(chǎn)生的聲波或光波。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的常見形式包括例如:軟盤、軟磁盤、硬盤、磁帶、任何其他磁介質(zhì)、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡紙帶、任何其他具有孔圖案的物理存儲(chǔ)介質(zhì)、RAM、PROM和EPR0M、快擦編程只讀存儲(chǔ)器(FLASH-EPR0M)、任何其他存儲(chǔ)器芯片或盒式磁帶、載波傳輸數(shù)據(jù)或指令、電纜或鏈路傳送這種載波或任何其他介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可從中讀取程序代碼和/或數(shù)據(jù)。許多這些形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可用來將一個(gè)或多個(gè)指令的一個(gè)或多個(gè)序列傳送到處理器以用于執(zhí)行。應(yīng)該理解，涉及任何一個(gè)方面的所描述的任何特征可以單獨(dú)使用，或結(jié)合其他所描述的特征，并且也可以結(jié)合使用所公開的任何其他的方面的一個(gè)或多個(gè)特征，或所公開的任何其他的方面的任意組合。此外，在不脫離本申請(qǐng)范圍的情況下，也可以采用以上沒有描述的等效物和修改。根據(jù)所述詳細(xì)的說明，本申請(qǐng)的許多特征和優(yōu)點(diǎn)是明顯的，因此，旨在通過所附的權(quán)利要求覆蓋本申請(qǐng)的所有這些特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)落入本申請(qǐng)的真實(shí)精神和范圍內(nèi)。此外，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員由于許多修改和變動(dòng)是容易發(fā)生的，不希望限制本申請(qǐng)公開的具體的結(jié)構(gòu)以及操作說明和描述，因此，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷刃锞烧J(rèn)為落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)發(fā)生器，用于耦合到隱蔽導(dǎo)體，該信號(hào)發(fā)生器包括: 第一振蕩器，其被配置為生成具有第一頻率的第一波形； 第一端子，其通過第一濾波器連接到所述第一振蕩器，所述第一濾波器被配置為使所述第一頻率的信號(hào)通過； 第二振蕩器，其被配置為生成具有第二頻率的第二波形；以及 第二端子，其通過第二濾波器連接到所述第二振蕩器，所述第二濾波器被配置為使所述第二頻率的信號(hào)通過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第二頻率是所述第一頻率的諧波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第二頻率是所述第一頻率的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一波形被選擇來抑制所述第一頻率的三次諧波頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，還包括電源，該電源為所述第一和第二振蕩器提供電源電壓和接地電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一和/或第二振蕩器包括電流傳感器，且如果所述電流傳感器檢測(cè)到的電流超過預(yù)定值，所述電源被配置為減少所述電源電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，還包括:第一放大器，其被配置為放大所述第一波形；以及第二放大器，其被配置為放大所述第二波形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一放大器和/或所述第二放大器包括以半橋式布置的兩個(gè)開關(guān)元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述開關(guān)裝置為MOSFET器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一和第二振蕩器是由控制器提供的，所述控制器被配置為生成所述第一波形和所述第二波形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一濾波器被配置用于為所述第二頻率的信號(hào)提供從所述第一端子接地的路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第二濾波器被配置用于為所述第一頻率的信號(hào)提供從所述第二端子接地的路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一和/或第二濾波器為帶通濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)一步包括用于連接器，該連接器用于將所述第一和第二端子其中之一連接到所述埋藏導(dǎo)體，且將所述第一和第二端子其中的另一個(gè)接地。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)一步包括用于耦合所述第一和第二端子的電感稱合器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)一步包括: 感應(yīng)線圈，其與所述埋藏導(dǎo)體電感耦合；以及 開關(guān)電路，其被配置為根據(jù)具有所述第一頻率的第一分量和所述第二頻率的第二分量的開關(guān)波形，來改變所述感應(yīng)線圈中的電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述開關(guān)電路包括以H橋式布置的四個(gè)開關(guān)裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所示的信號(hào)生成器，其特征在于，所述第二頻率是所述第一頻率的兩 倍。
全文摘要
一種信號(hào)發(fā)生器，用于耦合到隱蔽導(dǎo)體，該信號(hào)發(fā)生器包括第一振蕩器，其被配置為生成具有第一頻率的第一波形；第一端子，其通過第一帶通濾波器連接到所述第一振蕩器，所述第一帶通濾波器被配置用于使所述第一頻率的信號(hào)通過；第二振蕩器，其被配置為生成具有第二頻率的第二波形；以及第二端子，其通過第二帶通濾波器連接到所述第二振蕩器，所述第二帶通濾波器被配置為使所述第二頻率的信號(hào)通過。
文檔編號(hào)H03K4/02GK103095256SQ20121043662
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者理查德·戴維·皮爾遜, 路易吉·朗弗朗希 申請(qǐng)人:雷迪有限公司