埋地公共设施检测的制作方法
埋地公共设施检测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体设及一种根据权利要求1的移动检测设备W及根据权利要求12的校 准运种设备的方法。
【背景技术】
[0002] 建筑工地上的一个常见任务是使用用于在掘±之前或者在掘±的同时检测地下 结构的设备。运些结构通常W公共设施（service)的形式存在，运些公共设施用于通过地 下结构提供电力、煤气、燃料、水或者通信数据等。尽管运些公共设施中的大部分的定位是 从测量员的地点设计图获悉的或者至少应当从测量员的地点设计图获悉，但是它们的定位 可能存在不确定性，或者可能存在在此未提及的附加公共设施。在工作期间，运些地下公共 设施经常被掘±机器的操作者简单地忽视或者错误地估计。
[0003] 挖掘沟渠或者正被挖掘的区域的同时避免对地下结构的损害是一个重要任务。因 为对公共设施的损害可能导致严重影响和代价，采取额外测量，W能够在挖掘之前或者同 时检测接近度或者优选地运些公共设施在工地的准确深度。其中，感兴趣的不仅是确定埋 地公共设施遵循的路线，还有确定公共设施被埋设的深度，或者换句话说，确定检测设备到 公共设施的距离。从设备到公共设施的距离还可W被称为深度，作为用于地下线路、管路或 者管道的常用术语。用于该目的的设备被已知为电缆检测工具或者电缆避免工具一-也称 为CAT。运种设备的实施方式例如在EP 2 362 241中描述。运种检测设备大多数被具体实 现为可移动的，运意味着可W将其设计并构建为将由工人随身携带的手持设备。在检测设 备的特殊可移动实施方式中，例如其还可W被安装在挖掘机的伊斗处并且随着伊斗移动。 鉴于此，检测设备优选地被具体实现为轻便且尺寸小的。
[0004] 一种定位地下公共设施的方式是检测由公共设施自身发出的电磁场。为了运样， 要求公共设施具有自然产生的电信号，该电信号可W发射在地面之上可检测到的电磁场， 诸如，例如供电线路。还为了检测其它类型的公共设施（例如被关掉的路灯的布线系统、未 使用的或者低电压通信电缆、燃气管道或者水管），已知附加方法。在US 4 438 401中，将 不具有自然产生的信号的金属公共设施直接连接到信号发生器。W此方式，电信号可W被 禪合到公共设施，并且因此可W通过其电磁场检测到它。US 5 194 812说明了一种用于通 过将导体或者探针引入中空管道（例如，燃气管道或者水管）中或者通过挨着公共设施放 置导体（导体或者探针将用作待检测场的发送器）检测中空管道的解决方案。在EP 9 166 139或者EP 2 645 133中，通过用接地柱或者其它地面连接方式将来自AC电流源的电流引 入到±壤中来将场发射信号禪合到导电地下结构中，其中，电流沿着作为经过±壤的最小 阻力的路径的导电性结构流动。
[0005] 所提及的所有检测系统都具有W下共性：地下结构需要发射电磁场，该电磁场足 够强W在表面之上可检测到，特别是关于来自其它源的各种其它电磁场的一直存在的本底 噪声必须不模糊地可探测。根据在公共设施上存在的信号，不同公共设施发射的电磁场位 于不同频率范围内。根据国家，输电线通常提供基频为50化或60化的电流，并且因此，发 射场具有相同基频。但是例如在EP 2 362 241中描述的，上述频率的谐波还可W用于干线 检测，特别是零序谐波。
[0006] 人工施加到结构的信号（直接或者通过±壤连接）的频率受无线电通信规则限 审IJ，运些规则是基于国家的并且被给出W例如避免干扰无线电通信公共设施。在英国允许 用于一般地理勘测（例如，电缆检测）的频率的特殊示例为8kHz或者33kHz的频率，其由 一些CAT-设备使用。例如，VLF无线电频带范围（=甚低频无线电波，例如，在约15曲Z到 60曲Z范围内），特别是在万米范围内的短波长被已知，W很好地穿透±壤材料，并且由此 可W用于电缆检测目的。
[0007] 通信线路发射的场是另一个重要检测目标。对于那些公共设施，可能不期望特殊 单个频率，而是必须考虑一频率范围。尽管如此，不太被严格规定的那些频带内的频率的发 射很可能成为主流。
[0008] 例如，如在 W0 2011/104314、W0 2008/064851 或者 W0 2008/064852 中所示的，至U 埋地公共设施（其可W被认为是长载流导体）的深度或距离可W根据相互W已知间距定位 的两个拾取点处的信号强度差来确定。
[0009] 运里存在的一个问题在于，运种深度确定一-其深度对于挖掘任务来说是非常关 键的值一-对设备的组件的容差和制造处理非常敏感，特别是对检测线圈的特征和布置非 常敏感。
[0010] 因此，EP 1 843 177描述了一种工厂校准钻机，其中，各个电缆检测设备的独立 微调可W在工厂或者实验室环境中确定，特别是在设备制造之后或者随后在认证机构处确 定。
[0011] 一旦经过校准，检测设备经常暴露至在工作地点处的非常恶劣的环境条件、运输 时车内的热冲击和振动、意外坠落或者撞翻、暴露到直射阳光、雪、雨、水、灰尘等。因此，工 厂校准数据在现场操作中可能是不合适的。特别是，电子器件的老化和溫度漂移W及现场 使用的线圈的移动都可能具有负面影响。因此，由运些设备确定的深度值的可保证准确度 水平通常非常低，例如，在几分米到几米内。
[0012] 因此，其目标是改进运种电缆检测设备，特别是改进其深度确定的准确度和/或 可靠性。
【发明内容】
[0013] 一个特殊目的在于改进检测设备抵抗环境影响W及电子和机械容差的鲁棒性。
[0014] 其目的在于提供一种用于埋地公共设施的检测设备，其被构建为被自校准，而不 要求外部设备或者特殊安装，特别是被现场校准，使得通过设备自身就可W在任何时间和 定位进行或者验证校准。
[0015] 一个特殊目的在于提供一种可调整大小的检测设备，特别是要求较少存储空间， 同时仍然提供高深度检测准确度。
[0016] 那些目的通过实现独立权利要求的特征实现。在从属专利权利要求中描述W另选 或者有利方式进一步开发本发明的特征。
[0017] 根据本发明，通过给设备提供改进的校准能力，特别是通过提供被构建为例如在 现场或者在每次检测使用之前，通过相应校准方法（优选地可W在任何时间和任何地点由 缺乏经验的操作者执行）现场校准的设备，解决那些目标。该校准优选地被快速进行，并且 对外部影响是鲁棒的。
[0018] 因此本发明设及一种移动检测设备，该移动检测设备用于根据被阻隔的交流电承 载结构发出的磁场，评估从设备到被阻隔的交流电承载结构的距离值。例如，电缆检测设备 用于定位在建筑工地处被阻隔在地下的埋地公共设施（例如，电线、电缆、燃气管道或者水 管等）。因此，该设备特别被构建为确定该公共设施埋设的深度。
[0019] 该设备包括至少第一线圈和第二线圈，各个线圈包括为导电材料的至少一个线 圈。线圈包围一区域，并且可W是任意形状的，例如环形、圆形、矩形、并且优选地是大致平 坦的，高度与所包围的区域的外形尺寸相比低得多。
[0020] 线圈布置在检测设备处，相互之间在固定位置。可W通过线圈之间的间距限定运 些定位，例如，通过线圈轴线的间距，线圈轴线可W被限定在线圈区域的中屯、并且与该区域 正交。定位是固定的，运意味着线圈不被构建为在深度测量期间关于彼此移动。然而，例如 由于机械振动、溫度影响等，线圈定位可W随着时间在小容差内变化。
[0021] 在特殊实施方式中，该设备可W被具体实现为可折叠的、可弯折的或者可伸缩的， 例如，W减小设备尺寸到第一位置用于存储和/或运输，并且使设备扩展到第二位置用于 使用，其中，线圈之间的间距增加 W用于良好的检测结果，其中，第二位置可W是固定的。在 运种实施方式中，下面论述的根据本发明的自身校准可能特别有利，因为固定在第二位置 的精确定位根据不同的扩展可能稍微变化，并且运样的变化可W通过在每次扩展之后校准 来补偿。因此，本发明还设及一种移动电缆检测设备，该移动电缆检测设备可W在至少两个 可固定位置处W机械方式可调整大小，特别是可折叠、可弯折或者可伸缩，其中，在各个位 置处，用于检测的线圈之间的距离不同，该设备特别包括在此论述的校准。
[0022] 该设备还包括用于检测所述结构的电子信号评估单元。根据由结构发出的磁场在 线圈中感应的电信号进行该检测。在此，信号评估单元根据来自至少两个检测线圈的电信 号的差值评估从设备到结构的距离值。
[0023] 特别是，因此信号评估单元可W包括W下至少一个：
[0024] 连接到线圈的放大器电路，用于放大通过来自结构的磁场在线圈中感应的电信 号，
[0025] 用于电信号的带宽限制滤波器，其被构建为抑制不期望的频率范围和/或避免 混淆，
[0026] 模数转换器，用于将放大器电路的滤波输出数字化为时间和值离散数字表示， 和/或
[0027] ·Κ根据数字表示的评估（特别是根据至少第一线圈和第二线圈之间的信号强 度的差值）检测所述结构的方式构建的计算单元。
[0028] 特别是，来自检测线圈的电信号内不包括任何信息内容，或者如果运样的信息内 容不被检测设备评估用于提取信息内容本身的目的，当通过检测设备运样做时，至多用于 该信号的可能识别。
[0029] 根据本发明，检测设备包括校准单元。该校准单元被构建为将设备的至少第一线 圈或第二线圈中的一个连续地配置为用于所限定的电激励信号的发送器，W在校准程序期 间发射磁性校准场。电激励信号特别可W在频率、电流强度和/或调制中的一个或更多个 方面被限定。
[0030] 由至少第一线圈或第二线圈中的至少其余一个接收或者检测磁性校准场，该至少 其余一个线圈当前不被配置为发送器。
[0031] 用于检测设备的校准参数由校准单元基于所接收到的校准场确定，特别是，用于 深度确定的校准参数，例如用于至少第一线圈和第二线圈的偏移参数和/或比例参数。另 一个校准参数例如可W是相移参数和/或线圈定位参数。
[0032] 由此确定的校准参数然后可W被施加至来自待检测结构的电信号（为它们的数 字和/或模拟表示），用于至少第一线圈和第二线圈的不同接收特性和/或信号评估单元 (特别是放大器、滤波器和/或模数转换器）的相应信号评估路径的至少部分补偿。
[0033] 电激励信号可W由信号发生器产生。在一个实施方式中，可W存在通过开关装置 选择性地连接到线圈中的一个的一个信号发生器，使得校准单元被构建为将相同激励信号 施加到至少第一线圈和第二线圈的置换（permutation)或接续（succession)。在另一个实 施方式中，可W存在用于各个检测线圈的专用激励信号发生器。
[0034] 在一个实施方式中，电激励信号特别可W具有已知电特性，该已知电特性由信号 发生器的设计限定或者被测量。例如，在该方面的第一实施方式中，当电子信号评估单元的 接收部并联连接至被施加到发送校准场的检测线圈中的一个的电激励信号时，可W通过通 常用于检测结构的所述接收部测量该激励信号。在该方面的第二实施方式中，线圈可W选 择性地切换至接收部或者生成激励信号源，其中，激励信号由源的设计定义（例如，通过设 计固定或被调整）或者通过其它手段测量。在该方面的第Ξ实施方式中，在没有准确定义 或测量的其电学特性的知识的情况下，可W施加该激励信号，如果相同激励信号被选择性 地切换至检测线圈中的一个，则其不仅可W而且被特别使用。
[0035] 在特别是具有多于两个线圈的实施方式中，不要求电激励信号具有准确已知的电 特性，如下进一步论述的，但是激励信号的频率应当优选地在设备的检测带宽内或者大致 对应于来自待检测的结构的场的频率。
[0036] 换句话说，在本发明中，检测设备的至少第一线圈和第二线圈可操作作为用于磁 性校准场的发送器，通过其余线圈拾取该校准场，并且由此评估所得到的值，W确定用于线 圈的校准参数。因此，根据本发明 的设备能够在不要求外部校准设备或者来自设备外部的 所定义和已知的磁场的施加的情况下进行自校准。
[0037] 如所述，检测设备包括校准单元，校准单元被构建为通过施加电激励信号将检测 线圈中的一个配置为用于校准场的发送器，其中，其校准场由其余检测线圈检测，并且存储 校准场的检测值（特别是，其强度）。因此，校准单元基于所检测到的校准场的存储值来确 定用于检测线圈的校准参数。
[0038] 在实施方式的特殊示例中，检测设备可W包括至少第一检测线圈和第二检测线 圈，特别是正好两个一一第一检测线圈和第二检测线圈，并且校准单元被构建为将那些检 测线圈中的一个在另一个检测线圈之后连续地配置为用于校准场的发送器，同时利用其余 检测线圈检测校准场，并且从其确定线圈校准参数。
[0039] 在实施方式的另一个特殊示例中，检测设备包括至少第一检测线圈、第二检测线 圈和第Ξ检测线圈，特别是正好Ξ个一一第一检测线圈、第二检测线圈和第Ξ检测线圈，并 且校准单元被构建为一个接一个地将电激励信号施加到至少第一检测线圈、第二检测线圈 或第Ξ检测线圈中的一个，W将其配置为发送校准场。然后，通过未被施加激励信号的其余 两个检测线圈检测校准场，并且存储校准场的一组检测值，特别是其强度值。由此，校准单 元基于所存储的校准场数值确定用于至少两个线圈的校准参数。其中，校准参数例如可W 包括用于由检测线圈确定的场值的增益和偏移参数。可选地，检测线圈之间的间距也可W 被确定为校准参数，然后其可W用于在检测结构期间补偿误差。
[0040] 本发明还可W在具有多于Ξ个检测线圈的设备上被实现。优选地，校准单元确定 用于各个检测线圈的校准参数（根据其属性，该确定还考虑线圈评估电路）。
[0041] 电激励信号可W由电流信号发生器（其具有可调整的输出信号）产生。在实施方 式中，可W存在单个信号发生器，其输出选择性地可切换至检测线圈中的一个，使得所有检 测线圈都可W基本上由相等信号激励。激励信号例如可W是已知频率的正弦波。在另一个 实施方式中，激励信号也可W具有另一个波形和/或可W具有可变或可调制幅值和/或频 率，由此在特殊示例中，校准信号可W按照使得其与其它环境信号和噪声明显可区分的方 式被调制或编码。
[0042] 作为在检测结构期间也可W单独考虑的本发明的特定方面，电子信号评估单元可 W包括放大器电路，该放大器电路被具体实现为电流感应放大器，作为连接到检测线圈的 第一放大级。特别是，其可W被具体实现为跨阻抗放大器，优选地具有低输入阻抗，例如，在 约50化到100. 000化的相关频率范围内低于100欧姆，并且可W被调谐W在约至少100曲Z 到几百曲Z的频率范围内具有大致线性输出。
[0043] 在一个实际实施方式中，电流感应放大器可W包括运算放大器的pAmp)，其具有为 电流到电压结构的反馈网络。该电路可W按照W下方式特别被具体实现：负化Amp输入连 接到线圈的一端，检测线圈的另一端连接到正化Amp输入，并且化Amp输出由第一阻抗（特 别是电阻性阻抗和电容性阻抗）反馈到负化Amp输入。
[0044] 在另一个实际实施方式中，电流感应放大器可W被具体实现为具有输入级，该输 入级包括为电流到电压结构的第一运算放大器级的反馈回路中的JFET。因此，JFET-栅极 例如可W连接到检测线圈并且具有反馈网络。优选地，该电路还包括有源运算点设定和/ 或自举电路，其包括使第一运算放大器级偏置的第二化Amp。
[0045] 其中，检测线圈均可W具有为1到500应导体的低绕组计数，横截面为至少约 0. 1mm2,特别是，其中，检测线圈的绕组包围大于100cm2且小于0. 5m2的面积，优选地具有大 致矩形或环形横截面。在上述任一实施方式中，检测线圈的输出阻抗可W大于检测线圈连 接到的第一放大级的输入阻抗。
[0046] 在本发明的实施方式中，检测线圈被具体实现为PCB上的迹线，特别是，其中，PCB 还包括上述电流感应放大器。
[0047] 在根据本发明的常规实施方式中，检测线圈具有包括两个端口的单个多应绕组， 其将被用作发送器，也用于接收磁场。在特殊实施方式中，检测线圈可W另选地包括用于施 加激励信号的专用发送器绕组部分、W及用于检测磁场的专用接收器绕组部分，优选地，其 中，两个绕组部分相互之间磁性同轴，并且其中，两个端口在公共刚性（优选为单片的）载 体上。
[0048] 本发明还设及一种用于移动检测设备的校准方法，该移动检测设备包括多个检测 线圈，用于根据结构发出的磁场来估计从检测设备到被阻隔的交流电承载结构的距离或深 度值，特别是用于定位在建筑工地处被阻隔在地下的公共设施。该校准设及：将电激励信号 施加至检测线圈中的一个，然后该一个检测线圈用作用于校准场的磁场发送器，并且通过 其余检测线圈接收和评估校准场。利用用于发送或接收的检测线圈使用的置换（优选所有 可能置换）多次进行发送和接收。然后，基于来自每次置换的一组评估的校准场，通过校准 单元进行校准参数的确定，特别是用于至少两个检测线圈（优选地用于所有线圈）的偏移 和增益校准参数。
[0049] 其中，检测设备可W包括至少第一检测线圈、第二检测线圈和第Ξ检测线圈，特别 是包括仅第一检测线圈、第二检测线圈和第Ξ检测线圈，并且校准单元将电激励信号连续 地施加至至少第一检测线圈、第二检测线圈或第Ξ检测线圈中的一个，用于发送校准场。在 各个连续过程中，通过其余检测线圈（目前未对其施加激励信号）进行校准场的检测，并且 存储校准场的值，特别是场强值。然后，基于所存储的值，针对各个检测线圈进行校准参数 的确定。
[0050] 其中，利用检测线圈接收和评估可W包括：通过电流模式放大器在电流模式下放 大检测线圈输出，其给检测线圈提供低输入阻抗，特别是检测线圈的绕组计数低于100。
[0051] 该方法或者设及估算和/或计算的该方法的至少那些部分还可W被具体实现为 存储在机器可读介质上的计算机程序产品，或者被具体实现为电磁波（诸如，例如有线或 无线数据信号）。从而，本发明还设及包括用于根据本发明校准检测设备的程序代码的运种 计算机程序产品。程序代码在此被特别构建用于执行：
[0052] 将激励信号施加至检测设备的一个检测线圈，用于发射校准场，
[0053] 由检测设备的至少一个其它线圈接收校准场，并且存储场值，特别是，其中，针 对检测设备的多个检测线圈交替地进行施加和接收，优选地W覆盖所有可能置换，W及
[0054] 基于所存储的场值，计算用于检测设备的校准参数。
[00巧]该计算机程序可W在根据本发明的检测设备的校准单元中执行，因此该设备还设 及计算装置，该计算装置被构建为利用或不利用实际加载的计算机程序运行提供根据本发 明的校准功能的计算机程序。
【附图说明】
[0056] 下面将参照在附图中示意性示出的工作示例，仅通过举例说明，更详细地描述或 解释根据本发明的设备、方法和设置。具体地，
[0057] 图1示出本文档设及的移动检测设备的实施方式的示例；
[005引图2a和图化示出根据本发明的检测设备及其校准的第一实施方式的示例；
[0059] 图3曰、图3b和图3c示出根据本发明的检测设备及其校准的第二实施方式的示 例；
[0060] 图4曰、图4b和图4c示出可调整大小的根据本发明的检测设备（特别是根据本发 明的校准）的实施方式的示例；
[0061] 图5示出说明根据本发明的检测设备的自校准的原理的框图的示例；
[0062] 图6示出已知线圈检测电路的示例；
[0063] 图7示出图6的电路的波特曲线的示例；
[0064] 图8示出图6的电路的噪声曲线的示例；
[0065] 图9示出根据本发明的特定方面的电路的第一实施方式的示例；
[0066] 图10示出根据本发明的特定方面的电路的第二实施方式的示例；
[0067] 图11示出根据本发明的特定方面的电路的第Ξ实施方式的示例；
[0068] 图12示出根据本发明的特定方面的电路（像图10中的电路）的波特曲线的示 例；
[0069] 图13示出根据本发明的特定方面的电路（像图10中的电路）的噪声曲线的示 例；
[0070] 图14示出已知线圈检测电路与根据本发明的特定方面的线圈检测电路的灵敏度 曲线的比较；
[0071] 图15示出包括特定方面的根据本发明的检测设备的可能实施方式。
[0072] 附图中的图不应当被认为是按比例绘制的。当合适时，相同的附图标记被用于相 同特征或者用于具有类似功能的特征。附图标记的不同索引被用于区分示例性示出的特征 的不同实施方式。
【具体实施方式】
[007引图1示出用于评估从设备1到埋设在地下12的结构10之间的"a"距离值13的移 动检测设备1的实施方式，该结构10承载作为交变电流11的"i"，并且由此发射磁场BiB、 BiA。设备1包括至少两个线圈，被示出为"A"-线圈2a W及"B"-线圈沈，它们相互之间 W作为间距3的"d"布置。从结构10中的电流11发出的磁场由磁场线BiA和BiB示出， 其中，第一个字母B表示磁场，第二个字母"i "表示场的源-其是电流11，并且第Ξ个字母 表示测量的位置-其分别是"A"-线圈2a、"B"-线圈化。
[0074] 通过由线圈2a和线圈2b检测磁场BiA、BiB，进行结构或公共设施10 (其例如可 W是地下电缆、探测器、管道等，本身承载或人工感应出电流）的检测。在此，埋地公共设施 10可W被看作长载流导体，发射磁场。从设备1的定义点到埋地公共设施10的深度13可 W由如下公式在数学上表示：
[00 巧]
[0076] 其中，"Depth"是深度13的值"a"，"A"为在线圈2a处的磁场强度，并且"B"为在 线圈化处的磁场强度，并且"d"为线圈2a和线圈化的间距3。
[0077] 严格来讲，通常关于设备1中包括的线圈2曰、化的中屯、轴线而不是关于地平面确 定深度13。例如，运可W通过定义关于设备1的下侧（例如，通过由设备1提供的深度值 的相应偏移）确定的预定距离并且将设备1的下侧向下放置在地平面上用于准确测量来克 月良。另一个选择是定义从下侧到地面12的工作距离，设备1在该距离处必须被操作并且由 此得到的偏移提供深度值13。用于运样的设备1和发明本身的又一可能新方法是，检测设 备1包括至少一个近程传感器，特别是光学或超声波测距单元，其位于下侧，用于测量从设 备的下侧到地平面的间距，优选地在与磁性深度确定相同的测量方向上。然后，由近程传感 器确定的实际地面间距值被用作用于所确定的深度13的偏移，使得不管设备1如何被保 持，所指示的深度值一直相对于地平面。
[0078] 显然，比上述至少两个线圈2a和化更多的线圈也可W用于检测，特别是用于提供 冗余数据和/或增加的准确度。为了结构10的检测W及其深度13的确定，设备1包括（在 此未明确示出）电子信号评估单元。优选地，评估单元包括可编程和/或硬连线数字计算 单元，如微处理器、DSP、FPGA、ASIC等。
[0079] 上述检测设及磁场BiA、BiB的信号强度，磁场BiA、BiB通过线圈2a和化W及线 圈2a和化相互之间的定位被确定。考虑到组件的容差和老化W及它们在检测设备1中的 定位，介绍性提到的现有技术使用具有亥姆霍兹线圈的外部校准钻机，W产生模仿为所定 义距离的那些长直电缆的电磁场，然后检测设备1被工厂校准到运些电磁场。
[0080] 图2a和图化示出根据本发明的方法的原理的实施方式，根据该实施方式实现例 如也在现场的检测设备1(不要求外部校准钻机）的自校准。W下解释根据本发明的运样 的自校准，该自校准例如可W通过提供设备1的特殊校准模式或功能的校准单元被具体实 现。在此未明确示出的检测设备1的校准单元由此也可W例如至少部分地使用与评 估单元 相同的硬件资源。
[0081] 如图2a所示的布置中，线圈2a被配置为处于普通接收模式，其等于用于埋地公共 设施10的上述检测的一个线圈，例如，线圈2a连接到放大器、滤波器和/或模数转换器。
[0082] 线圈化的作用相反，由于其在检测过程中不用于接收，而是用于发送已知信号， 产生磁场化。运可W通过将电激励信号施加到线圈化实现，该信号优选地具有已知特性， 诸如频率、电流强度和/或相位。为了实现运样，可W通过校准单元将线圈化连接或者切 换到电信号源（特别是电流源）。激励信号为交流信号，优选地在还被用于检测结构10的 检测设备1的频率范围内。例如，具有主电源的频率（例如，50化或60Hz)或者其谐波中 的一个，或者具有由可W被施加至公共设施10的检测信号注入源提供的标准检测频率（例 如，约8曲Z或33曲Z)、和/或例如约15曲Z到60曲Z的无线电范围内。
[0083] 线圈2a目前接收由目前的发送线圈化发射的磁场Ab，并且可W由校准单元分析 和/或存储所检测到的信号，例如，可W确定信号强度和/或最终发生的相移。
[0084] 通过接收电路和电子器件，可W选择感兴趣的特定接收信号，并且系统很难受到 任何外部干扰或者噪声影响，因此可W选择用于发送和接收的特定频率，和/或可W对激 励信号进行具体地编码或调制，并且对接收信号相应地进行解调，W从其它外部信号中区 分出校准信号（仍然没有校准信号中的信息内容被评估并且被提供给另一个装置）。根据 本发明，不仅接收线圈2a的特性而且直到整个接收电路达到数字化值的那些特性都可W 被确定和校准。
[0085] 如图化所示，在本发明中，功能可W反转，并且可W将线圈2a配置为用于场At的 发送器，并且将线圈化配置为用于来自线圈2a的场Ba的接收器。还可W评估和/或存储 所确定的场Ba。在特殊实施方式中，优选地来自相同激励信号源的相同激励信号可W例如 通过相应开关单元被连续地施加到线圈2a和线圈化。
[0086] 基于关于所接收到的校准场Ab、Ba存储的数据，校准单元可W通过确定用于线圈 2曰、化的校准参数使检测设备1自校准，偏移和/或增益的参数偏离通过其可W被调整到 零。然后，那些校准参数在检测期间可W被施加到待检测的结构10的场信号，W补偿不准 确度，并且获得良好检测结果和正确深度值13。
[0087] 在图2a和图化的实际实施方式的示意性示例中，两个线圈2a A和化B(在电缆 定位器设备中通常还命名为"顶部"和"底部"天线）分离距离3 "d"。可W假定两个线圈 2曰、化基本上在同一平面内，并且垂直平面内的任何偏移都可W被忽略。根据本发明，线圈 2曰、化中的每一个还可W被配置为发送器，施加到线圈2a的激励信号将其配置为用于校准 场At的发送器，该校准场可W由线圈化接收，反之亦然。激励信号例如可W是所选择的已 知频率的纯正弦波。
[008引在实际设计中，可能发生由于制造处理导致的线圈间距3 "d"最初可能不被准确 地控制，和/或"d"可能随着溫度和时间变化。"d"的小变化可能引起所接收到的信号强度 的显著改变一一因此深度确定将变得不准确。
[0089] 如图化所示，与具有线圈半径R的发送器线圈2a相距距离3的磁场Ba由从教科 书获知的毕奥萨伐尔定律度iot Savart Law)给出：
[0090]
[0091] 为了简化该分析，假定面积=线圈的截面面积，使得
[0092]
[0093] 为了与图2a和图化一致，将使用下面的术语：
[0094] Ba =在B处从A接收的信号，
[009引 Ab =在A处从B接收的信号，
[009引 At =从A发送的信号，
[0097] 化二从B发送的信号。
[0098] 根据公式，所接收到的信号与（1八〇~3成比例（该比率在检测期间对于来自结构 的场相同），其给出：
[0099]
[0100] 如果一切都很完美，则Ba和Ab是相等的。由于运不是实际情况，因此引入校准值 Ks W补偿"增益"的任何变化。因此，通过确定校准参数实现检测设备1的校准，其使得传 感器化给出与传感器2a相同的读数，使得：
[0101] Ab = Ba · Ks。
[0102] 如果在特定实施方式中假定线圈2a、化相互之间的定位可W被认为是固定的和/ 或已知的，则它们的间距3也可W被包括在校准参数的计算中。例如，用于0.5m的间距"d" 的值理论上给出为8的已知场比率。因此，使用线圈2a作为发送器，我们希望线圈2a和线 圈化之间的信号比率为8,并且基于实际测量的值，可W确定用于校正比率测量中的异常 的校准参数。运可W重复用于多个或者所有线圈。
[0103] 用于该应用的电磁检测线圈2a、2b的性质可W被认为是可逆的，原因在于当线圈 被配置为电磁发送器时，可W认为其具有利用与其接收的基本相同的特性进行发送的固有 能力。如果获得相同结果，则可W得出W下结论：两个线圈2a和2b的响应和/或灵敏度不 存在差异。
[0104] 在此，激励信号可W-个接一个被顺序地施加到线圈2a、2b中的每一个，同时其 余线圈被配置为检测由此感应的校准信号。不要求像现有技术的外部赫姆霍尔兹校准钻机 那样用协同激励信号激励多个线圈，而是可选地，在具有附加步骤的实施方式中，通过将激 励电流的定义差值施加到各个发送检测线圈来验证上述分析，可W验证该校准。
[0105] 在特殊实施方式中，校准还可W被重复用于多个激励信号频率，W覆盖线圈2a、2b 和/或接收电子器件的可能非线性频率响应，例如一次在主频率范围内，并且一次在无线 电频率范围内。线圈2a、化本身均可W通过检测电路被评估。对本发明而言，不要求将线 圈2曰、化连接为串联或者并联连接。
[0106] 图3曰、图3b和图3c示出关于用于包括Ξ个线圈A° 2a、B° 2b和C° 2c的移动 电缆检测设备1的校准的实施方式的示例。
[0107] 在电缆定位仪器1中，Ξ个线圈2曰、化和2c相互之间分离距离"dl"3a和 "d2"。抓。线圈2a、2b和2c的运种布置也用于被阻隔的结构10的定位。
[010引如上所述，根据本发明，校准单元W将线圈2a、2b、2c配置为用于校准场At、Bt、Ct 的发送器的方式被构建。因此，例如线圈2a可W接收从线圈化（图3b)或者从线圈2c (图 3c)发送的信号；线圈化可W检测来自线圈2a(图3a)或线圈2c(图3c)的信号等。
[0109] 如下，术语将包括：
[0110] At =从线圈A发送的信号；
[0111] 化=从线圈B发送的信号；
[0112] Ct=从线圈C发送的信号；
[011引 Ab =在线圈A处从线圈B接收的信号；
[0114] Ac =在线圈A处从线圈C接收的信号；
[011引 Ba =在线圈B处从线圈A接收的信号；
[0116] Be =在线圈B处从线圈C接收的信号；
[0117] 化=在线圈C处从线圈A接收的信号；
[011引 Cb =在线圈C处从线圈B接收的信号；
[0119] 考虑图3曰，其中，线圈A 2a被配置为场At的发送器，场At由线圈B化接收作为 场Ba，并且由线圈。2c接收作为场化。
[0120] 通常，与为线圈半径R的发送器相距距离d的磁场B再次由毕奥萨伐尔定律给出：
[0121]
[0122] 再次，为了简化，假定：面积=线圈的截面面积，运导致：
[0123]
[0124] 当线圈A被施加激励信号时，发射场At的Ba和化为所接收到的场的测量值，运 可W写为：
[0125]
…'
[0126] 并且类似地用于图3b和图3c :
[0127]
(2 化及 [012 引
[0135] 该结果与距离dl和d2无关。
[0136] 为了校准传感器，可W由校准参数进行由线圈化检测出的测量值相对于先前2a 的修正：
[0137] A = Ks · B+Ko，
[013引其中，Ks为校准比例因子，并且Κο为校准偏移。
[013引替换（7)中的Ab，得到：
[0149] 从（11)和（10)可W确定必须被施加到从线圈化检测到的信号的两个校准参数。 当施加那些校正因子时，线圈2a和化现在读取用于所施加的场的校正值，不仅用于校准 场，而且还用于来自待检测的结构10的场。
[0150] 可选地，为了验证线圈阵列将正确地读取深度，可W故意引入已知频率和强度的 电磁场。到埋地公共设施（其可W被认为是长电流承载导体）的深度由W下给出：
[0151]
[0152] 运可W通过将电流的已知差值施加至各个发送器并且重复W上分析被验证。
[0153] 从W上校准和公式还可W计算dl和d2的值，其例如可W关于线圈绕组的中屯、轴 被定义。
[0154] 在此所示的公式被示例性示出W解释基本原理，并且示出其在物理上和逻辑上可 W基于根据本发明的原理实现校准。在本发明的其它实施方式中，上述基本公式可W被修 改，例如W更好地与实际物理条件匹配。例如，磁场公式可W与实际线圈设计相适应，可W 不同地选择校准参数，参数估计、最小二乘拟合W及非线性校准模型等可W用于确定校准 参数等。
[0155] 在本发明的特定实施方式中，检测线圈2a、2b、2c还可W与用于激励信号的附加 专用传输线圈配对，运些附加专用传输线圈在同一平面内对齐并且与检测线圈磁性同轴， 其中，它们可W电隔离或者共享它们的端口中的一个。
[0156] 换句话说，图3曰、图3b和图3c的实施方式可W被描述为检测设备1，该检测设备 1包括至少第一检测线圈2曰、第二检测线圈化和第Ξ检测线圈2c、W及配置单元，该配置 单元下方式被配置和构建：通过将电激励信号施加至一个线圈，将至少第一检测线圈 2曰、第二检测线圈化或第Ξ检测线圈2c中的一个配置为发送器用于校准信号，校准信号发 出校准场At、Bt、Ct，校准场At、Bt、Ct由未被施加激励信号的其余检测线圈中的至少两个 感应，并且基于该感应到的校准场，确定至少两个线圈的校准参数。特别是，第一线圈、第 二线圈和第Ξ线圈中的每一个随后依次被强加激励信号，并且由此所得到的信号由第一线 圈、第二线圈和第Ξ线圈中的其余线圈测量，W通过确定用于消除偏差（特别是任何偏移 和增益）的校准参数对设备进行自校准。
[0157] 图4曰、图4b和图4c示出根据本发明的特殊方面的可W被调整大小的检测设备1、 1曰、化的特定实施方式的一些示例。如从基本公式可W看出，用于公共设施10的深度确定 取决于线圈2a、2b、2c之间的距离3、3曰、36，其中，对于公共设施的深度"曰"。13的准确确 定，较大距离3、3a、3b是比较有利的。因此，现有技术中的设备1必须稍长，W实现线圈2曰、 2b、2c的合理间距3、3a、3b。尽管对检测有利，但是考虑到设备1的存储和/或运输，该大 尺寸是不利的。根据本发明的该特殊方面，W可扩展方式（例如，为可缩放、可弯折、可折叠 设计）构建设备1、la、lb。在此，可W使线圈2a、2b、2c达到第一检测定位，该第一检测定位 具有允许合理深度检测的大线圈间距。在第二存储或运输定位时，使线圈定位变为比大间 距更窄的小间距。
[015引 由于必须准确地知晓线圈2a、2b、2c的间距3、3a、3b-运是因为其影响所确定的深 度"a" 13-运样的可扩展设计可能承受降低的深度准确度，运是因为相互之间的线圈定位 从扩展到扩展可能变化。因此，在现有技术中，线圈2a、2b、2c相互之间刚性固定。线圈2曰、 2b、2c之间的间距通常不用于其它目的，而是用于提供稳定性，并且例如大多数情况下充满 空气。通过在此提出的自校准，可W克服该缺点，运是 因为扩展位置处的稍微改变线圈定位 的影响可W在校准参数中被确定，并且因此可W被补偿-与不补偿的情况相比，允许用于 可扩展设备1、la、lb的更高保证检测准确度。
[0159] 图4a示出设备1中的线圈2a和化的第一扩展检测定位，其中，在该扩展布置中 执行检测或校准。
[0160] 图4b示出设备化可W被存储和/或运输的线圈2a和化的第二压缩存储定位的 示例。在实施方式的该示例中，示出折叠机构或较链机构，由箭头2化指示。在图4c中的 实施方式的示例中，可伸缩机构被用于提供在设备Ic中的线圈2a、化定位的可变性，其由 箭头21c指示。尽管如此，还存在提供和实现根据本发明的该方面的机械可扩展性的其它 已知技术。如果使用多于两个所示线圈2a、2b，例如W上示例的Ξ个线圈2a、2b、2c或者更 多，也可W使用相同原理。第一定位和/或第二定位在此在它们的相应使用期间可W被具 体实现为分块的化locked)。
[0161] 图5示出本发明的实施方式的基本框图的示例，其示出根据本发明的自校准的功 能流程。
[0162] 在框50中，开始根据本发明的校准程序。由于其是设备1的自校准，运可W独立 于外部设备进行，例如在设备1被用于深度检测之前在现场进行。
[0163] 在框51中，设备1的校准单元将检测线圈2a、2b、2c中的一个配置为发送器。运 包括框52,例如通过产生电激励信号并且将该信号切换到一个线圈，将电信号源施加至该 一个线圈。然后，该一个线圈基于激励信号发射校准场。如框53所示，所得到的校准场可 W由未被配置为发送器的其余检测线圈检测。当在校准之后在检测模式下检测到被阻隔的 结构时，按照原本的样子，那些其余检测线圈被配置为处于普通接收模式。存储从校准场检 测的信号的值。
[0164] 在框54中，进行朝向另一个线圈置换用作发送器的一个线圈。特别是，线圈随后 被配置为发送器，优选地出现在设备中的所有线圈一个接一个地被配置为发送器，同时其 余线圈检测所得到的校准场。运通过循环55指示，该过程针对多个（特别是所有）线圈进 行。
[0165] 在框56中，基于W上校准循环期间所接收到的场的存储值确定校准参数。在简单 线性误差模型中的校准参数包括偏移和增益参数，但是考虑到潜在的物理原理和依赖性， 还可W被不同地选择，然后从所存储的值被确定。
[0166] 为了避免来自环境场的影响，在特定实施方式中，激励信号可W被选择为具有特 殊特性（例如频率、调制或编码），根据其能够由校准单元从环境信号中被识别和/或区分 出。在特殊实施方式中-其中，仅来自至少两个检测线圈的信号的相关部分被用于确定深 度，例如，利用仅允许来自相互相关的线圈2a和化的一部分信号通过的滤波进行近程确 定，其中，由于线圈间距3等导致的那些信号的附加时移/相移可W被考虑一一所接收到的 信号和/或激励信号之间的相关性也可W被考虑用于根据本发明的校准。
[0167] 当在不进行W上呈现的校准时，W下特殊方面也可W被认为是本发明本身。除了 校准之外，但是也是为了校准，对于检测设备1的性能来说，实现高灵敏度、高线性和高信 噪比也很重要。
[016引设计用于电缆检测的线圈2a、2b、2c的传统方法基于法拉第感应定律。例如，经常 使用的罗格夫斯基（Rogowski)线圈具有与应数"η"成比例的输出电压。为了获得更高的 灵敏度或电压输出，将更多应电线简单地添加到线圈是明显的。现有技术中的电缆检测线 圈设计通常具有10000应或者更多，并且因此大且重。那么多应通常被分成多个通道，使得 将绕线分开w减小线圈的自电容。
[0169] 图6中示出具有实现电压检测原理的相应电子设计63的一种典型已知检测线圈 2。所检测到的磁B场61在检测线圈2的端子62处产生输出电压Vout。例如，通常使用 的检测线圈L2 2可W具有约900应，平均绕组直径约70mm，串联电阻约470 Ohm,自电容约 5nF，W及电感约140mH。分析其相应电学等效电路得到用于线圈自身的灵敏度的表达式，单 位为伏/特斯拉
[0170] V/B = j. 2. 311 f. η. a" (20)。
[0171] 其中，f =频率，η =应数，a =罗格夫斯基线圈的半径，B =磁通量，V =输出电压。 [017引在公式（20)中，灵敏度与f、n和a2成比例，并且不取决于电感L。
[0173] 在实际实施方式中，与绕组计数η和所包围的线圈面积a2的比例都很合适，但是 对于频率响应，必须考虑在端口 62处连接到线圈2的评估电路63 W及其输入阻抗Ri。。运 使得用于在高频下的灵敏度的表达式变成：
[0174] V/B = 31 . η.日2.化n/L (21)。
[0175] 用于灵敏度的该表达式（21)目前与频率无关，但是在实际应用中，由于线圈的自 电容导致在更高频率处转降，为了简单起见，运不包括在W上公式中。
[0176] 图7示出像图6的电路的通常使用的电路的典型波特曲线（跨频率的灵敏度67 和相位66)的示例。其展现了在约5kHz处具有谐振的非线性灵敏度，但是主频、人工引入 的检测频率W及由检测设备检测到的典型自然发射的无线电频率均不从该谐振受益。
[0177] 图8示出像图6的电路的通常使用的电路的跨频率的相应噪声曲线的典型示例。 噪声曲线68在低频范围内具有最高噪声水平（对于干线检测，运必须被感应到）并且在从 上获得的谐振频率范围内具有噪声峰值。
[0178] 在本发明的W下方面之前或者在没有运些方面的情况下，设计检测线圈2遇到的 实际问题是实现具有低自电容的很多应，运限制高频操作。作为一种解决方案，多种方法被 设计，像波形绕组并且将绕组分成多个区段，所有那些方法的结果都使得线圈2的体积变 得更大。
[0179] 可W看出，上述已知和使用的用于设计检测线圈2评估电路63的方法具有其缺 陷，尤其是考虑到非线性、灵敏度和噪声，而且还考虑到具有所要求的很多绕组的大线圈。 考虑到根据本发明的校准，特别是跨频率的非线性，还有噪声和灵敏度都可能阻碍准确校 准。例如，考虑到非线性，很可能要求单独校准各个检测频带。
[0180] 根据本发明的该方面，提出了一种用于电缆检测设备的上述检测电路的另选设 计。与现有技术相比，本发明的该方面的方法使其输出更加线性，不依赖于应数，并且在低 频处还具有更高的灵敏度，如下详细解释的。特别是，根据本发明的校准将从其受益，但是 其自身也带来优点。在没有校准方面的情况下，在电缆检测技术领域中，其可W被认为是独 立发明。
[0181] 图9示出根据本发明的该方面的电流检测模型的基本结构。如之前图6所示，B 表示穿过线圈2的磁场61，Vout 71为接收电路的输出电压，并且I为流过线圈2的电流。 包括电线导体的一个或多个回路的线圈2如前可W由其电感^其串联电阻R、W及其电容 C建模。根据发明的该方面的放大器为电流放大级，具有运算放大器70及其电流输入模式 反馈网络Rf。Rf表征根据本发明的该方面的放大器使用的反馈网络。
[0182] 因此，灵敏度表达式被推导为：
[0183]
口巧，
[0184] 其中，Rf =反馈阻抗，V =输出电压，L =线圈电感，B =磁场，η =应数，a =线圈 的半径。
[0185] 已经注意到，W上公式（22)暗示灵敏度目前与频率无关。考虑到电感以例如为矩 形截面的线圈可W由下列方程定义：
[018引 L = P0. a. n2 (2扣，
[0187] 其中，"a"为平均线圈半径，"η"为应数，并且P。为可W在教科书中找到的线圈系 数。还存在用于已知线圈电感的数值确定的其它公式，但是在粗略方法中，它们还与a和η 的平方近似成比例。
[018引将W上公式（23)带入公式（22)，并且考虑线圈2的串联电阻，其附加参数Ρ =线 圈绕组材料的电阻率，W及S =绕组的导体的截面面积，并且通过考虑欧姆定律，给出用于 灵敏度的表达式：
[0189]
[0190] 上面所示的用于灵敏度的表达式不依赖于应数η，并且与线的电阻成反比。因此， 根据本发明的该方面，厚导体的低应数比在现有技术方法中使用的高绕组计数更有利。
[0191] 根据W上理论公式，单应厚高导电线是更优选择，因为可W在输出处获得高灵敏 度，其不依赖于频率。然而，当考虑到非理想组件（特别是放大器70)时，低绕组计数和大 截面、高导电绕组材料的原理仍然保持，但是必须对所使用的组件进行优化，使得大于1但 是仍然很低（也就是说，低于几百应）的绕组计数可能实际上被实现为最佳折衷，该最佳折 衷还取决于所选择的运算放大器70的类型，并且例如能够通过模拟确定。为了高灵敏度， 还存在组件的低噪声设计及其所要求的设置，W特别是在在电缆检测时使用的约50Hz到 250曲Z的期望频率范围内测量期望弱电磁场。对于整体性能，不仅是灵敏度，还必须考虑可 实现的SNR。如果仅使用单应大直径线，则为了最大灵敏度，电阻基本上是到运算放大器的 短路。因此，必须仔细考虑放大器的偏移和电流噪声规格，否则其通过较高噪底覆盖改进后 的灵敏度，妨碍期望信号的检测。
[0192] 图10示出具有检测线圈2的实施方式的示例，根据上面刚好讨论的本发明该方 面，当开关72与激励信号源73接触时，检测线圈2 (如在最上面论述的）可W由校准单元配 置成发送器，或者当开关72与放大级接触时，检测线圈2被配置为处于普通接收模式。所 使用的部件的值仅是说明性的，并且不是限制性的。在运里未示出的另一个实施方式中，可 W将放大级直接连接到线圈，由此从73施加的激励信号也可W由检测所接收到的信号的 同一电路检测到。
[0193] 图11示出具有根据本发明的该方面的特性的另一个实施方式的另一个示例，其 中，连接到线圈的输入级包括第一级中的JFET J1，反馈回化Amp U1。自举电路75被示出 为示例性实施方式，并且还可W被不同地实现。除了用于本发明的特定方面的线圈2a的检 测电路，还示出检测设备的线圈化，其被配置用于通过校准单元发送。信号源73将激励信 号施加至线圈化，线圈化发射禪合至离线圈2a W-间距定位的检测线圈化的校准场B， w实现如前论述的校准。
[0194] 图12示出根据本发明的该方面的检测的相位76和幅值77的波特曲线，其比图7 中的曲线明显更加线性，特别是当考虑比例的变化时。而且，图13所示的噪声曲线78与图 8相比已经改进。
[0195] 图14中示例性地示出来自利用不同应数和不同线直径评估的实验结果的一些示 例。该图表示出如图9、图10或图11所示的输出电压Vout对单位为kHz的频率范围，其是 当线圈2在该频率处被提供有所定义强度的电磁场时得到的。
[0196] 作为根据本发明的特定方面的典型尺寸范围的示例，可W考虑缠绕到约90mm直 径的线圈上的约20应线的线圈实施方式。运些实施方式由直径为0. 71mm、0. 315mm的线制 成，但是还可W使用其它直径。很明显，不要求使用环形截面材料用于绕组，例如，也可W使 用方棒或者锥带W形成根据本发明的一个或更多个绕组。绕组应该由良好导体构成，优选 铜，但是还可W例如侣、金或银。该图表示出大直径线（通常具有较高截面面积）在较低频 率处比较小直径线实现更好的灵敏度。比较而言，现有技术方法具有高应数，在比较时，示 出电压放大线圈。特别是考虑到对于给定埋地公共设施检测应用最相关的期望频率范围， 可W看到在50至200化的低频范围内的那些期望频带中的改进灵敏度。
[0197] 在基于图15中所示的示例性工作实施方式论述的示例中，将被覆盖的期望频带 从约50化到约250曲Z。而且，如低功率消耗、重量轻、用于现场应用的合适溫度范围、W及 小尺寸的其它因素都是将被考虑的因素。线圈2曰、化被设计成具有示例性尺寸，其对于手 持电缆定位工具是合理的，并且优选比现有技术设备更小，但是 具有相同灵敏度。例如，线 圈可W被设置为约80mmx80mm的面积一一其等于约90mm的平均半径。在该数量级的线圈 面积被证实可W为该检测设备1提供实现与埋地公共设施10距离5米检测距离所要求的 足够灵敏度，其大致等于4E-9特斯拉，因此用于磁场的目标灵敏度可W约为E-12特斯拉。 [019引作为本发明的该实施方式的特殊方面，线圈2a、2b由PCB 80a、8化上的迹线具体 实现，印刷电路板还可W包括检测设备1的电子器件的至少一部分，特别是根据本发明的 特殊方面的电流放大级81，其实际上允许通过可W在PCB中具体实现的低绕组计数实现合 理检测性能，低绕组计数通常约或小于100应。如果期望，PCB上的铜层可W被选择为很厚， 可W实现绕组的大截面面积。
[0199] 存在两个PCB 80a和80b，各自分别具有示出的检测线圈2a和2b，它们的线圈轴 线82相隔距离3,但是还可W具有其它线圈结构，例如可W实现如图3a中所示的Ξ个线圈 布置，和/或可W组合图4b或图4c的可扩展性。通过所示设计，可W构建小尺寸的轻量检 测设备1。PCB线圈允许甚至更小、更轻和有效的设计，并且当第一放大级81接近线圈定位 时，获得噪声免疫。然而，绕线的线圈也可W在另一个实施方式中使用，特别是具有低应数 的粗线，如上所述。
[0200] 所示设备1还包括校准单元，校准单元W为了校准，通过施加激励信号将设备1内 的每一个线圈2曰、化顺序地配置为发送器的方式被构建。从而，由其余线圈拾取所发送的 校准场，并且基于所拾取的信号，将设备的自校准确定为用于线圈2曰、化的校准参数。校准 还可W获得检测的电流放大器方面的高线性的附加优点，由此可W进一步改进设备1的准 确度和灵敏度。通过校准参数，不仅线圈2曰、化和它们之间的间距3,而且评估电路（例如， 包括电流放大器、可能的附加放大器和/或滤波器、W及模数转换器）都包括在校准中。
[0201] 本领域技术人员应当知晓的事实是，在本发明的意义上，在此关于不同实施方式 示出和解释的详情也可W与来自其它实施方式并且在其它置换中的详情组合。
【主权项】
1. 一种移动检测设备（1)，该移动检测设备（1)用于根据被阻隔的交流电流承载结构 (10)发出的磁场来评估从所述移动检测设备（1)到被阻隔的交流电流承载结构（10)的距 离/深度值（13)，特别是用于在建筑工地处被阻隔在地下（12)的公共设施的定位， ?多个检测线圈（2a，2b，2c)，各个所述检测线圈包括电导材料的至少一个绕组，所述多 个检测线圈相对于彼此按照一间距（3, 3a，3b)被布置在固定位置处，以及 ?电子信号评估单元，所述电子信号评估单元用于根据由所述磁场在所述检测线圈 (2a，2b，2c)中感应的电信号检测所述结构（10)，并且根据至少两个所述检测线圈（2a，2b， 2c)之间的电信号的差值评估所述距离值（13)， 所述移动检测设备（1)的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括校准单元，所述校准单元被构建为通过施加电激励信号将 所述检测线圈（2a，2b，2c)中的一个配置为用于校准场（At，Bt，Ct)的发送器，通过其余所 述检测线圈检测所述校准场（At，Bt，Ct)，并且 其中，用于所述检测线圈（2a，2b，2c)的校准参数由所述校准单元基于所检测到的校 准场（At，Bt，Ct)来确定，所述校准参数特别包括至少校准比例因子和校准偏移。2. 根据权利要求1所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1)的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括至少第一检测线圈（2a)和第二检测线圈（2b)，特别是仅包 括第一检测线圈（2a)和第二检测线圈（2b)， 并且所述校准单元被构建为将所述检测线圈（2a，2b)中的一个连续地配置为用于所 述校准场（At，Bt，Ct)的发送器，同时利用其余检测线圈检测所述校准场（At，Bt，Ct)。3. 根据权利要求1所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1)的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括至少第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线 圈（2c)，特别是仅包括第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线圈（2c)，并且 所述校准单元被构建为将所述电激励信号连续地施加到至少所述第一检测线圈（2a)、所述 第二检测线圈（2b)或所述第三检测线圈（2c)中的一个以发送所述校准场（At，Bt，Ct)，通 过未被施加所述电激励信号的两个其余检测线圈检测校准场（At，Bt，Ct)，特别是其中，基 于所检测到的校准场（At，Bt，Ct)确定用于至少两个所述检测线圈的所述校准参数，并且 其中，所述校准参数还包括用于至少两个所述检测线圈的所述检测线圈（2a，2b，2c)的间 距（3, 3a，3b)参数。4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 由电流信号发生器（73)产生所述电激励信号，优选地由输出能够选择性地切换至所 述检测线圈（2a，2b，2c)中的一个的一个单个信号发生器产生所述电激励信号， 特别是，其中，所述电激励信号是已知频率的正弦波，优选地具有可变或可调制幅值和 /或频率，特别是，所述校准信号以使得所述校准信号与其它环境信号和噪声唯一可区分的 方式被调制或编码。5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述电子信号评估单元包括放大器电路，所述放大器电路被具体实现为电流感应放大 器（81)，作为连接至所述检测线圈（2a，2b，2c)的第一放大级，特别是，所述放大器电路被 具体实现为跨阻抗放大器，优选地具有低输入阻抗，例如低于100欧姆，特别是，其中，所述 放大器电路被构建为被调谐以与线圈（2a，2b，2c)组合具有在频率上的大致线性输出。6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)各自具有为1到500匝导体的绕组计数，截面积为至少 0. 1mm2,特别是，其中，所述检测线圈（2a，2b，2c)的所述绕组包围大于100cm2且小于0.5m2 的面积，优选地，具有大致矩形或圆形截面。7. 根据权利要求5至6中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述电流感应放大器（81)包括反馈网络为电流到电压结构的运算放大器OpAmp，特别 是，其中， ?负OpAmp输入连接到所述检测线圈（2a，2b，2c)的一端， ?所述检测线圈（2a，2b，2c)的另一端连接到正OpAmp输入，并且 ?所述OpAmp输出通过第一阻抗，特别是通过电阻性阻抗和电容性阻抗，被反馈到所述 负OpAmp输入。8. 根据权利要求5至6中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述电流感应放大器（81)被具体实现有输入级，所述输入级包括为电流到电压结构 的第一运算放大器级的反馈回路中的JFET，特别是，其中，JFET-栅极连接到所述检测线圈 (2a，2b，2c)和所述反馈网络，优选地，有源运算点设定包括用于使所述第一运算放大器级 偏置的第二运算放大器。9. 根据权利要求5至8中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)的输出阻抗高于所述检测线圈（2a，2b，2c)所连接到的第一 放大级的输入阻抗。10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)被具体实现为PCB(80a，80b)上的迹线，特别是，其中，所述PCB(80a，80b)还包括所述电流感应放大器（81)。11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)具有用于施加所述电激励信号的专用发送器绕组部分和用 于检测磁场的专用接收器绕组部分，优选地，其中，两个绕组部分彼此磁性同轴，其中，所述 两个部分在公共刚性载体上。12. -种用于移动检测设备（1)的校准方法，所述移动检测设备（1)包括多个检测线 圈（2a，2b，2c)，用于通过以下处理，根据被阻隔的交流电流承载结构（10)发射的磁场来估 计从所述移动检测设备（1)到被阻隔的交流电流承载结构（10)的距离值（13)，特别是用于 定位在建筑工地处被阻隔在地下的公共设施： 将电激励信号施加至所述检测线圈（2a，2b，2c)中的一个，然后该一个检测线圈用作 用于校准场的磁场发送器，以及 由其余检测线圈（2a，2b，2c)接收和评估所述校准场， 以上处理通过用于发送或接收的检测线圈的置换多次进行，并且其中，由校准单元基 于来自每次置换的一组所评估的校准场来确定用于至少两个所述检测线圈（2a，2b，2c)的 校准参数，特别是偏移和增益校准参数。13. 根据前述权利要求12所述的方法，该方法的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括至少第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线 圈（2c)，特别是仅包括第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线圈（2c)，并且 所述校准单元将电激励信号连续地施加到至少第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)或 第三检测线圈（2c)中的一个用于发送所述校准场（At，Bt，Ct)，并且通过未被施加所述电 激励信号的其余检测线圈（2a，2b，2c)检测所述校准场仏〖，8〖，(^)，并且存储其值，特别是 其中，所述校准参数的确定包括用于各个检测线圈的增益参数和偏移参数，优选地还包括 所述检测线圈（2a，2b，2c)的间距（3, 3a，3b)参数。14. 根据前述权利要求12或13中的任一项所述的方法，该方法的特征在于： 利用所述检测线圈（2a，2b，2c)接收和评估包括：通过将低输入阻抗提供给所述检测 线圈（2a，2b，2c)的电流模式放大器（81)在电流模式下放大检测线圈输出，特别是，其中， 所述检测线圈（2a，2b，2c)的绕组计数低于100。15. -种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码 或者被具体实现为电磁波的计算机-数据-信号，用于移动检测设备（1)的校准，所述计算 机程序产品被构建为执行： ?将激励信号施加至所述移动检测设备（1)的一个检测线圈（2&，2比2(：)，用于发射校 准场（At，Bt，Ct)， ?通过所述移动检测设备（1)的至少一个其它线圈（2a，2b，2c)接收所述校准场（At， 81以），并且存储场值，特别是，其中，针对所述移动检测设备（1)的所述检测线圈（2&，213， 2c)交替地进行施加和接收，优选地以覆盖所有可能置换，以及 ?基于所述场值来计算用于所述移动检测设备的校准参数， 特别是在根据权利要求1至11中的任一项所述的移动检测设备（1)的校准单元中执 行。
【专利摘要】埋地公共设施检测。本发明涉及一种移动检测设备(1)，用于根据被阻隔的交流电流承载结构发出的磁场，评估从所述设备到被阻隔的交流电流承载结构的距离值，如地下公共设施的定位。该设备包括：多个检测线圈(2a，2b)，相对于彼此按照一间距(3)布置；以及电子信号评估单元，用于根据由磁场在检测线圈中感应出的电信号检测所述结构，并且根据至少两个所述检测线圈之间的电信号的差值估计距离值。根据本发明，该设备(1)包括校准单元，该校准单元被构建为通过施加电激励信号将检测线圈中的一个配置为用于校准场(At，Bt)的发送器，通过其余检测线圈检测校准场(At，Bt)，并且确定用于检测线圈的校准参数。
【IPC分类】G01V13/00, G01V3/08
【公开号】CN105487123
【申请号】CN201510659310
【发明人】西蒙·布兰松
【申请人】电缆检测有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月15日
【公告号】EP3002614A1, US20160097874
【技术领域】
[0001] 本发明总体设及一种根据权利要求1的移动检测设备W及根据权利要求12的校 准运种设备的方法。
【背景技术】
[0002] 建筑工地上的一个常见任务是使用用于在掘±之前或者在掘±的同时检测地下 结构的设备。运些结构通常W公共设施（service)的形式存在，运些公共设施用于通过地 下结构提供电力、煤气、燃料、水或者通信数据等。尽管运些公共设施中的大部分的定位是 从测量员的地点设计图获悉的或者至少应当从测量员的地点设计图获悉，但是它们的定位 可能存在不确定性，或者可能存在在此未提及的附加公共设施。在工作期间，运些地下公共 设施经常被掘±机器的操作者简单地忽视或者错误地估计。
[0003] 挖掘沟渠或者正被挖掘的区域的同时避免对地下结构的损害是一个重要任务。因 为对公共设施的损害可能导致严重影响和代价，采取额外测量，W能够在挖掘之前或者同 时检测接近度或者优选地运些公共设施在工地的准确深度。其中，感兴趣的不仅是确定埋 地公共设施遵循的路线，还有确定公共设施被埋设的深度，或者换句话说，确定检测设备到 公共设施的距离。从设备到公共设施的距离还可W被称为深度，作为用于地下线路、管路或 者管道的常用术语。用于该目的的设备被已知为电缆检测工具或者电缆避免工具一-也称 为CAT。运种设备的实施方式例如在EP 2 362 241中描述。运种检测设备大多数被具体实 现为可移动的，运意味着可W将其设计并构建为将由工人随身携带的手持设备。在检测设 备的特殊可移动实施方式中，例如其还可W被安装在挖掘机的伊斗处并且随着伊斗移动。 鉴于此，检测设备优选地被具体实现为轻便且尺寸小的。
[0004] 一种定位地下公共设施的方式是检测由公共设施自身发出的电磁场。为了运样， 要求公共设施具有自然产生的电信号，该电信号可W发射在地面之上可检测到的电磁场， 诸如，例如供电线路。还为了检测其它类型的公共设施（例如被关掉的路灯的布线系统、未 使用的或者低电压通信电缆、燃气管道或者水管），已知附加方法。在US 4 438 401中，将 不具有自然产生的信号的金属公共设施直接连接到信号发生器。W此方式，电信号可W被 禪合到公共设施，并且因此可W通过其电磁场检测到它。US 5 194 812说明了一种用于通 过将导体或者探针引入中空管道（例如，燃气管道或者水管）中或者通过挨着公共设施放 置导体（导体或者探针将用作待检测场的发送器）检测中空管道的解决方案。在EP 9 166 139或者EP 2 645 133中，通过用接地柱或者其它地面连接方式将来自AC电流源的电流引 入到±壤中来将场发射信号禪合到导电地下结构中，其中，电流沿着作为经过±壤的最小 阻力的路径的导电性结构流动。
[0005] 所提及的所有检测系统都具有W下共性：地下结构需要发射电磁场，该电磁场足 够强W在表面之上可检测到，特别是关于来自其它源的各种其它电磁场的一直存在的本底 噪声必须不模糊地可探测。根据在公共设施上存在的信号，不同公共设施发射的电磁场位 于不同频率范围内。根据国家，输电线通常提供基频为50化或60化的电流，并且因此，发 射场具有相同基频。但是例如在EP 2 362 241中描述的，上述频率的谐波还可W用于干线 检测，特别是零序谐波。
[0006] 人工施加到结构的信号（直接或者通过±壤连接）的频率受无线电通信规则限 审IJ，运些规则是基于国家的并且被给出W例如避免干扰无线电通信公共设施。在英国允许 用于一般地理勘测（例如，电缆检测）的频率的特殊示例为8kHz或者33kHz的频率，其由 一些CAT-设备使用。例如，VLF无线电频带范围（=甚低频无线电波，例如，在约15曲Z到 60曲Z范围内），特别是在万米范围内的短波长被已知，W很好地穿透±壤材料，并且由此 可W用于电缆检测目的。
[0007] 通信线路发射的场是另一个重要检测目标。对于那些公共设施，可能不期望特殊 单个频率，而是必须考虑一频率范围。尽管如此，不太被严格规定的那些频带内的频率的发 射很可能成为主流。
[0008] 例如，如在 W0 2011/104314、W0 2008/064851 或者 W0 2008/064852 中所示的，至U 埋地公共设施（其可W被认为是长载流导体）的深度或距离可W根据相互W已知间距定位 的两个拾取点处的信号强度差来确定。
[0009] 运里存在的一个问题在于，运种深度确定一-其深度对于挖掘任务来说是非常关 键的值一-对设备的组件的容差和制造处理非常敏感，特别是对检测线圈的特征和布置非 常敏感。
[0010] 因此，EP 1 843 177描述了一种工厂校准钻机，其中，各个电缆检测设备的独立 微调可W在工厂或者实验室环境中确定，特别是在设备制造之后或者随后在认证机构处确 定。
[0011] 一旦经过校准，检测设备经常暴露至在工作地点处的非常恶劣的环境条件、运输 时车内的热冲击和振动、意外坠落或者撞翻、暴露到直射阳光、雪、雨、水、灰尘等。因此，工 厂校准数据在现场操作中可能是不合适的。特别是，电子器件的老化和溫度漂移W及现场 使用的线圈的移动都可能具有负面影响。因此，由运些设备确定的深度值的可保证准确度 水平通常非常低，例如，在几分米到几米内。
[0012] 因此，其目标是改进运种电缆检测设备，特别是改进其深度确定的准确度和/或 可靠性。
【发明内容】
[0013] 一个特殊目的在于改进检测设备抵抗环境影响W及电子和机械容差的鲁棒性。
[0014] 其目的在于提供一种用于埋地公共设施的检测设备，其被构建为被自校准，而不 要求外部设备或者特殊安装，特别是被现场校准，使得通过设备自身就可W在任何时间和 定位进行或者验证校准。
[0015] 一个特殊目的在于提供一种可调整大小的检测设备，特别是要求较少存储空间， 同时仍然提供高深度检测准确度。
[0016] 那些目的通过实现独立权利要求的特征实现。在从属专利权利要求中描述W另选 或者有利方式进一步开发本发明的特征。
[0017] 根据本发明，通过给设备提供改进的校准能力，特别是通过提供被构建为例如在 现场或者在每次检测使用之前，通过相应校准方法（优选地可W在任何时间和任何地点由 缺乏经验的操作者执行）现场校准的设备，解决那些目标。该校准优选地被快速进行，并且 对外部影响是鲁棒的。
[0018] 因此本发明设及一种移动检测设备，该移动检测设备用于根据被阻隔的交流电承 载结构发出的磁场，评估从设备到被阻隔的交流电承载结构的距离值。例如，电缆检测设备 用于定位在建筑工地处被阻隔在地下的埋地公共设施（例如，电线、电缆、燃气管道或者水 管等）。因此，该设备特别被构建为确定该公共设施埋设的深度。
[0019] 该设备包括至少第一线圈和第二线圈，各个线圈包括为导电材料的至少一个线 圈。线圈包围一区域，并且可W是任意形状的，例如环形、圆形、矩形、并且优选地是大致平 坦的，高度与所包围的区域的外形尺寸相比低得多。
[0020] 线圈布置在检测设备处，相互之间在固定位置。可W通过线圈之间的间距限定运 些定位，例如，通过线圈轴线的间距，线圈轴线可W被限定在线圈区域的中屯、并且与该区域 正交。定位是固定的，运意味着线圈不被构建为在深度测量期间关于彼此移动。然而，例如 由于机械振动、溫度影响等，线圈定位可W随着时间在小容差内变化。
[0021] 在特殊实施方式中，该设备可W被具体实现为可折叠的、可弯折的或者可伸缩的， 例如，W减小设备尺寸到第一位置用于存储和/或运输，并且使设备扩展到第二位置用于 使用，其中，线圈之间的间距增加 W用于良好的检测结果，其中，第二位置可W是固定的。在 运种实施方式中，下面论述的根据本发明的自身校准可能特别有利，因为固定在第二位置 的精确定位根据不同的扩展可能稍微变化，并且运样的变化可W通过在每次扩展之后校准 来补偿。因此，本发明还设及一种移动电缆检测设备，该移动电缆检测设备可W在至少两个 可固定位置处W机械方式可调整大小，特别是可折叠、可弯折或者可伸缩，其中，在各个位 置处，用于检测的线圈之间的距离不同，该设备特别包括在此论述的校准。
[0022] 该设备还包括用于检测所述结构的电子信号评估单元。根据由结构发出的磁场在 线圈中感应的电信号进行该检测。在此，信号评估单元根据来自至少两个检测线圈的电信 号的差值评估从设备到结构的距离值。
[0023] 特别是，因此信号评估单元可W包括W下至少一个：
[0024] 连接到线圈的放大器电路，用于放大通过来自结构的磁场在线圈中感应的电信 号，
[0025] 用于电信号的带宽限制滤波器，其被构建为抑制不期望的频率范围和/或避免 混淆，
[0026] 模数转换器，用于将放大器电路的滤波输出数字化为时间和值离散数字表示， 和/或
[0027] ·Κ根据数字表示的评估（特别是根据至少第一线圈和第二线圈之间的信号强 度的差值）检测所述结构的方式构建的计算单元。
[0028] 特别是，来自检测线圈的电信号内不包括任何信息内容，或者如果运样的信息内 容不被检测设备评估用于提取信息内容本身的目的，当通过检测设备运样做时，至多用于 该信号的可能识别。
[0029] 根据本发明，检测设备包括校准单元。该校准单元被构建为将设备的至少第一线 圈或第二线圈中的一个连续地配置为用于所限定的电激励信号的发送器，W在校准程序期 间发射磁性校准场。电激励信号特别可W在频率、电流强度和/或调制中的一个或更多个 方面被限定。
[0030] 由至少第一线圈或第二线圈中的至少其余一个接收或者检测磁性校准场，该至少 其余一个线圈当前不被配置为发送器。
[0031] 用于检测设备的校准参数由校准单元基于所接收到的校准场确定，特别是，用于 深度确定的校准参数，例如用于至少第一线圈和第二线圈的偏移参数和/或比例参数。另 一个校准参数例如可W是相移参数和/或线圈定位参数。
[0032] 由此确定的校准参数然后可W被施加至来自待检测结构的电信号（为它们的数 字和/或模拟表示），用于至少第一线圈和第二线圈的不同接收特性和/或信号评估单元 (特别是放大器、滤波器和/或模数转换器）的相应信号评估路径的至少部分补偿。
[0033] 电激励信号可W由信号发生器产生。在一个实施方式中，可W存在通过开关装置 选择性地连接到线圈中的一个的一个信号发生器，使得校准单元被构建为将相同激励信号 施加到至少第一线圈和第二线圈的置换（permutation)或接续（succession)。在另一个实 施方式中，可W存在用于各个检测线圈的专用激励信号发生器。
[0034] 在一个实施方式中，电激励信号特别可W具有已知电特性，该已知电特性由信号 发生器的设计限定或者被测量。例如，在该方面的第一实施方式中，当电子信号评估单元的 接收部并联连接至被施加到发送校准场的检测线圈中的一个的电激励信号时，可W通过通 常用于检测结构的所述接收部测量该激励信号。在该方面的第二实施方式中，线圈可W选 择性地切换至接收部或者生成激励信号源，其中，激励信号由源的设计定义（例如，通过设 计固定或被调整）或者通过其它手段测量。在该方面的第Ξ实施方式中，在没有准确定义 或测量的其电学特性的知识的情况下，可W施加该激励信号，如果相同激励信号被选择性 地切换至检测线圈中的一个，则其不仅可W而且被特别使用。
[0035] 在特别是具有多于两个线圈的实施方式中，不要求电激励信号具有准确已知的电 特性，如下进一步论述的，但是激励信号的频率应当优选地在设备的检测带宽内或者大致 对应于来自待检测的结构的场的频率。
[0036] 换句话说，在本发明中，检测设备的至少第一线圈和第二线圈可操作作为用于磁 性校准场的发送器，通过其余线圈拾取该校准场，并且由此评估所得到的值，W确定用于线 圈的校准参数。因此，根据本发明 的设备能够在不要求外部校准设备或者来自设备外部的 所定义和已知的磁场的施加的情况下进行自校准。
[0037] 如所述，检测设备包括校准单元，校准单元被构建为通过施加电激励信号将检测 线圈中的一个配置为用于校准场的发送器，其中，其校准场由其余检测线圈检测，并且存储 校准场的检测值（特别是，其强度）。因此，校准单元基于所检测到的校准场的存储值来确 定用于检测线圈的校准参数。
[0038] 在实施方式的特殊示例中，检测设备可W包括至少第一检测线圈和第二检测线 圈，特别是正好两个一一第一检测线圈和第二检测线圈，并且校准单元被构建为将那些检 测线圈中的一个在另一个检测线圈之后连续地配置为用于校准场的发送器，同时利用其余 检测线圈检测校准场，并且从其确定线圈校准参数。
[0039] 在实施方式的另一个特殊示例中，检测设备包括至少第一检测线圈、第二检测线 圈和第Ξ检测线圈，特别是正好Ξ个一一第一检测线圈、第二检测线圈和第Ξ检测线圈，并 且校准单元被构建为一个接一个地将电激励信号施加到至少第一检测线圈、第二检测线圈 或第Ξ检测线圈中的一个，W将其配置为发送校准场。然后，通过未被施加激励信号的其余 两个检测线圈检测校准场，并且存储校准场的一组检测值，特别是其强度值。由此，校准单 元基于所存储的校准场数值确定用于至少两个线圈的校准参数。其中，校准参数例如可W 包括用于由检测线圈确定的场值的增益和偏移参数。可选地，检测线圈之间的间距也可W 被确定为校准参数，然后其可W用于在检测结构期间补偿误差。
[0040] 本发明还可W在具有多于Ξ个检测线圈的设备上被实现。优选地，校准单元确定 用于各个检测线圈的校准参数（根据其属性，该确定还考虑线圈评估电路）。
[0041] 电激励信号可W由电流信号发生器（其具有可调整的输出信号）产生。在实施方 式中，可W存在单个信号发生器，其输出选择性地可切换至检测线圈中的一个，使得所有检 测线圈都可W基本上由相等信号激励。激励信号例如可W是已知频率的正弦波。在另一个 实施方式中，激励信号也可W具有另一个波形和/或可W具有可变或可调制幅值和/或频 率，由此在特殊示例中，校准信号可W按照使得其与其它环境信号和噪声明显可区分的方 式被调制或编码。
[0042] 作为在检测结构期间也可W单独考虑的本发明的特定方面，电子信号评估单元可 W包括放大器电路，该放大器电路被具体实现为电流感应放大器，作为连接到检测线圈的 第一放大级。特别是，其可W被具体实现为跨阻抗放大器，优选地具有低输入阻抗，例如，在 约50化到100. 000化的相关频率范围内低于100欧姆，并且可W被调谐W在约至少100曲Z 到几百曲Z的频率范围内具有大致线性输出。
[0043] 在一个实际实施方式中，电流感应放大器可W包括运算放大器的pAmp)，其具有为 电流到电压结构的反馈网络。该电路可W按照W下方式特别被具体实现：负化Amp输入连 接到线圈的一端，检测线圈的另一端连接到正化Amp输入，并且化Amp输出由第一阻抗（特 别是电阻性阻抗和电容性阻抗）反馈到负化Amp输入。
[0044] 在另一个实际实施方式中，电流感应放大器可W被具体实现为具有输入级，该输 入级包括为电流到电压结构的第一运算放大器级的反馈回路中的JFET。因此，JFET-栅极 例如可W连接到检测线圈并且具有反馈网络。优选地，该电路还包括有源运算点设定和/ 或自举电路，其包括使第一运算放大器级偏置的第二化Amp。
[0045] 其中，检测线圈均可W具有为1到500应导体的低绕组计数，横截面为至少约 0. 1mm2,特别是，其中，检测线圈的绕组包围大于100cm2且小于0. 5m2的面积，优选地具有大 致矩形或环形横截面。在上述任一实施方式中，检测线圈的输出阻抗可W大于检测线圈连 接到的第一放大级的输入阻抗。
[0046] 在本发明的实施方式中，检测线圈被具体实现为PCB上的迹线，特别是，其中，PCB 还包括上述电流感应放大器。
[0047] 在根据本发明的常规实施方式中，检测线圈具有包括两个端口的单个多应绕组， 其将被用作发送器，也用于接收磁场。在特殊实施方式中，检测线圈可W另选地包括用于施 加激励信号的专用发送器绕组部分、W及用于检测磁场的专用接收器绕组部分，优选地，其 中，两个绕组部分相互之间磁性同轴，并且其中，两个端口在公共刚性（优选为单片的）载 体上。
[0048] 本发明还设及一种用于移动检测设备的校准方法，该移动检测设备包括多个检测 线圈，用于根据结构发出的磁场来估计从检测设备到被阻隔的交流电承载结构的距离或深 度值，特别是用于定位在建筑工地处被阻隔在地下的公共设施。该校准设及：将电激励信号 施加至检测线圈中的一个，然后该一个检测线圈用作用于校准场的磁场发送器，并且通过 其余检测线圈接收和评估校准场。利用用于发送或接收的检测线圈使用的置换（优选所有 可能置换）多次进行发送和接收。然后，基于来自每次置换的一组评估的校准场，通过校准 单元进行校准参数的确定，特别是用于至少两个检测线圈（优选地用于所有线圈）的偏移 和增益校准参数。
[0049] 其中，检测设备可W包括至少第一检测线圈、第二检测线圈和第Ξ检测线圈，特别 是包括仅第一检测线圈、第二检测线圈和第Ξ检测线圈，并且校准单元将电激励信号连续 地施加至至少第一检测线圈、第二检测线圈或第Ξ检测线圈中的一个，用于发送校准场。在 各个连续过程中，通过其余检测线圈（目前未对其施加激励信号）进行校准场的检测，并且 存储校准场的值，特别是场强值。然后，基于所存储的值，针对各个检测线圈进行校准参数 的确定。
[0050] 其中，利用检测线圈接收和评估可W包括：通过电流模式放大器在电流模式下放 大检测线圈输出，其给检测线圈提供低输入阻抗，特别是检测线圈的绕组计数低于100。
[0051] 该方法或者设及估算和/或计算的该方法的至少那些部分还可W被具体实现为 存储在机器可读介质上的计算机程序产品，或者被具体实现为电磁波（诸如，例如有线或 无线数据信号）。从而，本发明还设及包括用于根据本发明校准检测设备的程序代码的运种 计算机程序产品。程序代码在此被特别构建用于执行：
[0052] 将激励信号施加至检测设备的一个检测线圈，用于发射校准场，
[0053] 由检测设备的至少一个其它线圈接收校准场，并且存储场值，特别是，其中，针 对检测设备的多个检测线圈交替地进行施加和接收，优选地W覆盖所有可能置换，W及
[0054] 基于所存储的场值，计算用于检测设备的校准参数。
[00巧]该计算机程序可W在根据本发明的检测设备的校准单元中执行，因此该设备还设 及计算装置，该计算装置被构建为利用或不利用实际加载的计算机程序运行提供根据本发 明的校准功能的计算机程序。
【附图说明】
[0056] 下面将参照在附图中示意性示出的工作示例，仅通过举例说明，更详细地描述或 解释根据本发明的设备、方法和设置。具体地，
[0057] 图1示出本文档设及的移动检测设备的实施方式的示例；
[005引图2a和图化示出根据本发明的检测设备及其校准的第一实施方式的示例；
[0059] 图3曰、图3b和图3c示出根据本发明的检测设备及其校准的第二实施方式的示 例；
[0060] 图4曰、图4b和图4c示出可调整大小的根据本发明的检测设备（特别是根据本发 明的校准）的实施方式的示例；
[0061] 图5示出说明根据本发明的检测设备的自校准的原理的框图的示例；
[0062] 图6示出已知线圈检测电路的示例；
[0063] 图7示出图6的电路的波特曲线的示例；
[0064] 图8示出图6的电路的噪声曲线的示例；
[0065] 图9示出根据本发明的特定方面的电路的第一实施方式的示例；
[0066] 图10示出根据本发明的特定方面的电路的第二实施方式的示例；
[0067] 图11示出根据本发明的特定方面的电路的第Ξ实施方式的示例；
[0068] 图12示出根据本发明的特定方面的电路（像图10中的电路）的波特曲线的示 例；
[0069] 图13示出根据本发明的特定方面的电路（像图10中的电路）的噪声曲线的示 例；
[0070] 图14示出已知线圈检测电路与根据本发明的特定方面的线圈检测电路的灵敏度 曲线的比较；
[0071] 图15示出包括特定方面的根据本发明的检测设备的可能实施方式。
[0072] 附图中的图不应当被认为是按比例绘制的。当合适时，相同的附图标记被用于相 同特征或者用于具有类似功能的特征。附图标记的不同索引被用于区分示例性示出的特征 的不同实施方式。
【具体实施方式】
[007引图1示出用于评估从设备1到埋设在地下12的结构10之间的"a"距离值13的移 动检测设备1的实施方式，该结构10承载作为交变电流11的"i"，并且由此发射磁场BiB、 BiA。设备1包括至少两个线圈，被示出为"A"-线圈2a W及"B"-线圈沈，它们相互之间 W作为间距3的"d"布置。从结构10中的电流11发出的磁场由磁场线BiA和BiB示出， 其中，第一个字母B表示磁场，第二个字母"i "表示场的源-其是电流11，并且第Ξ个字母 表示测量的位置-其分别是"A"-线圈2a、"B"-线圈化。
[0074] 通过由线圈2a和线圈2b检测磁场BiA、BiB，进行结构或公共设施10 (其例如可 W是地下电缆、探测器、管道等，本身承载或人工感应出电流）的检测。在此，埋地公共设施 10可W被看作长载流导体，发射磁场。从设备1的定义点到埋地公共设施10的深度13可 W由如下公式在数学上表示：
[00 巧]
[0076] 其中，"Depth"是深度13的值"a"，"A"为在线圈2a处的磁场强度，并且"B"为在 线圈化处的磁场强度，并且"d"为线圈2a和线圈化的间距3。
[0077] 严格来讲，通常关于设备1中包括的线圈2曰、化的中屯、轴线而不是关于地平面确 定深度13。例如，运可W通过定义关于设备1的下侧（例如，通过由设备1提供的深度值 的相应偏移）确定的预定距离并且将设备1的下侧向下放置在地平面上用于准确测量来克 月良。另一个选择是定义从下侧到地面12的工作距离，设备1在该距离处必须被操作并且由 此得到的偏移提供深度值13。用于运样的设备1和发明本身的又一可能新方法是，检测设 备1包括至少一个近程传感器，特别是光学或超声波测距单元，其位于下侧，用于测量从设 备的下侧到地平面的间距，优选地在与磁性深度确定相同的测量方向上。然后，由近程传感 器确定的实际地面间距值被用作用于所确定的深度13的偏移，使得不管设备1如何被保 持，所指示的深度值一直相对于地平面。
[0078] 显然，比上述至少两个线圈2a和化更多的线圈也可W用于检测，特别是用于提供 冗余数据和/或增加的准确度。为了结构10的检测W及其深度13的确定，设备1包括（在 此未明确示出）电子信号评估单元。优选地，评估单元包括可编程和/或硬连线数字计算 单元，如微处理器、DSP、FPGA、ASIC等。
[0079] 上述检测设及磁场BiA、BiB的信号强度，磁场BiA、BiB通过线圈2a和化W及线 圈2a和化相互之间的定位被确定。考虑到组件的容差和老化W及它们在检测设备1中的 定位，介绍性提到的现有技术使用具有亥姆霍兹线圈的外部校准钻机，W产生模仿为所定 义距离的那些长直电缆的电磁场，然后检测设备1被工厂校准到运些电磁场。
[0080] 图2a和图化示出根据本发明的方法的原理的实施方式，根据该实施方式实现例 如也在现场的检测设备1(不要求外部校准钻机）的自校准。W下解释根据本发明的运样 的自校准，该自校准例如可W通过提供设备1的特殊校准模式或功能的校准单元被具体实 现。在此未明确示出的检测设备1的校准单元由此也可W例如至少部分地使用与评 估单元 相同的硬件资源。
[0081] 如图2a所示的布置中，线圈2a被配置为处于普通接收模式，其等于用于埋地公共 设施10的上述检测的一个线圈，例如，线圈2a连接到放大器、滤波器和/或模数转换器。
[0082] 线圈化的作用相反，由于其在检测过程中不用于接收，而是用于发送已知信号， 产生磁场化。运可W通过将电激励信号施加到线圈化实现，该信号优选地具有已知特性， 诸如频率、电流强度和/或相位。为了实现运样，可W通过校准单元将线圈化连接或者切 换到电信号源（特别是电流源）。激励信号为交流信号，优选地在还被用于检测结构10的 检测设备1的频率范围内。例如，具有主电源的频率（例如，50化或60Hz)或者其谐波中 的一个，或者具有由可W被施加至公共设施10的检测信号注入源提供的标准检测频率（例 如，约8曲Z或33曲Z)、和/或例如约15曲Z到60曲Z的无线电范围内。
[0083] 线圈2a目前接收由目前的发送线圈化发射的磁场Ab，并且可W由校准单元分析 和/或存储所检测到的信号，例如，可W确定信号强度和/或最终发生的相移。
[0084] 通过接收电路和电子器件，可W选择感兴趣的特定接收信号，并且系统很难受到 任何外部干扰或者噪声影响，因此可W选择用于发送和接收的特定频率，和/或可W对激 励信号进行具体地编码或调制，并且对接收信号相应地进行解调，W从其它外部信号中区 分出校准信号（仍然没有校准信号中的信息内容被评估并且被提供给另一个装置）。根据 本发明，不仅接收线圈2a的特性而且直到整个接收电路达到数字化值的那些特性都可W 被确定和校准。
[0085] 如图化所示，在本发明中，功能可W反转，并且可W将线圈2a配置为用于场At的 发送器，并且将线圈化配置为用于来自线圈2a的场Ba的接收器。还可W评估和/或存储 所确定的场Ba。在特殊实施方式中，优选地来自相同激励信号源的相同激励信号可W例如 通过相应开关单元被连续地施加到线圈2a和线圈化。
[0086] 基于关于所接收到的校准场Ab、Ba存储的数据，校准单元可W通过确定用于线圈 2曰、化的校准参数使检测设备1自校准，偏移和/或增益的参数偏离通过其可W被调整到 零。然后，那些校准参数在检测期间可W被施加到待检测的结构10的场信号，W补偿不准 确度，并且获得良好检测结果和正确深度值13。
[0087] 在图2a和图化的实际实施方式的示意性示例中，两个线圈2a A和化B(在电缆 定位器设备中通常还命名为"顶部"和"底部"天线）分离距离3 "d"。可W假定两个线圈 2曰、化基本上在同一平面内，并且垂直平面内的任何偏移都可W被忽略。根据本发明，线圈 2曰、化中的每一个还可W被配置为发送器，施加到线圈2a的激励信号将其配置为用于校准 场At的发送器，该校准场可W由线圈化接收，反之亦然。激励信号例如可W是所选择的已 知频率的纯正弦波。
[008引在实际设计中，可能发生由于制造处理导致的线圈间距3 "d"最初可能不被准确 地控制，和/或"d"可能随着溫度和时间变化。"d"的小变化可能引起所接收到的信号强度 的显著改变一一因此深度确定将变得不准确。
[0089] 如图化所示，与具有线圈半径R的发送器线圈2a相距距离3的磁场Ba由从教科 书获知的毕奥萨伐尔定律度iot Savart Law)给出：
[0090]
[0091] 为了简化该分析，假定面积=线圈的截面面积，使得
[0092]
[0093] 为了与图2a和图化一致，将使用下面的术语：
[0094] Ba =在B处从A接收的信号，
[009引 Ab =在A处从B接收的信号，
[009引 At =从A发送的信号，
[0097] 化二从B发送的信号。
[0098] 根据公式，所接收到的信号与（1八〇~3成比例（该比率在检测期间对于来自结构 的场相同），其给出：
[0099]
[0100] 如果一切都很完美，则Ba和Ab是相等的。由于运不是实际情况，因此引入校准值 Ks W补偿"增益"的任何变化。因此，通过确定校准参数实现检测设备1的校准，其使得传 感器化给出与传感器2a相同的读数，使得：
[0101] Ab = Ba · Ks。
[0102] 如果在特定实施方式中假定线圈2a、化相互之间的定位可W被认为是固定的和/ 或已知的，则它们的间距3也可W被包括在校准参数的计算中。例如，用于0.5m的间距"d" 的值理论上给出为8的已知场比率。因此，使用线圈2a作为发送器，我们希望线圈2a和线 圈化之间的信号比率为8,并且基于实际测量的值，可W确定用于校正比率测量中的异常 的校准参数。运可W重复用于多个或者所有线圈。
[0103] 用于该应用的电磁检测线圈2a、2b的性质可W被认为是可逆的，原因在于当线圈 被配置为电磁发送器时，可W认为其具有利用与其接收的基本相同的特性进行发送的固有 能力。如果获得相同结果，则可W得出W下结论：两个线圈2a和2b的响应和/或灵敏度不 存在差异。
[0104] 在此，激励信号可W-个接一个被顺序地施加到线圈2a、2b中的每一个，同时其 余线圈被配置为检测由此感应的校准信号。不要求像现有技术的外部赫姆霍尔兹校准钻机 那样用协同激励信号激励多个线圈，而是可选地，在具有附加步骤的实施方式中，通过将激 励电流的定义差值施加到各个发送检测线圈来验证上述分析，可W验证该校准。
[0105] 在特殊实施方式中，校准还可W被重复用于多个激励信号频率，W覆盖线圈2a、2b 和/或接收电子器件的可能非线性频率响应，例如一次在主频率范围内，并且一次在无线 电频率范围内。线圈2a、化本身均可W通过检测电路被评估。对本发明而言，不要求将线 圈2曰、化连接为串联或者并联连接。
[0106] 图3曰、图3b和图3c示出关于用于包括Ξ个线圈A° 2a、B° 2b和C° 2c的移动 电缆检测设备1的校准的实施方式的示例。
[0107] 在电缆定位仪器1中，Ξ个线圈2曰、化和2c相互之间分离距离"dl"3a和 "d2"。抓。线圈2a、2b和2c的运种布置也用于被阻隔的结构10的定位。
[010引如上所述，根据本发明，校准单元W将线圈2a、2b、2c配置为用于校准场At、Bt、Ct 的发送器的方式被构建。因此，例如线圈2a可W接收从线圈化（图3b)或者从线圈2c (图 3c)发送的信号；线圈化可W检测来自线圈2a(图3a)或线圈2c(图3c)的信号等。
[0109] 如下，术语将包括：
[0110] At =从线圈A发送的信号；
[0111] 化=从线圈B发送的信号；
[0112] Ct=从线圈C发送的信号；
[011引 Ab =在线圈A处从线圈B接收的信号；
[0114] Ac =在线圈A处从线圈C接收的信号；
[011引 Ba =在线圈B处从线圈A接收的信号；
[0116] Be =在线圈B处从线圈C接收的信号；
[0117] 化=在线圈C处从线圈A接收的信号；
[011引 Cb =在线圈C处从线圈B接收的信号；
[0119] 考虑图3曰，其中，线圈A 2a被配置为场At的发送器，场At由线圈B化接收作为 场Ba，并且由线圈。2c接收作为场化。
[0120] 通常，与为线圈半径R的发送器相距距离d的磁场B再次由毕奥萨伐尔定律给出：
[0121]
[0122] 再次，为了简化，假定：面积=线圈的截面面积，运导致：
[0123]
[0124] 当线圈A被施加激励信号时，发射场At的Ba和化为所接收到的场的测量值，运 可W写为：
[0125]
…'
[0126] 并且类似地用于图3b和图3c :
[0127]
(2 化及 [012 引
[0135] 该结果与距离dl和d2无关。
[0136] 为了校准传感器，可W由校准参数进行由线圈化检测出的测量值相对于先前2a 的修正：
[0137] A = Ks · B+Ko，
[013引其中，Ks为校准比例因子，并且Κο为校准偏移。
[013引替换（7)中的Ab，得到：
[0149] 从（11)和（10)可W确定必须被施加到从线圈化检测到的信号的两个校准参数。 当施加那些校正因子时，线圈2a和化现在读取用于所施加的场的校正值，不仅用于校准 场，而且还用于来自待检测的结构10的场。
[0150] 可选地，为了验证线圈阵列将正确地读取深度，可W故意引入已知频率和强度的 电磁场。到埋地公共设施（其可W被认为是长电流承载导体）的深度由W下给出：
[0151]
[0152] 运可W通过将电流的已知差值施加至各个发送器并且重复W上分析被验证。
[0153] 从W上校准和公式还可W计算dl和d2的值，其例如可W关于线圈绕组的中屯、轴 被定义。
[0154] 在此所示的公式被示例性示出W解释基本原理，并且示出其在物理上和逻辑上可 W基于根据本发明的原理实现校准。在本发明的其它实施方式中，上述基本公式可W被修 改，例如W更好地与实际物理条件匹配。例如，磁场公式可W与实际线圈设计相适应，可W 不同地选择校准参数，参数估计、最小二乘拟合W及非线性校准模型等可W用于确定校准 参数等。
[0155] 在本发明的特定实施方式中，检测线圈2a、2b、2c还可W与用于激励信号的附加 专用传输线圈配对，运些附加专用传输线圈在同一平面内对齐并且与检测线圈磁性同轴， 其中，它们可W电隔离或者共享它们的端口中的一个。
[0156] 换句话说，图3曰、图3b和图3c的实施方式可W被描述为检测设备1，该检测设备 1包括至少第一检测线圈2曰、第二检测线圈化和第Ξ检测线圈2c、W及配置单元，该配置 单元下方式被配置和构建：通过将电激励信号施加至一个线圈，将至少第一检测线圈 2曰、第二检测线圈化或第Ξ检测线圈2c中的一个配置为发送器用于校准信号，校准信号发 出校准场At、Bt、Ct，校准场At、Bt、Ct由未被施加激励信号的其余检测线圈中的至少两个 感应，并且基于该感应到的校准场，确定至少两个线圈的校准参数。特别是，第一线圈、第 二线圈和第Ξ线圈中的每一个随后依次被强加激励信号，并且由此所得到的信号由第一线 圈、第二线圈和第Ξ线圈中的其余线圈测量，W通过确定用于消除偏差（特别是任何偏移 和增益）的校准参数对设备进行自校准。
[0157] 图4曰、图4b和图4c示出根据本发明的特殊方面的可W被调整大小的检测设备1、 1曰、化的特定实施方式的一些示例。如从基本公式可W看出，用于公共设施10的深度确定 取决于线圈2a、2b、2c之间的距离3、3曰、36，其中，对于公共设施的深度"曰"。13的准确确 定，较大距离3、3a、3b是比较有利的。因此，现有技术中的设备1必须稍长，W实现线圈2曰、 2b、2c的合理间距3、3a、3b。尽管对检测有利，但是考虑到设备1的存储和/或运输，该大 尺寸是不利的。根据本发明的该特殊方面，W可扩展方式（例如，为可缩放、可弯折、可折叠 设计）构建设备1、la、lb。在此，可W使线圈2a、2b、2c达到第一检测定位，该第一检测定位 具有允许合理深度检测的大线圈间距。在第二存储或运输定位时，使线圈定位变为比大间 距更窄的小间距。
[015引 由于必须准确地知晓线圈2a、2b、2c的间距3、3a、3b-运是因为其影响所确定的深 度"a" 13-运样的可扩展设计可能承受降低的深度准确度，运是因为相互之间的线圈定位 从扩展到扩展可能变化。因此，在现有技术中，线圈2a、2b、2c相互之间刚性固定。线圈2曰、 2b、2c之间的间距通常不用于其它目的，而是用于提供稳定性，并且例如大多数情况下充满 空气。通过在此提出的自校准，可W克服该缺点，运是 因为扩展位置处的稍微改变线圈定位 的影响可W在校准参数中被确定，并且因此可W被补偿-与不补偿的情况相比，允许用于 可扩展设备1、la、lb的更高保证检测准确度。
[0159] 图4a示出设备1中的线圈2a和化的第一扩展检测定位，其中，在该扩展布置中 执行检测或校准。
[0160] 图4b示出设备化可W被存储和/或运输的线圈2a和化的第二压缩存储定位的 示例。在实施方式的该示例中，示出折叠机构或较链机构，由箭头2化指示。在图4c中的 实施方式的示例中，可伸缩机构被用于提供在设备Ic中的线圈2a、化定位的可变性，其由 箭头21c指示。尽管如此，还存在提供和实现根据本发明的该方面的机械可扩展性的其它 已知技术。如果使用多于两个所示线圈2a、2b，例如W上示例的Ξ个线圈2a、2b、2c或者更 多，也可W使用相同原理。第一定位和/或第二定位在此在它们的相应使用期间可W被具 体实现为分块的化locked)。
[0161] 图5示出本发明的实施方式的基本框图的示例，其示出根据本发明的自校准的功 能流程。
[0162] 在框50中，开始根据本发明的校准程序。由于其是设备1的自校准，运可W独立 于外部设备进行，例如在设备1被用于深度检测之前在现场进行。
[0163] 在框51中，设备1的校准单元将检测线圈2a、2b、2c中的一个配置为发送器。运 包括框52,例如通过产生电激励信号并且将该信号切换到一个线圈，将电信号源施加至该 一个线圈。然后，该一个线圈基于激励信号发射校准场。如框53所示，所得到的校准场可 W由未被配置为发送器的其余检测线圈检测。当在校准之后在检测模式下检测到被阻隔的 结构时，按照原本的样子，那些其余检测线圈被配置为处于普通接收模式。存储从校准场检 测的信号的值。
[0164] 在框54中，进行朝向另一个线圈置换用作发送器的一个线圈。特别是，线圈随后 被配置为发送器，优选地出现在设备中的所有线圈一个接一个地被配置为发送器，同时其 余线圈检测所得到的校准场。运通过循环55指示，该过程针对多个（特别是所有）线圈进 行。
[0165] 在框56中，基于W上校准循环期间所接收到的场的存储值确定校准参数。在简单 线性误差模型中的校准参数包括偏移和增益参数，但是考虑到潜在的物理原理和依赖性， 还可W被不同地选择，然后从所存储的值被确定。
[0166] 为了避免来自环境场的影响，在特定实施方式中，激励信号可W被选择为具有特 殊特性（例如频率、调制或编码），根据其能够由校准单元从环境信号中被识别和/或区分 出。在特殊实施方式中-其中，仅来自至少两个检测线圈的信号的相关部分被用于确定深 度，例如，利用仅允许来自相互相关的线圈2a和化的一部分信号通过的滤波进行近程确 定，其中，由于线圈间距3等导致的那些信号的附加时移/相移可W被考虑一一所接收到的 信号和/或激励信号之间的相关性也可W被考虑用于根据本发明的校准。
[0167] 当在不进行W上呈现的校准时，W下特殊方面也可W被认为是本发明本身。除了 校准之外，但是也是为了校准，对于检测设备1的性能来说，实现高灵敏度、高线性和高信 噪比也很重要。
[016引设计用于电缆检测的线圈2a、2b、2c的传统方法基于法拉第感应定律。例如，经常 使用的罗格夫斯基（Rogowski)线圈具有与应数"η"成比例的输出电压。为了获得更高的 灵敏度或电压输出，将更多应电线简单地添加到线圈是明显的。现有技术中的电缆检测线 圈设计通常具有10000应或者更多，并且因此大且重。那么多应通常被分成多个通道，使得 将绕线分开w减小线圈的自电容。
[0169] 图6中示出具有实现电压检测原理的相应电子设计63的一种典型已知检测线圈 2。所检测到的磁B场61在检测线圈2的端子62处产生输出电压Vout。例如，通常使用 的检测线圈L2 2可W具有约900应，平均绕组直径约70mm，串联电阻约470 Ohm,自电容约 5nF，W及电感约140mH。分析其相应电学等效电路得到用于线圈自身的灵敏度的表达式，单 位为伏/特斯拉
[0170] V/B = j. 2. 311 f. η. a" (20)。
[0171] 其中，f =频率，η =应数，a =罗格夫斯基线圈的半径，B =磁通量，V =输出电压。 [017引在公式（20)中，灵敏度与f、n和a2成比例，并且不取决于电感L。
[0173] 在实际实施方式中，与绕组计数η和所包围的线圈面积a2的比例都很合适，但是 对于频率响应，必须考虑在端口 62处连接到线圈2的评估电路63 W及其输入阻抗Ri。。运 使得用于在高频下的灵敏度的表达式变成：
[0174] V/B = 31 . η.日2.化n/L (21)。
[0175] 用于灵敏度的该表达式（21)目前与频率无关，但是在实际应用中，由于线圈的自 电容导致在更高频率处转降，为了简单起见，运不包括在W上公式中。
[0176] 图7示出像图6的电路的通常使用的电路的典型波特曲线（跨频率的灵敏度67 和相位66)的示例。其展现了在约5kHz处具有谐振的非线性灵敏度，但是主频、人工引入 的检测频率W及由检测设备检测到的典型自然发射的无线电频率均不从该谐振受益。
[0177] 图8示出像图6的电路的通常使用的电路的跨频率的相应噪声曲线的典型示例。 噪声曲线68在低频范围内具有最高噪声水平（对于干线检测，运必须被感应到）并且在从 上获得的谐振频率范围内具有噪声峰值。
[0178] 在本发明的W下方面之前或者在没有运些方面的情况下，设计检测线圈2遇到的 实际问题是实现具有低自电容的很多应，运限制高频操作。作为一种解决方案，多种方法被 设计，像波形绕组并且将绕组分成多个区段，所有那些方法的结果都使得线圈2的体积变 得更大。
[0179] 可W看出，上述已知和使用的用于设计检测线圈2评估电路63的方法具有其缺 陷，尤其是考虑到非线性、灵敏度和噪声，而且还考虑到具有所要求的很多绕组的大线圈。 考虑到根据本发明的校准，特别是跨频率的非线性，还有噪声和灵敏度都可能阻碍准确校 准。例如，考虑到非线性，很可能要求单独校准各个检测频带。
[0180] 根据本发明的该方面，提出了一种用于电缆检测设备的上述检测电路的另选设 计。与现有技术相比，本发明的该方面的方法使其输出更加线性，不依赖于应数，并且在低 频处还具有更高的灵敏度，如下详细解释的。特别是，根据本发明的校准将从其受益，但是 其自身也带来优点。在没有校准方面的情况下，在电缆检测技术领域中，其可W被认为是独 立发明。
[0181] 图9示出根据本发明的该方面的电流检测模型的基本结构。如之前图6所示，B 表示穿过线圈2的磁场61，Vout 71为接收电路的输出电压，并且I为流过线圈2的电流。 包括电线导体的一个或多个回路的线圈2如前可W由其电感^其串联电阻R、W及其电容 C建模。根据发明的该方面的放大器为电流放大级，具有运算放大器70及其电流输入模式 反馈网络Rf。Rf表征根据本发明的该方面的放大器使用的反馈网络。
[0182] 因此，灵敏度表达式被推导为：
[0183]
口巧，
[0184] 其中，Rf =反馈阻抗，V =输出电压，L =线圈电感，B =磁场，η =应数，a =线圈 的半径。
[0185] 已经注意到，W上公式（22)暗示灵敏度目前与频率无关。考虑到电感以例如为矩 形截面的线圈可W由下列方程定义：
[018引 L = P0. a. n2 (2扣，
[0187] 其中，"a"为平均线圈半径，"η"为应数，并且P。为可W在教科书中找到的线圈系 数。还存在用于已知线圈电感的数值确定的其它公式，但是在粗略方法中，它们还与a和η 的平方近似成比例。
[018引将W上公式（23)带入公式（22)，并且考虑线圈2的串联电阻，其附加参数Ρ =线 圈绕组材料的电阻率，W及S =绕组的导体的截面面积，并且通过考虑欧姆定律，给出用于 灵敏度的表达式：
[0189]
[0190] 上面所示的用于灵敏度的表达式不依赖于应数η，并且与线的电阻成反比。因此， 根据本发明的该方面，厚导体的低应数比在现有技术方法中使用的高绕组计数更有利。
[0191] 根据W上理论公式，单应厚高导电线是更优选择，因为可W在输出处获得高灵敏 度，其不依赖于频率。然而，当考虑到非理想组件（特别是放大器70)时，低绕组计数和大 截面、高导电绕组材料的原理仍然保持，但是必须对所使用的组件进行优化，使得大于1但 是仍然很低（也就是说，低于几百应）的绕组计数可能实际上被实现为最佳折衷，该最佳折 衷还取决于所选择的运算放大器70的类型，并且例如能够通过模拟确定。为了高灵敏度， 还存在组件的低噪声设计及其所要求的设置，W特别是在在电缆检测时使用的约50Hz到 250曲Z的期望频率范围内测量期望弱电磁场。对于整体性能，不仅是灵敏度，还必须考虑可 实现的SNR。如果仅使用单应大直径线，则为了最大灵敏度，电阻基本上是到运算放大器的 短路。因此，必须仔细考虑放大器的偏移和电流噪声规格，否则其通过较高噪底覆盖改进后 的灵敏度，妨碍期望信号的检测。
[0192] 图10示出具有检测线圈2的实施方式的示例，根据上面刚好讨论的本发明该方 面，当开关72与激励信号源73接触时，检测线圈2 (如在最上面论述的）可W由校准单元配 置成发送器，或者当开关72与放大级接触时，检测线圈2被配置为处于普通接收模式。所 使用的部件的值仅是说明性的，并且不是限制性的。在运里未示出的另一个实施方式中，可 W将放大级直接连接到线圈，由此从73施加的激励信号也可W由检测所接收到的信号的 同一电路检测到。
[0193] 图11示出具有根据本发明的该方面的特性的另一个实施方式的另一个示例，其 中，连接到线圈的输入级包括第一级中的JFET J1，反馈回化Amp U1。自举电路75被示出 为示例性实施方式，并且还可W被不同地实现。除了用于本发明的特定方面的线圈2a的检 测电路，还示出检测设备的线圈化，其被配置用于通过校准单元发送。信号源73将激励信 号施加至线圈化，线圈化发射禪合至离线圈2a W-间距定位的检测线圈化的校准场B， w实现如前论述的校准。
[0194] 图12示出根据本发明的该方面的检测的相位76和幅值77的波特曲线，其比图7 中的曲线明显更加线性，特别是当考虑比例的变化时。而且，图13所示的噪声曲线78与图 8相比已经改进。
[0195] 图14中示例性地示出来自利用不同应数和不同线直径评估的实验结果的一些示 例。该图表示出如图9、图10或图11所示的输出电压Vout对单位为kHz的频率范围，其是 当线圈2在该频率处被提供有所定义强度的电磁场时得到的。
[0196] 作为根据本发明的特定方面的典型尺寸范围的示例，可W考虑缠绕到约90mm直 径的线圈上的约20应线的线圈实施方式。运些实施方式由直径为0. 71mm、0. 315mm的线制 成，但是还可W使用其它直径。很明显，不要求使用环形截面材料用于绕组，例如，也可W使 用方棒或者锥带W形成根据本发明的一个或更多个绕组。绕组应该由良好导体构成，优选 铜，但是还可W例如侣、金或银。该图表示出大直径线（通常具有较高截面面积）在较低频 率处比较小直径线实现更好的灵敏度。比较而言，现有技术方法具有高应数，在比较时，示 出电压放大线圈。特别是考虑到对于给定埋地公共设施检测应用最相关的期望频率范围， 可W看到在50至200化的低频范围内的那些期望频带中的改进灵敏度。
[0197] 在基于图15中所示的示例性工作实施方式论述的示例中，将被覆盖的期望频带 从约50化到约250曲Z。而且，如低功率消耗、重量轻、用于现场应用的合适溫度范围、W及 小尺寸的其它因素都是将被考虑的因素。线圈2曰、化被设计成具有示例性尺寸，其对于手 持电缆定位工具是合理的，并且优选比现有技术设备更小，但是 具有相同灵敏度。例如，线 圈可W被设置为约80mmx80mm的面积一一其等于约90mm的平均半径。在该数量级的线圈 面积被证实可W为该检测设备1提供实现与埋地公共设施10距离5米检测距离所要求的 足够灵敏度，其大致等于4E-9特斯拉，因此用于磁场的目标灵敏度可W约为E-12特斯拉。 [019引作为本发明的该实施方式的特殊方面，线圈2a、2b由PCB 80a、8化上的迹线具体 实现，印刷电路板还可W包括检测设备1的电子器件的至少一部分，特别是根据本发明的 特殊方面的电流放大级81，其实际上允许通过可W在PCB中具体实现的低绕组计数实现合 理检测性能，低绕组计数通常约或小于100应。如果期望，PCB上的铜层可W被选择为很厚， 可W实现绕组的大截面面积。
[0199] 存在两个PCB 80a和80b，各自分别具有示出的检测线圈2a和2b，它们的线圈轴 线82相隔距离3,但是还可W具有其它线圈结构，例如可W实现如图3a中所示的Ξ个线圈 布置，和/或可W组合图4b或图4c的可扩展性。通过所示设计，可W构建小尺寸的轻量检 测设备1。PCB线圈允许甚至更小、更轻和有效的设计，并且当第一放大级81接近线圈定位 时，获得噪声免疫。然而，绕线的线圈也可W在另一个实施方式中使用，特别是具有低应数 的粗线，如上所述。
[0200] 所示设备1还包括校准单元，校准单元W为了校准，通过施加激励信号将设备1内 的每一个线圈2曰、化顺序地配置为发送器的方式被构建。从而，由其余线圈拾取所发送的 校准场，并且基于所拾取的信号，将设备的自校准确定为用于线圈2曰、化的校准参数。校准 还可W获得检测的电流放大器方面的高线性的附加优点，由此可W进一步改进设备1的准 确度和灵敏度。通过校准参数，不仅线圈2曰、化和它们之间的间距3,而且评估电路（例如， 包括电流放大器、可能的附加放大器和/或滤波器、W及模数转换器）都包括在校准中。
[0201] 本领域技术人员应当知晓的事实是，在本发明的意义上，在此关于不同实施方式 示出和解释的详情也可W与来自其它实施方式并且在其它置换中的详情组合。
【主权项】
1. 一种移动检测设备（1)，该移动检测设备（1)用于根据被阻隔的交流电流承载结构 (10)发出的磁场来评估从所述移动检测设备（1)到被阻隔的交流电流承载结构（10)的距 离/深度值（13)，特别是用于在建筑工地处被阻隔在地下（12)的公共设施的定位， ?多个检测线圈（2a，2b，2c)，各个所述检测线圈包括电导材料的至少一个绕组，所述多 个检测线圈相对于彼此按照一间距（3, 3a，3b)被布置在固定位置处，以及 ?电子信号评估单元，所述电子信号评估单元用于根据由所述磁场在所述检测线圈 (2a，2b，2c)中感应的电信号检测所述结构（10)，并且根据至少两个所述检测线圈（2a，2b， 2c)之间的电信号的差值评估所述距离值（13)， 所述移动检测设备（1)的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括校准单元，所述校准单元被构建为通过施加电激励信号将 所述检测线圈（2a，2b，2c)中的一个配置为用于校准场（At，Bt，Ct)的发送器，通过其余所 述检测线圈检测所述校准场（At，Bt，Ct)，并且 其中，用于所述检测线圈（2a，2b，2c)的校准参数由所述校准单元基于所检测到的校 准场（At，Bt，Ct)来确定，所述校准参数特别包括至少校准比例因子和校准偏移。2. 根据权利要求1所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1)的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括至少第一检测线圈（2a)和第二检测线圈（2b)，特别是仅包 括第一检测线圈（2a)和第二检测线圈（2b)， 并且所述校准单元被构建为将所述检测线圈（2a，2b)中的一个连续地配置为用于所 述校准场（At，Bt，Ct)的发送器，同时利用其余检测线圈检测所述校准场（At，Bt，Ct)。3. 根据权利要求1所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1)的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括至少第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线 圈（2c)，特别是仅包括第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线圈（2c)，并且 所述校准单元被构建为将所述电激励信号连续地施加到至少所述第一检测线圈（2a)、所述 第二检测线圈（2b)或所述第三检测线圈（2c)中的一个以发送所述校准场（At，Bt，Ct)，通 过未被施加所述电激励信号的两个其余检测线圈检测校准场（At，Bt，Ct)，特别是其中，基 于所检测到的校准场（At，Bt，Ct)确定用于至少两个所述检测线圈的所述校准参数，并且 其中，所述校准参数还包括用于至少两个所述检测线圈的所述检测线圈（2a，2b，2c)的间 距（3, 3a，3b)参数。4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 由电流信号发生器（73)产生所述电激励信号，优选地由输出能够选择性地切换至所 述检测线圈（2a，2b，2c)中的一个的一个单个信号发生器产生所述电激励信号， 特别是，其中，所述电激励信号是已知频率的正弦波，优选地具有可变或可调制幅值和 /或频率，特别是，所述校准信号以使得所述校准信号与其它环境信号和噪声唯一可区分的 方式被调制或编码。5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述电子信号评估单元包括放大器电路，所述放大器电路被具体实现为电流感应放大 器（81)，作为连接至所述检测线圈（2a，2b，2c)的第一放大级，特别是，所述放大器电路被 具体实现为跨阻抗放大器，优选地具有低输入阻抗，例如低于100欧姆，特别是，其中，所述 放大器电路被构建为被调谐以与线圈（2a，2b，2c)组合具有在频率上的大致线性输出。6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)各自具有为1到500匝导体的绕组计数，截面积为至少 0. 1mm2,特别是，其中，所述检测线圈（2a，2b，2c)的所述绕组包围大于100cm2且小于0.5m2 的面积，优选地，具有大致矩形或圆形截面。7. 根据权利要求5至6中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述电流感应放大器（81)包括反馈网络为电流到电压结构的运算放大器OpAmp，特别 是，其中， ?负OpAmp输入连接到所述检测线圈（2a，2b，2c)的一端， ?所述检测线圈（2a，2b，2c)的另一端连接到正OpAmp输入，并且 ?所述OpAmp输出通过第一阻抗，特别是通过电阻性阻抗和电容性阻抗，被反馈到所述 负OpAmp输入。8. 根据权利要求5至6中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述电流感应放大器（81)被具体实现有输入级，所述输入级包括为电流到电压结构 的第一运算放大器级的反馈回路中的JFET，特别是，其中，JFET-栅极连接到所述检测线圈 (2a，2b，2c)和所述反馈网络，优选地，有源运算点设定包括用于使所述第一运算放大器级 偏置的第二运算放大器。9. 根据权利要求5至8中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)的输出阻抗高于所述检测线圈（2a，2b，2c)所连接到的第一 放大级的输入阻抗。10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)被具体实现为PCB(80a，80b)上的迹线，特别是，其中，所述PCB(80a，80b)还包括所述电流感应放大器（81)。11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的移动检测设备（1)，所述移动检测设备（1) 的特征在于： 所述检测线圈（2a，2b，2c)具有用于施加所述电激励信号的专用发送器绕组部分和用 于检测磁场的专用接收器绕组部分，优选地，其中，两个绕组部分彼此磁性同轴，其中，所述 两个部分在公共刚性载体上。12. -种用于移动检测设备（1)的校准方法，所述移动检测设备（1)包括多个检测线 圈（2a，2b，2c)，用于通过以下处理，根据被阻隔的交流电流承载结构（10)发射的磁场来估 计从所述移动检测设备（1)到被阻隔的交流电流承载结构（10)的距离值（13)，特别是用于 定位在建筑工地处被阻隔在地下的公共设施： 将电激励信号施加至所述检测线圈（2a，2b，2c)中的一个，然后该一个检测线圈用作 用于校准场的磁场发送器，以及 由其余检测线圈（2a，2b，2c)接收和评估所述校准场， 以上处理通过用于发送或接收的检测线圈的置换多次进行，并且其中，由校准单元基 于来自每次置换的一组所评估的校准场来确定用于至少两个所述检测线圈（2a，2b，2c)的 校准参数，特别是偏移和增益校准参数。13. 根据前述权利要求12所述的方法，该方法的特征在于： 所述移动检测设备（1)包括至少第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线 圈（2c)，特别是仅包括第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)和第三检测线圈（2c)，并且 所述校准单元将电激励信号连续地施加到至少第一检测线圈（2a)、第二检测线圈（2b)或 第三检测线圈（2c)中的一个用于发送所述校准场（At，Bt，Ct)，并且通过未被施加所述电 激励信号的其余检测线圈（2a，2b，2c)检测所述校准场仏〖，8〖，(^)，并且存储其值，特别是 其中，所述校准参数的确定包括用于各个检测线圈的增益参数和偏移参数，优选地还包括 所述检测线圈（2a，2b，2c)的间距（3, 3a，3b)参数。14. 根据前述权利要求12或13中的任一项所述的方法，该方法的特征在于： 利用所述检测线圈（2a，2b，2c)接收和评估包括：通过将低输入阻抗提供给所述检测 线圈（2a，2b，2c)的电流模式放大器（81)在电流模式下放大检测线圈输出，特别是，其中， 所述检测线圈（2a，2b，2c)的绕组计数低于100。15. -种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码 或者被具体实现为电磁波的计算机-数据-信号，用于移动检测设备（1)的校准，所述计算 机程序产品被构建为执行： ?将激励信号施加至所述移动检测设备（1)的一个检测线圈（2&，2比2(：)，用于发射校 准场（At，Bt，Ct)， ?通过所述移动检测设备（1)的至少一个其它线圈（2a，2b，2c)接收所述校准场（At， 81以），并且存储场值，特别是，其中，针对所述移动检测设备（1)的所述检测线圈（2&，213， 2c)交替地进行施加和接收，优选地以覆盖所有可能置换，以及 ?基于所述场值来计算用于所述移动检测设备的校准参数， 特别是在根据权利要求1至11中的任一项所述的移动检测设备（1)的校准单元中执 行。
【专利摘要】埋地公共设施检测。本发明涉及一种移动检测设备(1)，用于根据被阻隔的交流电流承载结构发出的磁场，评估从所述设备到被阻隔的交流电流承载结构的距离值，如地下公共设施的定位。该设备包括：多个检测线圈(2a，2b)，相对于彼此按照一间距(3)布置；以及电子信号评估单元，用于根据由磁场在检测线圈中感应出的电信号检测所述结构，并且根据至少两个所述检测线圈之间的电信号的差值估计距离值。根据本发明，该设备(1)包括校准单元，该校准单元被构建为通过施加电激励信号将检测线圈中的一个配置为用于校准场(At，Bt)的发送器，通过其余检测线圈检测校准场(At，Bt)，并且确定用于检测线圈的校准参数。
【IPC分类】G01V13/00, G01V3/08
【公开号】CN105487123
【申请号】CN201510659310
【发明人】西蒙·布兰松
【申请人】电缆检测有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月15日
【公告号】EP3002614A1, US20160097874
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