電子標(biāo)志定位器系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于確定埋入式電磁標(biāo)志的深度的定位器包括發(fā)射天線和兩根接收天線。定位器具有主軸線并被配置成以與主軸線大體上垂直于地面的方式來使用。發(fā)射天線被配置成產(chǎn)生平行于主軸線的振蕩磁場。兩根接收天線的第一接收天線被配置成與由電磁標(biāo)志發(fā)射的平行于主軸線的振蕩磁場耦合并產(chǎn)生第一檢測信號。第二接收天線沿主軸線從第一天線移位并被配置成與由電磁標(biāo)志發(fā)射的平行于主軸線的振蕩磁場耦合并產(chǎn)生第二檢測信號。定位器包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和處理器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器被配置成使第一和第二檢測信號數(shù)字化，處理器被配置成計(jì)算電磁標(biāo)志的深度。
【專利說明】電子標(biāo)志定位器系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于對電子標(biāo)志進(jìn)行定位的系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明的 實(shí)施例涉及埋入式電子標(biāo)志的深度的估計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002] 埋入式電子標(biāo)志用于指示埋入式結(jié)構(gòu)或公共設(shè)施的位置。埋入式標(biāo)志由圓形線圈 制成，圓形線圈布置在諧振電路中并設(shè)計(jì)為以特定頻率共振。通過在外部施加與線圈鏈接 的磁通量的一個或多個脈沖，振蕩電流可以在該電路中產(chǎn)生。線圈中的振蕩電流在線圈周 圍產(chǎn)生振蕩磁場?？梢詸z測到振蕩磁場的存在，從而允許確定標(biāo)志的位置。埋入式電子標(biāo) 志中的線圈的軸線布置為垂直定向，使得可以發(fā)現(xiàn)埋入式標(biāo)志的位置位于檢測到振蕩磁場 的大小為最大值的位置的正下方。
[0003] 可以使用畢奧-薩伐爾定律（Biot-Savart Law)來確定圓形線圈的軸線上的某點(diǎn) 處的磁通密度，所述圓形線圈由在距線圈的中心的距離X處攜帶有電流i的N匝半徑a組 成。由下式給出：
[0004]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于確定埋入式電磁標(biāo)志的深度的定位器，所述定位器具有主軸線并且被配置 成以所述主軸線大體上垂直于地面的方式來使用，所述定位器包括： 發(fā)射天線，其被配置成產(chǎn)生平行于所述主軸線的振蕩磁場， 第一接收天線，其被配置成與由所述電磁標(biāo)志發(fā)射的平行于所述主軸線的振蕩磁場耦 合，并且產(chǎn)生第一檢測信號， 第二接收天線，其沿所述主軸線從所述第一接收天線移位，并且被配置成與由所述電 磁標(biāo)志發(fā)射的平行于所述主軸線的振蕩磁場耦合，并且產(chǎn)生第二檢測信號， 第一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從所述第一檢測信號產(chǎn)生第一數(shù)字化信號， 第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從所述第二檢測信號產(chǎn)生第二數(shù)字化信號，以及 處理器，其被配置成從所述第一數(shù)字化信號和所述第二數(shù)字化信號計(jì)算所述電磁標(biāo)志 的深度。
2. -種用于確定埋入式電磁標(biāo)志的深度的定位器，所述定位器具有主軸線并且被配置 成以所述主軸線大體上垂直于地面的方式來使用，所述定位器包括： 發(fā)射天線，其包括發(fā)射天線軸線周圍的繞組，當(dāng)所述定位器在使用中時，所述發(fā)射天線 軸線被布置成大體上平行于所述主軸線， 第一接收天線，其包括第一接收天線軸線周圍的繞組，所述第一接收天線軸線被布置 成大體上平行于所述主軸線，所述第一接收天線被配置成產(chǎn)生第一檢測信號， 第二接收天線，其沿所述主軸線從所述第一接收天線移位，并且包括第二接收天線軸 線周圍的繞組，所述第二接收天線軸線被布置成大體上平行于所述主軸線，所述第二接收 天線被配置成產(chǎn)生第二檢測信號， 第一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從所述第一檢測信號產(chǎn)生第一數(shù)字化信號， 第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從所述第二檢測信號產(chǎn)生第二數(shù)字化信號，以及 處理器，其被配置成從所述第一數(shù)字化信號和所述第二數(shù)字化信號計(jì)算所述電磁標(biāo)志 的深度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位器，其中，當(dāng)所述定位器在使用中時，所述發(fā)射天線軸線 被布置成在平行于所述主軸線的5度內(nèi)，和/或所述第一接收天線軸線被布置成在平行于 所述主軸線的5度內(nèi)，和/或所述第二接收天線軸線被布置成在平行于所述主軸線的5度 內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位器，其中，當(dāng)所述定位器在使用中時，所述發(fā)射天線軸線 被布置成在平行于所述主軸線的2度內(nèi)，和/或所述第一接收天線軸線被布置成在平行于 所述主軸線的2度內(nèi)，和/或所述第二接收天線軸線被布置成在平行于所述主軸線的2度 內(nèi)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位器，進(jìn)一步包括控制器，其被配置成使得所 述發(fā)射天線產(chǎn)生具有目標(biāo)頻率的振蕩磁場。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定位器，其中，所述控制器被配置成根據(jù)目標(biāo)標(biāo)志類型從多 個可能目標(biāo)頻率中選擇所述目標(biāo)頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的定位器，其中，所述目標(biāo)頻率在20kHz至200kHz的范圍 內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的定位器，其中，所述控制器被配置成在第一時間 間隔內(nèi)使得所述發(fā)射天線產(chǎn)生具有所述目標(biāo)頻率的所述振蕩磁場，并且至少在所述第一時 間間隔內(nèi)防止所述第一接收天線產(chǎn)生所述第一檢測信號并防止所述第二接收天線產(chǎn)生所 述第二檢測信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位器，進(jìn)一步包括第三接收天線，其被配置成與由埋入式 載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場耦合，其中，所述控制器被配置成使得由所述第三接收天線所產(chǎn)生 的信號能夠在除所述第一時間間隔之外的時間間隔內(nèi)被處理。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位器，其中，所述處理器被配置成使用以下方 程式來計(jì)算所述電磁標(biāo)志的深度d :
其中，s是所述第一接收天線和所述第二接收天線沿所述主軸線的間隔，并且R是所述 第一檢測信號和所述第二檢測信號的幅值之比。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位器，進(jìn)一步包括顯示器，其被配置成顯示所 計(jì)算的深度的指示，其中，所述定位器被配置成使得只有當(dāng)滿足一個或多個預(yù)定條件時，才 將所計(jì)算的深度顯示在所述顯示器上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的定位器，其中，所述處理器被配置成計(jì)算在10Hz帶寬內(nèi)的 深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并且預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所述深度計(jì)算的所述標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的定位器，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所述深度計(jì)算的所述標(biāo)準(zhǔn) 偏差小于5%。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的定位器，其中，所述處理器可操作以計(jì)算所 述天線處檢測到的場相對于時間的第一導(dǎo)數(shù)，并且預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為在所述天線處檢測到的場的 第一導(dǎo)數(shù)小于信號的20% /秒。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的定位器，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為在所述天線處檢測到的場 的第一導(dǎo)數(shù)小于信號的5% /秒。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的定位器，其中，所述處理器進(jìn)一步被配置成 計(jì)算所計(jì)算的深度相對于時間的第一導(dǎo)數(shù)，并且預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所計(jì)算的深度的第一導(dǎo)數(shù)小于 所計(jì)算的深度的20% /秒。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的定位器，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所計(jì)算的深度的第一導(dǎo)數(shù) 小于所計(jì)算的深度的5% /秒。
18. -種用于確定埋入式電磁標(biāo)志的深度的方法，所述方法包括： 從定位器的發(fā)射天線向所述電磁標(biāo)志發(fā)送振蕩磁場； 在所述定位器的第一接收天線處接收由所述電磁標(biāo)志發(fā)射的振蕩磁場，并且在所述第 一接收天線處產(chǎn)生指示由所述電磁標(biāo)志發(fā)射的振蕩磁場的強(qiáng)度的第一檢測信號； 在所述定位器的沿所述定位器的主軸線與所述第一接收天線分離的第二接收天線處 接收由所述電磁標(biāo)志發(fā)射的振蕩磁場，并且在所述第二接收天線處產(chǎn)生指示由所述電磁標(biāo) 志發(fā)射的振蕩磁場的強(qiáng)度的第二檢測信號； 對所述第一檢測信號進(jìn)行數(shù)字化，以產(chǎn)生第一數(shù)字化信號； 對所述第二檢測信號進(jìn)行數(shù)字化，以產(chǎn)生第二數(shù)字化信號；以及 從所述第一數(shù)字化信號和所述第二數(shù)字化信號計(jì)算所述電磁標(biāo)志的深度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述振蕩磁場具有目標(biāo)頻率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)目標(biāo)標(biāo)志類型從多個可能目標(biāo)頻率 中選擇所述目標(biāo)頻率。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中，所述目標(biāo)頻率在20kHz至200kHz的范圍 內(nèi)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括：在將所述振蕩磁場從所 述發(fā)射天線發(fā)送到所述電磁標(biāo)志時，防止所述第一接收天線產(chǎn)生所述第一檢測信號并且防 止所述第二接收天線產(chǎn)生所述第二檢測信號。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括：接收由埋入式載流導(dǎo)體 產(chǎn)生的磁場。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算所述電磁標(biāo)志的深度包括 以下列方程式計(jì)算深度d :
其中s是所述第一接收天線和所述第二接收天線沿所述主軸線的間隔，并且R是所述 第一檢測信號和所述第二檢測信號的幅值之比。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18至24中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括：確定是否滿足一個或多 個預(yù)定條件，并且如果滿足一個或多個預(yù)定條件，則顯示所計(jì)算的深度的指示。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括：計(jì)算在10Hz帶寬內(nèi)的深度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn) 偏差，并且其中，預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所述深度計(jì)算的所述標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所述深度計(jì)算的所述標(biāo)準(zhǔn)偏 差小于5%。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括：計(jì)算所述接收天線處檢 測到的場相對于時間的第一導(dǎo)數(shù)，并且預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為在所述接收天線處檢測到的場的第一導(dǎo) 數(shù)小于信號的20% /秒。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為在所述天線處檢測到的場的 第一導(dǎo)數(shù)小于信號的5% /秒。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括：計(jì)算所計(jì)算的深度相對 于時間的第一導(dǎo)數(shù)，并且預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所計(jì)算的深度的第一導(dǎo)數(shù)小于所計(jì)算的深度的20% / 秒。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為所計(jì)算的深度的第一導(dǎo)數(shù)小 于所計(jì)算的深度的5% /秒。
32. -種載體介質(zhì)，其攜帶有用于由定位器中的處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀指令，所述定 位器具有主軸線并且被配置成以所述主軸線大體上垂直于地面的方式來使用；所述定位器 包括： 發(fā)射天線，其被配置成產(chǎn)生平行于所述主軸線的振蕩磁場， 第一接收天線，其被配置成與由電磁標(biāo)志發(fā)射的平行于所述主軸線的振蕩磁場耦合， 并且產(chǎn)生第一檢測信號， 第二接收天線，其沿所述主軸線從第一接收天線移位，并且被配置成與由所述電磁標(biāo) 志發(fā)射的平行于所述主軸線的振蕩磁場耦合，并且產(chǎn)生第二檢測信號， 第一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從所述第一檢測信號產(chǎn)生第一數(shù)字化信號，以及 第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從所述第二檢測信號產(chǎn)生第二數(shù)字化信號， 其中，所述指令包括：用于控制所述處理器以計(jì)算所述第一檢測信號和所述第二檢測 信號的幅值的比率的指令；以及用于從所述比率計(jì)算所述電磁標(biāo)志的深度的指令。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的載體介質(zhì)，其中，用于從所述比率計(jì)算所述電磁標(biāo)志的深 度的指令包括用于使用以下方程式計(jì)算深度d的指令：
其中，s是所述第一接收天線和所述第二接收天線沿所述主軸線的間隔，并且R是所述 第一檢測信號和所述第二檢測信號的幅值之比。
【文檔編號】G01B7/26GK104154856SQ201410200889
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】理查德·戴維·皮爾遜, 杰弗里·理查德·湯普森, 朱利安·波伊納 申請人:雷迪有限公司