專利名稱：一種計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一個(gè)能計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀。
背景技術(shù)：
在被掩埋的電纜、光纖電纜、或其他公用管道或管子處開始進(jìn)行挖掘或其他工作 之前，重要的是要確定這種掩埋電纜或者管道的位置，以確保它們?cè)谶M(jìn)行上述工作期間不 被損壞。一旦埋地管道的深度被測(cè)定，安全的挖掘深度就可以被計(jì)算出來。載流導(dǎo)體發(fā)出的電磁輻射可以被電子天線檢測(cè)到。如果光纖電纜或非金屬公用導(dǎo) 管或管道匹配有微小的電子示蹤線，交替電流可以被引導(dǎo)在所述示蹤線上以輻射出電磁輻 射。眾所周知使用探測(cè)儀去檢測(cè)傳輸交流電的導(dǎo)體所放射的電磁場(chǎng)。其中一類探測(cè)儀的工作模式是以下兩種之一，即“主動(dòng)〃或〃被動(dòng)〃模式。每 個(gè)模式都有自己探測(cè)的頻率波段。被動(dòng)模式包括“功率”模式和“無線”模式。在功率模式中，探測(cè)儀檢測(cè)導(dǎo)體產(chǎn)生的 磁場(chǎng)，該導(dǎo)體傳輸主要功率供應(yīng)在50/60赫茲的交流電，或者來自于導(dǎo)體磁場(chǎng)的再次輻射， 導(dǎo)致附近的電纜運(yùn)輸?shù)腁C功率和高次諧波達(dá)到5kHz。在無線模式中，探測(cè)儀檢測(cè)到由埋入 式導(dǎo)體再次輻射的低頻(VLF)無線能源。原始的低頻(VLF)無線信號(hào)的來源是很多商業(yè)和 軍事上的低頻長(zhǎng)波發(fā)射機(jī)在主動(dòng)模式中，一個(gè)信號(hào)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一公知頻率和調(diào)制的交流磁場(chǎng)，并引導(dǎo)一電 流出現(xiàn)在埋入式導(dǎo)體的附近。信號(hào)發(fā)射器可直接連接到導(dǎo)體，否則直接連通是不可能，一個(gè) 信號(hào)發(fā)射器可放在靠近埋入式導(dǎo)體附近使得一信號(hào)可以引導(dǎo)至該導(dǎo)體。埋入式導(dǎo)體再次輻 射的信號(hào)由信號(hào)發(fā)射器所產(chǎn)生。本實(shí)用新型進(jìn)一步發(fā)展了現(xiàn)有系統(tǒng)，去計(jì)算埋入的載流導(dǎo)體的深度，提供額外的 功能，使用戶獲益更多。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于，提供一種計(jì)算埋入式導(dǎo)體的深度的探測(cè)儀，去計(jì)算 埋入的載流導(dǎo)體的深度，提供額外的功能，使用戶獲益更多。依照實(shí)用新型第一個(gè)方面，是提供了一個(gè)計(jì)算埋入式導(dǎo)體的深度的探測(cè)儀，探測(cè) 儀包括用來檢測(cè)上述導(dǎo)體輻射的電磁場(chǎng)的多個(gè)天線；在所述天線探測(cè)范圍的基礎(chǔ)上計(jì)算 上述導(dǎo)體深度的手段；以及當(dāng)滿足一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，顯示計(jì)算出的上述導(dǎo)體深度的
直o該探測(cè)儀進(jìn)一步包括計(jì)算上述導(dǎo)體與探測(cè)儀的連線與垂直線之間e角度的手 段，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是所述9角在士 10°內(nèi)，最好是在士5°內(nèi)，或者士2°之間。該探測(cè)儀進(jìn)一步包括計(jì)算在所述導(dǎo)體的軸與垂直于天線軸的平面之間的 角度 的手段，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是所述 角在士 10°內(nèi)，最好是在士5°之間，或者士2°之間。該探測(cè)儀進(jìn)一步包括計(jì)算在天線附近檢測(cè)到的電磁場(chǎng)的二階導(dǎo)數(shù)的手段，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是二階導(dǎo)數(shù)小于0.5° /S2，最好是少于0.2° /S2或者是0.1° /S2。該探測(cè)儀進(jìn)一步包括計(jì)算深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差涉及10赫茲帶寬的手段，其中所 述標(biāo)準(zhǔn)是深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，最好是小于2%或者是1%。該探測(cè)儀可進(jìn)一步包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，具有由所述天線輸出的數(shù)字信號(hào)的 動(dòng)態(tài)范圍，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是輸入到ADC的信號(hào)在ADC的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。該探測(cè)儀進(jìn)一步包括計(jì)算在天線附近測(cè)得的場(chǎng)大小的一階導(dǎo)數(shù)，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是 在天線附近測(cè)得的場(chǎng)大小的一階導(dǎo)數(shù)小于每秒信號(hào)的5%，最好少于每秒信號(hào)的2%。該探測(cè)儀可進(jìn)一步包括去計(jì)算相關(guān)天線的相位，其中所述數(shù)值是天線之間的不同 相位小于5°，最好少于2°或者1°。依照實(shí)用新型的第2個(gè)方面，是提供一個(gè)載體中進(jìn)行電腦可讀的代碼來控制微處 理器去進(jìn)行如上所述方法。依照實(shí)用新型的第3個(gè)方面，是提供了一個(gè)計(jì)算埋入式導(dǎo)體的深度的探測(cè)儀，探 測(cè)儀包括多個(gè)天線，用來檢測(cè)上述導(dǎo)體對(duì)電磁場(chǎng)的輻射，一個(gè)微處理器，配置在探測(cè)天線 范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上去計(jì)算上述導(dǎo)體的深度，一個(gè)顯示設(shè)備，當(dāng)滿足一個(gè)或多個(gè)所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)顯 示計(jì)算出的上述導(dǎo)體的深度。其中所述微處理器進(jìn)一步被配置去計(jì)算上述導(dǎo)體與探測(cè)儀的連線與垂直線之間 e角度的手段，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是所述e角在士io°內(nèi)，更好的是在士5°內(nèi)，以及在士2° 內(nèi)。其中所述微處理器進(jìn)一步被配置去計(jì)算在所述導(dǎo)體的軸與垂直于天線軸的平面 之間的 角度的手段，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是所述 角在士 10°內(nèi)，更好的是在士5°內(nèi)，以及 在士2°內(nèi)。其中所述微處理器進(jìn)一步被配置去計(jì)算深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差涉及10赫茲帶寬的 手段，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，更好的是小于2%，以及小于1%。所述探測(cè)儀可進(jìn)一步包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，具有由所述天線輸出的數(shù)字信號(hào) 的動(dòng)態(tài)范圍，其中所述標(biāo)準(zhǔn)是輸入到ADC的信號(hào)在ADC的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。其中所述微處理器進(jìn)一步被配置去計(jì)算在天線附近測(cè)得的場(chǎng)大小的一階導(dǎo)數(shù)，其 中所述標(biāo)準(zhǔn)是在天線附近測(cè)得的場(chǎng)大小的一階導(dǎo)數(shù)小于每秒信號(hào)的5%，更好的是小于每 秒信號(hào)的2%，以及小于每秒信號(hào)的1%。其中所述微處理器進(jìn)一步被配置去計(jì)算相關(guān)天線的相位，其中所述數(shù)值是天線之 間的不同相位小于5°，更好的是小于2°，以及小于1°。綜上，本實(shí)用新型為計(jì)算埋地電流承載導(dǎo)線深度的現(xiàn)有設(shè)備帶來更多的提高，為 使用者提供附加的功能和便利。

圖1是一個(gè)探測(cè)儀實(shí)用新型具體化的一個(gè)方框圖圖2是一個(gè)已知探測(cè)儀的兩個(gè)橫向天線的示意圖圖3是一個(gè)圖1的探測(cè)儀的3個(gè)天線的示意圖圖4是一個(gè)被圖3的天線檢測(cè)出的處理信號(hào)的圖1的探測(cè)儀圖5是一個(gè)圖1兩個(gè)天線的探測(cè)儀的示意圖
4[0031]圖6是一個(gè)兩個(gè)天線的探測(cè)儀的進(jìn)一步的示意圖圖7是一個(gè)框圖1的探測(cè)儀的部分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理塊
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型的一具體便攜式探測(cè)儀的方框圖。探測(cè)儀包括五個(gè)天線3，其是 為了檢測(cè)載流導(dǎo)體輻射的電磁信號(hào)。每個(gè)天線3將天線附近的電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為由天線3輸出 的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)5。每個(gè)天線的輸出是通過前置放大、均衡濾波、增益開關(guān)7。如果場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)5是低， 那么天線3的輸出被均衡過濾器放大和過濾。如果由天線3輸出的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)5是足夠的信 號(hào)，那么信號(hào)直接進(jìn)入探測(cè)儀的下一階段。除了由天線3輸出，其他輸入也可直接適用于探 測(cè)儀，例如像夾子，聽診器，水下探頭和A-frame故障調(diào)查器的配件。前置放大、均衡濾波、增益開關(guān)7的輸出進(jìn)入一個(gè)超外差混頻器9?；煲羝麟娐返?目的是恢復(fù)所有來自載體的大小和相位信息?；祛l器9的輸出進(jìn)入多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器(CODEC) 11。C0DEC11是一個(gè)24比 特的stereo delta-sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。這是一個(gè)相對(duì)較便宜的設(shè)備，且具有士 1 % 的缺乏絕對(duì)準(zhǔn)確度，但是擁有優(yōu)秀的比例精度然而，方式是C0DEC11在本實(shí)用新型中是以下文所述的方式的理想狀態(tài)的應(yīng)用。 C0DEC11的上述例子場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)高達(dá)96kHz。C0DEC11的輸出進(jìn)入到數(shù)字信號(hào)處理模塊13，其 中包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。該探測(cè)儀的進(jìn)一步包括一電源集合(PSU) 15，該P(yáng)SU15包括如電池和電源管理電 路的電源。一種通訊模塊17提供讓探測(cè)儀連接到個(gè)人電腦(PC)或個(gè)人數(shù)字助理(PDA)上 傳數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在探測(cè)儀中，以及允許從PC\PDA下載到探測(cè)儀。例如軟件的更新。該探測(cè)儀進(jìn) 一步包括記憶模塊19和用戶界面21。用戶界面21可以包括一個(gè)或多個(gè)用來為設(shè)備操作者 顯示信息的顯示器、如鍵盤或觸摸感應(yīng)的屏幕的輸入設(shè)備、及如揚(yáng)聲器或蜂鳴器的音響輸 出設(shè)備。便攜式探測(cè)儀的組件裝在一個(gè)匣子里(未顯示)。圖2是一個(gè)已知探測(cè)儀的兩個(gè)橫向垂直距天線B的示意圖，一已知探測(cè)儀T在延 長(zhǎng)垂直小屋范圍內(nèi)(未顯示)。使用探測(cè)儀支持垂直地面23，其中載流導(dǎo)體25和底部天線 掩埋在接近地面23天線的軸線是水平的，并且底部天線B與頂端天線T之間的距離是2S。 導(dǎo)體25被掩埋在距地面23 (及底部天線B以下的)以下深度d的位置，導(dǎo)體25與天線B 及T之間水平距離為x。當(dāng)交流電流入導(dǎo)體25導(dǎo)體，25輻射電磁場(chǎng)。磁通密度或底部天線的磁場(chǎng)Bb和頂 端天線的磁場(chǎng)Bt由于載流導(dǎo)體25所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)分別為幼 ^fe+c⑴以及BT{x,d)= ^Kd + 2s)
rv ; 27ciid + 2s)2 +X1)其中y Q是自由空間的滲透性I是流入導(dǎo)體25的電流。[0046]C是一個(gè)頻率變量，稱為共模場(chǎng)失真。共模場(chǎng)失真是載流導(dǎo)體25所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)失真，由于被掩埋的載流導(dǎo)體25材料 的復(fù)阻抗。因?yàn)榈孛嬗幸粋€(gè)分布式的復(fù)阻抗，共模場(chǎng)失真的結(jié)果是信號(hào)的同質(zhì)失真，由于通 過地面返回的電流。地面各種材料的復(fù)阻抗，如干燥的土壤，濕粘土和沙子。例如，在頻率 83kHz時(shí)，導(dǎo)體被掩埋在地下1. 7米在濕粘土中，C的貢獻(xiàn)提供了 34%變化到B的理論價(jià)值?；跍y(cè)量磁通密度Bb和Bt，埋入式導(dǎo)體的深度等于 將方程⑴和⑵代入方程(3)，當(dāng)X = 0，等等。當(dāng)探測(cè)儀是以上載流導(dǎo)體25 由方程(4)可以看出，深度計(jì)算使用了兩個(gè)天線是依賴共模場(chǎng)，這是在確定埋入 式導(dǎo)體的深度時(shí)實(shí)際的難題。這一困難通過補(bǔ)償算法在常規(guī)儀器中得到減輕，這個(gè)補(bǔ)償算 法接近于共模場(chǎng)失真，而共模場(chǎng)失真是基于不同地點(diǎn)的測(cè)量來將一個(gè)"平均"的油性給予 函數(shù)C。這個(gè)接近值不是令人滿意的，由于重要的不同，在干燥土壤與濕粘土之間達(dá)到35% 的測(cè)量數(shù)據(jù)，一般來講，這樣將導(dǎo)致所述掩埋的電流載體導(dǎo)體的深度被低估。圖3是圖1的探測(cè)儀的3個(gè)水平垂直空間的天線T，M，B的示意圖。天線的軸是水 平的。中間的天線M被放置在底部天線B和頂部天線T之間的中道，每一個(gè)天線之間的距 離是S，所以-底部天線B和頂端天線T之間的距離是2S。根據(jù)圖2所示，導(dǎo)體25被掩埋 在深度d以下的地面23 (底部天線B以下)導(dǎo)體與天線T，M，B之間的水平距離為x。磁通 密度在中間的天線B，M是 事實(shí)上，當(dāng)天線是垂直在導(dǎo)體之上時(shí)，計(jì)算出電流載體導(dǎo)體的深度，即，側(cè)面X為0 時(shí)，方程式(1)，(2)和(5)變?yōu)?考慮的便利比率R如下給定 將方程式(6) (7)和(8)代入方程式(9)等于
Mpi 2n{d + s)
該比值R實(shí)際上是二階導(dǎo)數(shù)梯度值，獨(dú)立于于共模場(chǎng)失真C，簡(jiǎn)化方程(10)等于
算出方程式(11)，d等于3個(gè)天線深度方程
因此，方程式(9)和(12)通過比較3個(gè)天線在磁場(chǎng)的密度，提供了一個(gè)計(jì)算電流 載體導(dǎo)體25的深度的方法。通過使用比例值R，其獨(dú)立于掩埋載流導(dǎo)體中物質(zhì)的復(fù)阻抗，方 程式(9)和(12)免除需要補(bǔ)償被掩埋載流導(dǎo)體25中物質(zhì)的共模場(chǎng)作用。這些方程式提供 了一個(gè)更好的埋入式導(dǎo)體深度的計(jì)算方法。 方程⑴，⑵和(5)適用于無限導(dǎo)體傳輸統(tǒng)一電流以及在真空中理想放射場(chǎng)。當(dāng) 這種導(dǎo)體被掩埋在有限電導(dǎo)率的土壤中，二次電流和電磁場(chǎng)產(chǎn)生并引導(dǎo)至土壤中。另一種 可選擇的模式下，方程式(1)，(2)和(5)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的場(chǎng)是如下，其展示了方程式(1)， (2)和(5)是怎樣從理論上的純放射場(chǎng)出發(fā) 其中 是自由空間的滲透性i是中電流流動(dòng)在導(dǎo)體256是地面電導(dǎo)率y是一個(gè)變量，以便地面電導(dǎo)率與頻率的變化假設(shè)土壤電導(dǎo)率是同質(zhì)的，如果為每個(gè)天線將方程式(13)替代進(jìn)入方程(9)，可 以表明指數(shù)值取消以及共模場(chǎng)效應(yīng)可以在比例分析中消除。這一比例計(jì)算的先決條件是3個(gè)垂直天線T，M, B是正確的校準(zhǔn)，大約的精確度為 600, 000分之一。天線的校準(zhǔn)是尊重于頂部和中部天線T，M的相關(guān)性能，以及中部和頂部 天線M，B的相關(guān)性能。在探測(cè)儀組裝后，每一個(gè)天線依次放在一個(gè)已知的磁場(chǎng)內(nèi)，由天線輸 出電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的幅值和相位是通過頻率的范圍測(cè)得。關(guān)于頂部和中部天線與中部和底部 天線的性能比的校準(zhǔn)值被計(jì)算和儲(chǔ)存在探測(cè)儀的存儲(chǔ)器19，這樣由一對(duì)天線輸出的電場(chǎng)強(qiáng) 度信號(hào)的比例計(jì)算始終精確到大約是600，000分之一。圖4是圖1探測(cè)儀用于處理被圖3的天線3檢測(cè)出的信號(hào)部分的方框圖。[0078]如果信號(hào)被天線T，M，B檢測(cè)出是微弱的，由3個(gè)天線T，M，B任何一個(gè)輸出的模擬 量是通過前置放大、均衡濾波、增益開關(guān)7傳輸，由一系數(shù)G(w)放大。另外天線T，M，B的輸 出量直接進(jìn)入到電路的混頻器9?；祛l器9包括兩個(gè)多路開關(guān)選擇器，第一個(gè)多路開關(guān)選擇 器與頂部天線T和中部天線M的信號(hào)相結(jié)合，第二個(gè)多路開關(guān)選擇器與中部天線M和底部 天線B的信號(hào)相結(jié)合。每個(gè)多路開關(guān)選擇器的輸出值進(jìn)入到差動(dòng)積分(delta-sigma)多媒體數(shù)字信號(hào) 編解碼器11。差動(dòng)積分多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器是將雙天線的輸出量數(shù)字化的理想多媒體 數(shù)字信號(hào)編解碼器。因?yàn)樗麄兲峁┝私跬昝赖谋壤郎?zhǔn)確度。(在采樣帶寬4kHz到96kHz 中約1/224)。因此，方程式(9)的執(zhí)行包括將中部天線的輸出值傳送至兩個(gè)多差動(dòng)積分媒 體數(shù)字信號(hào)編解碼器11。參考圖4，當(dāng)天線T，M，B的輸出量沒有被放大時(shí)，方程式(9)變?yōu)?其中B是底部天線的輸出量M是中部天線的輸出量T是頂部天線的輸出量C1是多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器1的傳遞功能C2是多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器2的傳遞功能除以C2，方程式(14)變?yōu)?C1/C2的比例是被估算的，是比較通過多媒體數(shù)字信號(hào)解碼器11的中部天線M的 輸出量的所估計(jì)，借助R去計(jì)算。當(dāng)天線T，M, B的輸出量被放大，方程式(9)變?yōu)?其中Gb，Gm和Gt是放大器分別放大底部和中部天線的增益除以C2和B. Gb，方程式(16)變?yōu)?br> 通過準(zhǔn)確校準(zhǔn)M. Gm/B. GB及T. Gt/B. Gb，通過C1/C2的比例的計(jì)算，通過比較經(jīng)過兩
個(gè)多媒體數(shù)字信號(hào)解碼器11的中部天線的輸出量，R可被計(jì)算獲得。[0098]此外，還提供了一種計(jì)算由載流導(dǎo)體25產(chǎn)生磁場(chǎng)的共模失真的方法，由于埋入導(dǎo) 體式材料的復(fù)阻抗。如上所述，不同的地面材料，如砂，干燥和潮濕的土壤和干，濕粘土，他 們有不同的復(fù)阻抗。通過比較用2個(gè)天線深度方程式(3)和3個(gè)天線深度方程式(13)的 深度測(cè)量值，能夠計(jì)算共模場(chǎng)失真。除了如上所述的共模場(chǎng)失真，電磁信號(hào)通過載流導(dǎo)體25輻射，可能由在附近導(dǎo)體 上的二次耦合所失真。不同于同質(zhì)的普通模場(chǎng)失真，場(chǎng)失真是由于耦合在附近導(dǎo)體導(dǎo)致非 徑向場(chǎng)梯度，且不能完全補(bǔ)償。如果沒有或者少量的失真是由于二次耦合，那么共模場(chǎng)失真的計(jì)算值是通過比較 2個(gè)天線深度方程式(3)與3個(gè)天線深度方程式(12)的的結(jié)果，應(yīng)該等于一個(gè)共模場(chǎng)失真， C，小于探測(cè)信號(hào)的10%。如果由于二次耦合的失真是重要的，這個(gè)將影響一些測(cè)量值的準(zhǔn)確性，它是去警 示重要的二次耦合失真的操作者是有用的，導(dǎo)致由探測(cè)儀所得出的讀數(shù)欠缺完整性。如果 共模場(chǎng)失真被計(jì)算出大于等于被測(cè)信號(hào)的10%，那么這是存在二次失真一個(gè)的指示，探測(cè) 儀1的操作者能夠被視覺或聽覺警報(bào)所警示。關(guān)于常規(guī)探測(cè)儀，一旦探測(cè)儀已經(jīng)被放置在正確的位置，按一個(gè)在探測(cè)儀上的" 計(jì)算深度"按鈕，深度數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)給操作者。對(duì)于深度的計(jì)算，正確的位置是，天線垂直于 導(dǎo)體之上，以及天線軸垂直于埋入式導(dǎo)體的軸上。尋找實(shí)際中的正確位置，是通過移動(dòng)探測(cè)儀從一邊到另一邊穿過導(dǎo)體，以及在一 個(gè)垂直的軸內(nèi)旋轉(zhuǎn)探測(cè)儀。當(dāng)探測(cè)儀是定位正確的，一個(gè)峰值響應(yīng)通過一個(gè)水平天線檢測(cè)， 其中，這個(gè)水平天線的軸垂直于導(dǎo)體的軸被，以及一個(gè)空的響應(yīng)通過一個(gè)垂直天線和一個(gè) 水平天線檢測(cè)，他們的軸平行于導(dǎo)體的軸。為了正確和有效地完成深度計(jì)算，操作者必須有足夠的技巧和經(jīng)驗(yàn)去正確的定位 探測(cè)儀，垂直并結(jié)合于以上導(dǎo)體，此時(shí)埋入式導(dǎo)體的深度能夠被準(zhǔn)確計(jì)算出。當(dāng)探測(cè)儀沒有 正確的定位相關(guān)的埋入式導(dǎo)體，如計(jì)算深度按鈕被按的情況下，一個(gè)經(jīng)驗(yàn)不足或者粗心的 操作者可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤的深度計(jì)算。計(jì)算掩埋導(dǎo)體深度的最佳位置可被視為是一個(gè)深度計(jì)算的“甜蜜點(diǎn)”。本實(shí)用新型 僅當(dāng)預(yù)定數(shù)值是滿意的時(shí)，才涉及通過深度計(jì)算的顯現(xiàn)結(jié)果去定位“甜蜜點(diǎn)”的困難。圖5在是圖1的探測(cè)儀底部的2個(gè)天線B，V的示意圖。探測(cè)儀距離在地面23以 下深度d的埋入式導(dǎo)體25的水平距離是X。探測(cè)儀底部的2個(gè)天線B和天線V被相互靠近 的定位在探測(cè)儀的腳下，一個(gè)天線B被放置在如上所述的垂直位置，另一個(gè)天線V被放置在 水平位置，(當(dāng)探測(cè)儀保持水平)，垂直于底部天線B。連接埋入式導(dǎo)體與底部天線B，V的 連線27，它與垂直線的傾斜角度是。當(dāng)掩埋式導(dǎo)體25放射磁場(chǎng)，電流產(chǎn)生于底部天線B和垂直天線V。因?yàn)檫@些天線 是直交的，電流產(chǎn)生在天線中，能夠被視為是分別代表解決的被導(dǎo)體25輻射的磁場(chǎng)的垂直 和水平的組成部分。因此，角度e可以考慮用方程式計(jì)算
其中Bb是天線底部的磁通密度[0110]Bv是水平天線的磁通密度當(dāng)探測(cè)儀被水平移動(dòng)靠近導(dǎo)體25時(shí)，也就是垂直間距X減少，Bb/Bv減少，e的正 切值也趨近于零。從以上展示的第一個(gè)中間的水平天線M和第二個(gè)中間水平天線M90來看，圖6是 圖1的探測(cè)儀的兩個(gè)天線M，M90的進(jìn)一步的示意圖。探測(cè)儀的中間的2個(gè)天線M，M90相互 靠近的被定位在探測(cè)儀的中間，天線M，M90被水平放置(當(dāng)探測(cè)儀位于垂直放置)為互相 成直角的位置。探測(cè)儀面向相關(guān)的埋入式導(dǎo)體25，以使得中間的天線M，M90是水平的，角 度在導(dǎo)體25的軸和第二個(gè)水平中間天線M90之間。即角是 ，在導(dǎo)體軸和與平面垂直的 中間天線M之間。第一個(gè)中間天線M的高峰反應(yīng)軸應(yīng)該垂直面向上方并直交到埋入式導(dǎo)體 25。當(dāng)掩埋式導(dǎo)體25放射磁場(chǎng)，電流產(chǎn)生于第一個(gè)水平天線M和第二個(gè)水平中間天線
M90。因?yàn)檫@些天線是直交的，電流產(chǎn)生在天線中，能夠被視為是分別代表解決的被導(dǎo)體25
輻射的磁場(chǎng)的垂直和水平的組成部分。因此，角度 可以考慮用方程式計(jì)算 當(dāng)M90是天線面向“同向地”導(dǎo)體 當(dāng)M90是天線面向“異向地”導(dǎo)體其中是在第二個(gè)水平中間的天線M90的磁通密度Bm是在第一個(gè)水平中間的天線M的磁通密度當(dāng)探測(cè)儀被旋轉(zhuǎn)在一個(gè)垂直軸附近，使第二個(gè)中間天線M90變得越來越靠近導(dǎo)體 25時(shí)，Bb/Bv減少， 的正切值也趨近于零。監(jiān)測(cè)由兩個(gè)中間的天線M，M90和兩個(gè)底部天線B，V產(chǎn)生的電流，角度0和小能 夠被計(jì)算出。這些角度的計(jì)算數(shù)值能夠用來決定探測(cè)儀是否位于深度計(jì)算的甜蜜點(diǎn)，能夠 保證深度計(jì)算準(zhǔn)確。如果探測(cè)儀甜蜜點(diǎn)的位置被確定，探測(cè)儀將在用戶界面21上顯示給用 戶計(jì)算深度的結(jié)果。當(dāng)角度 是在士 10之間，最好是在士5之間或者士2之間時(shí)，預(yù)定數(shù)值表明探測(cè) 儀是在甜蜜點(diǎn)上。進(jìn)一步的參數(shù)可視為去校驗(yàn)深度計(jì)算的完整性。若參數(shù)滿足預(yù)定數(shù)值，深度計(jì)算 值將被顯示在探測(cè)儀的顯示器上。一個(gè)或者更多的以下參數(shù)可以被參考，最好是以下所有 的參數(shù)所求出的數(shù)值滿足預(yù)定數(shù)值。這些參數(shù)被視為基于使用2個(gè)或者3個(gè)水平天線的測(cè) 量值的深度計(jì)算。即使用方程式(3) (12)。圖7是圖1的探測(cè)儀的部分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理器13的方框圖。來自于天線3的電場(chǎng) 強(qiáng)度信號(hào)5被采樣在圖1的多媒體數(shù)字信號(hào)解碼器11中，與頻率的余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的組成成分相結(jié)合，產(chǎn)生了天線3附近探測(cè)到的同向的“I”和積分“Q “的電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的組 成成分。無線探測(cè)公司申請(qǐng)的專利GB2400674提供了操作的更為詳細(xì)的細(xì)節(jié)，其內(nèi)容納入?yún)⒖?。I和Q組成成分流經(jīng)SIN C5十進(jìn)制濾波器29。無線探測(cè)公司申請(qǐng)的專利GB2400674 提供了 SIN C5十進(jìn)制濾波器操作的更為詳細(xì)的細(xì)節(jié)，其內(nèi)容納入?yún)⒖?。SIN C5十進(jìn)制濾波器29的輸出量是通過下跌采樣31和一個(gè)有限的脈沖響應(yīng)的濾 波器(FIR) 33進(jìn)行低通過濾。這個(gè)過程的結(jié)果是詳細(xì)說明在一個(gè)狹窄的帶寬里，天線信號(hào) 的復(fù)階和大小通常為10赫茲，無線探測(cè)公司申請(qǐng)發(fā)行的W0 03/071311、W0 03/039598和 GB2400674提供了更詳細(xì)的數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)的操作，其內(nèi)容納入?yún)⒖?。通過天線探測(cè)到的信號(hào)二階導(dǎo)數(shù)的大小，S卩|d2 ZU/dt2|是一個(gè)參數(shù)，被視為去 校驗(yàn)深度計(jì)算的完整性。這個(gè)參數(shù)是無關(guān)聯(lián)的噪音越過脈沖響應(yīng)的濾波器的帶寬的能行測(cè) 量值，這個(gè)數(shù)值應(yīng)該少于0. 5/S2。最好是少于0. 2/S2或者少于0. 1/S2。進(jìn)一步的參數(shù)是是深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差，可視為用來校驗(yàn)深度計(jì)算的完整性。這 個(gè)參數(shù)表明深度計(jì)算是穩(wěn)定的，沒有因?yàn)樵胍舳^分波動(dòng)。深度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差涉及到一個(gè) 10赫茲的帶寬，它最好小于5%或者小于2%，或者小于進(jìn)一步的參數(shù)是在多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，輸入到其中的所有信 號(hào)，可視為用來校驗(yàn)深度計(jì)算的完整性，如果信號(hào)輸入到多媒體數(shù)字信號(hào)編碼器中被發(fā)現(xiàn) 在多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器的動(dòng)態(tài)范圍之外，這將導(dǎo)致多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器采樣的不 準(zhǔn)確性。進(jìn)一步的參數(shù)是天線測(cè)量的信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，即dU/dt，可視為用來校驗(yàn)深度計(jì)算 的完整性。這個(gè)參數(shù)確保手段有效，在這段時(shí)間內(nèi)參數(shù)充當(dāng)一個(gè)反彈道濾波器，使得深度被 計(jì)算出。信號(hào)測(cè)量的一階導(dǎo)數(shù)應(yīng)該少于信號(hào)/秒的5%，最好信號(hào)少于信號(hào)/秒的2%或者1%。進(jìn)一步的參數(shù)是交叉在(2個(gè)或者3個(gè))天線之間用來檢測(cè)埋入式導(dǎo)體的信號(hào)輻 射的相關(guān)聯(lián)相位，可視為用來校驗(yàn)深度計(jì)算的完整性。天線間的相位差應(yīng)該少于5°，最好 少于2°或者1°。一個(gè)或者多個(gè)以上參數(shù)可以視作去確定深度計(jì)算具有良好的完整性。上述所描述 的極限值依賴于信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算脈沖響應(yīng)的濾波器的帶寬和導(dǎo)體深度被檢測(cè)。各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的且期望在權(quán)利要求書的保護(hù)范圍中 包括所有這些修改。在目前的實(shí)施例中，探測(cè)儀不僅不停地計(jì)算埋入式導(dǎo)體的深度，而且當(dāng)達(dá)到滿意 的預(yù)定數(shù)值時(shí)，計(jì)算的深度將被顯示。在其他實(shí)施例中，當(dāng)達(dá)到滿意的預(yù)定數(shù)值時(shí)，探測(cè)儀 可以在用戶的界面上顯示一個(gè)圖像或者去制造一個(gè)聽得見的聲音去通知操作者。二者選一 的，當(dāng)達(dá)到滿意的預(yù)定數(shù)值時(shí)，探測(cè)儀可以被設(shè)定使得深度被計(jì)算。
1權(quán)利要求一種計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀，其特征在于，探測(cè)儀包括用來檢測(cè)上述導(dǎo)體輻射的電磁場(chǎng)的多個(gè)天線；在所述天線探測(cè)范圍的基礎(chǔ)上計(jì)算上述導(dǎo)體深度的裝置，包括依次連接的前置放大、均衡濾波、增益開關(guān)，混頻器，編解碼器，及數(shù)字信號(hào)處理模塊；以及顯示計(jì)算出的上述導(dǎo)體深度的用戶界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀，其特征在于所述編解碼器是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，具有由所述天線輸出的數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀，其特征在于 還包括電源集合、通訊模塊、及記憶模塊。
4.探測(cè)儀探測(cè)儀一種計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀，其特征在于，探測(cè)儀包括 用來檢測(cè)上述導(dǎo)體輻射的電磁場(chǎng)的多個(gè)天線；配置在探測(cè)天線范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上去計(jì)算上述導(dǎo)體深度的微處理器； 以及顯示計(jì)算出的上述導(dǎo)體深度的顯示裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算埋入式導(dǎo)體深度的探測(cè)儀，其特征在于所述探測(cè)儀進(jìn)一步包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，具有由所述天線輸出的數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài) 范圍。
專利摘要一種計(jì)算埋入式導(dǎo)體(25)深度的探測(cè)儀(1)，包括多個(gè)探測(cè)由導(dǎo)體(25)輻射的電磁場(chǎng)的天線(B，M，T)；基于對(duì)天線B，M，T的探測(cè)，計(jì)算上述導(dǎo)體(25)的深度的裝置；以及當(dāng)一個(gè)或者更多的預(yù)定數(shù)值達(dá)到滿意時(shí)，顯示計(jì)算出的上述導(dǎo)體深度的裝置。本實(shí)用新型探測(cè)儀主要應(yīng)用于導(dǎo)體探測(cè)領(lǐng)域，用于探測(cè)埋在地下的導(dǎo)體。
文檔編號(hào)G01V3/08GK201607209SQ200920007569
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者理查德·戴維皮爾遜, 約翰·馬克果 申請(qǐng)人:雷迪有限公司